小粒種咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)測定

李貴平，付興飛，胡發(fā)廣，黃家雄，武瑞瑞，楊 旸，李亞男

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，云南保山 678000）

咖啡（Coffea）為茜草科仙丹花亞科咖啡族咖啡屬的植物［1］，原產(chǎn)非洲中北部熱帶雨林，與可可（Theobroma cacao）、茶（Camellia sinensis）并稱為世界三大飲料植物，在世界熱帶農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、國際商貿(mào)及人類生活中具有極其重要的地位和作用［2］。目前用于商業(yè)化栽培的種類主要有小粒種咖啡（Coffea arabicaL.）和中粒種咖啡（C. canephoraPierre ex A. Froehner），而大粒種咖啡（C.libericaBull. ex Hiern）商業(yè)化栽培比較少。我國生產(chǎn)上栽培的種類主要為小粒種咖啡，主要在云南和四川等省種植；中粒種咖啡也稱為羅布斯塔種咖啡，主要在海南省種植［2-4］。

小粒種咖啡為自花授粉植物，實(shí)生后代遺傳變異率小，性狀較穩(wěn)定，故生產(chǎn)上一般采用種子繁育后代和種苗［5-6］。衡量咖啡種子質(zhì)量一般采用品種純凈度、種子發(fā)芽率、種子含水量、種子完整度、種子飽滿度等指標(biāo)［7-8］來進(jìn)行判斷，而通過咖啡種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽速率等發(fā)芽指標(biāo)的研究報道相對較少。本文參考王朔楠等［9］的種子發(fā)芽指標(biāo)及其測定方法，采用常規(guī)的沙床催芽育苗方法［10-11］對小粒種咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行分析，為小粒種咖啡種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的判斷與衡量提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試品種

選用小粒種咖啡卡蒂姆CIFC7963 完全成熟的果實(shí)，參照黃家雄［10］、郭鐵英［12］等有關(guān)咖啡育苗方法進(jìn)行制種，按照咖啡種子質(zhì)量指標(biāo)［7］第一級種子的要求,選用完整度100%和飽滿度100%的咖啡種子為供試材料，并且在制種后10 d 內(nèi)播種。

1.2 育苗材料

播種催芽的基質(zhì)材料采用咖啡常規(guī)育苗用的江沙,去除其中的草根、樹葉、土粒和石塊等雜質(zhì)。選用盆高20 cm、盆口直徑24 cm 的圓形塑料花盆，在花盆內(nèi)壁高16 cm 和17.5 cm 處用記號筆做標(biāo)記。

1.3 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于云南省保山市隆陽區(qū)潞江鎮(zhèn)（24°28′N，98°49′E），屬南亞熱帶半干旱季風(fēng)氣候，年均溫21.3℃，絕對最高氣溫40.4℃，絕對最低氣溫0.2℃，＞10℃積溫7 694℃，年均降雨量751.4 mm，降雨集中在6—10 月，年均蒸發(fā)量2 101.9 mm，年日照時數(shù) 2 328 h，相對濕度70%［6］。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)5 個重復(fù)，用于播種的花盆記為A1～A5，對應(yīng)的備用花盆記為B1～B5。將備好的江沙裝入花盆內(nèi)至16 cm 標(biāo)記處，淋足水分。待水分下落至沙面靜止平整時，沙面低于16 cm 標(biāo)記處的繼續(xù)填入江沙和淋水，高于16 cm 的則取出多余江沙并淋水，直至沙面靜止于16 cm 標(biāo)記處。

咖啡種子按常規(guī)沙床催芽育苗方法處理，先用清水浸泡，24 h 后撈出瀝干水分，然后用70%的甲基硫菌靈可濕性粉劑500 倍液浸泡10 min，再撈出瀝干，即可進(jìn)行播種。

為便于觀測記錄和保持相對一致，采用點(diǎn)播的方式將咖啡種子有腹溝的平整腹面朝下，圓弧形凸起的背面朝上，逐一擺放于盆內(nèi)；選用大小相近的種子，剔除大象豆、圓豆、三角形豆。每個盆點(diǎn)播100 粒種子，播種完成后用江沙覆蓋至17.5 cm 標(biāo)記，淋足水分。沙面低于或高于17.5 cm的處理方法同前述，以保持蓋種厚度為1.5 cm。

