耐旱耐鹽棉花種子萌發(fā)的影響因子分析初報(bào)

(河南科技學(xué)院現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心， 河南 新鄉(xiāng) 453003)

棉花幼苗質(zhì)量直接關(guān)系到棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)，而培育壯苗的基礎(chǔ)是高發(fā)芽勢(shì)的種子。 種子發(fā)芽勢(shì)也是檢測(cè)種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。種子的萌發(fā)始于種子的吸脹吸水，種子的吸水速率受到諸多因素的影響，除遺傳因素外，還受土壤溫度、墑情、鹽堿性等一系列外界條件的影響[1-6]。小麥[7]、水稻[8]等作物播種期若遇到酸雨，土壤水分pH的降低就會(huì)導(dǎo)致種子萌發(fā)率及其活力的顯著降低。王俊娟等研究認(rèn)為，棉花種子大小與吸水率和出苗率有關(guān)，棉花種子籽越小吸水越快，但吸水過(guò)快也會(huì)影響出苗率[9]。一般棉花種子7 h吸水率均不超過(guò)35%，但個(gè)別7 h吸水率超過(guò)50%，其出苗率呈現(xiàn)急劇下降。可見(jiàn)種子吸水時(shí)間、吸水率與發(fā)芽率直接相關(guān)。水稻發(fā)芽試驗(yàn)顯示，當(dāng)浸種溫度為25 ℃時(shí)，隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽率逐漸降低[10-11]，可見(jiàn)種子萌發(fā)過(guò)程中的吸水時(shí)間、吸水率和發(fā)芽勢(shì)存在一個(gè)最佳組合。不浸種的種子，播種后靠從土壤中吸水萌發(fā)，這常常延長(zhǎng)出苗時(shí)間，不利于高產(chǎn)，棉花生產(chǎn)上為了快速出苗，通常播前浸種24 h，但是24 h浸種是否是棉種最佳浸種時(shí)間有待探討。棉花是較耐旱、耐鹽堿的作物，在糧棉爭(zhēng)地的大環(huán)境下，植棉區(qū)大多為旱地、輕度鹽堿地等貧瘠土地；棉種吸水發(fā)芽特性是否與其耐旱、耐鹽堿性有關(guān)未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)對(duì)耐旱、耐鹽堿和敏旱敏鹽型棉花品種浸種時(shí)間、吸水率和發(fā)芽勢(shì)之間關(guān)系進(jìn)行了研究，探討了耐旱、耐鹽堿類型棉花品種種子發(fā)芽的適宜條件, 結(jié)論對(duì)生產(chǎn)上正確檢測(cè)種子質(zhì)量和提高棉花種子發(fā)芽勢(shì)、成苗率具重要理論和指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用3個(gè)典型的陸地棉不同生態(tài)型品種作供試材料:中S 9612(敏旱、敏鹽)、中H 117(耐旱)、中9835(耐鹽)(中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所葉武威課題組提供)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1棉花種子萌發(fā)適宜溫度測(cè)定

試驗(yàn)選用經(jīng)硫酸脫絨后籽粒飽滿健康的棉花種子，蒸餾水浸種24 h后，每個(gè)處理種子50粒，3次重復(fù)，分別在15，20，25，29，35 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，試驗(yàn)4 d后統(tǒng)計(jì)出芽種子數(shù)。

1.2.2種子吸水率和發(fā)芽勢(shì)測(cè)定

設(shè)置12個(gè)不同的浸種時(shí)間：2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24 h；浸種溫度分別為20 ℃和29 ℃；每處理選擇飽滿健康的硫酸脫絨棉花種子50粒，重復(fù)4次。種子浸種前經(jīng)過(guò)0.1%升汞消毒處理后用無(wú)菌蒸餾水洗凈，曬干，每個(gè)品種數(shù)50粒，然后稱重，再按時(shí)間浸種，撈出種子，用吸水紙將種子表面水吸干稱重，計(jì)算種子吸水量。然后將種子放入培養(yǎng)盒中發(fā)芽，培養(yǎng)盒中墊入2張濾紙，加入適量水，放在發(fā)芽箱中發(fā)芽。試驗(yàn)重復(fù)4次。發(fā)芽溫度設(shè)置為29 ℃和20 ℃，試驗(yàn)4 d后統(tǒng)計(jì)出芽種子數(shù)。

