人工老化對紅花種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

候麗麗 ，王 偉 ，崔新菊 ，周大偉 ，高麗麗 ，周新麗 ，孫 娜 ，陳曉露

（1.伊犁州農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆伊寧835000；2.伊寧市農(nóng)業(yè)技術推廣站，新疆伊寧835000）

紅花屬于特種經(jīng)濟作物，其兼具飼料、燃料、油料與藥材價值，整株也均具備應用價值。紅花種子具有20%～30%含油率，其具備良好適應性，對鹽堿、干旱以及低溫均具備抵御能力，無需嚴苛土壤條件，容易栽植培養(yǎng)，機械作業(yè)化程度高，且種子富含優(yōu)質(zhì)油脂，適用范圍大[1-4]。種子作為植物個體發(fā)育的一個階段，是作物繁殖的關鍵環(huán)節(jié)。種子老化會對種子萌芽以及幼苗發(fā)育施加影響，同時在儲藏與利用種質(zhì)資源上也可能存在影響[5-6]。種子老化是種子貯藏過程中普遍存在的一種現(xiàn)象，且貯藏溫度和濕度是影響種子貯藏壽命的2個關鍵因素[7]。就種子而言，在了解其活力與田間出苗率時，普遍會用到種子老化技術這一檢測手段[8]，劉旭歡等[9]研究指出，種子活力指數(shù)和主要農(nóng)藝性狀能夠對各收獲階段的小麥種子經(jīng)不同人工老化處理后的活力狀況進行準確評價。不同收獲期的小麥若對種子所施加的高濕高溫脅迫時間較短，則所導致的傷害不大，隨著此脅迫時間的延長，傷害程度愈深，劣變愈快。廖樂等[10]探究了人工老化對大麥種子萌發(fā)過程中發(fā)芽特性及部分酶活性的變化情況。王鳳等[11]對4個大麥品種進行研究，結果表明，在老化時間持續(xù)積累下，它們的發(fā)芽特性指標都在逐漸下降。然而，目前采用人工老化方法對紅花種子萌發(fā)和幼苗生長的研究并不常見[12]。

本試驗以紅花種子為材料，采用高溫高濕脅迫人工加速老化，對紅花種子發(fā)芽特性、幼苗發(fā)育、浸出液相對電導率狀況展開探討分析，以期對紅花種子老化機制及紅花種子耐儲性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試紅花種子為賓紅3號，由新疆禾旺農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 方法

試驗采用人工氣候箱高溫高濕培養(yǎng)，在伊犁州農(nóng)業(yè)科學研究所實驗樓進行。采用智能光照氣候箱（RTOP-1000Y2）設置溫度40℃、濕度95%，培養(yǎng)箱外連接加濕器（每天加滿水），平衡0.5 d待培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度穩(wěn)定在（40±0.5）℃，95%相對濕度時，將種子裝在紗網(wǎng)袋中置于培養(yǎng)箱架子上，分別處理2，4，6，8，10 d 后取出，待種子水分含量達到貯藏標準后進行發(fā)芽試驗。對照（CK）為未經(jīng)過任何處理的種子，每個處理重復3次。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 發(fā)芽指標的測定 取經(jīng)過不同時間老化處理的紅花種子，用0.5%高錳酸鉀溶液消毒20 min，之后用蒸餾水充分沖洗，再用濾紙吸干種子表皮的水分，進行紅花種子發(fā)芽試驗。用15 cm×10 cm的發(fā)芽盒，以濾紙為發(fā)芽床，每發(fā)芽盒平鋪2張濾紙，加蒸餾水濕潤且無流動的水為標準，將消毒后的種子均勻放入發(fā)芽盒內(nèi)，每盒50粒，3次重復。將發(fā)芽盒放入智能光照氣候箱內(nèi)（溫度設置25℃），每2 d更換一次濾紙并保持濕潤，每天記錄發(fā)芽數(shù)。7 d后每發(fā)芽盒隨機選取30株幼苗稱量鮮質(zhì)量；選取10株幼苗測量根長、莖長、芽長。

