人工老化處理對(duì)垂穗披堿草種子活力指標(biāo)的影響

周 晶，王彥榮

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 農(nóng)業(yè)部草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020)

垂穗披堿草(Elymusnutans)是一種多年生禾本科牧草，又名鉤頭草、彎穗草，廣泛分布于海拔2 400～4 000 m的高寒地區(qū)，耐寒性強(qiáng)，能在低溫下安全越冬[1]。垂穗披堿草的產(chǎn)草量高、生長(zhǎng)季長(zhǎng)、耐干旱和耐踐踏等特性，使之成為高寒地區(qū)草地建植和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要草種[2-3]。近年來(lái)，隨著草地建植以及生態(tài)恢復(fù)、環(huán)境保護(hù)的需要，垂穗披堿草種子的需求量劇增，一批垂穗披堿草種子生產(chǎn)基地相繼建立[4]。高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的種子生產(chǎn)不僅要求較高的單位面積種子產(chǎn)量，而且對(duì)種子的質(zhì)量也具有很高的要求。但是種子在貯藏過(guò)程中普遍存在種子老化或劣變現(xiàn)象，進(jìn)行種子質(zhì)量評(píng)價(jià)是種子質(zhì)量管理的重要手段。

種子活力是決定種子或種批在萌發(fā)和出苗期間活性及表現(xiàn)水平的所有特性的總和[5]，是反映種子質(zhì)量劣變的主要指標(biāo)之一，在種子質(zhì)量管理中具有極其重要的意義[6]?，F(xiàn)有的測(cè)定方法可概括為種子的物理性狀(如種子大小、顏色等)，發(fā)芽特性(如萌發(fā)速度、幼苗長(zhǎng)度等)，以及生理生化特性(如電導(dǎo)率等)三方面。但現(xiàn)有的大多數(shù)方法都是基于對(duì)農(nóng)作物和蔬菜種子的研究而提出的，基于對(duì)牧草種子的研究報(bào)道較少[7]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，牧草種子自身的特性使其不易取得理想的田間建植，因而更需要對(duì)種子進(jìn)行活力測(cè)定[8]。

本試驗(yàn)以垂穗披堿草種子為材料，采取人工老化種子模擬自然老化過(guò)程的方法，研究人工加速老化處理后種子發(fā)芽率與活力指標(biāo)的變化以及二者之間的關(guān)系，以期為垂穗披堿草種子劣變機(jī)理以及測(cè)定技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 供試垂穗披堿草種子于2009年9月采自甘南亞高山草甸草原(甘肅省夏河縣?？凄l(xiāng))，清選后4 ℃冷藏于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)檢中心(蘭州)；于2010年1-5月開展以下測(cè)試工作。

1.2人工老化處理過(guò)程 隨機(jī)選取垂穗披堿草種子，參照國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)提供的老化方法[9]，即在45 ℃、100%相對(duì)濕度條件下進(jìn)行人工老化處理。老化處理時(shí)間分別為12、24、36、48、60、72、84和96 h，以不老化處理的種子作為對(duì)照。取出老化處理種子在室溫下晾干(3～4 d)[10]，然后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.3.1標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率 依據(jù)GB/T 2930.4-2001《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》[11]，參照披堿草(E.dahuricus)種子發(fā)芽試驗(yàn)，采用培養(yǎng)皿紙上法在25 ℃條件下進(jìn)行發(fā)芽。自各老化處理種子隨機(jī)數(shù)取50粒4次重復(fù)，完全隨機(jī)放入光照培養(yǎng)箱(LRH-250-G)中進(jìn)行發(fā)芽。試驗(yàn)期間每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)(統(tǒng)計(jì)后幼苗保留在培養(yǎng)皿中)，試驗(yàn)?zāi)┢?12 d)計(jì)算種子發(fā)芽率。

1.3.2活力指標(biāo)

(1)發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和活力指數(shù)

在上述發(fā)芽試驗(yàn)(1.3.1)的基礎(chǔ)上，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，并隨機(jī)取前5 d生長(zhǎng)的幼苗，計(jì)算芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)和活力指數(shù)。分別測(cè)量幼苗的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)(cm)，計(jì)算各參數(shù)的平均值。