1.2.3不同光處理下種子發(fā)芽勢(shì)測(cè)定

選取健壯飽滿種子，29 ℃浸種22 h，25 ℃恒溫條件下采用TP法做標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)，試驗(yàn)光照強(qiáng)度5 000 lx，處理分為8 h光照/16 h黑暗, 全黑暗，全光照；每個(gè)發(fā)芽盒50 粒種子，4 次重復(fù)，第4天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)為播種后第4天胚芽長(zhǎng)出的長(zhǎng)度為種子長(zhǎng)度的1/2，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)[12]。所記錄的數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

吸水率(%)=[(種子吸水后重量-吸水前重量)/種子吸水前重量]×100%;

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽4 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響

溫度是種子發(fā)芽與出苗的基本條件之一。適宜的溫度能夠促進(jìn)種子吸水，加強(qiáng)酶促過(guò)程和呼吸作用，使貯藏的養(yǎng)分很快變成胚能直接利用的可溶性物質(zhì)。由圖1可知，隨著發(fā)芽處理溫度的升高，3個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在15，20 ℃時(shí)發(fā)芽勢(shì)很低，說(shuō)明棉花種子適宜發(fā)芽的溫度≥25 ℃。在15 ℃時(shí)品種間發(fā)芽勢(shì)沒(méi)有差異顯著性，在20 ℃時(shí)耐旱品種中H 177、耐鹽中9835和敏鹽敏旱中S 9612表現(xiàn)差異顯著(p≤0.05)。在20 ℃處理中，3個(gè)材料比較耐旱的中H 177發(fā)芽勢(shì)最高，說(shuō)明中H 177在3個(gè)品種中較另外材料更耐低溫。在≥25 ℃處理下，3個(gè)材料均表現(xiàn)較高的發(fā)芽勢(shì)，3個(gè)溫度處理相比較可見(jiàn)，35 ℃處理中種子發(fā)芽勢(shì)比25 ℃和29 ℃略降，說(shuō)明過(guò)高種子萌發(fā)溫度也會(huì)降低發(fā)芽勢(shì)。

圖1 溫度對(duì)棉花種子發(fā)芽的影響

2.2 浸種時(shí)間和浸種溫度對(duì)種子吸水率的影響

由圖2和圖3可以看出，棉花種子在20 ℃和29 ℃吸水率隨時(shí)間變化趨勢(shì)是一致的，均隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，種子的吸水率提高，但隨著浸種時(shí)間變化，各品種的浸種時(shí)間增加種子吸水率增長(zhǎng)的速率不同。在20 ℃和29 ℃處理下，均表現(xiàn)在最初6 h，吸水率快速增加；在6～22 h種子吸水率增長(zhǎng)量表現(xiàn)出品種間的差異，但總體為緩慢增加；在22～24 h品種間均表現(xiàn)基本吸水飽和，不再大量吸水；由此可見(jiàn)，棉花種子浸種早期吸水快，中期變慢，后期吸水極少。

圖2 不同時(shí)間種子吸水率變化(29 ℃)

圖3 不同時(shí)間種子吸水率變化(20 ℃)

不同溫度和不同浸種時(shí)間的條件下，不同類型的種子之間吸水率存在較大差異。由圖2和圖3可知，在試驗(yàn)設(shè)定的不同溫度條件下，棉花種子吸水率差異不大。但不同浸種時(shí)間條件下，品種間存在較大差異。在前期6 h，中9835與中S 9612吸水率無(wú)顯著差異，但二者與中H 177有顯著差異，中9835和中S 9612明顯高于中H 177的吸水率。在6～24 h中，3個(gè)品種的吸水率之間存在顯著差異，吸水率表現(xiàn)為中9835>中S 9612>中H 177，由此，3個(gè)品種之間，耐鹽品種中9835吸水最快，敏鹽敏旱品種中S 9612相對(duì)較慢，耐旱品種中H 177最慢。但棉花種子均在22 h達(dá)到吸水飽和。

