白羊草種子脫絨技術初探

佟莉蓉， 任星遠， 董 潔， 宋 雨， 胡 燕， 董寬虎*

(1.山西農業大學草業學院, 山西 太谷 030801; 2.北京市科學技術研究院科技情報研究所, 北京 100044)

白羊草(Bothriochloaischaemum)是禾本科穎草屬多年生植物，主要生長在降雨較少的干旱半干旱地區，根系發達，具有生命力旺盛、耐旱高產[1]的優點，在水土保持方面發揮著重要作用，是黃土高原地區的天然優質牧草[2]。白羊草在山西省分布較廣，其草地面積約為1.7×106hm2，占山西省草地總面積的36%以上，是促進山西省草牧業發展的重要優質牧草資源[3]。近幾年來對白羊草的研究主要集中在生產性能[4]、營養價值[5]、生理生態[6]和遺傳基因上[7]，而對于白羊草種子的研究較少。白羊草種子較小，但成熟度高，籽粒飽滿，千粒重約0.65 g，種子長度約4 mm，寬約1 mm，種子中心頂端有芒，長約7～10 mm，種子上有散發性簇狀絨毛，絨毛呈白色，這些絨毛是白羊草種子表皮上的附屬物之一，對種子、種皮起著保護作用，有助于種子在自然條件下的傳播[8]，但是在實際生產中會使種子相互粘連，造成播種分布不均，發芽率降低，限制了機械化生產，也為微生物和病蟲害的生長提供了溫床。

國內外對棉花(Gossypiumherbaceum)和番茄(Solanumlycopersicum)的種子脫絨研究較為深入，脫絨技術較為成熟[9-11]，但對于禾本科牧草種子絨毛的處理鮮有報道。目前常見的種子脫絨技術是利用化學試劑處理的方法[12]，主要是利用化學試劑(H2SO4，HCl，NaOH)對被毛種子進行處理，使其絨毛脫落。在棉花種子脫絨中運用較多的是泡沫酸脫絨和稀硫酸脫絨這2種方法，化學試劑使種子絨毛發生碳化后經過摩擦或碰撞后脫落[13-15]。機械脫絨應用較少，主要是利用物理方法對種子表面絨毛進行摩擦或削剪[16]，比如利用番茄種子脫絨機對番茄種子進行脫絨[17]。

白羊草種子顆粒細小，千粒重低，加之種子表面具有絨毛，種子間相互粘連，不利于機械化播種，制約了白羊草的發展，目前國內外對白羊草種子脫絨的相關研究尚未見報道。因此，本試驗采用化學試劑NaOH和H2SO4處理白羊草種子，探索適宜的試劑種類、濃度及處理時間，以達到脫絨且不影響種子活力的目的，這對于白羊草的大面積種植和白羊草種質資源的推廣具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗的白羊草種子由山西農業大學草業學院提供。

1.2 試劑處理

本試驗通過使用H2SO4和NaOH兩種試劑(分析純)對白羊草種子分別進行5 min，10 min，15 min的浸泡處理的方法，試劑的濃度梯度方案如表1所示。

表1 H2SO4和NaOH濃度梯度

1.3 脫絨處理

稱取0.65 g白羊草種子，用水浸泡一段時間，待其干燥后分別置于40 mL不同濃度的NaOH和H2SO4溶液中，立即計時并使用攪拌器進行勻速攪拌，使白羊草種子與溶液充分接觸，設定時間達到后立即將溶液倒入紗網，濾出種子并置于蒸餾水中沖洗干凈，隨后將處理過的種子鋪平展開，晾干保存備用。

1.4 指標測定

1.4.1脫絨率 隨機選取100粒脫絨處理后的種子，在解剖鏡下觀察其脫絨情況，如果種子表面殘絨覆蓋率低于20%則認為有效脫絨，統計脫絨率[18]，脫絨率用以下公式計算：

