扁穗雀麦种子发育及脱落机制研究

Quality forage seeds are an important material basis for the healthy and sustainable development of grass and animal husbandry. But most graminaceous seeds have the severe shattering and this problem is needed to be solved for the world forage production. Bromus cartharticus Vahl is the excellent forage to solve the lack of winter forage in China’s Yangtze River and south of the region. It has high biomass yield, good palatability, eating a variety of animals, but has a higher seed shattering during the maturation stage. The project is conducted to study the seed shattering function of Bromus cartharticus Vahl by the change of moisture, germination characteristics, physiological and biochemical substance, various hormones, and the formation of abscission zone during the seed development in order to provide theoretical basis for anti-shattering breeding, forage seed production.

优质牧草种子是草牧业健康持续发展不可缺少的重要物质基础，但在禾草种子中普遍存在严重的落粒性，这是世界各国牧草生产中都需要解决的问题。扁穗雀麦是解决我国长江流域及以南地区冬春饲草缺乏的优良牧草，生物产量高、适口性好，各种家畜喜食，但种子成熟阶段有较高的落粒性，为研究其落粒机制，本项目从种子发育过程中含水量、发芽特性、生理生化物质和各种激素的变化以及种子落粒过程中离区的形成来明确扁穗雀麦种子脱落机制，目的为抗落粒品种选育、优良牧草种子生产提供理论依据。

种子落粒作为抵御恶劣环境、有效繁衍后代的适应机制，在生产中却限制了牧草的推广利用。扁穗雀麦是中国长江流域及以南地区缓解草食家畜冬春饲草缺乏的优质牧草，但种子成熟期落粒严重。为明确扁穗雀麦种子落粒机制，项目以“江夏”和“黔南”为试验材料，从种子特性、生理生化、组织结构、植物激素和水解酶活性等方面进行研究。结果表明，随着种子的发育，含水量持续下降，最大下降速率受品种和气候影响。千粒重和干重变化与之相反，两品种于花后第36~42d达生理成熟。种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数除在花后42d略有下降外，其它时期表现为逐渐升高，但花后32~42d差异不显著。可溶性糖在不同年份和品种间变化较大，淀粉在种子发育过程中即是贮藏物质又参与代谢活动。ATP含量在籽粒快速增加阶段相对较高，落粒严重时期相对较低；脱氢酶活性在不同年份间变化并不一致。扁穗雀麦两品种均于花后第28d开始落粒，同期“黔南”较“江夏”低，其原因一是种子晚熟，二是小穗紧凑。组织结构显示，扁穗雀麦种子在花后第8d离区已经形成，离层由1~3层多边形至椭圆形、体积较小、排列紧凑的细胞构成。花后第23d两品种断裂面变得光滑、整齐，花后第33d细胞轮廓模糊，细胞壁发生降解。种子发育过程中，IAA含量在灌浆期增加，成熟期含量急剧下降。GA在种子发育初期大量合成积累，随后大幅下降。ABA含量增加主要出现在灌浆期（花后第8~18d）和蜡熟期（“江夏”花后第23d和38d，“黔南”花后第28d）。茉莉酸甲酯含量品种间差异较大，但落粒期差异不显著。CE和PG活性在种子发育期有增有减，但均在落粒期差异不显著。相关性分析发现，种子落粒率和ABA密切相关，但品种间截然相反，正相关“江夏”，负相关“黔南”。另外，“江夏”落粒率与茉莉酸甲酯、“黔南”与GA均呈负相关。综合考虑，“江夏”和“黔南”扁穗雀麦种子在花后第32~36d或含水量分别为26%~45%和32%~49%收获最佳。