2.3 浸種時(shí)間和溫度對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

浸種時(shí)間越長(zhǎng)種子吸脹越多，如果種子吸脹太快，可能造成膜系統(tǒng)損傷，從而降低種子發(fā)芽勢(shì)[9]。由圖4和圖5可知，3個(gè)不同生態(tài)類型的棉花品種的浸種時(shí)間與發(fā)芽勢(shì)變化有著一致趨勢(shì)，差別在于不同類型品種隨浸種時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)發(fā)芽勢(shì)最高的時(shí)間點(diǎn)不同。20 ℃和29 ℃浸種相比較，中H 177均是隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)種子發(fā)芽勢(shì)在增高，在18 h達(dá)到最高，更長(zhǎng)時(shí)間的浸種會(huì)引起種子發(fā)芽勢(shì)下降。中9835和中S 9612均表現(xiàn)為種子發(fā)芽勢(shì)在浸種20 h達(dá)到最大值，3個(gè)品種比較，不同類型品種種子發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最高的時(shí)間略有差別，耐旱品種中H 177為在18 h，耐鹽品種中9835和敏鹽敏旱品種中S 9612均為20 h。

圖4 不同浸種時(shí)間種子的發(fā)芽勢(shì)變化(29 ℃)

圖5 不同浸種時(shí)間種子的發(fā)芽勢(shì)變化(20 ℃)

2.4 飽和吸水量、吸水率和發(fā)芽勢(shì)的關(guān)系

水分是種子萌發(fā)的必要條件，但種子萌發(fā)并不需要飽和吸水，這與作物生態(tài)類型有關(guān)。依據(jù)圖2和圖3棉花種子在22 h達(dá)到吸水飽和，但最高發(fā)芽勢(shì)卻出現(xiàn)在吸水22 h之前(圖4，圖5)，試驗(yàn)對(duì)飽和吸水時(shí)的需水量和發(fā)芽勢(shì)進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)圖6，3種生態(tài)型飽和需水量：中S 9612>中9835>中H 177，即耐旱、耐鹽堿品種的種子吸收較少的水分，既可以滿足種子萌發(fā)需求；在飽和吸水時(shí)，發(fā)芽勢(shì)變化為中9835>中S 9612>中H 177，即在飽和吸水條件下耐旱品種發(fā)芽勢(shì)最低。飽和吸水量與發(fā)芽勢(shì)之間相關(guān)分析顯示兩者之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.565 6，說(shuō)明可能棉花不需要飽和吸水就能獲得較高發(fā)芽勢(shì)，其適宜吸水量不同生態(tài)類型有差別。飽和吸水率與發(fā)芽勢(shì)為正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.230 9，相關(guān)不顯著。當(dāng)種子最高發(fā)芽勢(shì)時(shí)，發(fā)芽勢(shì)與吸水量、吸水率之間的關(guān)系分析結(jié)果顯示最大發(fā)芽勢(shì)與其吸水率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與吸水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖7)。

