老化處理對(duì)不同活力玉米種子萌發(fā)期及幼苗期生長(zhǎng)的影響

鄧 杰， 孔祥飛， 吳姍姍， 周凱凱， 孫麗芳， 王 霞， 李文龍， 高樹仁

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 大慶 163319；2.北京市大興區(qū)種子管理站， 北京 102600)

種子活力(Seed vigor)是種子在各種環(huán)境條件下具備的潛在萌發(fā)與出苗能力及貯藏性能，是衡量種子品質(zhì)的重要指標(biāo)[1]。種子從生理成熟開始，受本身遺傳特性[2]及貯藏環(huán)境條件[3]的影響。種子活力的自然衰退導(dǎo)致種子老化(Seed aging)[4-5]，種子老化(劣變)會(huì)影響種子出苗情況和對(duì)不良條件的抵抗能力，使作物容易遭受病蟲危害，生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)及生產(chǎn)潛力受到影響[6-7]。在種子老化過程中，有毒物質(zhì)積累、基本代謝失調(diào)導(dǎo)致種子活力下降[8]。盡管國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者做了大量研究[9-10]，但是種子老化的表現(xiàn)及機(jī)理并不十分清楚，因此要全面探究種子老化對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

種子老化方法分為自然老化和人工老化，自然老化是將種子置于自然條件下貯藏若干年，多種因素復(fù)合影響種子活力；人工老化是通過對(duì)種子進(jìn)行一定處理，加速種子老化進(jìn)程。普遍認(rèn)為，人工老化和自然老化對(duì)種子的影響不同，但都引起種子生理結(jié)構(gòu)和生化反應(yīng)的改變[11-12]，由于自然老化時(shí)間較長(zhǎng)，用人工老化可以彌補(bǔ)自然老化所需時(shí)間過長(zhǎng)的不足，所以目前常用人工老化代替自然老化的方法研究老化種子活力的各種變化規(guī)律[13]。研究表明，對(duì)種子進(jìn)行人工老化處理后，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等種子活力指標(biāo)會(huì)下降，鄭單958和先玉335經(jīng)過50 ℃、RH 95%處理8 d后，發(fā)芽率降為0[14]；而甜玉米甜農(nóng)88和甜農(nóng)99經(jīng)過41 ℃、相對(duì)濕度90%處理6 d后，發(fā)芽率還能達(dá)到80%以上[15]；小麥經(jīng)過高溫高濕9 d處理后仍能保持較高的發(fā)芽力和根系活力[16]；綜上所述，不同作物、同種作物不同類型的種子活力差異很大。目前，前人研究主要集中在老化種子生理指標(biāo)及萌發(fā)期的變化規(guī)律方面，關(guān)于老化對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)及不同耐老化程度種子生長(zhǎng)表現(xiàn)的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過對(duì)生產(chǎn)上種植的玉米雜交種進(jìn)行人工老化處理，利用室內(nèi)培養(yǎng)箱及溫室環(huán)境條件，研究人工老化處理對(duì)不同活力玉米萌發(fā)指標(biāo)、幼苗期生長(zhǎng)特性的影響及其變化規(guī)律，為全面探究種子老化對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，研究種子老化機(jī)理和種子活力修復(fù)等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

春玉米品種錦源338(半馬齒型)、樂玉1號(hào)(半馬齒型)、均隆1217(半馬齒型)、科玉15(半馬齒型)及元華116(偏硬粒型)，2019年購(gòu)于大慶市杜爾伯特農(nóng)資市場(chǎng)，發(fā)芽率均達(dá)到85%以上，前4個(gè)品種均有種衣劑包衣。

1.2 方 法

1.2.1人工加速老化

采用LH-150 S型種子老化箱對(duì)玉米種子進(jìn)行高溫高濕老化處理，老化處理溫度為45 ℃、相對(duì)濕度為≥95%。將玉米種子放在網(wǎng)袋中，均勻平鋪在老化箱內(nèi)架子上，連續(xù)處理2、4、6、8 d，取出老化種子并放置室內(nèi)20～25 ℃陰涼通風(fēng)處，待種子含水量降為14%以下方可利用。以未老化處理的種子作為ck。