活力指數(shù)=(平均芽長(zhǎng)+平均根長(zhǎng))×發(fā)芽率[12]。

(2)浸種液電導(dǎo)率

隨機(jī)選取老化處理后的垂穗披堿草種子50粒、3次重復(fù)，稱量(精確到0.001 g)后置于150 mL三角瓶中，加去離子水100 mL，設(shè)空白對(duì)照(100 mL去離子水)，用保鮮膜封住瓶口在20 ℃溫度下放置24 h。參照國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)《種子活力測(cè)定方法手冊(cè)》[9]有關(guān)電導(dǎo)率測(cè)定方法，用DDSJ-308A型電導(dǎo)儀測(cè)定浸種液電導(dǎo)率[μs/(cm·g)]。

(3)浸種液含糖量

各老化處理種子浸種液的制備和測(cè)定重復(fù)數(shù)同電導(dǎo)率測(cè)定。參照袁曉華和楊漢中[13]的方法測(cè)定可溶性糖含量。用移液管自各處理中分別吸取浸種液1 mL放入試管，加入蒽酮試劑5 mL，試管口加蓋，震蕩，混勻液體，然后放入沸水浴中煮沸10 min，取出，在冰水浴中冷卻至室溫。采用紫外-可見分光光度計(jì)(WF-ZUV-2102型)在波長(zhǎng)620 nm測(cè)光密度值(以對(duì)照調(diào)零)，結(jié)合可溶性糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算浸種液可溶性糖的含量(μg/g)。

1.4數(shù)據(jù)處理 利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及相關(guān)分析，Duncan法進(jìn)行多重比較；方差分析前對(duì)數(shù)據(jù)方差齊性進(jìn)行檢驗(yàn)；應(yīng)用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1老化處理過(guò)程中種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)的變化 老化處理垂穗披堿草種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先急劇下降后緩慢下降的趨勢(shì)(圖1)。老化12 h種子發(fā)芽率(45%)顯著降低(P<0.05)。隨老化時(shí)間的增長(zhǎng)，老化12、24、36、48和60 h的種子發(fā)芽率有波動(dòng)，但差異不顯著(P>0.05)。老化72 h的種子發(fā)芽率(21%)下降幅度較大，之后發(fā)芽率無(wú)明顯變化。隨老化程度的加深，種子發(fā)芽率存在12和72 h這兩個(gè)顯著下降的老化時(shí)間拐點(diǎn)。

隨著老化程度的加劇，發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)與發(fā)芽率相似的變化趨勢(shì)。老化12 h的種子發(fā)芽勢(shì)(29%)下降了35%；老化12～60 h的種子發(fā)芽勢(shì)差異不顯著，呈緩慢降低趨勢(shì)。老化84 h發(fā)芽勢(shì)僅為1%，種子發(fā)芽勢(shì)基本喪失。同發(fā)芽率一樣，發(fā)芽勢(shì)也有兩個(gè)顯著下降的老化時(shí)間拐點(diǎn)，分別是12和84 h。

圖1 老化處理對(duì)垂穗披堿草種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)的影響

2.2老化處理過(guò)程中種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和活力指數(shù)的變化 垂穗披堿草種子芽長(zhǎng)隨老化時(shí)間的增長(zhǎng)呈先緩慢下降后急劇下降趨勢(shì)(圖2)。與對(duì)照種子芽長(zhǎng)(3.2 cm)相比，老化12～48 h芽長(zhǎng)變化差異不顯著(P>0.05)；老化處理84 h芽長(zhǎng)(0.7 cm)下降了78%，與對(duì)照和老化12～48 h芽長(zhǎng)差異顯著(P<0.05)。根長(zhǎng)隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)呈現(xiàn)先平穩(wěn)變化后急劇降低的趨勢(shì)，與對(duì)照種子(3.0 cm)相比，老化處理84 h根長(zhǎng)(1.4 cm)下降了53%，差異顯著(P<0.05)。老化處理顯著降低了(P<0.05)活力指數(shù)(圖2)。與未老化活力指數(shù)(389.4)相比，老化處理12 h種子活力指數(shù)(180.0)顯著下降，下降了54%；之后呈現(xiàn)緩慢下降的變化過(guò)程。老化84 h種子活力指數(shù)基本喪失，為2.5。

