草木樨種子顏色與種子活力的關(guān)系研究

張震東，盧子健，呂鵬輝，王 曄，段留生，李潤(rùn)枝

(農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京農(nóng)學(xué)院 植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京102206)

草木樨(Melilotussuaveolens)是豆科草木樨屬一年或兩年生草本植物，目前全世界共有25種，具有適應(yīng)性廣，耐寒、耐旱、耐貧瘠和耐鹽堿的特點(diǎn)，既可青飼、青貯，又可曬制干草[1-3]。草木樨生長(zhǎng)迅速、生活力強(qiáng)，草料產(chǎn)量高，并且具有根瘤，擁有良好的固氮能力，地下根系較為發(fā)達(dá)，是一種很重要的優(yōu)良牧草和理想的綠肥作物[4-5]。

種子活力是種子在廣泛田間條件下迅速整齊出苗并長(zhǎng)成幼苗的潛力，較標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率更能說(shuō)明種子質(zhì)量的優(yōu)劣[6]。高活力種子具有出苗迅速、苗齊苗壯、抗逆性強(qiáng)、貯藏性能好等特點(diǎn)，是豐產(chǎn)的基礎(chǔ)[7]。種子活力的高低既受遺傳因素的影響，也受到種子發(fā)育過(guò)程中田間管理、收獲時(shí)間以及貯藏條件等因素的影響。種子的收獲時(shí)間不同，種子的成熟度就不同，部分農(nóng)作物的種子顏色會(huì)出現(xiàn)一定的差異，已有的研究表明種子的種皮顏色與種子活力明顯相關(guān)[8-10]。李賀勤等對(duì)甘藍(lán)種子的研究發(fā)現(xiàn)，種子大小和顏色分級(jí)能有效提高甘藍(lán)種子質(zhì)量，且存在種皮顏色越深、種子越大，則種子活力就越高的變化趨勢(shì)[11]。齊雪峰等測(cè)定了2種不同顏色的烏拉爾甘草種子的千粒重、電導(dǎo)率、發(fā)芽率、活力指數(shù)等，得出了綠籽質(zhì)量要明顯高于黑籽的結(jié)論[12]。姚悅梅等在研究三葉芹種子時(shí)也得出了種皮顏色與種子成熟度相關(guān)，顏色越深，種子成熟度越高的結(jié)論[13]。

草木樨開(kāi)花期較長(zhǎng)，花序形成不一致，因此，收獲時(shí)同一植株的種子成熟度存在較大的差異，而不同成熟度種子的種皮顏色存在差異。但是對(duì)于不同顏色草木樨種子的活力研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以同一草木樨種批中不同顏色的種子為材料，通過(guò)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)、低溫發(fā)芽試驗(yàn)和干旱發(fā)芽試驗(yàn)中的發(fā)芽指標(biāo)以及種子浸泡液電導(dǎo)率，綜合評(píng)價(jià)不同顏色草木樨種子的活力，為草木樨收獲時(shí)期的選擇及清選加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用自購(gòu)的同一種批不同顏色的草木樨種子為材料，按照種皮的顏色分為黃色種子、紅色種子、綠色種子，以及混樣共4組種子進(jìn)行試驗(yàn)(圖1)。

圖1 不同顏色草木樨種子

1.2 試驗(yàn)方法

選擇成熟、均勻一致、無(wú)病蟲(chóng)害、飽滿(mǎn)且大小適中的同一種批的健康種子為試驗(yàn)材料。通過(guò)肉眼識(shí)別，按照種皮顏色不同分揀出黃色、紅色和綠色3組種子，以未分揀的混樣為1組試驗(yàn)材料。

將以上4組試驗(yàn)材料分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)、低溫發(fā)芽試驗(yàn)和干旱發(fā)芽試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)：從每種顏色種子中隨機(jī)選取100粒，3次重復(fù)。在發(fā)芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)中置2層濾紙，加入去離子水至濾紙飽和。用1%次氯酸鈉溶液進(jìn)行種子消毒5 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗3遍。然后將種子排放在發(fā)芽盒中，發(fā)芽盒置于20 ℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)7 d。期間每日觀(guān)察記載種子發(fā)芽數(shù)。種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：胚根突破種皮2 mm。初次發(fā)芽計(jì)數(shù)時(shí)間為第3天，末次計(jì)數(shù)時(shí)間為第7天。

低溫發(fā)芽試驗(yàn)：種子在4 ℃低溫下培養(yǎng)7 d，然后轉(zhuǎn)入20 ℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)7 d，其余操作與萌發(fā)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)。