1.2.2室內(nèi)培養(yǎng)箱發(fā)芽試驗(yàn)及測(cè)定項(xiàng)目

選用老化不同時(shí)間、大小均勻一致的5個(gè)玉米品種種子用10%的NaClO溶液浸泡消毒20 min，無菌水沖洗后，用無菌水浸泡6 h，利用紙間發(fā)芽法對(duì)種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，將浸種后的種子在發(fā)芽盒內(nèi)均勻擺放后，用無菌水溶液打濕濾紙。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子，于培養(yǎng)箱中25 ℃培養(yǎng)，每天用無菌水補(bǔ)充損失的水分。

從發(fā)芽第2天起，每天觀察發(fā)芽情況，將發(fā)霉的種子及時(shí)移出，更換新的濾紙，記錄發(fā)芽數(shù)量，以萌發(fā)幼芽達(dá)種子長(zhǎng)度1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)記錄7 d，最后一天測(cè)量10個(gè)發(fā)芽種子的胚根長(zhǎng)度及胚芽長(zhǎng)度，未達(dá)到10個(gè)發(fā)芽數(shù)量的種子按實(shí)際數(shù)量計(jì)算，求取平均值。

根據(jù)種子發(fā)芽情況計(jì)算各指標(biāo)，公式[17]如下：

發(fā)芽勢(shì)(GP,%)=(第3天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率(GR,%)=(第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)(VI)=GI×S；

式中：Gt為t時(shí)間種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間；S為第7天胚芽長(zhǎng)度。

1.2.3溫室幼苗試驗(yàn)及測(cè)定項(xiàng)目

試驗(yàn)在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)日光溫室中進(jìn)行。根據(jù)室內(nèi)培養(yǎng)箱發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果，推算出能夠區(qū)別不同玉米雜交種活力的適宜老化時(shí)間(t1)。選取2～3份活力有差異且老化后有差異的玉米品種，將其老化t1時(shí)間后，同ck在自來水下浸泡12 h，播種在營(yíng)養(yǎng)穴盤內(nèi)(基質(zhì)配比為V營(yíng)養(yǎng)土∶V蛭石=1∶1)，播深2 cm，每個(gè)穴盤50穴，每穴1粒種子，1個(gè)穴盤為1次重復(fù)，共3次重復(fù)。每天將基質(zhì)的水分補(bǔ)足，記錄出苗數(shù)量，直至出苗數(shù)量不再變動(dòng)，以種子發(fā)芽出土約2 cm為出苗標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出苗率及出苗指數(shù)。待2/3植株進(jìn)入3葉1心期時(shí)，每個(gè)穴盤隨機(jī)挑取20株幼苗，清洗干凈，用吸水紙吸干幼苗表面水分，測(cè)量株高、根長(zhǎng)，隨機(jī)挑取10株幼苗測(cè)定地上(地下)部分鮮重，將地上和地下部分用105 ℃殺青30 min后80 ℃烘干至恒重后稱取地上(地下)部分干重，計(jì)算株高整齊度。

出苗率(%)=(所有出苗數(shù)量/供試種子總數(shù))×100%；

出苗指數(shù)=∑(t時(shí)間種子出苗數(shù)/相應(yīng)出苗時(shí)間)；

株高整齊度=平均株高/株高的標(biāo)準(zhǔn)差

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016軟件對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 老化處理對(duì)不同活力玉米種子室內(nèi)發(fā)芽力的影響

由表1可知，不同品種、不同老化處理時(shí)間及品種與老化處理交互作用中的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)及胚芽長(zhǎng)均表現(xiàn)極顯著差異，表明人工老化處理對(duì)不同品種的上述指標(biāo)均呈極顯著影響，可以繼續(xù)深入分析。

