人工老化處理對垂穗披堿草種子活力指標的影響

周 晶，王彥榮

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 農(nóng)業(yè)部草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)學(xué)重點開放實驗室，甘肅 蘭州 730020)

垂穗披堿草(Elymusnutans)是一種多年生禾本科牧草，又名鉤頭草、彎穗草，廣泛分布于海拔2 400～4 000 m的高寒地區(qū)，耐寒性強，能在低溫下安全越冬[1]。垂穗披堿草的產(chǎn)草量高、生長季長、耐干旱和耐踐踏等特性，使之成為高寒地區(qū)草地建植和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要草種[2-3]。近年來，隨著草地建植以及生態(tài)恢復(fù)、環(huán)境保護的需要，垂穗披堿草種子的需求量劇增，一批垂穗披堿草種子生產(chǎn)基地相繼建立[4]。高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的種子生產(chǎn)不僅要求較高的單位面積種子產(chǎn)量，而且對種子的質(zhì)量也具有很高的要求。但是種子在貯藏過程中普遍存在種子老化或劣變現(xiàn)象，進行種子質(zhì)量評價是種子質(zhì)量管理的重要手段。

種子活力是決定種子或種批在萌發(fā)和出苗期間活性及表現(xiàn)水平的所有特性的總和[5]，是反映種子質(zhì)量劣變的主要指標之一，在種子質(zhì)量管理中具有極其重要的意義[6]?，F(xiàn)有的測定方法可概括為種子的物理性狀(如種子大小、顏色等)，發(fā)芽特性(如萌發(fā)速度、幼苗長度等)，以及生理生化特性(如電導(dǎo)率等)三方面。但現(xiàn)有的大多數(shù)方法都是基于對農(nóng)作物和蔬菜種子的研究而提出的，基于對牧草種子的研究報道較少[7]。在生產(chǎn)實踐中，牧草種子自身的特性使其不易取得理想的田間建植，因而更需要對種子進行活力測定[8]。

本試驗以垂穗披堿草種子為材料，采取人工老化種子模擬自然老化過程的方法，研究人工加速老化處理后種子發(fā)芽率與活力指標的變化以及二者之間的關(guān)系，以期為垂穗披堿草種子劣變機理以及測定技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗材料 供試垂穗披堿草種子于2009年9月采自甘南亞高山草甸草原(甘肅省夏河縣?？凄l(xiāng))，清選后4 ℃冷藏于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)檢中心(蘭州)；于2010年1-5月開展以下測試工作。

1.2人工老化處理過程 隨機選取垂穗披堿草種子，參照國際種子檢驗協(xié)會提供的老化方法[9]，即在45 ℃、100%相對濕度條件下進行人工老化處理。老化處理時間分別為12、24、36、48、60、72、84和96 h，以不老化處理的種子作為對照。取出老化處理種子在室溫下晾干(3～4 d)[10]，然后進行各項指標的測定。

1.3測試項目及方法

1.3.1標準發(fā)芽率 依據(jù)GB/T 2930.4-2001《牧草種子檢驗規(guī)程》[11]，參照披堿草(E.dahuricus)種子發(fā)芽試驗，采用培養(yǎng)皿紙上法在25 ℃條件下進行發(fā)芽。自各老化處理種子隨機數(shù)取50粒4次重復(fù)，完全隨機放入光照培養(yǎng)箱(LRH-250-G)中進行發(fā)芽。試驗期間每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)(統(tǒng)計后幼苗保留在培養(yǎng)皿中)，試驗?zāi)┢?12 d)計算種子發(fā)芽率。

1.3.2活力指標

(1)發(fā)芽勢、芽長、根長和活力指數(shù)

在上述發(fā)芽試驗(1.3.1)的基礎(chǔ)上，計算發(fā)芽勢，并隨機取前5 d生長的幼苗，計算芽長、根長、苗長和活力指數(shù)。分別測量幼苗的芽長和根長(cm)，計算各參數(shù)的平均值。

