雙氧水與PEG協(xié)同引發(fā)對小麥種子活力的影響

馬曄 楊進文 李寧 范李劍 史雨剛

摘要：為了解雙氧水與PEG協(xié)同引發(fā)對小麥種子活力的影響，測定了引發(fā)處理后冬小麥的苗長（SL）、根長（RL）、發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽率（GP）等9個種子活力指標。結果表明，‘長7170’在0.25%H2O2浸泡6 h+10% PEG浸泡4 h（處理3）條件下比對照（處理1）的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、苗長、活力指數(shù)顯著升高了18.4%、30.2%、26.1%、48.4%，對比于0%H2O2浸泡12 h+0%PEG浸泡12 h（處理2）的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、根重分別升高了20.7%、16.2%、13.6%、22.8%。‘長6388’在0.25%H2O2浸泡6 h+10%PEG浸泡4 h（處理3）條件下的發(fā)芽率顯著高于對照（處理1）及0.5%H2O2浸泡6 h+5%PEG浸泡4 h（處理9），發(fā)芽指數(shù)與0.5% H2O2浸泡12 h+10%PEG浸泡2 h（處理8）相比升高了12%。種子活力的綜合評價結果（D值）顯示，2個品種均在處理3的協(xié)同引發(fā)下最大，分別為0.9482、0.8293；GGE雙標圖分析表明，0.25% H2O2浸泡6 h+ 10%PEG浸泡4 h（處理3）協(xié)同引發(fā)下，2個品種都在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和根長上表現(xiàn)良好，這些指標可以作為小麥種子活力鑒定的主要指標。

關鍵詞：小麥；雙氧水；PEG；協(xié)同引發(fā)；種子活力

中圖分類號：S512.1文獻標志碼：A論文編號：cjas2021-0213

Synergistic Initiation Effect of Hydrogen Peroxide and PEG on Wheat Seed Vigor

MA Ye， YANG Jinwen， LI Ning， FAN Lijian， SHI Yugang

（College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In order to understand the effect of synergistic initiation of hydrogen peroxide and PEG on seed vigor， nine seed vigor indexes including seedling length （SL）， root length （RL）， germination potential （GE） and germination percentage （GP） and etc. of winter wheat cultivars after initiation were measured. The results showed that under the condition of 0.25%H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3）， the germination potential， germination index， seedling length and vigor index of‘Chang 7170’significantly increased by 18.4%， 30.2%， 26.1% and 48.4%， respectively， compared with those of the control （treatment 1）； and the germination index， vigor index， root length and root weight increased by 20.7%， 16.2%， 13.6% and 22.8%， respectively， compared with those under 0%H2O2 soaking for 12 h and 0%PEG soaking for 12 h（treatment 2）. The germination rate of‘Chang 6388’under 0.25%H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3） was significantly higher than that of the control （treatment 1） and 0.5%H2O2 soaking for 6 h and 5%PEG soaking for 4 h （treatment 9）； and the germination index increased by 12% compared with that under 0.5%H2O2 soaking for 12 h and 10%PEG soaking for 2 h （treatment 8）. The comprehensive evaluation results （D value） showed that the seed vigor of the two cultivars was the highest under the synergistic initiation of treatment 3， which was 0.9482 and 0.8293， respectively. GGE biplot analysis showed that the germination potential， germination rate， germination index， vigor index and root length of the two cultivars were all good under the synergistic initiation of 0.25% H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3）， which could be used as the main indexes for identifying the vigor of wheat seeds.

Keywords： wheat； hydrogen peroxide； PEG； synergistic initiation； seed vigor

0引言

小麥（Triticum aestivum L.）是世界上重要的糧食作物之一，僅次于水稻的戰(zhàn)略地位，全球有1/3以上的人口以小麥為主要口糧，近年來隨著世界人口的加速增長，對小麥產(chǎn)量的需求逐步提高。

種子不僅包含植物全部的遺傳信息，而且是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資料。種子活力是衡量種子質量的重要指標，是決定產(chǎn)量的重要因素。高活力的種子，發(fā)芽率高，出苗快速、整齊、健壯，而且抗逆性和生產(chǎn)力增強[1]，能夠實現(xiàn)播量少、用工少、成本低、效益高的目標[2]；因此采用各種技術提高種子的活力具有重要實踐意義[3-5]。

種子引發(fā)又稱為種子滲透調節(jié)，是根據(jù)種子性質和吸水速率，在播種前通過控制種子吸水速率，使其停留在吸脹階段，促進細胞膜、細胞器、DNA的修復和酶的活化，使之處于發(fā)芽的準備狀態(tài)[6]，此過程有利于種子活力的提高，也有利于萌發(fā)期間各項生理活動順利進行[7-8]。引發(fā)可加速種子發(fā)芽、提高種子抗逆性，打破種子休眠[9]。引發(fā)技術現(xiàn)已應用于小麥[10]、番茄[11]、豆類[12]、菠菜[13]及煙草[14]等作物。張珂等[15]研究發(fā)現(xiàn)，低鎘條件下小麥種子萌發(fā)較好，而鎘脅迫高時就會抑制種子的萌發(fā)。王瑛等[16]研究表明，1%雙氧水浸種24 h對小麥種子活力的影響最為顯著。李季平等[17]研究表明，在20%PEG-6000浸種8 h處理下對小麥種子活力影響較大。