表1 老化處理對(duì)玉米種子活力性狀的方差分析

不同老化處理時(shí)間的玉米種子活力各指標(biāo)變化如表2所示，5個(gè)品種未老化的活力指數(shù)排序是錦源338>均隆1217>元華116>樂玉1號(hào)>科玉15，老化處理后，5個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)，但不同指標(biāo)、不同品種間降低程度不同。元華116的各項(xiàng)活力指標(biāo)均是老化處理4 d后與ck呈極顯著降低趨勢(shì)，其他4個(gè)品種是老化處理2 d后與ck呈顯著或極顯著差異。所有品種2 d老化處理的4項(xiàng)活力指標(biāo)降幅較小，經(jīng)過4 d老化處理后的4項(xiàng)活力指標(biāo)均較ck下降50%以上，由此可以看出，老化2～4 d是玉米品種對(duì)老化條件產(chǎn)生反應(yīng)的敏感期。元華116的各項(xiàng)指標(biāo)降幅最緩，老化8 d后的發(fā)芽率為3.33%，說明其最耐老化。老化處理8 d的樂玉1號(hào)及均隆1217發(fā)芽率為0，老化6 d的錦源338、老化4 d的科玉15無發(fā)芽現(xiàn)象，說明這兩個(gè)品種對(duì)老化條件較為敏感。

在胚根長(zhǎng)度表現(xiàn)上，錦源338、樂玉1號(hào)及均隆1217隨老化時(shí)間延長(zhǎng)胚根長(zhǎng)度減少。老化2 d的科玉15胚根長(zhǎng)度略有增加，但與ck差異不顯著；元華116的胚根長(zhǎng)度隨老化時(shí)間延長(zhǎng)，呈增加-降低-增加的趨勢(shì)，老化4 d的胚根長(zhǎng)度最小，為8.66 cm。在胚芽長(zhǎng)度表現(xiàn)上，老化2 d的元華116胚芽長(zhǎng)度較ck增加0.43 cm，但差異不顯著，隨種子老化時(shí)間延長(zhǎng)，胚芽長(zhǎng)度逐漸減少，老化時(shí)間大于4 d的胚芽長(zhǎng)度與ck差異極顯著。另外4個(gè)品種的胚芽長(zhǎng)均是隨種子老化時(shí)間延長(zhǎng)，胚芽長(zhǎng)度逐漸減少，老化4 d的胚芽長(zhǎng)度均與ck差異極顯著。

根據(jù)不同老化處理時(shí)間與發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的數(shù)據(jù)關(guān)系，建立老化處理時(shí)間與活性性狀的回歸方程(見表3)，因胚根長(zhǎng)度不同品種變化差異較大，胚芽長(zhǎng)度數(shù)據(jù)在活力指數(shù)計(jì)算中體現(xiàn)，故沒有研究二者與老化處理時(shí)間的關(guān)系。由表3可以看出，玉米種子的4個(gè)活力性狀與老化處理時(shí)間建立的一元二次回歸方程的決定系數(shù)均達(dá)到0.95以上，達(dá)到顯著差異。根據(jù)回歸方程計(jì)算出4項(xiàng)活力指標(biāo)達(dá)到半抑制程度的老化處理時(shí)間分別是2.45 d(GP)、2.66 d(GR)、2.34 d(GI)及2.15 d(VI)。

表3 老化處理與活力性狀的相關(guān)分析

根據(jù)半抑制老化時(shí)間及表2分析結(jié)果，老化2～4 d是玉米種子對(duì)老化條件產(chǎn)生反應(yīng)的敏感期，為方便種子處理和操作，將區(qū)別不同玉米雜交種活力的最短老化時(shí)間及后續(xù)老化研究時(shí)間t1確定為3 d。

表2 不同老化處理的玉米種子活力變化Table 2 Comparison of seed vigor changes of maize under different aging treatments

