鹽酸處理對白羊草種子活力的影響

夏方山，王菲，王雅聰，董寬虎，史航，任世杰，王聰聰，師靖，馬杰宇

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，山西 太谷 030801)

絨毛是植物種子在長期適應(yīng)環(huán)境過程中自然選擇形成的保護(hù)結(jié)構(gòu)和幫助其遠(yuǎn)距離傳播的附屬物。然而，絨毛不僅給選種、播種、貯藏、運(yùn)輸及種子加工等工作造成巨大困難，還為微生物和病蟲害生長與繁殖提供了場所[1]。探究如何進(jìn)行種子脫絨是解決這一問題的關(guān)鍵途徑，且適當(dāng)脫絨能夠有效提高種子活力，目前棉花(Gossypiumhirsutum)、番茄(Lycopersiconesculentum)及花卉植物種子的生產(chǎn)加工中研究應(yīng)用較普遍[1～3]。然而，脫絨會不同程度地破壞種皮結(jié)構(gòu)，從而影響到種子活力、貯藏期、萌發(fā)及其幼苗建成[4]。脫絨種子質(zhì)量及活力高低是決定農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵因素，也是制約當(dāng)下種子生產(chǎn)與加工領(lǐng)域發(fā)展的難點(diǎn)問題。種子脫絨方法主要有機(jī)械脫絨和化學(xué)脫絨2種，化學(xué)脫絨具有操作簡單、殘絨率低、破損率低及殺菌消毒等優(yōu)點(diǎn)[2,3]。鹽酸作為化學(xué)脫絨劑已在花卉[5]及番茄[6]植物種子的研究中被報道，且適宜的鹽酸處理還可促進(jìn)蕪菁(Brassicarapa)[7]和苦蕎(Fagopyrumtataricum)[8]等植物種子的萌發(fā)及幼苗生長。此外，合理的鹽酸處理還能有效殺滅種子所帶細(xì)菌[9]。然而，關(guān)于鹽酸處理對著毛種子活力的影響研究仍然不足，其作為化學(xué)脫絨劑的研究與應(yīng)用也尚不夠普遍。探究鹽酸對著毛種子活力的影響有利于其作為化學(xué)脫絨劑的廣泛應(yīng)用與科學(xué)推廣。

白羊草(Bothriochloaischaemum)是禾本科孔穎草屬的多年生優(yōu)質(zhì)牧草，其根系比較發(fā)達(dá)，適應(yīng)性較廣泛，具有耐寒、耐旱及耐貧瘠等優(yōu)良特性，是暖性灌草叢類草地的建群種植被[10,11]。白羊草資源在山西省分布較為豐富，其草地面積約為1.7×106hm2，占山西省草地總面積的36%以上，是促進(jìn)山西省草牧業(yè)發(fā)展的重要優(yōu)質(zhì)牧草資源[12]。此外，白羊草作為水土保持植物在黃土高原地區(qū)的生態(tài)治理中發(fā)揮著重要作用[13]。白羊草栽培面積迅速擴(kuò)大，其種子需求量也日益增長，且種子質(zhì)量也越來越受關(guān)注[13,14]。然而，白羊草結(jié)實率低，種子細(xì)小(約4 mm×1 mm)，千粒重較小(約0.65 g)，其表面的簇狀絨毛不僅使其相互粘連，還導(dǎo)致其發(fā)芽率較低，易造成分布不均，限制了其播種過程的機(jī)械化程度。目前關(guān)于提高白羊草種子活力方法的研究尚未見報道。因此，本試驗試圖探討鹽酸處理對白羊草種子活力的影響，以期為進(jìn)一步研究其脫絨方法提供參考依據(jù)，這將對白羊草種質(zhì)資源的開發(fā)及其大面積種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

白羊草種子由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草種子實驗室于2017年10月收集，然后密封保存于-20 ℃條件下至2018年5月進(jìn)行試驗。

1.2 鹽酸處理

將均勻飽滿的白羊草種子用為30%、40%、50%、60%和70%的鹽酸分別處理0(CK)、1、5、10和15 min，蒸餾水進(jìn)行3次沖洗，并用干燥的濾紙吸干其表層水分，然后在25 ℃的暗室中自然風(fēng)干至含水量為10%(鮮重基礎(chǔ))，以進(jìn)行發(fā)芽試驗。以未作任何處理的白羊草種子為對照(CK)。設(shè)置4次重復(fù)。

1.3 發(fā)芽及指標(biāo)測定

將100粒處理過的白羊草種子置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，然后放于25 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗，以胚根突破種皮超過種子長度1/2 時作為發(fā)芽，每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，試驗于第12 d結(jié)束，稱量整個培養(yǎng)皿中幼苗鮮重[15,16]。最終計算其發(fā)芽率、平均發(fā)芽時間、發(fā)芽指數(shù)及幼苗活力指數(shù)，具體計算方法見已發(fā)表文獻(xiàn)[17]。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件整理，并利用SAS 9.0軟件分析，最后以Duncans法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽酸處理對白羊草種子發(fā)芽率的影響