播種后選取常用的白色塑料地膜覆蓋花盆，四周用江沙壓緊、壓實(shí)，以利增溫保水。

觀測記錄時揭開塑料地膜，取出覆蓋在種子層上的江沙，逐個觀測種子發(fā)芽情況。未發(fā)芽的種子放回相應(yīng)的A1～A5 花盆，已發(fā)芽的種子移放到對應(yīng)的B1～B5 備用花盆，蓋種、淋水和覆膜等處理同A1～A5 一致。每次觀測記錄后同樣用塑料地膜覆蓋花盆，直至咖啡種子大部分出土。

1.5 觀測記錄

種子播種完成后開始計時?？Х确N子的萌發(fā)相對比較緩慢，從播種至出土一般需40～60 d，因此于每周（w）觀測記錄1 次發(fā)芽情況。

咖啡種子萌發(fā)過程中，胚根首先突破較為堅(jiān)韌的種殼（羊皮紙），隨著下胚軸的伸長和胚根的生長，種殼包裹著胚芽逐漸突出土面。因此，本研究以咖啡種子胚根突破種殼且明顯可見胚根時視為已發(fā)芽，僅見種子芽點(diǎn)露白和破殼不明顯則視為未發(fā)芽。B1～B5 備用花盆中種子直至出土，子葉完全展開，每個盆抽樣15 株，用毫米刻度直尺測量株高。

1.6 觀測指標(biāo)與數(shù)據(jù)處理

主要記錄與計算種子發(fā)芽數(shù)、幼苗株高、發(fā)芽力指標(biāo)、種子活力。其中，種子發(fā)芽力指標(biāo)，由發(fā)芽勢（germination energy，GE）和發(fā)芽率（germination percentage，GP）表示。本試驗(yàn)的發(fā)芽勢（GE）和發(fā)芽率（GP）分別由以下公式計算：

GE=N4/NT×100%

GP=N5/NT×100%

式中，N4和 N5表示至第 4（w）和第 5（w）各個重復(fù)數(shù)種子發(fā)芽的累計量，NT表示各重復(fù)數(shù)供試種子總量。

在王朔楠等［9］種子發(fā)芽指標(biāo)及其測算方法的研究分析中，種子的活力指標(biāo)可由發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）和活力指標(biāo)（vitally index，VI）、發(fā)芽速度指標(biāo)及發(fā)芽整齊度指標(biāo)進(jìn)行綜合衡量。發(fā)芽速度指標(biāo)一般用發(fā)芽速率系數(shù)（coefficient of rate of germination，CRG）和發(fā)芽速率指數(shù)（index of rate of germination，IRG）表示，發(fā)芽整齊度用發(fā)芽整齊度系數(shù)（coefficient of uniformity of germination，CUG）和發(fā)芽時間變異系數(shù)（coefficient of variation of the germination time，CVT）表示。小粒種咖啡種子活力指標(biāo)參照上述各項(xiàng)指標(biāo)的計算方法分別計算如下：

發(fā)芽指數(shù)（GI）和活力指標(biāo)（VI）：

式中，ni表示第i周（w）時新發(fā)芽的咖啡種子數(shù)；Ti為相應(yīng)的發(fā)芽周數(shù)i；k為咖啡種子發(fā)芽總周數(shù)。S 為咖啡幼苗長勢，采用咖啡幼苗株高平均值。

發(fā)芽速度指標(biāo)的發(fā)芽速率系數(shù)（CRG）和發(fā)芽速率指數(shù)（IRG）：

式中，ni為第i周（w）新發(fā)芽的咖啡種子數(shù)；Ti為相應(yīng)的發(fā)芽周數(shù)i；k為咖啡種子發(fā)芽總周數(shù)；Ni為第i周（w）時已發(fā)芽的咖啡種子累計總數(shù)。

發(fā)芽整齊度的發(fā)芽整齊度系數(shù)（CUG）和發(fā)芽時間變異系數(shù)（CVT）：

式中，ni為第i周（w）新發(fā)芽的咖啡種子數(shù)量；為至第k周（w）時已發(fā)芽的咖啡種子累計數(shù)；k為咖啡種子發(fā)芽總周（w）數(shù)；Ti為相應(yīng)的發(fā)芽周（w）數(shù)i；Tˉ為咖啡種子平均發(fā)芽周（w）數(shù)。