2.2 老化處理對(duì)不同活力玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

選取萌發(fā)期鑒定的不同活力且老化后有較大差異，元華116、錦源338及科玉15進(jìn)行高溫高濕老化處理3 d后同ck播種于溫室營(yíng)養(yǎng)穴盤中，出苗后調(diào)查的各性狀方差分析結(jié)果(表4)表明，出苗率、出苗指數(shù)、根長(zhǎng)、地下(地上)鮮重及地上干重在不同品種間達(dá)到極顯著差異，其他性狀未達(dá)到顯著差異水平。不同老化處理時(shí)間的所有幼苗相關(guān)性狀均達(dá)到極顯著差異。出苗率、株高及地上鮮重的互作效應(yīng)達(dá)到極顯著水平，出苗指數(shù)的互作效應(yīng)達(dá)到顯著水平，其他性狀的互作效應(yīng)未表現(xiàn)出顯著差異。

表4 老化處理對(duì)玉米幼苗性狀的方差分析

從表5可以看出，未經(jīng)過老化處理時(shí)，出苗率、株高及株高整齊度性狀方面，3個(gè)品種表現(xiàn)依次是錦源338>科玉15>元華116；出苗指數(shù)、根長(zhǎng)及地上鮮重性狀方面，3個(gè)品種表現(xiàn)依次是科玉15>錦源338>元華116；地下鮮重及地上干重方面，3個(gè)品種表現(xiàn)依次是科玉15>元華116>錦源338；元華116的地下干重高于另外兩個(gè)品種。種子老化處理3 d后，幼苗的各性狀均受不同程度影響。3個(gè)玉米品種老化3 d后出苗率均極顯著低于ck，錦源338和科玉15較ck分別降低49.30%、42.86%，元華116降低21.17%。3個(gè)品種老化3 d后出苗指數(shù)均極顯著低于ck，但3個(gè)品種差異不大。

表5 老化處理對(duì)玉米幼苗性狀的影響

幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，老化的元華116和科玉15株高、株高整齊度較ck有降低趨勢(shì)，但未達(dá)到極顯著水平，錦源338的株高和株高整齊度分別較ck降低23.72%、66.90%，達(dá)到極顯著水平。老化后的幼苗根長(zhǎng)較ck全部變短，老化敏感的科玉15根長(zhǎng)較ck降低24.67%，達(dá)到顯著水平，較耐老化元華116的根長(zhǎng)較ck減少38.08%，達(dá)到極顯著水平，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因需要進(jìn)一步探索。

各品種老化處理的地上、地下鮮重均比ck有下降趨勢(shì)，錦源338老化處理的地下鮮重及地上鮮重分別顯著、極顯著低于ck，科玉15的地上鮮重顯著低于ck，元華116的這兩個(gè)指標(biāo)未有顯著差異。各品種處理的地下干重均比ck有上升趨勢(shì)，錦源338老化處理的地下干重極顯著高于ck，高出0.53 g；科玉15老化處理的地下干重較ck高0.28 g，達(dá)到顯著水平。各品種處理的地上干重比ck有下降趨勢(shì)，錦源338和科玉15的地上干重在ck與處理間達(dá)到極顯著或顯著水平，元華116的地下地上干重未達(dá)到顯著水平。

3 討 論

旺盛的種子活力是提高種子的發(fā)芽率、出苗整齊度以及促進(jìn)植物健壯生長(zhǎng)的基本條件[18]，然而種子在收獲后經(jīng)過貯藏、尤其不良條件的貯藏或貯藏時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致種子活力下降，從而影響出苗、生長(zhǎng)及產(chǎn)量，故提高種子活力在保證作物高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)中具有基石作用[19]。

