箭筈豌豆種子人工加速老化條件篩選的研究

莫青，呂燕燕，王彥榮

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

箭筈豌豆種子人工加速老化條件篩選的研究

莫青，呂燕燕，王彥榮*

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

人工加速老化法是種子活力測定的常用方法之一，但不同物種適宜的老化條件往往不同。以9個箭筈豌豆種批為材料，在100%相對濕度，41、43及45 ℃條件分別老化處理12、24、36、48、60及72 h，通過測定發芽率及發芽速率，篩選出箭筈豌豆適宜的人工加速老化條件。結果表明，老化溫度、時間以及兩者的交互作用對發芽率及發芽速率均有極顯著影響(Plt;0.01)。隨著老化溫度及時間的增加，發芽率逐漸下降，老化處理48 h后發芽率均顯著降低(Plt;0.05)(除種批6)；發芽速率先增加后降低，24 h后呈現下降趨勢。相關分析結果表明老化時間對箭筈豌豆發芽率和發芽速率的影響大于溫度。在41 ℃-60 h老化條件下，發芽率和發芽速率分別將9個種批分為8和6個質量等級，比其他老化處理條件劃分更多的質量等級，且各質量等級之間差異顯著(Plt;0.05)。因此，41 ℃-60 h是箭筈豌豆適宜的人工加速老化條件。

箭筈豌豆；種子活力；人工加速老化；老化溫度；老化時間

種子活力是指種子在廣泛的田間條件下快速、均勻出苗，并長成健壯幼苗的潛在能力[1]，在一定程度上能反映種子質量的優劣[2]，種子質量的優劣不僅影響農作物的產量，而且影響農作物的品質[3]。對種子活力的測定便于預測種子的田間出苗表現以及種子的耐儲藏性。在較為逆境的田間條件下，種子活力較發芽率更能準確地預測田間的出苗率。因此，測定種子活力對種子質量管理具有重要的意義。

種子活力測定的方法有很多，人工加速老化法作為國際種子檢驗協會(International Seed Testing Association, 簡稱ISTA)推薦的種子活力測定方法之一[1]，在1983年被推薦為大豆(Glycinemax)種子的活力測定方法，在北美等地推廣使用[4]。該法是通過人為控制高溫高濕條件，使種子迅速老化，然后測定種子的發芽率用于指示活力，是一種較為直接和便利的方法。ISTA推薦的老化溫度為41～45 ℃，時間為48～144 h[1]。該法已在許多物種上進行研究，Kulik等[5]研究表明，大豆種子人工加速老化的發芽率與田間出苗具有顯著的正相關，多重比較也表明人工加速老化法較其他方法能更好地區分種批活力。Wilson等[6]研究表明人工加速老化能較好地預測玉米(Zeamays)種子的田間出苗。Khan等[7]對小麥(Triticumaestivum)的多個活力測定方法及指標的研究表明人工加速老化法能將種批劃分為更多的質量等級。另外，對黃瓜(Cucumissativus)[8]、華北駝絨藜(Ceratoidesarborescens)[9]、垂穗披堿草(Elymusnutans)[10]、小麥[11]等的研究也表明，人工加速老化處理可獲得活力存在差異的種批，用于進一步分析種子劣變過程中生理生化性質的變化。

以往研究表明，不同物種人工加速老化的溫度和時間通常不同，如對高粱(Sorghumbicolor)研究表明其人工加速老化的條件為43 ℃-72 h[12]；草地早熟禾(Poapratensis)為44 ℃-60 h[13]；老芒麥(Elymussibiricus)為45 ℃-48 h[14]；黃瓜為45 ℃-72 h；而甜瓜(Cucumismelo)種子則為45 ℃-120 h[15]。另外，同一物種的不同種批的種子質量可能有別，對老化處理的反應也會不同[14]，所以在進行老化方法篩選時，應該盡可能采用多個種批。

箭筈豌豆(Viciasativa)為豆科野豌豆屬一年生草本植物，莖葉柔軟，營養豐富，適口性好，馬、牛、羊等喜食[16-17]，與燕麥(Avenasativa)進行混播，能顯著提高干草的產量和營養價值[18]，在青藏高原、地中海等世界范圍內廣泛種植。目前對于箭筈豌豆種子活力方法的研究僅有茚三酮試紙法[19]，人工加速老化法未見報道。本研究采用人工加速老化法，選用9個箭筈豌豆種批，在不同老化溫度和老化時間處理下，通過測定發芽率和發芽速率來研究適宜的人工加速老化條件，為其種子活力評價提供依據。