采用Excel 2003 對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子發(fā)芽觀測結(jié)果

對小粒種咖啡卡蒂姆CIFC7963 成熟種子的播種試驗(yàn)與觀測記錄的種子發(fā)芽觀測數(shù)據(jù)結(jié)果見表1，幼苗子葉完全展開后抽樣測量的株高結(jié)果見表2。

表1 咖啡種子發(fā)芽情況觀測數(shù)據(jù)

表2 咖啡幼苗株高觀測數(shù)據(jù) cm

2.2 種子發(fā)芽指標(biāo)

（1）種子發(fā)芽力

從表1 中可得，第4 w 前咖啡種子新增發(fā)芽數(shù)逐漸增加，第4 w 時發(fā)芽數(shù)達(dá)到最大值，第4 w 后新增發(fā)芽數(shù)減少，因此，以第4 w 的發(fā)芽數(shù)所占比例為發(fā)芽力指標(biāo)的發(fā)芽勢；第5w 后連續(xù)觀測兩周發(fā)芽率不再增加，因此小粒種咖啡的發(fā)芽時間可視為5 w 內(nèi)。各重復(fù)數(shù)的發(fā)芽勢（GE）和發(fā)芽率（GP）計算結(jié)果見表3。

表3 小粒種咖啡種子發(fā)芽力指標(biāo)

（2）種子活力

根據(jù)計算公式，各重復(fù)數(shù)的發(fā)芽指數(shù)（GI）和活力指標(biāo)（VI）計算結(jié)果見表4。

表4 小粒種咖啡種子發(fā)芽指數(shù)和活力指標(biāo)

（3）發(fā)芽速度

根據(jù)計算公式，各重復(fù)數(shù)的咖啡種子發(fā)芽速率系數(shù)（CRG）和發(fā)芽速率指數(shù)（IRG）計算結(jié)果見表5。

表5 小粒種咖啡種子發(fā)芽速度指標(biāo)

（4）發(fā)芽整齊度

根據(jù)計算公式，各重復(fù)數(shù)的的發(fā)芽整齊度系數(shù)（CUG）和發(fā)芽時間變異系數(shù)（CVT）計算見表6。

表6 小粒種咖啡種子發(fā)芽整齊度指標(biāo)

綜合種子發(fā)芽的各項(xiàng)指標(biāo)和系數(shù)的計算結(jié)果，經(jīng)整理匯總后對各項(xiàng)指標(biāo)的計算結(jié)果進(jìn)一步分析計算，結(jié)果見表7。計算結(jié)果表明，衡量小粒種咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)的種子發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽率（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力指數(shù)（VI）、發(fā)芽速率系數(shù)（CRG）、發(fā)芽速率指數(shù)（IRG）、發(fā)芽整齊度系數(shù)（CUG）和發(fā)芽時間變異系數(shù)（CVT）平均值分別為 81.6% ，96.8% ，28.19，236.94，0.2724，19.36，1.4137，0.2295。

表7 小粒種咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)按咖啡種子質(zhì)量指標(biāo)要求，選用完全成熟、種子飽滿度和完整度均為100%的小粒種咖啡種子，通過對種子發(fā)芽指標(biāo)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等8 個指標(biāo)進(jìn)行測算，結(jié)果表明：當(dāng)種子的發(fā)芽勢超過81%、發(fā)芽率超過96%、發(fā)芽指數(shù)超過28、活力指數(shù)超過236、發(fā)芽速率系數(shù)超過0.27、發(fā)芽整齊度系數(shù)超過1.41 和發(fā)芽時間變異系數(shù)低于0.22 時，可評定為質(zhì)量較高的種子。本試驗(yàn)研究中，小粒種咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽速率系數(shù)、發(fā)芽速率指數(shù)和發(fā)芽整齊度系數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)的測算具有較好的靈敏性，可較好地反映咖啡種子發(fā)芽質(zhì)量的高低，發(fā)芽指標(biāo)各重復(fù)數(shù)間的變異系數(shù)均小于15%，表明數(shù)據(jù)信息離散程度低，變異系數(shù)較低，符合統(tǒng)計學(xué)意義，各項(xiàng)指標(biāo)重復(fù)數(shù)的平均值具有較好的代表性，可作為衡量小粒種咖啡種子質(zhì)量的參考指標(biāo)。