式中，Gt與Dt分別表示第t天的發(fā)芽數(shù)和相應的發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗長度；GVI為活力指數(shù)；Di為從種子置床起算的天數(shù)，置床之日為0；Ni為相應Di各天的發(fā)芽粒數(shù)。

根生長抑制率＝（對照平均根長－處理平均根

1.3.2 電導率測定 采用電導率儀測定電導率。取各處理種子20粒，蒸餾水沖洗干凈、晾干，置于小燒杯中，加入去離子水20 mL，3次重復。分別用雷磁電導率儀DDSJ-308A型測定電導率。

式中，C0為去離子水的電導率，C1表示種子經(jīng)過不同時間（2，4，6，8，10，12，24 h）浸泡后浸出液的電導率，C2為沸水浴中浸提15 min后的電導率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016，SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 人工老化處理對紅花種子萌發(fā)特性和活力指數(shù)的影響

由表1可知，人工老化時間對試驗材料的活力指數(shù)、萌發(fā)具有影響。隨人工老化處理時間延長，試驗材料發(fā)芽率表現(xiàn)出降低趨勢，在第1～2天，人工老化處理與對照相比發(fā)芽率差異不顯著。對試驗材料連續(xù)4 d人工老化處理后，發(fā)芽率呈明顯降低現(xiàn)象，在連續(xù)處理10 d后，人工老化處理較對照發(fā)芽率降低32%。說明隨著人工老化時間的延長，種子細胞膜被破壞，膜透性增加，種子內(nèi)部物質(zhì)的新陳代謝紊亂，降低了種子活力，加深了種子的老化程度，并且抑制種子萌發(fā)。

表1 人工老化處理對紅花種子萌發(fā)和活力指數(shù)的影響

不同人工老化處理時間對紅花種子發(fā)芽勢的影響與發(fā)芽率的變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為下降趨勢，各處理的發(fā)芽勢均與對照呈顯著差異，老化處理至10 d時，同對照相比，發(fā)芽勢降低40百分點。說明，對人工老化處理的敏感程度而言，試驗材料的發(fā)芽勢較發(fā)芽率更敏感。

試驗材料活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)這2項指標都表現(xiàn)為隨老化處理時間延長而呈逐漸降低，具體下降狀況受到老化處理時間影響。老化處理至第10天時發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別下降53.86%，68.55%。各處理的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均與對照呈顯著差異。

2.2 人工老化處理對紅花種子萌發(fā)指標和幼苗生長的影響

由表2可知，人工老化時間對紅花幼苗鮮質(zhì)量、相對含水量、芽生長抑制率、根生長抑制率都有影響。隨著人工老化時間的延長，紅花幼苗鮮質(zhì)量逐漸降低；而人工老化處理1～4 d對幼苗鮮質(zhì)量影響不明顯，鮮質(zhì)量仍可達到17.5 mg；人工老化處理6 d開始幼苗鮮質(zhì)量明顯下降，且與對照間呈顯著性差異。

表2 人工老化處理對紅花種子幼苗鮮質(zhì)量和萌發(fā)指標的影響

紅花種子相對含水量隨著老化天數(shù)的增加逐漸升高，老化處理0～8 d間差異顯著，8～10 d間的差異不顯著；紅花種子的芽生長抑制率和根生長抑制率的變化規(guī)律相同，均隨著人工老化處理時間的延長而增加，除2，4 d處理外，其他各處理間芽生長抑制率和根生長抑制率均呈顯著性差異且各處理對根的抑制均高于對芽的抑制。綜上所述，在種子含水量升高的情況下，細胞膜功能與結構有所改變，抑制了根和芽的萌發(fā)，降低了種子活力，使得種子老化進程加劇。

由圖1可知，在人工老化時間增加時，試驗材料的幼苗、芽與根長度均稍顯降低，老化至10 d幼苗長由76.40 mm降到36.01 mm，根長由38.05 mm降到15.43 mm，芽長由21.38 mm降到10.17 mm，與對照相比，幼苗長、根長、芽長分別下降52.87%，59.45%，52.43%。而隨著人工老化時間延長，平均發(fā)芽時間（MGT）呈上升趨勢，老化 2，4，6，8，10 d 的種子平均發(fā)芽時間較對照分別上升了11.69%，18.73%，21.84%，27.14%和30.37%，說明老化處理延長了紅花種子發(fā)芽時間，降低了種子發(fā)芽整齊度，抑制了幼苗生長進程。