活力指數(shù)=(平均芽長+平均根長)×發(fā)芽率[12]。

(2)浸種液電導(dǎo)率

隨機選取老化處理后的垂穗披堿草種子50粒、3次重復(fù)，稱量(精確到0.001 g)后置于150 mL三角瓶中，加去離子水100 mL，設(shè)空白對照(100 mL去離子水)，用保鮮膜封住瓶口在20 ℃溫度下放置24 h。參照國際種子檢驗協(xié)會《種子活力測定方法手冊》[9]有關(guān)電導(dǎo)率測定方法，用DDSJ-308A型電導(dǎo)儀測定浸種液電導(dǎo)率[μs/(cm·g)]。

(3)浸種液含糖量

各老化處理種子浸種液的制備和測定重復(fù)數(shù)同電導(dǎo)率測定。參照袁曉華和楊漢中[13]的方法測定可溶性糖含量。用移液管自各處理中分別吸取浸種液1 mL放入試管，加入蒽酮試劑5 mL，試管口加蓋，震蕩，混勻液體，然后放入沸水浴中煮沸10 min，取出，在冰水浴中冷卻至室溫。采用紫外-可見分光光度計(WF-ZUV-2102型)在波長620 nm測光密度值(以對照調(diào)零)，結(jié)合可溶性糖的標準曲線，計算浸種液可溶性糖的含量(μg/g)。

1.4數(shù)據(jù)處理 利用SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)處理以及相關(guān)分析，Duncan法進行多重比較；方差分析前對數(shù)據(jù)方差齊性進行檢驗；應(yīng)用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1老化處理過程中種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的變化 老化處理垂穗披堿草種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先急劇下降后緩慢下降的趨勢(圖1)。老化12 h種子發(fā)芽率(45%)顯著降低(P<0.05)。隨老化時間的增長，老化12、24、36、48和60 h的種子發(fā)芽率有波動，但差異不顯著(P>0.05)。老化72 h的種子發(fā)芽率(21%)下降幅度較大，之后發(fā)芽率無明顯變化。隨老化程度的加深，種子發(fā)芽率存在12和72 h這兩個顯著下降的老化時間拐點。

隨著老化程度的加劇，發(fā)芽勢呈現(xiàn)與發(fā)芽率相似的變化趨勢。老化12 h的種子發(fā)芽勢(29%)下降了35%；老化12～60 h的種子發(fā)芽勢差異不顯著，呈緩慢降低趨勢。老化84 h發(fā)芽勢僅為1%，種子發(fā)芽勢基本喪失。同發(fā)芽率一樣，發(fā)芽勢也有兩個顯著下降的老化時間拐點，分別是12和84 h。

圖1 老化處理對垂穗披堿草種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響

2.2老化處理過程中種子芽長、根長和活力指數(shù)的變化 垂穗披堿草種子芽長隨老化時間的增長呈先緩慢下降后急劇下降趨勢(圖2)。與對照種子芽長(3.2 cm)相比，老化12～48 h芽長變化差異不顯著(P>0.05)；老化處理84 h芽長(0.7 cm)下降了78%，與對照和老化12～48 h芽長差異顯著(P<0.05)。根長隨著老化時間的增長呈現(xiàn)先平穩(wěn)變化后急劇降低的趨勢，與對照種子(3.0 cm)相比，老化處理84 h根長(1.4 cm)下降了53%，差異顯著(P<0.05)。老化處理顯著降低了(P<0.05)活力指數(shù)(圖2)。與未老化活力指數(shù)(389.4)相比，老化處理12 h種子活力指數(shù)(180.0)顯著下降，下降了54%；之后呈現(xiàn)緩慢下降的變化過程。老化84 h種子活力指數(shù)基本喪失，為2.5。

