水合-脫水處理對玉米雜交種活力影響的研究

劉亞莉 蘭進好

（青島農業(yè)大學農學院，青島 266109）

種子是農業(yè)最基本的生產資料，種子活力的大小與種子衰老程度密切相關。延緩種子衰老進程的方法主要有2 種：一是人工控制種子貯藏的溫、濕度等環(huán)境因素；二是采用一定的播前種子處理方法，諸如射線、電、磁、超聲波等物理處理技術[1]，應用最為廣泛的是種子引發(fā)處理。種子引發(fā)技術主要包括：水引發(fā)、滾筒引發(fā)、生物引發(fā)等[2]多種類型。

種子引發(fā)也稱滲透調節(jié)，是控制種子緩慢吸水使其停留在吸脹的第2 階段的一種處理方法。研究表明，干燥種子的含水量低（一般為5%～14%），且大部分水以束縛水的狀態(tài)存在，原生質呈凝膠狀態(tài)，代謝水平低。種子吸水后，原生質變?yōu)槿苣z狀態(tài)，代謝增強；種皮膨脹軟化，使氧氣容易通過，增強胚的呼吸作用，也使胚根易于突破種皮；激活的生理活性物質能促進種子的萌發(fā)，如GA 能促進種子萌發(fā)，進而通過轉錄和轉錄后水平對α-淀粉酶基因的表達進行調控[3]。引發(fā)處理能夠使種子的內部生理結構及生化狀態(tài)發(fā)生一系列變化，經引發(fā)的種子活力增強、出苗快而齊。

近幾年，隨著玉米播、管、收全程機械化的應用及普及，特別是單粒精準播種技術的研發(fā)與推廣，玉米生產對種子的活力提出了更高的要求。已有的播前種子引發(fā)處理技術需要相應的設備和條件，操作程序繁瑣，技術成本較高，不能在生產實際中大規(guī)模運用。本試驗在適、低溫兩個不同溫度條件下，開展了水合-脫水處理技術對種子活力影響的研究。旨在構建和優(yōu)化一套低成本、易操作、適于單粒精準播種的高活力種子處理技術，解決玉米生產中存在的“卡脖子”關鍵技術問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料以登海種業(yè)新育成的5 個不同基因型玉米雜交種登海815、登海720、登海253、登海2511 和登海255 的新種子作為試驗材料，供試品種屬于苗頭品種，正在等待審核通過。

1.2 試驗方法材料的預處理。挑選大小一致、籽粒飽滿的完整玉米種子，用10%的NaClO 消毒10min，然后用蒸餾水漂洗2～3 次，備用。清洗、干燥后的沙子用篩子篩理，保留直徑為0.05～0.08mm 的沙子，經120～140℃高溫滅菌3h 后，冷卻備用。

浸種、脫水與置床。分別選取表面滅菌后5 個玉米雜交種的凈種子（含水量為5%～14%）1000g，室溫下于蒸餾水中浸種8h。室溫通風條件下，使種子自然脫水至20%～25%、26%～30%和31%～35%3 個不同含水量范圍（含水量的測定用LDS-1H 電腦水分測定儀）。

以干種子為對照。將每個雜交種3 個水分段的種子分置在適溫（25℃）和低溫（10℃）兩個條件下進行發(fā)芽試驗，每個處理3 次重復，每個重復100 粒種子。

1.3 數(shù)據(jù)記載與處理記載種子從置床到破土露出胚芽鞘所經歷的天數(shù)（d），每隔6h 觀察記錄1 次露出胚芽鞘種子數(shù)，每個處理露出胚芽鞘種子數(shù)達到50%以上時所用的天數(shù)即為種子露出胚芽鞘天數(shù)。在此基礎上計算處理比對照早破土天數(shù)（ED，early day）。

種子的發(fā)芽勢。25℃條件下置床第4 天記錄發(fā)芽勢；10℃條件下置床第10 天記錄發(fā)芽勢。種子發(fā)芽率。25℃條件下置床第7 天記錄發(fā)芽率；10℃條件下置床第17 天記錄發(fā)芽率。并計算相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率，據(jù)此判斷種子的活力和耐低溫能力。

生理指標測定。發(fā)芽試驗結束時，測量鮮樣的苗高、根長、根數(shù)。測量畢，將鮮樣分解為根和苗兩部分，首先在烘箱中105℃殺青15min，然后75℃恒溫干燥至恒重，稱量樣品干重后根據(jù)發(fā)芽種子數(shù)折合成苗均干重和根均干重。

2 結果與分析

2.1 25℃條件下不同含水量種子的發(fā)芽力及相關生理指標由表1 可知，與對照相比，在25℃下，處理種子的各項生理指標均呈現(xiàn)隨含水量的升高而下降的趨勢；大多數(shù)品種的發(fā)芽力指標均高于對照。具體表現(xiàn)在：處理種子萌發(fā)時間早于相應對照0.25～1.00d；大多數(shù)品種的發(fā)芽勢及發(fā)芽率均達到了95%以上。當種子的含水量為20%～25%時，種子露出胚芽鞘所需的天數(shù)最短，且在這一水分條件下，種子的發(fā)芽勢及發(fā)芽率均達到最大值。