1 材料與方法

1.1實驗材料

將9個箭筈豌豆種批隨機編號，種批1～5由農業部牧草與草坪草監督檢驗測試中心(蘭州)提供，為2014年收獲的商業種批；種批6收獲于2014年，4 ℃儲藏在蘭州大學榆中校區；種批7收獲于2015年，室溫儲藏在蘭州大學榆中校區；種批8和種批9分別收獲于2014和2013年，室溫儲藏在蘭州大學草地農業科技學院。供試種子均為完全成熟的種子，其初始質量見表1。

1.2實驗方法

1.2.1人工加速老化 試驗于2016年6-10月在蘭州大學草地農業科技學院進行。試驗隨機選取箭筈豌豆種子，在100%相對濕度，41、43和45 ℃條件下分別處理12、24、36、48、60和72 h，每個處理3個重復，每個重復200粒種子，稱重后將種子平鋪于透氣透水的尼龍網上， 分別放置于獨立的老化盒內(13 cm×13cm×5 cm)，加入500 mL蒸餾水以保證老化盒內的水位距離種子約1 cm，確保種子能均勻吸水[1]。將老化盒放于老化箱內(高低溫交變培養箱，PL-2KP，JAPAN)進行老化處理。以未老化處理的種子為對照。老化到相應時間后，及時取出老化盒內的種子并置于室溫條件下晾干以備后續發芽實驗。

1.2.2發芽試驗 根據GB/T2930.4-2001《牧草種子檢驗規程》[20]，采用紙間發芽法，從各處理的3個重復中分別隨機數取100粒種子并分別置于直徑為150 mm的玻璃培養皿中，于光暗交替(L/D:12 h/12 h)的恒溫培養箱中，20 ℃條件下進行發芽。試驗期間每天統計發芽個數(統計后幼苗保留在培養皿中)，連續統計14 d。

1.3數據處理

計算種子發芽率、發芽速率[21-22][以T20表示發芽率達到20%需要的時間(h)，1/T20以及1/T20×103表示發芽速率]，采用SPSS 22.0進行數據分析，Excel 2010進行表格的繪制。

發芽率=n/N×100%

式中：n為發芽個數，N為供試種子數。

T20=ti+(n/5-ni)(tj-ti)/nj-ni

式中：n為最終發芽個數，ni和nj為當nilt;N/2lt;nj在時間ti和tj內的總發芽數。

2 結果與分析

2.1老化處理對箭筈豌豆萌發特性的影響

2.1.1老化處理對發芽率的影響 同一老化溫度下，隨著老化時間增加9個箭筈豌豆種批的發芽率逐漸下降，老化處理達到一定程度，發芽率均開始呈顯著下降趨勢(Plt;0.05)(表2)。另外，老化處理時間從12 h增加到72 h的過程中，不同種批發芽率的下降幅度差異較大，如41 ℃老化處理72 h種批2、3、4的發芽率下降幅度高于90%，種批6的發芽率下降幅度則僅為8%，表明不同種批發芽率對老化時間的響應程度不同。

同一老化時間不同老化溫度下，各種批的發芽率下降程度不同(表2)。41 ℃處理48 h，43和45 ℃處理36 h后，各種批的發芽率顯著低于初始發芽率(Plt;0.05)(除種批6在45 ℃條件)。但各種批發芽率下降的幅度不同，如41、43和45 ℃處理36 h，種批3的發芽率分別為51%、47%和15%，而種批7則為87%、77%和59%，這表明不同種批發芽率對老化溫度的響應程度不同。

2.1.2老化處理對發芽速率的影響 同一老化溫度條件下，隨著老化時間的增加，各種批的發芽速率表現為先升高后降低(除45 ℃種批3和4)(表3)，老化處理初期(24 h前)，各種批的發芽速率高于對照，隨著老化處理時間的進一步增加，發芽速率逐漸下降，處理36 h后開始顯著降低(Plt;0.05)。

同一老化時間下， 9個箭筈豌豆種批的發芽速率在3個溫度條件下的變化程度不同，在老化處理前期(24 h前)，43和45 ℃條件下的發芽速率高于41 ℃，老化處理達到一定程度(36 h后)，41 ℃條件下的發芽速率高于43和45 ℃(表3)。

