不同活力種子的萌發(fā)與出苗特性

王 娟，胡小文，何學(xué)青，王彥榮

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

北美官方種子分析家協(xié)會(huì)(AOSA)于1980年指出，種子活力是指在廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長(zhǎng)成正常幼苗潛在能力的總稱(chēng)。作為評(píng)價(jià)種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，活力與種子田間出苗狀況[1]、植物的抗逆、早熟、豐產(chǎn)特性密切相關(guān)[2]。 因而，正確評(píng)價(jià)種子活力對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)是評(píng)估種子活力的一個(gè)重要方法[3]，但是有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)與田間出苗相關(guān)性的研究相對(duì)較少，且多數(shù)研究一般僅考慮萌發(fā)有關(guān)指標(biāo)與田間出苗率的關(guān)系，對(duì)其他田間參數(shù)如出苗速率、幼苗生物量等關(guān)注不多。本研究通過(guò)對(duì)幾種禾本科牧草種子進(jìn)行老化處理，獲得不同活力的種批后，測(cè)定其萌發(fā)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù))、幼苗(胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度)以及盆栽條件下的出苗相關(guān)指標(biāo)(出苗率、出苗速率)，進(jìn)一步對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，探討標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)測(cè)定活力方法用于評(píng)價(jià)種批田間表現(xiàn)的可行性。

1 材料與方法

1.1材料 供試種子燕麥(Avenasativa)、蘇丹草(Sorghumsudanense)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、羊草(Leymuschinensis)、高羊茅(Festucaarundinacea)和多年生黑麥草(Loliumperenne)由農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)檢中心(蘭州)提供，試驗(yàn)前各樣品貯藏于4 ℃待用，樣品詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

1.2方法

1.2.1老化處理 從各供試種子中隨機(jī)選取所需足夠數(shù)量的種子分為56份(每份50粒種子)，參照王彥榮等[4]的方法調(diào)節(jié)種子含水量到20%，鋁箔袋包裝密封，置于42 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，分別處理0、12、24、36、48、60、84 h 后取出，室溫條件晾干，待用。

表1 供試種信息

1.2.2發(fā)芽試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[5]，4個(gè)重復(fù)，每重復(fù)50粒；以胚根突出種皮視為發(fā)芽，逐日統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，持續(xù)14 d；發(fā)芽至第7天，每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)取出7株幼苗，測(cè)定其胚根及胚芽長(zhǎng)度。計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)(VI)=幼苗長(zhǎng)度×發(fā)芽指數(shù)。

式中，Gt與Dt分別對(duì)應(yīng)當(dāng)天的發(fā)芽種子數(shù)與發(fā)芽的天數(shù)，t=0，1，2，3，…，n。

1.2.3盆栽試驗(yàn) 對(duì)于任一參試物種，每處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取50粒種子，均勻播入花盆(直徑15 cm、高15 cm)中，覆蓋1 cm左右相同土質(zhì)的浮土；每日澆水，以保持花盆內(nèi)有充足的水分，試驗(yàn)在蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院榆中校區(qū)人工智能溫室中進(jìn)行，溫室內(nèi)平均日溫度為20 ℃(13～27 ℃)；試驗(yàn)期間逐日統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間持續(xù)21 d。

出苗速率(GR)=∑100Gi/nti。

式中，n為每個(gè)處理中使用的種子個(gè)數(shù)；Gi為ti天的出苗個(gè)數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，ANOVA進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，Excel 2003作圖。

2 結(jié)果

2.1老化處理對(duì)種子萌發(fā)的影響 老化處理降低了除羊草外所有參試種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，而羊草種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)(表2)。老化處理60 h時(shí)，燕麥種子即完全喪失生活力，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)(84 h)，高羊茅、垂穗披堿草種子相繼喪失生活力，但羊草種子表現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的耐老化能力，老化84 h后，發(fā)芽率仍達(dá)34%。

以參試種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可將種批劃分成不同的活力批次：若以發(fā)芽率作為標(biāo)準(zhǔn)，可將燕麥劃分為5個(gè)批次；以活力指數(shù)為指標(biāo)可劃分為4個(gè)批次；但以發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽勢(shì)來(lái)評(píng)價(jià)，只能劃分為3個(gè)批次。以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)任何一個(gè)指標(biāo)均可將羊草劃分為4個(gè)批次，垂穗披堿草劃分為5個(gè)批次，多年生黑麥草劃分為6個(gè)批次。高羊茅種子以發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可將種批劃分為4個(gè)批次；但以發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，只能劃分為3個(gè)批次。

表2 老化處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

2.2老化處理對(duì)幼苗的影響 隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥、蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅、多年生黑麥草的胚根、胚芽以及幼苗長(zhǎng)度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；而老化處理時(shí)間少于48 h時(shí)，羊草的胚根、胚芽以及幼苗長(zhǎng)度基本不受老化時(shí)間的影響(圖1)。羊草種子老化處理12 h時(shí)胚根與幼苗長(zhǎng)度最長(zhǎng)，分別為1.97與3.53 cm；老化處理24 h胚芽最長(zhǎng),為1.66 cm(圖1)。