圖6 飽和吸水與發(fā)芽勢(shì)的關(guān)系

圖7 種子最高發(fā)芽勢(shì)與吸水量、吸水率和的關(guān)系

2.5 種子吸水率和發(fā)芽勢(shì)的關(guān)系

在20 ℃條件下,中H 177種子的發(fā)芽勢(shì)在2～18 h隨吸水率的增加而提高,吸水率在64.77%以上,發(fā)芽勢(shì)可達(dá)66%左右。29 ℃條件下,中H 177種子的吸水率超過(guò)62.81%時(shí),發(fā)芽勢(shì)既高于72%以上。中9835種子在20 ℃和29 ℃浸種時(shí), 發(fā)芽勢(shì)隨吸水率增加而提高。種子吸水率在76%以下時(shí),發(fā)芽勢(shì)分別為23%和40%以下；種子吸水率為76%以上時(shí)發(fā)芽勢(shì)隨吸水率升高而迅速增加；在吸水率為76.59%、74.34%時(shí)達(dá)到發(fā)芽勢(shì)最高值，分別為60%和92.5%。中S 9612在20 ℃浸種時(shí)早期吸水率在60%時(shí)普遍發(fā)芽勢(shì)較低在26%以下，高于60%吸水率后普遍發(fā)芽勢(shì)迅速提高，在29 ℃浸種時(shí)，早期普遍吸水率高于同期20 ℃的值，吸水率高于66%以后發(fā)芽勢(shì)迅速增加；由此推測(cè)同一品種相同吸水時(shí)間內(nèi)，溫度較高更有利于吸水。結(jié)果表明:3個(gè)品種中H 177、中9835和中S 9612的種子吸水率分別為64%、73%和75%時(shí)，達(dá)到最高發(fā)芽勢(shì)分別為96%、92.5%和88%。不同類型品種種子發(fā)芽勢(shì)最高時(shí)種子吸水率存在較大差異。

2.6 光照對(duì)種子萌發(fā)的影響

光照對(duì)種子萌發(fā)的作用復(fù)雜且有其獨(dú)特性,根據(jù)光照與種子的相互關(guān)系可將種子分為需光性種子、嫌光性種子和光中性種子。光照對(duì)種子萌發(fā)有重要影響[13]，對(duì)需光性種子的萌發(fā)，光照是必不可少的[14]。由圖8可得,棉花種子對(duì)光照不敏感,為光中性種子。3個(gè)品種在25 ℃ 8 h光照/16 h黑暗的環(huán)境下,發(fā)芽勢(shì)比黑暗處理稍高;在25 ℃全光照下，發(fā)芽勢(shì)比8 h光照/16 h黑暗處理稍高，3個(gè)品種比較，中H 177、中9835與中S 9612品種在全光照條件下的發(fā)芽勢(shì)要高于晝夜條件下和全黑暗的發(fā)芽勢(shì)，差異分析結(jié)果表明，在0.05水平條件下，中S 9612品種的發(fā)芽勢(shì)在全遮光條件下與晝夜條件下有顯著性差異，而中H 177與中9835則沒(méi)有顯著性差異，表明中S 9612品種對(duì)光照更加敏感，不同品種間對(duì)光照敏感性是有差異的。

圖8 光照對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

3 討 論

影響種子萌發(fā)因素主要是溫度和水分。生產(chǎn)上為了一播全苗常常浸種處理，以便種子能吸夠充足水分，提早出苗。一般浸種時(shí)間越長(zhǎng)種子吸水越多。生產(chǎn)上習(xí)慣做法是棉花冷水浸種24 h后播種。本試驗(yàn)首次探討了耐旱、耐鹽堿類型棉花種子在不同溫度下吸水率與發(fā)芽勢(shì)之間的關(guān)系，提出了因生態(tài)類型差異可以采用限定浸種時(shí)間獲得最高發(fā)芽勢(shì)的新觀點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，不論是20 ℃還是29 ℃浸種，都表現(xiàn)為浸種時(shí)間越長(zhǎng)種子吸水量越大，種子吸水率前期較快，后期變慢；2種溫度吸水試驗(yàn)表明，溫度高種子吸水快，3個(gè)棉花品種的種子飽和吸水時(shí)間均為22 h，不同類型品種飽和吸水時(shí)間一致。據(jù)此，生產(chǎn)上棉花浸種的時(shí)間建議改為22 h為宜。不同浸種溫度對(duì)棉花發(fā)芽勢(shì)和吸水率有影響，但其基本趨勢(shì)一致，較高的浸種溫度明顯加快了種子吸水速率，提高種子發(fā)芽勢(shì)。生產(chǎn)上建議使用29 ℃浸種。