本研究通過對2個冬小麥品種‘長7170’和‘長6388’的種子進行不同濃度、不同時間的雙氧水和PEG協(xié)同引發(fā)處理，分析比較不同引發(fā)處理后小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗長、根長等活力指標，探索最佳的協(xié)同引發(fā)技術，以期為種子引發(fā)技術在小麥生產(chǎn)上的應用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試的2個冬小麥品種‘長7170’和‘長6388’，由山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院小麥育種組提供，為2021年6月收獲的新種子。

1.2試驗設計

1.2.1種子引發(fā)試驗于2021年9—11月在山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院小麥育種實驗室進行，每個品種挑選飽滿、大小均勻一致的種子2200粒。試驗設10個處理（表1），在溫度15℃、相對濕度50%、黑暗條件下對小麥種子進行引發(fā)。將處理后的種子用蒸餾水沖洗表面殘留的引發(fā)液，并用干凈的濾紙吸干種子表面水分，自然晾干24 h。

1.2.2種子發(fā)芽試驗按照農(nóng)作物檢驗規(guī)程（GB/T 3543—1995）的標準發(fā)芽試驗方法，用紙床發(fā)芽法。將直徑為12 cm的培養(yǎng)皿和濾紙經(jīng)120℃高溫滅菌20 min，然后將晾干的種子選50粒放入底部有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，腹溝向下，種胚朝上，每天定時補充水分，在恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)，在溫度25℃、濕度80%、光照強度8000 lx（光照8 h，黑暗16 h）下進行種子發(fā)芽試驗，3次重復。

1.2.3測量指標發(fā)芽試驗的第3天開始每天記錄發(fā)芽種子數(shù)。7天后將培養(yǎng)皿中的種子取出，每個處理選取具有代表性的5株幼苗，用濾紙擦干凈表面水分，測量其苗長（SL）、根長（RL），計算發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽率（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力指數(shù)（VI）、簡易活力指數(shù)（SVI）。

1.3統(tǒng)計分析

運用SPSS 25進行描述性統(tǒng)計分析、方差分析、主成分分析和逐步回歸分析，應用R語言的相關軟件包作GGE雙標圖。

2結果與分析

2.1協(xié)同引發(fā)處理下小麥種子活力的各項指標表型值變異性分析

從表2可以看出，參試的2個小麥品種在協(xié)同引發(fā)處理下，活力指數(shù)和根重的變異系數(shù)超過了10%，說明這2個指標在處理間存在較大的差異。而其余發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗長、根長、苗重、根重的變異系數(shù)均小于10%，說明這些指標在處理間的差異性較小。

2.2協(xié)同引發(fā)處理下小麥種子活力的各項指標方差分析

對各指標進行方差分析（表3），可以看出對于品種‘長7170’來說，除了發(fā)芽率之外其他所有指標都是處理3顯著高于處理1；處理3的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、根重分別達到了68.44、647.55、7.85cm、0.0561g均顯著高于處理2；處理3的發(fā)芽指數(shù)為68.44顯著高于處理4、處理7和處理8；處理3的根重為0.0561g顯著高于處理7、處理8、處理9和處理10。

對于品種‘長6388’來說（表4），處理3、處理4、處理11的發(fā)芽勢（0.85、0.84、0.85）顯著高于處理1；處理3的發(fā)芽率（0.96）顯著高于處理1、處理9；處理3的發(fā)芽指數(shù)（66.66）顯著高于處理1、2、8、9；處理3的苗長（8.95 cm）顯著高于其他處理；處理3、處理4的活力指數(shù)分別為596.31、598.56均顯著高于其他處理；處理3、處理4、處理5的簡易活力指數(shù)分別為8.59、8.48、8.23均顯著高于其他處理；處理3、處理11的根長為6.62 cm、6.46 cm均顯著高于處理1、處理2；處理5的苗重（0.0573 g）顯著高于處理1、處理2、處理4、處理11；處理7的根重（0.0487 g）顯著高于其他處理。

2.3協(xié)同引發(fā)處理下小麥種子活力的各項指標相關性分析

對不同處理下種子活力的各項指標進行相關性分析（表5）?？梢钥闯?個參試品種多數(shù)種子活力指標間存在不同程度的相關，尤其‘長7170’的根長與苗長、簡易活力指數(shù)、苗重和活力指數(shù)之間達到了極顯著正相關水平；‘長6388’的發(fā)芽勢與根長、發(fā)芽指數(shù)與簡易活力指數(shù)和苗重之間達到了極顯著正相關水平，發(fā)芽勢與苗長和簡易活力指數(shù)、發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)和簡易活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)與苗長之間達到了顯著正相關水平。