2.1.3相關分析 老化溫度與時間的雙因素方差分析結果表明(表4)，老化溫度、時間以及兩者的交互作用均對箭筈豌豆的發芽率及發芽速率有極顯著影響(Plt;0.01)，老化時間的F值大于溫度和交互作用的F值。

相關分析表明(表5)，種批1～5的老化溫度與發芽率和發芽速率沒有顯著相關(Pgt;0.05)，而老化時間與發芽率和發芽速率均具有極顯著的負相關(Plt;0.01)。老化時間與發芽率和發芽速率的Pearson相關系數均大于老化溫度。方差分析和相關分析的結果表明，老化時間對箭筈豌豆發芽率和發芽速率的影響大于溫度。

2.2箭筈豌豆適宜的人工加速老化條件

多重比較結果表明(表2)，初始發芽率僅將9個種批分為3個質量等級，其中種批1、3、5、6、7、8和9之間不存在顯著差異，老化條件41 ℃-60 h將9個種批發芽率劃分為8個級別，比43 ℃-48 h和45 ℃-36 h劃分級別多，且能顯著區分初始發芽率相近的種批(除種批1和種批5)(Plt;0.05)。

初始發芽速率將9個種批分為4個質量等級(表3)，41 ℃-60 h、43 ℃-48 h和45 ℃-36 h分別將9個種批分為6，5和6個質量等級，分別為各溫度處理下劃分等級最多的條件(表3)。41 ℃-60 h和45 ℃-36 h將9個種批發芽速率劃分為較多的質量等級。

以上結果表明，41 ℃-60 h為箭筈豌豆適宜的人工加速老化條件，該條件下發芽率和發芽速率將種批劃分為最多的質量等級。

表2 人工加速老化處理對箭筈豌豆種批發芽率的影響Table 2 Effect of accelerated aging on germination percentage of common vetch %

注：不同大寫字母表示同一個種批不同老化處理時間(同一行)間發芽率的顯著性差異(Plt;0.05)，不同小寫字母表示同一個老化處理溫度同一個老化處理時間各種批間發芽率的顯著性差異(Plt;0.05)。下同。

Notes: Different capitals present the significant difference of germination percentage between the same seed lot with different aging time (the same row) (Plt;0.05), the lowercase letters present the significant difference of germination percentage within 9 seed lots in the same aging condition (the same column) (Plt;0.05). The same below.

3 討論與結論

本研究選用9個箭筈豌豆種批，設置3個老化處理溫度、6個老化處理時間，每個處理3個重復，通過發芽率及發芽速率兩個指標對9個種批進行質量等級劃分，篩選出了箭筈豌豆適宜的人工加速老化條件。研究表明，箭筈豌豆適宜的老化條件為41 ℃-60 h，該條件下發芽率和發芽速率能將初始質量相同的種批劃分為較多的質量等級，9個種批的發芽率和發芽速率顯著下降(Plt;0.05)，能顯著區分種批的質量等級，且各種批之間存在顯著差異(Plt;0.05)，能較好的反映種子的活力。以往對適宜老化條件篩選的研究，通常無老化處理重復，且僅以發芽率的變化作為評價條件，如草地早熟禾[13]，老芒麥[14]。同時，不同種及種批適宜的人工加速老化條件不同，如燕麥為42 ℃-36 h[23]，大豆為41 ℃-72 h[24]，紫花苜蓿(Medicagosativa)為45 ℃-84 h[25]，與高粱[12]、草地早熟禾[13]、老芒麥[14]、黃瓜[15]及甜瓜[15]的條件均不相同。

表4 箭筈豌豆人工加速老化溫度、時間對發芽率、發芽速率影響的雙因素方差分析Table 4 Two way ANOVA analysis about accelerated aging temperature, time and germination percentage, germination rate of common vetch

表5 箭筈豌豆種批人工加速老化溫度及時間與發芽率及發芽速率的Pearson相關分析Table 5 Pearson correlation between germination percentage, germination rate and accelerated aging temperature, aging time of common vetch

*,Plt;0.05；**,Plt;0.01.