吸水是種子發(fā)芽的必要條件，吸水率與發(fā)芽勢(shì)有關(guān)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，種子在達(dá)到飽和吸水前，發(fā)芽勢(shì)隨著吸水率增加而提高，在飽和吸水前達(dá)到最高發(fā)芽勢(shì)，飽和吸水后發(fā)芽勢(shì)有所降低，這說(shuō)明種子吸水早期可能由于種子自由水不足，部分種子萌發(fā)所需的酶處于鈍化狀態(tài)，所以發(fā)芽勢(shì)會(huì)隨吸水率增加而升高。該觀點(diǎn)與張玉屏等[15]的結(jié)論一致。時(shí)俠清等發(fā)現(xiàn)，小麥種子浸種時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低發(fā)芽率[16]；王俊娟等在研究不同籽指大小棉花種子發(fā)芽時(shí)也發(fā)現(xiàn)，有的種子吸水率高，但種子活力低[9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，棉花不同耐旱、耐鹽類型種子萌發(fā)過(guò)程中也存在種子飽和吸水后發(fā)芽勢(shì)下降的問(wèn)題。3個(gè)不同類型棉花品種飽和吸水率有差異，一般均在吸水22 h達(dá)到飽和，飽和吸水率以耐旱品種最低，其次為敏旱敏鹽品種，耐鹽品種最高。不同作物種子所含成分不同，萌發(fā)時(shí)的相對(duì)吸水量和吸水速度也各不相同[17]，種子中的膠體物質(zhì)及其化學(xué)特性決定了種子的吸脹作用。在種子吸脹過(guò)程中，蛋白質(zhì)含量高的種子(如豆科作物) 需吸收較多的水分才能萌發(fā)。周桂生等研究認(rèn)為，蓖麻種子最大吸水率隨著外加鈣離子濃度的增加而降低[18]；王濤等研究認(rèn)為，種子的表面特性與種子耐旱性萌發(fā)有關(guān)[19]。這說(shuō)明耐旱品種、耐鹽品種以及敏鹽敏旱品種之間飽和吸水率的差別可能是種皮、種子的成分演化中出現(xiàn)了差異，其差異產(chǎn)生的分子機(jī)制有待深入研究。

不同類型品種所需浸種時(shí)間不同，耐旱品種中H 177，吸水18 h，吸水率為63.47%，發(fā)芽勢(shì)為96%；敏旱敏鹽品種中S 9612，吸水20 h，吸水率為70.69%，發(fā)芽勢(shì)為88%；耐鹽品種中9835吸水20 h，吸水率為74.34%，發(fā)芽勢(shì)為92.5%；試驗(yàn)表明，3種類型品種種子飽和吸水率不同，各品種發(fā)芽勢(shì)最高值均出現(xiàn)在飽和吸水率之前，這說(shuō)明生產(chǎn)中不需要飽和吸水即可獲得最高發(fā)芽率，種子在飽和吸水之前已經(jīng)具備了最高發(fā)芽能力；各類型品種最高發(fā)芽能力時(shí)的吸水量各不相同。耐旱品種需要吸收較少水分就可以獲得較高的發(fā)芽能力。

光照對(duì)棉花種子萌發(fā)的影響表現(xiàn)為：在全黑暗下，種子可以萌發(fā)，但萌發(fā)進(jìn)程略慢，且最終萌發(fā)率也較低；周期性光照條件下和全光照的種子萌發(fā)率明顯高于黑暗條件下的種子萌發(fā)率。說(shuō)明光照雖不是棉花種子萌發(fā)的必要條件，但卻會(huì)對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生影響，適宜的光照條件有利于棉花種子的萌發(fā)和提高種子的萌發(fā)率。

4 結(jié) 論

棉花的萌發(fā)適宜溫度為29 ℃。不同生態(tài)類型棉花種子在同一浸種溫度下，浸種飽和吸水時(shí)間為22 h；耐旱品種飽和吸水前4 h，耐鹽和敏鹽敏旱品種在飽和吸水前2 h發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最高，29 ℃浸種比20 ℃浸種相同吸水時(shí)間，較高的溫度種子發(fā)芽勢(shì)更高。3種生態(tài)類型棉種，耐旱的種子萌發(fā)所需水分最少，種子發(fā)芽勢(shì)最高。棉花品種不同發(fā)芽所需最低需水量不同，生產(chǎn)上應(yīng)針對(duì)不同棉種區(qū)別使用浸種時(shí)間才能更有利于種子萌發(fā)獲得壯苗。棉花種子萌發(fā)中對(duì)光照不敏感，是光中性種子。