2.3 人工老化處理對紅花種子浸出液相對電導率的影響

對經(jīng)過老化處理的種子實施各時間條件下的浸泡，然后對相應的電導率進行測定，結果表明，紅花種子相對電導率的影響因素除了老化時間，還有浸泡時間（表3）。在浸泡時間延長下，各老化處理時間條件對應的電導率呈現(xiàn)差異性，此差異表現(xiàn)在浸泡時間增加下愈加明顯。人工老化1～4 d種子浸出液相對電導率與對照相比差異不顯著，6 d后各處理與對照間差異顯著。

表3 人工老化處理對紅花種子浸出液相對電導率的影響

2.4 不同老化程度紅花種子活力指標間的相關分析

從表4可以看出，平均發(fā)芽時間、幼苗鮮質(zhì)量、根生長抑制率、芽生長抑制率、相對含水量、相對電導率均與發(fā)芽指標間存在顯著相關關系。其中，幼苗鮮質(zhì)量與發(fā)芽指標呈顯著性正相關，其余指標與發(fā)芽指標間均呈顯著性負相關，說明這些指標是可較準確判斷紅花種子劣變階段的指標。最強相關性表現(xiàn)在發(fā)芽指數(shù)與平均發(fā)芽時間，活力指數(shù)與根、芽生長抑制率，發(fā)芽率與相對含水量間，其相關系數(shù)均達到0.96。

表4 人工老化處理的紅花種子活力指標間的相關系數(shù)

3 討論

有研究表明，種子在老化過程中，細胞膜結構受到破壞，膜透性增加，并隨老化時間延長，種子活力呈下降趨勢，這直接給幼苗的建成和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大影響[13-14]。大部分研究人員認為，就種子老化機制而言，不受條件影響，即不管是高溫高濕處理，抑或自然狀態(tài)均相同，僅在劣變速度上存在區(qū)別，鑒于此，當對自然老化種子生理生化特征進行研究時，能通過研究人工老化種子來實現(xiàn)[15-16]。姚俠妹等[17]研究表明，采取人工老化技術來處理植物種子，對自然狀況下種子老化劣變反應加以模擬，能減少試驗用時，只經(jīng)過幾日即能測出種子活力，此方法可行且簡便。當實施高溫高濕人工老化處理時，在處理時間持續(xù)增加下，種子內(nèi)部表現(xiàn)出愈加明顯的生理生化反應，待處理時間夠長時，種子會喪失掉絕大部分的抗氧化功能與活力，直至不可逆轉性死亡。

本研究表明，在人工老化處理時間延長下，紅花種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗鮮質(zhì)量、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、根長和芽長均下降，可見，在人工老化處理下，種子生活力與活力均顯著下降；同時，紅花種子的相對電導率與相對含水量則表現(xiàn)為升高，可見，受到本試驗處理影響，細胞膜結構發(fā)生變化，致使膜透性增加所致，這與前人的研究結果相符[18-23]。

總之，當對紅花種子施以高溫（40℃）高濕（95%相對濕度）老化處理時，其活力大幅度下降，使其老化加劇。待經(jīng)過不同時間的人工老化處理，其質(zhì)膜結構受損，匯聚大量有害成分，種子內(nèi)部物質(zhì)喪失正常的新陳代謝，從而抑制種子萌發(fā)。在對人工老化處理敏感程度上，發(fā)芽勢指標更為明顯；而人工老化處理1～4 d對幼苗生長影響不明顯，自人工老化處理6 d始，幼苗鮮質(zhì)量出現(xiàn)明顯降低；在活力指標上，各老化處理時間條件下的紅花種子表現(xiàn)出顯著相關性，說明這些指標是可較準確判斷紅花種子劣變階段的指標。