人工老化對(duì)柳枝稷種子活力和膜透性的影響

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(西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

種子活力(Seed vigor)是種子質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般種子達(dá)到生理成熟后在不同貯藏條件下，種子活力呈不同程度的下降，直至最終喪失[1]。大田生產(chǎn)中，活力低下的種子播種后導(dǎo)致田間出苗不整齊等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)[2]。普通自然貯藏條件下，影響種子活力下降的因素較多，得到不同活力水平的種子較為緩慢[3]，在進(jìn)行種子老化機(jī)理等相關(guān)問(wèn)題的研究時(shí)，短時(shí)間內(nèi)很難得到不同質(zhì)量等級(jí)的種子[4]，采用人工老化處理的方法，可以較好地模擬種子的自然老化過(guò)程[5]。

隨著劣變程度的加深，發(fā)芽指標(biāo)的大小可反映種子活力的高低[6]，種子活力高低與細(xì)胞膜完整性相關(guān)。細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性，使得活細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)有序交換，為細(xì)胞提供了正常生理活動(dòng)所需要的物質(zhì)和能量[7]。對(duì)小麥(TriticumaestivumL.)[8]、新麥草[Psathyrostachysjuncea(Fisch.)][9]、紫花苜蓿(MedicagosativaL.)[10]、高羊茅(FestucaelataKeng ex E.Alexeev)[11]等植物種子進(jìn)行老化處理的研究結(jié)果均表明，在人工老化過(guò)程中，不同程度存在著種子細(xì)胞膜受損，膜透性增加的現(xiàn)象。一些學(xué)者認(rèn)為，種子的老化劣變是由于質(zhì)膜過(guò)氧化作用加劇、有害物質(zhì)積累、新陳代謝受限等因素造成的[5,12]。

柳枝稷(PanicumvirgatumL.)為多年生暖季型C4草本植物[13]，屬于禾本科(Gramineae)黍?qū)?Panicum)，主要生態(tài)型為低地型和高地型2種[14-15]。其根系發(fā)達(dá)，耐貧瘠和干旱，具有廣泛的適應(yīng)性[16]，能夠抵抗多種病蟲(chóng)害，是一種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的根莖型禾本科草。通常被用于放牧、水土保持以及生態(tài)建設(shè)等[17-18]。本研究選取不同品種的柳枝稷種子為材料，采取人工老化方法模擬自然條件下種子老化過(guò)程，擬探究老化對(duì)種子活力指標(biāo)的變化以及膜透性的影響，以期為柳枝稷種子劣變機(jī)理以及貯藏與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 種子來(lái)源

以Cave-in-rock、Alamo和Sunburst 3個(gè)品種的柳枝稷種子為試驗(yàn)材料，種子采收于陜西省楊凌區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)牧草與草坪標(biāo)本園(34°17′41.94″N 108°04′28.70″E)，收種年份為2016年，種子采收清選干凈后置于4 ℃冰箱中，待用。

1.2 種子老化處理

每個(gè)品種分別隨機(jī)數(shù)取1 000粒飽滿一致的種子，置于人工種子老化箱中，在42 ℃、100% RH條件下分別老化12，24，36，48，60，72，84 h和96 h，以未老化的種子作為對(duì)照，取出后，將種子在室內(nèi)放置48 h以平衡水分待用。

1.3 種子發(fā)芽

采用紙上發(fā)芽法在25 ℃恒溫，光照8 h，黑暗16 h條件下進(jìn)行發(fā)芽。每個(gè)品種的不同老化程度的種子中隨機(jī)數(shù)取50粒，3次重復(fù)。逐日統(tǒng)計(jì)，以胚根突破種皮作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)芽時(shí)間持續(xù)21 d，并記錄數(shù)據(jù)，按照下列公式計(jì)算：

活力指數(shù)(VI)=GI×S(式中：S為根長(zhǎng))。

1.4 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取10株幼苗，測(cè)定不同處理下柳枝稷幼苗根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)。