2.4協(xié)同引發(fā)處理下小麥種子活力的各項指標主成分分析

參試小麥種子活力的各項指標的主成分分析結果見表6?！L7170’的前3個的主成分累計貢獻率達到了89.73%，已基本代表了種子活力相關指標的信息。根據(jù)特征值和貢獻率可知，第一主成分其主要相關的指標有苗長、活力指數(shù)、簡易活力指數(shù)、根長、苗重；第二主成分主要相關的指標有發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根重；第三主成分其主要相關的指標有發(fā)芽率?！L6388’的前3個的主成分累計貢獻率達到了87.56%，可以反映相關性狀提供的大部分信息。根據(jù)特征值和貢獻率可知，第一主成分的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、苗長、活力指數(shù)、簡易活力指數(shù)、苗重表現(xiàn)出較高的載荷量；第二主成分的根重表現(xiàn)出較高的載荷量；第三主成分的發(fā)芽率、根長表現(xiàn)出較高的載荷量。

2.5小麥種子活力性狀的綜合評價值（D）

利用綜合指標的因子值，得到各主成分的因子值即C（X），通過公式（6）計算得到各主成分的隸屬函數(shù)U（X），依據(jù)各主成分的貢獻率，通過公式（7）計算得到各主成分的權重W，通過公式（8）計算得到綜合評價D值，D值越大，表明該處理的種子活力越強。從表7可以看出參試的2個材料都是在0.25% H2O2浸泡6 h+10% PEG浸泡4 h的協(xié)同引發(fā)下的效果最好。

2.6種子活力相關性狀的GGE雙標圖分析

小麥品種的種子活力指標與處理的相關性見圖1、圖2。從圖中可以看出，效果最好的是處理3，即0.25% H2O2浸泡6 h和10%PEG浸泡4 h的協(xié)同引發(fā)。‘長7170’的處理3主要在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、根重6個性狀表現(xiàn)較好；‘長6388’主要在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗長、活力指數(shù)、簡易活力指數(shù)、苗重、根長這8個性狀表現(xiàn)較好。2個品種都在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長上表現(xiàn)比較好。

3討論

種子成熟后隨著儲存時間和儲存環(huán)境的影響，種子成熟后受儲存時間和儲存環(huán)境的影響，細胞膜系統(tǒng)受到不同程度的損傷，種子活力會發(fā)生不可逆轉的變化[18]，活力低的種子播種后會出現(xiàn)出苗不整齊、苗弱等現(xiàn)象，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大的損失。滲透調節(jié)是一種增強種子活力的一種技術，首先是由英國科學家Heydecker提出來的[19]，是為了在不良條件下提高種子的出苗整齊度，進一步提高作物的產(chǎn)量，最大程度的降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。汪少敏等[20]研究表明，低濃度的碘溶液（濃度為0.0001%～0.001%）能夠顯著提高水稻種子的活性、提早發(fā)芽時間、提高種子萌發(fā)的同步性和發(fā)芽率，對種子萌發(fā)具有積極的作用。王鐵兵等[21]發(fā)現(xiàn)水楊酸、赤霉素和聚乙二醇均能改善老化種子萌發(fā)和幼苗生長狀況，能夠促進幼苗生長，提高抗氧化酶活性、修復老化膜損傷，降低了種子浸出液的電導率及丙二醛含量，使種子細胞內(nèi)容物質外滲減少。本試驗結果表明，PEG和H2O2協(xié)同引發(fā)能夠提高小麥種子的活力，但是引發(fā)效果與兩種引發(fā)劑的濃度配比以及引發(fā)時長密切相關。2個參試小麥品種所得最佳的處理時間和處理濃度相同，皆為在0.25% H2O2浸泡6 h和10% PEG浸泡4 h的協(xié)同引發(fā)下的種子活力最強。根據(jù)GGE雙標圖結果顯示，2個品種在最佳處理上表現(xiàn)較好的指標存在差異，這可能是跟品種自身的基因型有關；2個品種都在發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和根長上表現(xiàn)良好，這對促進小麥種子萌發(fā)、提高種子活力具有重要意義；在今后試驗研究中，應引入更多小麥品種使用雙氧水和PEG協(xié)同引發(fā)處理，以找出針對大部分小麥品種可以大面積推廣的最佳濃度和處理時間。

4結論

2個小麥品種‘長7170’和‘長6388’在11個協(xié)同引發(fā)組合的綜合評價D值的排序結果顯示，均在0.25% H2O2浸泡6 h+10%PEG浸泡4 h的協(xié)同引發(fā)下種子活力表現(xiàn)出最強（D值分別為0.9482、0.8293）。GGE雙標圖分析表明，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和根長可以作為小麥種子活力鑒定的主要指標。

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