2.3老化處理過程中種子浸種液電導(dǎo)率與可溶性糖含量的變化 隨老化時間增加，垂穗披堿草種子的浸種液電導(dǎo)率無顯著變化，未老化對照和老化96 h的電導(dǎo)率分別為212.6和223.8 μs/(cm·g)(圖3)。老化處理顯著提高了種子浸種液可溶性糖含量，但老化時間不同，糖含量變化較大。糖含量從0到12 h變化最大，從0.93增加至2.45 mg/g，而后各老化處理間無顯著差異(P>0.05)(圖3)。

2.4發(fā)芽率與各項活力測定指標的關(guān)系 種子發(fā)芽率與各項活力指標的相關(guān)分析結(jié)果顯示，發(fā)芽勢、芽長、活力指數(shù)以及可溶性糖含量與發(fā)芽率均呈極顯著相關(guān)(P<0.01)(表1)。其中，發(fā)芽勢、活力指數(shù)與發(fā)芽率的相關(guān)性較高，且發(fā)芽勢與活力指數(shù)二者的相關(guān)性也較高，表明發(fā)芽率、發(fā)芽勢及活力指數(shù)對種子老化劣變過程的敏感度較為一致，發(fā)芽勢與活力指數(shù)能更好地反映種子劣變情況。電導(dǎo)率與發(fā)芽率相關(guān)性不顯著(P>0.05)，而可溶性糖含量與發(fā)芽率呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)，說明與電導(dǎo)率相比，可溶性糖含量能夠更好地反映垂穗披堿草種子活力變化情況。

圖2 老化處理對垂穗披堿草種子芽長、根長和活力指數(shù)的影響

圖3 老化處理對垂穗披堿草種子浸種液電導(dǎo)率和可溶性糖含量的影響

表1 老化處理過程種子發(fā)芽率與各項活力測定指標的相關(guān)分析

3 討論

人工加速老化處理的垂穗披堿草種子，發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及活力指數(shù)均隨老化程度加深而逐漸降低。從多重比較顯著性測定結(jié)果分析，發(fā)芽率可將不同老化的種子劃分為3個質(zhì)量等級，而各項活力指標除電導(dǎo)率外都較發(fā)芽率敏感可將種子劃分為3～5個(發(fā)芽勢)等級，進一步證明種子活力指標較發(fā)芽率可更敏感地評價種子質(zhì)量。本研究不同老化處理種子的發(fā)芽率在一定程度上反映了種子隨時間變化的貯藏能力，在采用的各項活力測定指標中活力指數(shù)和發(fā)芽勢與不同老化處理種子的發(fā)芽率相關(guān)性最好，似可認為這兩個活力指標更適合種子貯藏力的評價，這有待于采用自然貯藏的種子進行進一步驗證。

經(jīng)老化處理的種子，生理生化方面發(fā)生了變化，通常表現(xiàn)為細胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致其透性加大，細胞內(nèi)的電解質(zhì)和其他物質(zhì)滲透量增大[14]。因此，可以采用電導(dǎo)率法和可溶性糖含量測定方法來檢測種子活力變化情況[15-16]。然而對一些禾草種子，如黑麥草(Loliumperenne)[17-18]、雀麥(Bromusinermis)[19]、羊草(Leymuschinensis)[12]、老芒麥(E.sibiricus)[14]和蘇丹草(Sorghumsudanense)[20]的研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率與其種子活力不相關(guān)；而可溶性糖含量的測定卻能反映小麥(Triticumaestivum)[16]、雜交秈稻(Oryzasativa)[21]和羊草[12]的活力變化情況。本研究表明，垂穗披堿草種子電導(dǎo)率不隨老化程度的加深而有明顯變化，電導(dǎo)率與發(fā)芽率的相關(guān)性也不顯著?？扇苄蕴呛颗c發(fā)芽率、發(fā)芽勢均呈極顯著負相關(guān)，能較好地反映種子活力變化情況。王彥榮[22]在研究蘇丹草時發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率法難以檢測種子劣變的情況，主要是因為種皮存在半透層組織，該層組織可以允許水分的通透，卻能阻止大分子物質(zhì)的滲漏。然而，對于垂穗披堿草種子是否存在類似的半透性組織，以及電導(dǎo)率法不適用于垂穗披堿草種子活力檢測的原因有待進一步深入的研究。

[1]陸光平,聶斌.垂穗披堿草利用價值評價[J].草業(yè)科學(xué),2002,19(9):13-15.