小粒種咖啡的果實(shí)成熟期一般集中在當(dāng)年11月份至翌年3 月份，生產(chǎn)中大都選擇在12 月份至翌年1 月份進(jìn)行播種育苗，此期間是一年中氣溫最低，且晝夜溫差較大的時間段，對咖啡種子的萌發(fā)、生長和出土等影響最大。咖啡屬熱帶作物，其種子的萌發(fā)、生長和出土等需求的溫度相對較高，一般氣溫達(dá)到15℃以上時，種子才開始萌動和生長，而低于10℃時，種子萌發(fā)基本處于停滯狀態(tài)或極為緩慢。3 月份以后，氣溫回升較快，夜間最低溫基本都高于15℃，此期間進(jìn)行播種育苗有利于種子的快速萌發(fā)和生長，但從播種到種子出土一般需45 d 以上的時間?？傮w來說，咖啡種子的萌發(fā)、生長和出土相對于蔬菜類、豆類和禾谷類的種子萌發(fā)和生長等比較緩慢，而且周期較長。咖啡種子發(fā)芽指標(biāo)的測算若參照萌發(fā)期短且生長快速的蔬菜類、豆類和禾谷類等種子發(fā)芽指標(biāo)測算方法，如以天（d）為觀測記錄時間，測算中以天（d）作為時間單位，對咖啡種子的觀測記錄來說，時間較長，觀測記錄次數(shù)太多，且數(shù)據(jù)量大，不利于統(tǒng)計分析，而且數(shù)據(jù)信息離散程度較大，變異系數(shù)較高，統(tǒng)計學(xué)意義偏低。為此，本研究以周（w）作為時間單位進(jìn)行測算，觀測記錄次數(shù)大幅減少，觀測數(shù)據(jù)量相對少，且數(shù)據(jù)比較集中，便于統(tǒng)計分析。

對作物種子發(fā)芽指標(biāo)的觀測記錄，用天（d）、小時（h）或更短的時間間隔（t）為觀測記錄周期，更容易掌握種子萌發(fā)和生長等動態(tài)的真實(shí)情況，測算結(jié)果的數(shù)值也更接近真實(shí)值，對種子質(zhì)量評價更具可靠性。但較短的時間間隔獲得的觀測值較小，累計量也小，數(shù)據(jù)離散程度高，使得表示種子發(fā)芽指標(biāo)的發(fā)芽勢、種子活力指標(biāo)的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)及發(fā)芽速率系數(shù)、發(fā)芽整齊度系數(shù)等計算結(jié)果的數(shù)值偏小，而發(fā)芽速率指數(shù)的數(shù)值和發(fā)芽時間變異系數(shù)的數(shù)值則偏大，各項(xiàng)指標(biāo)值之間的協(xié)調(diào)性較低，種子質(zhì)量評價中數(shù)值過于偏低的關(guān)鍵指標(biāo)容易被棄用。反之，以多日、周（w）或更長的時間間隔為觀測記錄周期，在實(shí)際中便于操作，有利于數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)的集中程度較高，分析計算也方便簡潔，但也存在不容易掌握種子萌發(fā)和生長的真實(shí)動態(tài)，測算結(jié)果的數(shù)值容易偏離真實(shí)值，對種子質(zhì)量評價的可靠性低等問題。從本試驗(yàn)測算分析的結(jié)果來看，上述前幾項(xiàng)指標(biāo)計算結(jié)果的數(shù)值偏大，對種子質(zhì)量的評價易夸大其真實(shí)質(zhì)量。綜上，對于種子萌發(fā)、生長和出土等較為緩慢的小粒種咖啡，如何選取種子發(fā)芽觀測時間間隔（如 1 d、3 d、5 d 或 7 d），使最終測算獲得的指標(biāo)值更具可靠性，對種子質(zhì)量的評價更具有科學(xué)性和指導(dǎo)意義，還有待于進(jìn)一步拓展研究。