方差分析及相關分析的結果表明，老化時間對箭筈豌豆發芽率和發芽速率的影響大于老化溫度，這與以往研究存在差異，如草地早熟禾老化溫度對發芽率的影響大于時間[13]，老芒麥的老化溫度和時間對不同種批發芽率的影響不同[14]。這表明，老化溫度和時間對不同種及種批的影響不同。

本研究中箭筈豌豆的發芽速率在41 ℃-12 h、41 ℃-24 h、43 ℃-12 h以及45 ℃-12 h時高于對照。其原因可能是一定程度的人工加速老化處理影響種皮膜透性，從而影響種子的吸水。已有研究表明，人工加速老化能部分打破黑籽雀稗(Paspalumatratum)的休眠[26]，增加紫花苜蓿種子的膜透性[27]，使大豆種子的電導率、細胞膜透性增加[24]，有助于破除豆科種子硬實及禾本科種子的休眠[28]。因此，一定程度的老化能改變種子的膜透性。本研究中實驗材料均不存在硬實與休眠的狀況，其發芽速率先增加后降低，這表明較低程度的老化使膜透性增加，有利于水分的吸收，促進胚根的突出，提高發芽速率。但隨著老化程度加深，種子的膜損傷程度增加，種子內含物泄漏，活力降低，種批的發芽速率下降，直至發芽率完全喪失。

以往研究表明，人工加速老化可用于種子活力及種子的耐儲藏性判斷。董國軍等[29]研究水稻(Oryzasativa)種子耐儲藏性，其人工加速老化和自然老化結果相似，李茂柏等[30]通過老化處理后發芽率下降的快慢來判斷水稻的耐儲藏性能，劉明久等[31]通過老化后發芽率和活力指標的變化判斷玉米種子的抗老化能力。Kong等[32]認為在老化過程中具有更高耐受性的種批能在長期儲藏中保持種子活力，活力高的種子對于極端的高溫高濕環境具有更好的耐受能力，其發芽率等指標下降速率緩[1]。本研究中，老化72 h各種批的發芽率下降幅度從小到大依次為種批6、8、5、1、7、9、4、3、2，種批6發芽率下降速度慢，對老化環境具有更高的耐受能力，表明其種子活力高，耐老化能力強，而種批2的發芽率下降快，表明種子活力低，耐老化能力弱。因此，適宜的人工加速老化條件，對于種子質量的評價具有重要的價值。

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Optimizedacceleratedagingtestforcommonvetch

MO Qing, Lü Yan-Yan, WANG Yan-Rong*

State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China

Accelerated aging is a common method for seed vigor testing, but the outcome differs with different species. In this study nine seed lots of common vetch (Viciasativa) were assessed; seeds were aged at 100% relative humidity at 41, 43 and 45 ℃ for 12, 24, 36, 48, 60 and 72 h, respectively. An optimal accelerated aging condition was selected by analyzing germination % and rate of germination. Results indicated that aging temperature, time and their interaction showed significant differences for germination % and germination rate (Plt;0.01). With increasing temperature and time germination % gradually declined. Germination % decreased significantly after aging for 48 h (Plt;0.05) (except for seed lot 6). The germination rate increased firstly and then decreased after 24 h. Correlation analysis showed that the effects of aging time on germination % and germination rate were greater than that of temperature. Aging seed for at 41 ℃ for 60 hours was able to separate the seed lots into groups of 8 or 6 based on germination % and germination rate, respectively (Plt;0.05). We concluded that aging at 41 ℃ for 60 h was the optimal condition for accelerated age testing of common vetch.

common vetch; seed vigor; accelerated aging; aging temperature; aging time

10.11686/cyxb2017002http//cyxb.lzu.edu.cn

莫青, 呂燕燕, 王彥榮. 箭筈豌豆種子人工加速老化條件篩選的研究. 草業學報, 2017, 26(11): 131-138.

MO Qing, Lü Yan-Yan, WANG Yan-Rong. Optimized accelerated aging test for common vetch. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(11): 131-138.

2017-01-06；改回日期：2017-05-12

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃) ——“重要牧草、鄉土草抗逆優質高產的生物學基礎”(2014CB138704)和“甘肅省農業科技創新項目”(GNCX-2016-10)資助。

莫青(1993-)，女，湖南桃江人，在讀碩士。E-mail: moq11@lzu.edu.cn

*通信作者Corresponding author. E-mail: yrwang@lzu.edu.cn