[2]喬安海,韓建國,鞏愛岐,等.氮肥對垂穗披堿草種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響[J].草地學(xué)報,2006,14(1):48-51.

[3]王海洋,杜國禎,任金吉.種群密度與施肥對垂穗披堿草刈割后補償作用的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2003,27(4):477-483.

[4]趙殿智,韓燕,丁愷.不同葉面肥對垂穗披堿草種子產(chǎn)量的影響[J].青海草業(yè),2008,17(1):10-12.

[5]Perry D A.Report of the vigour test committee 1974-1977[J].Seed Science and Technology,1978,6:159-181.

[6]王彥榮,劉友良,沈益新.牧草種子活力檢測技術(shù)述評[J].草業(yè)學(xué)報,2001,10(1):48-57.

[7]王彥榮,劉友良,沈益新.種子劣變的生理學(xué)研究進展綜述[J].草地學(xué)報,2001,9(3):159-164.

[8]Kitchen S G,Monsen S B.Germination rate and emergence success in Bluebunch wheatgrass[J].Journal of Range Management,1994,47:145-150.

[9]Hampton J G,TeKrony D M.Handbook of Vigour Test Methods[M].3rd Edition.Zurich,Switzerland:ISTA,1995:22-46.

[10]周小梅,王自霞,喬燕祥.人工老化處理對芝麻種子生理生化特性的影響[J].中國油料作物學(xué)報,2008,30(4):460-463.

[11]王彥榮，余玲，孫建華，等.牧草種子檢驗規(guī)程GB/T 2930.4-2001[S].北京:中國標準出版社,2001.

[12]毛培勝,常淑娟,王玉紅,等.人工老化處理對羊草種子膜透性的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2008,17(6):66-70.

[13]袁曉華,楊漢中.植物生理生化實驗[M].北京:高等教育出版社,1983:3-5.

[14]王彥榮,余玲,劉友良,等.數(shù)種牧草種子劣變的生活力與膜透性的關(guān)系[J].草業(yè)學(xué)報,2002,11(3):85-91.

[15]Lee S S,Taylor A G,Beresniewicz M M,etal.Sugar leakage from aged leek,onion,and cabbage seeds[J].Plant Varieties and Seeds,1995,8:81-86.

[16]李靈芝,陳叔平,盧新雄,等.非破壞性方法測定小麥種子活力研究[J].華北農(nóng)學(xué)報,2002,17(2):75-81.

[17]Bennett J S,Rowarth J S,Jin Q F.Seed nitrogen and potassium nitrate influence browntop (AgrostiscapillariesL.) and perennial ryegrass (LoliumperenneL.) vigour[J].Journal of Applied Seed Production,1998,16:77-81.

[18]Cookson W R,Rowarth J S,Sedcole J R.Seed vigour in perennial ryegrass (LoliumperenneL.):Effect and cause[J].Seed Science and Technology,2001,29(1):255-270.

[19]Hall R D,Wiesner L E.Relationship between seed vigor tests and field performance of‘Regar’ meadow bromegrass[J].Crop Science,1990,30(5):967-970.

[20]Wang Y R,Yu L,Nan Z B,etal.Vigor tests used to rank seed lot quality and predict field emergence in four forage species[J].Crop Science,2004,44:535-541.

[21]朱世楊,洪德林.秈稻2個雜種F1種子活力和劣變處理后生化性狀的比較[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2008,16(2):396-400.

[22]王彥榮.牧草種子劣變的膜損傷及其檢測與調(diào)控[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2003.