相同處理時間時，白羊草種子發(fā)芽率隨鹽酸濃度的增加而降低(表1)。處理1 min時，白羊草種子發(fā)芽率在鹽酸濃度為30%～50%時差異不顯著(P>0.05)，但顯著(P<0.05)高于濃度為60%和70%時，在濃度為50%時達(dá)到最小值，顯著(P<0.05)低于其它濃度處理；處理5～15 min時，白羊草種子發(fā)芽率隨鹽酸濃度的增加而顯著(P<0.05)降低。30%～60%鹽酸處理時，白羊草種子發(fā)芽率隨時間延長呈先升后降的趨勢，并均在處理1 min時達(dá)到最大值，顯著(P<0.05)高于其他處理(表1)。濃度為30%時均顯著(P<0.05)大于CK；濃度為40%時，在處理10 min時與CK差異不顯著(P>0.05)，但處理15 min時顯著(P<0.05)小于CK；鹽酸濃度為50%和60%時，在處理5～15 min時均顯著(P<0.05)小于CK，且在60%鹽酸處理10～15 min時為0；50%鹽酸處理時，白羊草種子發(fā)芽率均顯著(P<0.05)小于CK，且在處理5～15 min時均為0。

表1 鹽酸處理白羊草種子發(fā)芽率的變化/%Table 1 Changes of germination percentage in Bothriochloa ischaemum seeds after hydrochloric acid treatments

注：同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Means with the different small letters in same row are significant differences (P<0.05), means with the different capital letters in same column are significant differences (P<0.05), the same below.

2.2 鹽酸處理對白羊草種子平均發(fā)芽時間的影響

相同處理時間時，白羊草種子平均發(fā)芽時間隨鹽酸濃度的增加而顯著(P<0.05)延長(表2)。鹽酸濃度為30%時，白羊草種子平均發(fā)芽時間在處理1 min時顯著(P<0.05)小于CK，處理5～15 min時與CK差異不顯著(P>0.05)；鹽酸濃度為40%時，白羊草種子平均發(fā)芽時間在處理1～5 min時與CK差異不顯著(P>0.05)，但處理10～15 min時均顯著(P<0.05)大于CK；鹽酸濃度為50%時，白羊草種子平均發(fā)芽時間在處理1 min時與CK差異不顯著(P>0.05)，但處理5～15 min時均顯著(P<0.05)大于CK；鹽酸濃度為60%時，白羊草種子平均發(fā)芽時間在處理1和5 min 時均顯著(P<0.05)大于CK，處理10～15 min時均不能萌發(fā)；70%鹽酸處理時，白羊草種子平均發(fā)芽時間在處理1 min時顯著(P<0.05)大于CK，處理5～15 min時也均不能萌發(fā)。

表2 鹽酸處理白羊草種子平均發(fā)芽時間的變化/dTable 2 Changes of mean germination time in Bothriochloa ischaemum seeds after hydrochloric acid treatments

2.3 鹽酸處理白羊草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

相同處理時間時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)隨鹽酸濃度的增加呈下降趨勢(表3)。處理1和5 min時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)除鹽酸濃度為30%和40%時差異不顯著(P>0.05)外，在濃度為50%～70%時顯著(P<0.05)降低；處理10和15 min時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)隨鹽酸濃度的增加而顯著(P<0.05)降低。相同鹽酸濃度時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)隨處理時間的延長呈先升后降的趨勢(表3)。鹽酸濃度為30%時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)均顯著(P<0.05)大于CK；鹽酸濃度為40%時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)在處理1～10 min時顯著(P<0.05)大于CK，而處理15 min時與CK差異不顯著(P>0.05)；鹽酸濃度為50%和60%時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)僅在處理1 min時顯著(P<0.05)大于CK，其他處理時間均顯著(P<0.05)小于CK；鹽酸濃度為70%時，白羊草種子發(fā)芽指數(shù)除在處理1 min時與CK差異不顯著(P>0.05)外，其他處理時間時均顯著(P<0.05)小于CK。

表3 鹽酸處理白羊草種子發(fā)芽指數(shù)的變化Table 3 Changes of germination index in Bothriochloa ischaemum seeds after hydrochloric acid treatments