1.5 電導(dǎo)率測(cè)定

隨機(jī)選取老化處理后不同品種的柳枝稷種子各50粒，用電子天平稱量(精確到0.001 g)后將種子置于150 mL的三角瓶中，加入100 mL去離子水，3次重復(fù)。以100 mL去離子水為空白對(duì)照，用保鮮膜封住瓶口，并將三角瓶置于20 ℃黑暗條件下的培養(yǎng)箱中24 h。用DDS-307型數(shù)字電導(dǎo)率儀測(cè)定種子浸泡液和對(duì)照組的電導(dǎo)率，根據(jù)以下公式計(jì)算：

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素One-way ANOVA方差分析，對(duì)3個(gè)品種的柳枝稷種子活力指標(biāo)求均值，并進(jìn)行Person相關(guān)性分析，用Microsoft 2016軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工老化對(duì)柳枝稷種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率的影響

如圖1所示，不同老化處理后的柳枝稷種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均隨老化時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)。不同品種柳枝稷種子的發(fā)芽勢(shì)對(duì)人工老化處理的響應(yīng)不同，其中Cave-in-rock品種在老化48，84，96 h與對(duì)照相比有顯著下降(p<0.05)，Alamo品種在24，48，60，84，96 h與對(duì)照相比有顯著性下降，Sunburst品種僅在84 h與對(duì)照相比顯著性下降。而發(fā)芽率對(duì)老化的響應(yīng)與發(fā)芽勢(shì)變化略有不同，Cave-in-rock和Alamo兩品種發(fā)芽率均在老化處理84 h時(shí)較對(duì)照顯著性下降，Sunburst品種在處理12 h后有顯著性下降，之后趨于平緩，在老化處理84 h后又顯著性下降。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一品種不同處理間存在顯著性差異(p<0.05)。下同。圖1 人工老化對(duì)柳枝稷種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率的影響

2.2 人工老化對(duì)柳枝稷種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

如圖2所示，與對(duì)照組相比，不同老化處理后柳枝稷種子的發(fā)芽指數(shù)總體上隨處理時(shí)間的增加而呈下降趨勢(shì)，但與對(duì)照相比，柳枝稷種子老化初期，種子發(fā)芽指數(shù)具有不降反升的特點(diǎn)(Cave-in-rock品種：24 h、Alamo品種：36 h、Sunburst品種：12 h)。老化處理對(duì)柳枝稷種子活力指數(shù)的影響總體隨處理時(shí)間的增加而呈下降趨勢(shì)。處理36，84 h時(shí)，Cave-in-rock品種出現(xiàn)顯著性下降，Alamo品種的活力指數(shù)在處理72 h后出現(xiàn)顯著性下降，Sunburst品種的活力指數(shù)在處理24，60 h后出現(xiàn)顯著性下降。

圖2 人工老化對(duì)柳枝稷種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

2.3 人工老化對(duì)柳枝稷幼苗根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)的影響

由圖3可知，與對(duì)照組相比，不同老化處理后的柳枝稷種子的苗長(zhǎng)與根長(zhǎng)總體上隨處理時(shí)間的增加而呈下降趨勢(shì)，其中，Cave-in-rock和Alamo品種的根長(zhǎng)與苗長(zhǎng)分別在處理84，96 h后出現(xiàn)顯著性下降。Sunburst品種的根長(zhǎng)與苗長(zhǎng)分別在處理24，36 h后出現(xiàn)明顯下降，后趨于平緩，在處理84，96 h后再次顯著下降。

圖3 人工老化對(duì)柳枝稷幼苗根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)的影響

2.4 人工老化對(duì)柳枝稷種子浸出液電導(dǎo)率的影響

由圖4可知，與對(duì)照相比，不同品種柳枝稷種子的電導(dǎo)率隨老化處理時(shí)間的增加而呈先趨于平穩(wěn)，再逐漸上升的趨勢(shì)。其中，Cave-in-rock品種在老化處理60 h后電導(dǎo)率呈顯著性升高(p<0.05)，Alamo品種的電導(dǎo)率在處理36 h后有顯著性升高，Sunburst品種的電導(dǎo)率在處理24～36 h后有顯著性升高。