2.3老化處理對(duì)出苗的影響 燕麥、蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅、多年生黑麥草的出苗率與出苗速率隨著老化程度的加劇而降低(圖2)。但隨著老化時(shí)間的增加，羊草種子的出苗率以及出苗速率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，老化處理36 h時(shí)出苗率達(dá)到最大，為94%。

不同參試牧草種子老化處理出苗狀況存在很大差異：燕麥種子老化處理48 h時(shí)，出苗率幾乎為0；多樣黑麥草老化處理48 h時(shí)，出苗率卻高達(dá)59%。參試牧草種子老化處理84 h時(shí)，蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅的出苗率幾乎為0，而羊草卻還有31%的出苗率。

2.4相關(guān)性分析 除羊草種子外，其他參試牧草種子出苗率和出苗速率均與其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(表3)。羊草種子的出苗率與其發(fā)芽率存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)存在顯著正相關(guān)(P<0.05)，與其活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度不存在顯著相關(guān)性(P>0.05)；出苗速率與其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與其活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖1 老化處理對(duì)幼苗的影響

圖2 老化處理對(duì)出苗的影響

表3 出苗率、出苗速率與種子萌發(fā)以及幼苗特性的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

大多數(shù)種子在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)芽率、生活力都有不同程度的降低[6]，這與種子儲(chǔ)存過(guò)程中的老化有密切的聯(lián)系[7]。研究發(fā)現(xiàn)，在-13～80 ℃的范圍內(nèi)，種子的老化規(guī)律是一致的[8-10]，用人工加速老化法可以模擬種子的自然老化[11-19]。因此利用人工老化處理的方法，可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得不同活力的種批。

本研究通過(guò)老化處理幾種禾本科牧草種子，獲得不同活力的種批后，測(cè)定其萌發(fā)、幼苗以及出苗的相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果顯示，隨著老化程度的加劇，燕麥、多年生黑麥草、高羊茅、蘇丹草、垂穗披堿草種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度以及出苗率、出苗速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是老化處理加快了種子的劣變過(guò)程，致使其內(nèi)部發(fā)生變化如膜結(jié)構(gòu)破壞[20]、代謝能力下降[21]、遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化[22]等，最終導(dǎo)致種子死亡[23]。但另一方面，隨老化的進(jìn)行，羊草種子的萌發(fā)、幼苗以及出苗的相關(guān)指標(biāo)呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)檠虿莘N子自身具有休眠，一定程度的高溫高濕能夠釋放種子的部分休眠[23]，從而提高種子的萌發(fā)指標(biāo)。但隨著老化程度的加劇，劣變速率加快，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度，出苗率、出苗速率表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。毛培勝等[23]的研究亦有相似的觀(guān)點(diǎn)。

此外，不同植物種子耐老化程度存在較大差別。如燕麥與多年生黑麥草種子初始發(fā)芽率相似，但在老化處理48h時(shí)，燕麥種子發(fā)芽率只有7%，而多年生黑麥草種子的發(fā)芽率仍有62%；老化處理60h，燕麥種子生活力完全喪失，而垂穗披堿草種子發(fā)芽率還剩20.5%。這種差異可能與種子的大小、成熟度[24]，膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)[23]等有關(guān)。這也說(shuō)明在運(yùn)用老化處理測(cè)定種子的活力和預(yù)測(cè)種子的耐貯性時(shí)，老化處理時(shí)間應(yīng)因種而異[25]。

除羊草以外，其他參試種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度與出苗率、出苗速率均存在極顯著正相關(guān)，表明標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)可以很好地預(yù)測(cè)田間出苗狀況。這與趙光武和王建華[26]、金錫奎和張春慶[27]的研究結(jié)果一致，但陳士林的研究表明，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)不能很好地評(píng)價(jià)種子活力。這可能與研究采用的試驗(yàn)條件有關(guān)，尤其是田間條件，如本研究所采用的田間條件脅迫相對(duì)比較溫和，而陳士林[28]則是在實(shí)際田間條件下開(kāi)展的評(píng)價(jià)工作，環(huán)境更為嚴(yán)酷，具體原因有待進(jìn)一步研究。羊草種子的出苗率以及出苗速率與其活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長(zhǎng)度不存在顯著差異，是因?yàn)榘l(fā)芽試驗(yàn)不適合高休眠的種子活力的測(cè)定，與王彥榮等[29]的研究一致。

對(duì)老化處理獲得的種批進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)，根據(jù)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的差異顯著性分析，可以將種批進(jìn)行分級(jí)，相比而言，發(fā)芽率能夠更加細(xì)致地對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。

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