2.4 鹽酸處理對白羊草種子幼苗活力指數(shù)的影響

相同處理時間時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)隨鹽酸濃度的增加呈下降趨勢(表4)。處理1 min時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在濃度為30%時顯著(P<0.05)大于其他濃度，而在濃度為70%時顯著(P<0.05)小于其他濃度；處理5～15 min時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)均在濃度為30%時顯著(P<0.05)大于其他濃度；處理5 min時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在濃度為60%和70%時顯著(P<0.05)小于其他濃度，處理10和15 min時，均在濃度為50%～70%時顯著(P<0.05)小于其他濃度。鹽酸濃度為30%～60%時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)均隨處理時間的延長呈先升后降的趨勢，并均在處理1 min時顯著(P<0.05)大于其他處理時間(表4)。鹽酸濃度為30%時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在處理1～15 min時均顯著(P<0.05)高于CK；鹽酸濃度為40%時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在處理1和5 min時顯著(P<0.05)高于CK，處理10 min時與CK差異不顯著(P>0.05)，而處理15 min時顯著(P<0.05)低于CK；鹽酸濃度為50%和60%時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在處理5～15 min時均顯著(P<0.05)低于CK，且50%濃度處理15 min及60%濃度處理10和15 min時均為0；鹽酸濃度為70%時，白羊草種子幼苗活力指數(shù)在處理1～15 min時均顯著(P<0.05)低于CK，在處理5～15 min時均為0。

表4 鹽酸處理白羊草種子幼苗活力指數(shù)的變化Table 4 Changes of seedling vigour index in Bothriochloa ischaemum seeds after hydrochloric acid treatments

2.5 鹽酸處理影響白羊草種子活力的雙因素方差分析

由表5可以看出，鹽酸濃度、處理時間以及兩者的交互作用對白羊草種子的發(fā)芽率、平均發(fā)芽時間、發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均具有極顯著(P<0.01)的影響。

3 討論

白羊草種子的穎片及其表面著生絨毛嚴(yán)重降低了其萌發(fā)能力，而脫絨能夠有效提高植物種子的質(zhì)量及商品價值，可以為實現(xiàn)精量的機(jī)械化播種提供了保障基礎(chǔ)。研究表明，適宜的鹽酸脫絨處理能有效促進(jìn)植物種子的萌發(fā)及其幼苗生長[18]。酸處理濃度直接影響種子的活力水平，濃度過低則種子脫絨不充分，濃度過高則會燒傷種子，直接降低種子活力[5,19]。本試驗結(jié)果表明，白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均隨鹽酸濃度增加而降低，且濃度為30%的鹽酸處理時均顯著高于CK(P<0.05)，這說明低濃度鹽酸處理能提高白羊草的種子活力，從而促進(jìn)其萌發(fā)及幼苗生長，而高濃度鹽酸處理則相反。此外，本試驗結(jié)果還表明，鹽酸處理濃度為30%～60%時，白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)隨處理時間的延長均呈先升后降的趨勢，而濃度為70%時則均呈下降趨勢。這說明鹽酸處理時間對白羊草種子的活力也具有密切關(guān)系，鹽酸濃度越高，白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)降低到小于CK所需要的時間也就越短。毛居代·亞爾買買提等[7]研究也發(fā)現(xiàn)，2%鹽酸處理20 s促進(jìn)哈密蕪菁種子萌發(fā)的效果最好。本試驗雙因素分析結(jié)果也表明，鹽酸濃度、處理時間及兩者的交互作用均能極顯著(P<0.01)地影響白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及幼苗活力指數(shù)。這可能由于兩方面的原因造成的：一方面，鹽酸處理使種皮軟化，降低了其硬度，提高了種子吸水速度，加快了其萌發(fā)前代謝活動，從而促進(jìn)其萌發(fā)[7]；另一方面，酸處理腐蝕了種皮結(jié)構(gòu)，并減小了其厚度，從而降低了其種皮的機(jī)械限制，從而利于其萌發(fā)[8]。然而，高濃度或長時間的酸處理會破壞其種胚[7]，這可能是高濃度或長時間鹽酸處理降低白羊草種子活力的主要原因。本試驗發(fā)現(xiàn)，白羊草種子平均發(fā)芽時間僅在30%濃度浸種1 min時顯著低于CK，此時白羊草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及幼苗活力指數(shù)也最高，然而白羊草種子平均發(fā)芽時間隨鹽酸濃度及浸種時間的增加呈上升趨勢，這說明鹽酸浸種處理延長了白羊草種子的萌發(fā)時間，這可能由于鹽酸處理會改變白羊草種子細(xì)胞內(nèi)部的滲透勢及pH，輕微的改變則有利于其萌發(fā)前及萌發(fā)代謝活動的發(fā)生，而過度的改變則會起滯緩作用。因此，運(yùn)用鹽酸對白羊草種子進(jìn)行脫絨處理時，必須要注意平衡白羊草種子活力及脫絨效果之間的關(guān)系。

表5 鹽酸處理對白羊草種子活力的雙因素分析Table 5 Bifactor analysis of hydrochloric acid on seed vigor of Bothriochloa ischaemum

4 結(jié)論

鹽酸濃度及浸種時間均對白羊草種子活力具有極顯著影響，輕度鹽酸浸種能有效提高白羊草種子的活力，而過度鹽酸浸種則會降低白羊草種子的活力，濃度為30%的鹽酸浸種1 min對白羊草種子活力的促進(jìn)效果最好。