2.5 人工老化后各項(xiàng)活力指標(biāo)的相關(guān)性分析

人工老化后各項(xiàng)活力指標(biāo)的相關(guān)性分析如表1所示，不同老化程度種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)，活力指數(shù)和苗長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)，與浸種液電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)。其中發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)與發(fā)芽率有較強(qiáng)的相關(guān)性，且發(fā)芽勢(shì)與活力指數(shù)也有較強(qiáng)的相關(guān)性。電導(dǎo)率與發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)。發(fā)芽率與苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)。

表1 人工老化后各項(xiàng)活力指標(biāo)的相關(guān)性分析

發(fā)芽勢(shì)發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)苗長(zhǎng)根長(zhǎng)電導(dǎo)率發(fā)芽勢(shì)1發(fā)芽率0.904**1發(fā)芽指數(shù)0.906**0.920**1活力指數(shù)0.920**0.941**0.967**1苗長(zhǎng)0.822**0.809**0.948**0.903**1根長(zhǎng)-0.825**-0.831**-0.883**-0.837**-0.769*1電導(dǎo)率-0.898**-0.934**-0.954**-0.990**-0.870**0.818**1

注：“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

圖4 人工老化對(duì)柳枝稷種子浸出液電導(dǎo)率的影響

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，加速老化導(dǎo)致柳枝稷種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和活力指數(shù)降低，但柳枝稷種子老化初期，種子發(fā)芽率和苗長(zhǎng)不降反升，這種現(xiàn)象表明，柳枝稷種子自身存在休眠，經(jīng)短期的老化處理，解除了部分種子的休眠狀態(tài)，因而發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)反而呈升高的趨勢(shì)。但隨著老化處理時(shí)間的延長(zhǎng)，加速了種子劣變進(jìn)程，種子發(fā)芽相關(guān)指標(biāo)均呈逐漸降低的趨勢(shì)[12,20]，這與馬向麗等[21]、徐敏等[22]的研究結(jié)果相一致。

試驗(yàn)表明，老化處理的柳枝稷種子的浸出液電導(dǎo)率顯著增大，主要原因是老化處理下膜質(zhì)氧化作用破壞了膜系統(tǒng)，膜透性增強(qiáng)，種子細(xì)胞中電解質(zhì)滲漏，增大了浸出液電導(dǎo)率[23]。人工加速老化處理柳枝稷種子的細(xì)胞膜透性增大，而且時(shí)間越長(zhǎng)增加幅度越大，人工老化處理時(shí)間增加，使柳枝稷種子的膜結(jié)構(gòu)受到了損壞，膜受損越嚴(yán)重。但是人工加速老化處理前期(12～36 h)，引起膜透性的變化不明顯，可能是老化處理對(duì)柳枝稷種子休眠性起到部分解除的效果，這與前人研究結(jié)果相一致[24-25]。人工加速老化處理后柳枝稷種子的發(fā)芽指標(biāo)、幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)與相對(duì)電導(dǎo)率呈顯著相關(guān)，表明發(fā)芽指標(biāo)和電導(dǎo)率值可有效區(qū)分不同活力水平的柳枝稷種子。

人工加速老化處理模擬了柳枝稷種子自然老化的過(guò)程。本研究中，不同老化處理種子的發(fā)芽率在一定程度上反映了種子活力與貯藏時(shí)間之間的響應(yīng)，在采用的各項(xiàng)活力測(cè)定指標(biāo)中，活力指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)與不同老化處理種子的發(fā)芽率相關(guān)性最好[19]，似可認(rèn)為評(píng)價(jià)種子貯藏力使用這2個(gè)活力指標(biāo)較為有效，這有待于采用自然條件下貯藏的種子進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。