研究表明，不同活力玉米種子經(jīng)過老化后，活力下降程度各不相同。隨著老化處理時(shí)間延長(zhǎng)，不同活力種子所受傷害出現(xiàn)明顯差異變化，科玉15和錦源338的活力降低迅速，元華116的活力降低緩慢，說明不同品種間耐老化程度不同。老化時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，活力繼續(xù)降低，老化8 d時(shí)，只有在ck中活力表現(xiàn)一般的元華116有微弱活力，其他玉米品種的活力徹底喪失，分析其原因可能是另外4個(gè)品種的種子外均有種衣劑，并且都是半馬齒型玉米，當(dāng)種子置于高溫高濕條件中，半馬齒型種子吸水速率快，種子吸脹后，種衣劑進(jìn)入種子胚細(xì)胞內(nèi)部，種衣劑中藥劑成分對(duì)胚細(xì)胞代謝產(chǎn)生抑制作用。本研究結(jié)果和前人研究結(jié)果相同之處是隨老化處理時(shí)間延長(zhǎng)種子活力均呈下降趨勢(shì)；不同之處是本研究中所有玉米品種的種子活力受老化影響較大，同是高溫高濕老化4 d，本研究供試玉米種子老化后活力指數(shù)均比ck下降80%，王春蓮等[13]研究表明，3個(gè)老化玉米種子活力指數(shù)均比ck下降30%左右，渠云芳等[20]研究表明，2個(gè)老化玉米種子發(fā)芽率和活力指數(shù)分別均比ck下降40%和50%左右，可能是受品種遺傳特性及種子在形成、發(fā)育、收獲、貯藏過程中的環(huán)境條件影響。

多個(gè)品種的胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)隨老化時(shí)間延長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)，但是不同玉米品種受老化處理后表現(xiàn)差異顯著，元華116胚根長(zhǎng)度隨老化時(shí)間延長(zhǎng)，呈增加-降低-增加的趨勢(shì)，說明老化在影響種子活力方面主要影響玉米種子的發(fā)芽能力，一旦種子發(fā)芽，可以對(duì)種子受到的傷害進(jìn)行自我修復(fù)。老化2 d的科玉15和元華116胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)出現(xiàn)略比ck增大的現(xiàn)象，也說明輕微的老化條件對(duì)胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)影響較小，有的品種具有自我修復(fù)功能。

溫室穴盤試驗(yàn)結(jié)果顯示，老化3 d的錦源338及科玉15多項(xiàng)地上指標(biāo)較元華116表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，具體為出苗率、株高、株高整齊度、地上鮮重及地上干重，說明錦源338和科玉15屬于老化敏感型玉米品種，其地上部分生長(zhǎng)受嚴(yán)重抑制，元華116耐老化能力較強(qiáng)，其地上部分生長(zhǎng)受抑制程度較小。通過根長(zhǎng)、地下鮮重及地下干重?cái)?shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，老化處理的根長(zhǎng)、地下鮮重均比ck有下降趨勢(shì)，但是地下干重出現(xiàn)相反的結(jié)果，表明老化種子的幼苗含水量低，代謝緩慢，不能將根系吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及時(shí)向上運(yùn)輸，老化種子地上部生長(zhǎng)受到抑制較重，這種現(xiàn)象在錦源338及科玉15兩個(gè)品種上表現(xiàn)更顯著。錦源338及科玉15的生育期分別是126 d和129 d，而元華116的生育期是104 d，適合在冷涼地區(qū)種植，耐低溫的品種同樣具有較高種子活力，元華116較耐老化的原因可能是在品種選育時(shí)注重了種子活力這一性狀。

4 結(jié) 論

本研究表明，隨人工老化處理時(shí)間延長(zhǎng)，不同活性玉米種子萌發(fā)期各性狀差異逐漸加大，活力降低程度不同。正常條件下種植活力較高的錦源338及科玉15不耐老化，元華116較耐老化，老化敏感型玉米種子的出苗率、出苗速率、幼苗生長(zhǎng)量及整齊度受抑制程度嚴(yán)重，幼苗含水量低，代謝緩慢。若要全面研究種子老化對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，應(yīng)增加種子不同類型進(jìn)行深入分析。