脫絨率(%)=有效脫絨數/被檢種子總數×100%

1.4.2脫絨后種子活力的測定 選取脫絨率達到70%以上的處理組進行發芽試驗，各個處理組分別選取100個種子，將其置于墊有2層滅菌濾紙的干凈培養皿中培養，光暗周期16/8 h，溫度25℃，并每天按時添加適量水分，進行發芽試驗。每組3個重復，以未處理種子為對照，分別測定種子的發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數[19]。發芽試驗期間，每天同一時間記錄種子萌發情況(胚根長度超過種子長度的1/2，認為種子發芽)，擺盤后第3 d計算種子發芽勢，第12 d計算發芽率、發芽指數和活力指數(發芽結果均統計正常種苗數)。

1.5 數據處理

使用Excel 2013對試驗數據進行整理，再用SPSS 26.0 進行ANOVA分析和Duncans比較，試驗結果用平均值±標準誤表示，使用Origin 2019b(32 Bit)作圖。

2 結果與分析

2.1 NaOH處理對白羊草種子的脫絨效果

2.1.1NaOH處理對白羊草種子的脫絨效果 濃度為10%和15%的NaOH處理對白羊草種子脫絨無明顯效果，而濃度超過15%后，隨著處理時間的增加，脫絨效果也越來越明顯，其中以濃度30%的NaOH處理10～15 min、35%和40%的NaOH處理5～15 min的效果最佳(表2)。結果說明適宜濃度和時間的NaOH處理可以有效脫去白羊草種子的絨毛。

表2 不同NaOH處理下白羊草種子的脫絨率

2.1.2NaOH處理對白羊草種子萌發的影響 不同濃度、不同時間的NaOH處理對白羊草種子的萌發產生影響。除Ⅱ10處理的發芽勢外，其余各處理組白羊草種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數較CK均顯著降低(P<0.05)(圖1)。隨著NaOH濃度的增加，發芽率、發芽勢和發芽指數出現先升高后降低的趨勢，種子的活力指數整體呈下降趨勢。在所有的處理中Ⅱ5和Ⅱ10處理的發芽率、發芽勢和發芽指數較高，Ⅰ5處理組的活力指數較高，但仍然低于CK。綜合脫絨效果發現，Ⅰ5和Ⅱ5雖然發芽情況較好但脫絨效果較差，而Ⅱ10處理的脫絨情況較好但處理后的種子活力較差。因此，本研究結果表明NaOH不適合單獨作為脫絨劑使用。

圖1 NaOH處理對白羊草種子萌發的影響

2.2 H2SO4處理對白羊草種子的脫絨效果

2.2.1H2SO4處理對白羊草種子的脫絨效果 在H2SO4濃度低于30%時，各處理對白羊草種子脫絨無明顯效果；隨著H2SO4濃度的增加脫絨效果逐漸明顯，當H2SO4濃度增加至55%以后，種子的脫絨效果均可達到90%以上(表3)。此外，試驗過程中發現，當處理濃度為70%,75%及80%時，白羊草種子種皮被碳化，可清晰的看到暴露而出的種殼，因此不對其進行后續的發芽試驗。

表3 不同H2SO4處理下對白羊草種子的脫絨率

2.2.2H2SO4處理對白羊草種子萌發的影響 不同濃度、不同時間的H2SO4處理對白羊草種子的萌發產生影響。在Ⅴ和Ⅵ處理中，白羊草種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數隨處理時間的增加而降低或呈降低趨勢，當H2SO4濃度增加到65%時種子的萌發情況極差。各處理組中以Ⅶ10的發芽情況最佳，顯著高于其余各組(P<0.05)的同時與CK無顯著差異(圖2)。Ⅴ處理的發芽情況雖然也較為理想，但是脫絨情況不佳；只有Ⅶ10處理既保持了種子的活力，又具有極佳的脫絨效果。