干旱脅迫發(fā)芽試驗(yàn)：將去離子水替換為質(zhì)量濃度為10%的PEG-6000溶液，其余操作與萌發(fā)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)。

電導(dǎo)率測(cè)定：從每種顏色種子中隨機(jī)選取100粒，分別稱(chēng)重(精確到0.01 g)，3次重復(fù)，每重復(fù)放入100 mL的燒杯，加入50 mL去離子水，輕晃至所有種子完全浸沒(méi)水中，薄膜覆蓋放置25 ℃培養(yǎng)箱中浸泡24 h后進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

測(cè)定以下萌發(fā)指標(biāo)：發(fā)芽勢(shì)GE(%)=初次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽試驗(yàn)樣品粒數(shù)×100%。

發(fā)芽率GP(%)=末次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽試驗(yàn)樣品粒數(shù)×100%。

發(fā)芽指數(shù)GI=∑(Gt/Dt)。

平均發(fā)芽時(shí)間MGT=∑(Gt*Dt) /∑Gt。式中：Dt—發(fā)芽天數(shù)，Gt—與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

電導(dǎo)率(μS·cm-1·g-1)=樣品值/樣品種子質(zhì)量。

用模糊數(shù)學(xué)隸屬法對(duì)4組草木樨種子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在進(jìn)行隸屬值計(jì)算時(shí)，按照公式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，按照公式(2)計(jì)算權(quán)重系數(shù)Wj；根據(jù)公式(3)計(jì)算隸屬函數(shù)值(D)。

(1)

(2)

測(cè)定的數(shù)據(jù)采用Microsoft office 2010軟件整理，使用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。選擇LSD差異法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中不同顏色草木樨種子萌發(fā)指標(biāo)比較

由表1試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析得知，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中，黃色種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都是最高的，分別為74%和84%，均顯著高于其他3組種子。紅色種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均最低，分別為11%和23%。黃色種子的發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他3組種子(P<0.05)，而其他3組種子的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。黃色種子的平均發(fā)芽時(shí)間最短，為2.1 d，與其他3組種子存在顯著差異(P<0.05)。

2.2 低溫脅迫對(duì)不同顏色的草木樨種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

通過(guò)表1數(shù)據(jù)可以看出，低溫脅迫處理后4組草木樨種子的萌發(fā)指標(biāo)均受到不同程度的影響。其中發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均下降，平均發(fā)芽時(shí)間均增加，說(shuō)明低溫脅迫降低了種子萌發(fā)的能力。在低溫脅迫下，黃色種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率為49%和79%，均顯著高于其他3組種子。綠色種子的發(fā)芽勢(shì)最低，但是與紅色種子和混樣種子差異不顯著?；鞓臃N子的發(fā)芽率高于紅色種子和綠色種子，但是差異不顯著。在低溫脅迫下，黃色種子的發(fā)芽指數(shù)為33.6，顯著高于其他3組種子；紅色種子的發(fā)芽指數(shù)最低，為0.6。綠色種子的平均發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)，為5.3 d，顯著高于黃色和紅色種子。

2.3 干旱脅迫對(duì)不同顏色的草木樨種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

通過(guò)表1可知，4組草木樨種子發(fā)芽指標(biāo)均不同程度的受到干旱脅迫的影響，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均下降，平均發(fā)芽時(shí)間均增加。在干旱脅迫下，黃色種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別為50%和64%，均顯著高于其他3組種子。而紅色種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均顯著低于其他3組種子。黃色種子在干旱脅迫下的發(fā)芽指數(shù)為20.2，顯著高于其他3組種子，而紅色種子的發(fā)芽指數(shù)最低，為0.2，與其他3組種子差異顯著。紅色種子的平均發(fā)芽天數(shù)顯著高于其他3組種子，為5.0 d。黃色種子和混樣種子的平均發(fā)芽天數(shù)均為3.4 d，顯著低于紅色種子和綠色種子。

表1 不同顏色和混樣草木樨種子在3種發(fā)芽試驗(yàn)中的萌發(fā)指標(biāo)

2.4 不同萌發(fā)指標(biāo)的相關(guān)性分析

從表2的結(jié)果可以看出，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢(shì)與低溫發(fā)芽勢(shì)、低溫發(fā)芽率、干旱發(fā)芽勢(shì)、干旱發(fā)芽率和干旱發(fā)芽指數(shù)呈著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.970、0.967、0.973、0.969和0.971。標(biāo)準(zhǔn)平均發(fā)芽時(shí)間則與低溫發(fā)芽勢(shì)、低溫發(fā)芽率和低溫發(fā)芽指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.957、-0.950和-0.967。由此可見(jiàn)，不同萌發(fā)指標(biāo)間存在相關(guān)性，對(duì)多個(gè)指標(biāo)綜合分析可以有助于減少鑒定誤差。