除含水量為31%～35%的登海720 外，其余品種的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均≥1，且在含水量為20%～25%時達到最大值。這一結果表明處理后種子的發(fā)芽勢及發(fā)芽率相較于干燥種子均有所提高，即該處理可以提高種子的發(fā)芽力。

由表2 數(shù)據(jù)可知，在25℃條件下，處理后種子幼苗的所測生理指標較對照存在明顯差別。比較發(fā)現(xiàn)，處理后種子幼苗的相關生理指標均優(yōu)于對照，且處理后種子幼苗的生理指標均呈現(xiàn)出隨含水量的升高而下降的趨勢。當種子吸水后再脫水至20%～25%時，幼苗的各項生理指標均優(yōu)于其他含水量范圍及對照，主要表現(xiàn)在苗高、根長、苗均干重和根均干重的增加。

表1 25℃適溫條件下不同雜交種各含水量種子的發(fā)芽力指標

表2 25℃適溫條件下不同雜交種各含水量種子幼苗相關生理指標

2.2 10℃條件下不同含水量種子的發(fā)芽力及相關生理指標由表3 可知，在10℃低溫條件下，隨含水量的升高，處理后種子的各生理指標均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，5 個雜交種發(fā)芽力指標較對照均有提高。具體表現(xiàn)在：低溫脅迫下，處理后雜交種均表現(xiàn)為種子破土早發(fā)；與對照相比，處理種子的發(fā)芽勢有了大幅度提高。當種子的含水量為26%～30%時，種子露出胚芽鞘所需的天數(shù)最短，種子的發(fā)芽勢及發(fā)芽率最高。這表明低溫脅迫下，種子先吸水再脫水至含水量為26%～30%時，更有利于雜交種的破土早發(fā)，同時種子的發(fā)芽勢增強，種子活力大幅度提高。

5 個雜交種種子的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢具有明顯差別，種子的相對發(fā)芽率略高于1，而種子的相對發(fā)芽勢遠高于1。當種子的含水量在26%～30%時，各品種種子的相對發(fā)芽率均達到最大值。這表明種子先吸水再脫水至不同的含水量范圍可以大幅度提高種子的發(fā)芽勢，明顯提高種子的活力。

表3 10℃低溫條件下不同雜交種各含水量種子的發(fā)芽力指標

由表4 可知，在10℃低溫脅迫下，與對照相比，種子先吸水再脫水至不同的含水量發(fā)芽后，幼苗相關生理指標存在明顯差別。具體表現(xiàn)在：處理后幼苗的相關生理指標隨含水量的升高呈現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象，且較對照有大幅度的提高。當種子先吸水后再脫水至26%～30%的含水量范圍時，幼苗的相關生理指標較其他含水量范圍及對照均表現(xiàn)優(yōu)越，主要表現(xiàn)在苗高、根長、苗均干重、根均干重的明顯增加。

表4 10℃低溫條件下不同雜交種各含水量種子幼苗相關生理指標

3 結論與討論

本試驗在適溫、低溫條件下研究了水合-脫水處理對玉米雜交種發(fā)芽力及相關生理指標的影響。由研究結果可見，無論是在適溫還是在低溫條件下，當玉米種子先吸水再脫水至不同含水量范圍時，大多數(shù)雜交種的種子活力較干燥狀態(tài)有所提高。在適溫條件下，種子先吸水再脫水至不同的含水量范圍時種子的發(fā)芽力指標較對照略有提高，但種子的生理指標具有較明顯變化。在低溫脅迫條件下，種子先吸水再脫水至不同的含水量范圍時種子的發(fā)芽力和生理指標均有明顯差別，具體表現(xiàn)在發(fā)芽勢、苗高、根長、苗均干重、根均干重的增加。這與李智民[4]研究結果基本一致。與前人相比，本研究創(chuàng)造性地提出了相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽力兩個基本概念，為更好地分析對照和處理的發(fā)芽力指標提供方便。

低溫冷害是我國北方春玉米生產區(qū)的常見災害，也是導致該產區(qū)玉米產量不穩(wěn)定的重要原因。低溫脅迫致使萌發(fā)階段的玉米種子發(fā)生吸脹障礙，從而造成種子損傷和降低種子活力，影響種子發(fā)芽和幼苗的生長[5]。前人研究表明：浸種可以顯著提高低溫脅迫下種子的發(fā)芽力指標及相關生理指標[6]。本研究發(fā)現(xiàn)，較干燥種子而言，低溫條件下26%～30%含水量范圍的水合-脫水處理技術能提高種子的發(fā)芽力及其他相關生理指標，主要體現(xiàn)在發(fā)芽勢、苗高、根長的提高以及干物質積累量的增加。此研究確定了具有品種普適性的種子引發(fā)含水量區(qū)間，為探索提高種子活力的簡約化水引發(fā)技術提供有益參考，同時對提高我國北方春玉米區(qū)玉米播種質量，降低苗期冷害侵襲以及提高玉米產量等方面具有重要參考意義。