2.3老化處理過(guò)程中種子浸種液電導(dǎo)率與可溶性糖含量的變化 隨老化時(shí)間增加，垂穗披堿草種子的浸種液電導(dǎo)率無(wú)顯著變化，未老化對(duì)照和老化96 h的電導(dǎo)率分別為212.6和223.8 μs/(cm·g)(圖3)。老化處理顯著提高了種子浸種液可溶性糖含量，但老化時(shí)間不同，糖含量變化較大。糖含量從0到12 h變化最大，從0.93增加至2.45 mg/g，而后各老化處理間無(wú)顯著差異(P>0.05)(圖3)。

2.4發(fā)芽率與各項(xiàng)活力測(cè)定指標(biāo)的關(guān)系 種子發(fā)芽率與各項(xiàng)活力指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果顯示，發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)、活力指數(shù)以及可溶性糖含量與發(fā)芽率均呈極顯著相關(guān)(P<0.01)(表1)。其中，發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)與發(fā)芽率的相關(guān)性較高，且發(fā)芽勢(shì)與活力指數(shù)二者的相關(guān)性也較高，表明發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及活力指數(shù)對(duì)種子老化劣變過(guò)程的敏感度較為一致，發(fā)芽勢(shì)與活力指數(shù)能更好地反映種子劣變情況。電導(dǎo)率與發(fā)芽率相關(guān)性不顯著(P>0.05)，而可溶性糖含量與發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，說(shuō)明與電導(dǎo)率相比，可溶性糖含量能夠更好地反映垂穗披堿草種子活力變化情況。

圖2 老化處理對(duì)垂穗披堿草種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和活力指數(shù)的影響

圖3 老化處理對(duì)垂穗披堿草種子浸種液電導(dǎo)率和可溶性糖含量的影響

表1 老化處理過(guò)程種子發(fā)芽率與各項(xiàng)活力測(cè)定指標(biāo)的相關(guān)分析

3 討論

人工加速老化處理的垂穗披堿草種子，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)以及活力指數(shù)均隨老化程度加深而逐漸降低。從多重比較顯著性測(cè)定結(jié)果分析，發(fā)芽率可將不同老化的種子劃分為3個(gè)質(zhì)量等級(jí)，而各項(xiàng)活力指標(biāo)除電導(dǎo)率外都較發(fā)芽率敏感可將種子劃分為3～5個(gè)(發(fā)芽勢(shì))等級(jí)，進(jìn)一步證明種子活力指標(biāo)較發(fā)芽率可更敏感地評(píng)價(jià)種子質(zhì)量。本研究不同老化處理種子的發(fā)芽率在一定程度上反映了種子隨時(shí)間變化的貯藏能力，在采用的各項(xiàng)活力測(cè)定指標(biāo)中活力指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)與不同老化處理種子的發(fā)芽率相關(guān)性最好，似可認(rèn)為這兩個(gè)活力指標(biāo)更適合種子貯藏力的評(píng)價(jià)，這有待于采用自然貯藏的種子進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

經(jīng)老化處理的種子，生理生化方面發(fā)生了變化，通常表現(xiàn)為細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致其透性加大，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)和其他物質(zhì)滲透量增大[14]。因此，可以采用電導(dǎo)率法和可溶性糖含量測(cè)定方法來(lái)檢測(cè)種子活力變化情況[15-16]。然而對(duì)一些禾草種子，如黑麥草(Loliumperenne)[17-18]、雀麥(Bromusinermis)[19]、羊草(Leymuschinensis)[12]、老芒麥(E.sibiricus)[14]和蘇丹草(Sorghumsudanense)[20]的研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率與其種子活力不相關(guān)；而可溶性糖含量的測(cè)定卻能反映小麥(Triticumaestivum)[16]、雜交秈稻(Oryzasativa)[21]和羊草[12]的活力變化情況。本研究表明，垂穗披堿草種子電導(dǎo)率不隨老化程度的加深而有明顯變化，電導(dǎo)率與發(fā)芽率的相關(guān)性也不顯著?？扇苄蕴呛颗c發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均呈極顯著負(fù)相關(guān)，能較好地反映種子活力變化情況。王彥榮[22]在研究蘇丹草時(shí)發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率法難以檢測(cè)種子劣變的情況，主要是因?yàn)榉N皮存在半透層組織，該層組織可以允許水分的通透，卻能阻止大分子物質(zhì)的滲漏。然而，對(duì)于垂穗披堿草種子是否存在類似的半透性組織，以及電導(dǎo)率法不適用于垂穗披堿草種子活力檢測(cè)的原因有待進(jìn)一步深入的研究。

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