表2 不同顏色草木樨種子各萌發(fā)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

2.5 不同顏色草木樨種子浸出液電導(dǎo)率分析

紅色種子、綠色種子、黃色種子、混樣電導(dǎo)率分別是(599.2±24.62)a(μS·cm-1·g-1)，(505.9±22.27)b、(229.5±15.24)c(μS·cm-1·g-1)、(509.5±42.03)b，可見(jiàn)黃色種子的浸出液電導(dǎo)率最低，且與其他3組種子差異顯著，紅色種子的電導(dǎo)率顯著高于其他種子。綠色種子和混樣種子的電導(dǎo)率差異不顯著。

2.6 模糊隸屬函數(shù)法對(duì)不同顏色草木樨種子活力的綜合評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對(duì)三種不同顏色草木樨種子和混樣的各萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算隸屬函數(shù)值(D值)，其D值越大，表明種子活力越高。由表3可以看出，4組草木樨種子活力大小為：黃色種子、紅色種子、混樣種子、綠色種子。

表3 不同顏色的草木樨種子各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)

3 討論和結(jié)論

種子活力是衡量種子質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，活力高的種子出苗迅速，苗齊苗壯，是獲得作物產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)。不同收獲時(shí)間的種子其成熟度不同，而種皮顏色隨著種子成熟度的變化而出現(xiàn)差異。在本研究中，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)、低溫發(fā)芽試驗(yàn)和干旱發(fā)芽試驗(yàn)中，同一草木樨種批中的3種顏色種子和混樣種子的萌發(fā)指標(biāo)均存在顯著性差異，即種子顏色與種子活力直接相關(guān)，這與其他作物種子的研究結(jié)果一致[14-15]。種子吸脹初期細(xì)胞膜重建和損傷修復(fù)的能力影響電解質(zhì)和可溶性物質(zhì)外滲的程度，因此通過(guò)測(cè)定種子浸泡液的電導(dǎo)率可以判斷種子活力的大小。種子活力越高則外滲的程度越低，即電導(dǎo)率與種子活力呈負(fù)相關(guān)[16]。齊雪峰等研究發(fā)現(xiàn)深綠色的干豌豆種子的活力指數(shù)和TTC活力顯著高于黑色種子，而電導(dǎo)率大小與之相反[12]。鄒吉祥等研究發(fā)現(xiàn)淺黃色羊草種子種子活力越高，則種子浸泡液的電導(dǎo)率越小[17]。在本研究中，活力最高的黃色草木樨種子的電導(dǎo)率最低，與以上研究結(jié)果一致。

種子萌發(fā)時(shí)對(duì)溫度和水分的變化比較敏感，選擇在低溫和干旱影響下仍具有較高活力的種子能降低種子的播種環(huán)境要求，減少播種成本，擴(kuò)大可種植區(qū)域，這對(duì)綠肥種子具有重要的意義。研究表明低溫和干旱會(huì)不同程度降低種子的活力[18-21]。華北地區(qū)早春氣溫較低且相對(duì)干旱，種植各種綠肥作物可以有效增加覆蓋度，增強(qiáng)防風(fēng)固沙效果。在本研究中，黃色草木樨種子在低溫和干旱脅迫下，種子的萌發(fā)指標(biāo)顯著高于其它顏色種子。因此，在草木樨種子加工過(guò)程中，可以使用色選機(jī)進(jìn)行種子分選，篩選出黃色種子，為低溫和干旱條件下播種提供活力更高的種子。

由于草木樨花期長(zhǎng)達(dá)50～60 d，收獲時(shí)種子成熟度不一致，因此同一種批中包含了不同顏色的種子。高活力草木樨種子的最佳收獲時(shí)間尚未見(jiàn)報(bào)道。在本研究中，不同顏色的草木樨種子活力存在顯著差異，通過(guò)模糊隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)種子活力，由大到小依次為：黃色種子，紅色種子和綠色種子。根據(jù)本課題組的實(shí)踐，在華北地區(qū)草木樨種子一般在7月下旬至8月中旬黃色種子的比例最大，應(yīng)及時(shí)采收。研究結(jié)果為草木樨種子的適期收獲和清選加工提供了理論參考。