圖2 H2SO4處理對白羊草種子萌發的影響

3 討論

從本研究結果可以看出，15%的NaOH對白羊草種子的脫絨無效，隨著NaOH濃度的增加，脫絨效果逐漸明顯，這可能是由于NaOH可以與種子表面絨毛中的半纖維素和木質纖維素產生化學反應而致使其脫落[20]。以25%～40%的NaOH處理白羊草種子，其脫絨效果沒有顯著差異且都達到了70%以上，這與李京春等人[21]關于NaOH對部分花卉種子無脫絨效果的結論相沖突，這可能是由于所用的種子種類不同，絨毛的成分和結構之間存在一定差異。在發芽試驗中，經過各個濃度的NaOH處理后的白羊草種子的發芽率和發芽勢均顯著低于CK，這與張國云等人[22]的以40 g·L-1的NaOH溶液處理嵩草(Kobresiamyosuroides)種子后可提高發芽率的研究結果不同，有可能是試驗使用的種子種類不同所致。隨著NaOH的濃度和處理時間的增加，種子的發芽指數也明顯降低，這可能是因為用NaOH處理種子表面絨毛的過程中對種子也造成了一定的破壞。種子活力也是衡量種子綜合性能的一個重要指標，本研究中Ⅰ5處理組的種子活力高于其他處理組，但依然顯著低于CK，這可能是因為NaOH的處理可使種子內部發生變異，處理時間的疊加作用可能會導致變異積累，造成活力指數的降低。盡管較高濃度的NaOH處理對白羊草種子脫絨產生了明顯的效果，但這種處理對種子的破壞較大，使得種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和種子活力受到了一定影響。如果需要使用NaOH對種子進行脫絨處理，在脫絨完成后需要進行一定的修復或者采用包衣等技術降低處理帶來的破壞，提高種子的生理活性。

從H2SO4對白羊草種子的脫絨處理的研究結果可以看出，采用濃度為10%～30%的H2SO4處理對白羊草種子的脫絨沒有效果，隨著濃度和處理時間的增加效果越來越明顯。濃度為55%～80%的H2SO4對白羊草種子的脫絨效果最好，達到了90%以上，但在研究過程中發現70%～80%的濃度處理會導致種子被碳化而影響其活性，所以在50%～65%的濃度范圍下的處理更具有參考價值，避免了由于種子過度損壞而影響試驗[23]。在本研究中，Ⅴ5，Ⅴ10，Ⅶ10和Ⅶ15四個處理組的白羊草種子的發芽率和發芽勢均與CK無顯著差異，但是Ⅴ處理的脫絨效果比Ⅶ處理要差一些。從發芽指數的變化情況猜測白羊草種子的絨毛可能與其發芽存在一定的關系，當H2SO4濃度和處理時間達到一定程度時，不僅絨毛被脫去，一些與抑制種子萌發相關的活性物質也可能被碳化或去除，種子活力的測定結果印證了這一點，在脫絨效果較好的Ⅶ處理中Ⅶ10組的發芽指數和活力指數與CK沒有顯著差異。綜上所述，用濃度60%的H2SO4處理10 min不僅可有效的脫去白羊草表面絨毛，而且脫絨后白羊草種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和種子活力指數都未受到顯著的影響。雖然用濃度60%的H2SO4處理10 min是處理白羊草脫絨的最佳方案，但在研究過程中可以發現其對種子有一定的腐蝕。下一步可以探索研究能否采用改變溫度或其他物理方式進行較溫和的處理去除絨毛并提高種子活力；此外，能否通過生物酶對白羊草絨毛進行分解，以達到脫絨的目的，也可以作為下一步研究的重點。

4 結論

NaOH可以脫去白羊草種子表面的絨毛，但會對脫絨后的種子造成一定損害，使白羊草種子的發芽指數及活力指數降低，因此也不適用于白羊草種子的脫絨；用濃度60% 的H2SO4處理10 min不僅可以有效的脫去白羊草表面絨毛，而且對脫絨后的白羊草種子的發芽指數和種子的活力指數沒有顯著影響，因此本研究結果表明白羊草種子脫絨的最佳方案是用濃度60% 的H2SO4處理10 min。