水稻種子浸泡液電導率與種子活力的關系

曲宗普尺 毛光鋒 吳敏 吳洪愷

摘要：為明確電導率與種子活力的關系，快速預測種子活力，以23個具有代表性的水稻品種為材料，在40 ℃、85%相對濕度條件下，分別老化0、14、28、42、56 d，共115個種子樣本，形成了寬廣的種子活力水平范圍，研究電導率與種子活力之間的關系。結果表明，種子（帶殼）浸泡液電導率大于糙米（去殼）浸泡液電導率。與種子浸泡液電導率相比，糙米浸泡液電導率與發芽率、發芽勢和發芽指數間的關系更密切。然而，糙米浸泡液電導率與發芽率、發芽勢和發芽指數間沒有明顯的函數關系，其線性回歸模型R2分別為0.045 2、0.026 3、0.036 7，不宜用來預測種子活力。

關鍵詞：水稻；電導率；種子活力；發芽率；發芽勢；發芽指數doi：10.13304/j.nykjdb.2021.0552

中圖分類號：S330.2 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2023）01003507

種子活力的快速測定技術對種業發展具有重要意義。根據《國際種子檢測協會（InternationalSeed Testing Association，ISTA）規則》[1]和糧食作物種子質量國家標準（GB4401.1 2008），實驗室發芽檢測一般需要14 d才能完成。某些情況下，需要對種子活力進行緊急評估，這就亟需開發一種快速評估種子活力的方法。

種子在浸泡過程中，滲出的電解質進入浸泡液中，其浸泡液的電導率反映了種子的質膜透性，在一定程度上可以反映細胞膜的完整性，電導率大則膜完整性差，受損傷嚴重，反之，則膜完整性好，其數值與種子活力呈負相關[2]。因此，種子浸泡液電導率可以作為種子活力的重要參考指標。電導率的測定簡單、快速，一般可在24 h內完成[3]（以下稱電導法）。蔓生豌豆（Pisum sativum L.）、大豆（Glycine max L.）、菜豆（Phaseolus vulgarisL. ）、鷹嘴豆（Cicer arietinum L.）和蘿卜（Raphanussativus L.）的電導法已被國際種子檢驗協會規則接受[1，4]。在許多蔬菜作物上均應用電導法來預測種子活力，人工老化卷心菜和花椰菜種子的電導率與成苗率高度相關[5]；人工老化蘿卜種子浸泡8 h的電導率測量值可用來預測種子的發芽率[6]；蘿卜種子浸泡24 h內的浸泡液電導率能夠較好地預測幼苗萌發[7]；大蔥種子浸泡液電導率和發芽率之間的分對數回歸模型（logit regression model）R2達0.958[8] ；3種豆科牧草種子的生活力與電導率皆呈極顯著負相關（r>0.9）[9]；人工老化和自然老化的大白菜“ 冠291” 種子隨浸泡時間（24小時內）延長，電導率逐步提高，種子活力逐漸降低[10]。

電導法在大田作物，如蠶豆[11]、大豆[12?14]、棉花[15]、玉米[1617]、小麥[1718]、水稻[19-22]等也有較多研究。但有研究表明，高活力種子的滲透液也可能具有較高的電導率，此時電導率不能很好地反映種子的活力水平[23-25]。

水稻是重要的糧食作物，但水稻種子浸泡液電導率與種子活力間的關系還缺乏系統的研究。因此，本研究選取23個水稻品種，包括秈型、粳型和秈粳中間型，通過人工加速老化形成不同活力水平范圍的種子批，研究水稻種子浸泡液電導率與種子活力間的回歸模型，以期建立一種用電導法快速評估種子活力水平的預測方法。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇有代表性的水稻品種（系）23 份為試驗材料，包括11份秈稻品種、6份粳稻品種和6份秈粳中間型品種。于2017年5月正季種植在浙江農林大學平山試驗基地（N 30.2°，E 119.7°），試驗地土壤為沙壤土。每個品種5行區，每行6苗，田間管理采用常規大田管理。于籽粒黃熟時收獲，晾曬至種子含水量為13%時儲藏在室溫，至翌年5月份待用。

1.2 方法

1.2.1 種子的人工老化處理 在種子老化箱中進行種子加速老化處理（40 ℃，85%相對濕度），分別老化0（室溫保存）、14、28、42、56 d，共5 個梯度，以形成寬廣的種子活力范圍。老化后的種子室溫保存待用。

1.2.2 種子發芽試驗 處理后的種子用0.1%的次氯酸鈉溶液消毒15 min，蒸餾水沖洗后，在墊有2層濕潤發芽紙的發芽盒中進行發芽。每盒100粒種子，每品種重復3次。發芽條件：30 ℃，光照10 h；20 ℃，暗處理14 h，晝夜循環。每天記錄發芽種子數（當種子的根長為種子的長度、芽長為種子長度一半時定義為發芽）。于第5天計算發芽勢；第14天計算發芽率和發芽指數（IG，germinationindex）。

發芽率=14 d累計發芽數/樣品總數×100%（1）

發芽勢=5 d累計發芽數/樣品總數×100%（2）

發芽指數=Σ（Gt/Dt） （3）

其中，Gt 為第t 天的發芽種子數，Dt 為發芽天數。

1.2.3 種子浸泡液電導率的測定 適宜的浸泡時間是用電導法準確評價種子活力的關鍵。參照文獻[22]，在20 ℃條件下浸泡水稻種子24 h。測定前，將種子樣品在30 ℃烘箱中放置24 h以平衡水分，取出冷卻后，取50粒種子稱重，用蒸餾水沖洗3次，去除表面水分后置于100 mL燒杯中，加去離子水100 mL，保鮮膜封口，靜置于20 ℃恒溫培養箱24 h，然后用DDS-12D型電導儀（上海雙旭電子有限公司）測定種子浸泡液的電導率，以去離子水為對照。試驗設置4次重復。

種子電導率（μS·cm?1·g?1）＝樣品值? 對照值／樣品種子質量（4）

種子脫殼后，測定糙米浸泡液電導率（簡稱糙米電導率），方法同上。

2 結果與分析

2.1 樣本的描述性統計分析

對23個品種的種子電導率、糙米電導率、發芽率、發芽勢、發芽指數進行分析，結果（圖1 和表1）表明，115 個樣本的種子電導率為8.25～51.98 μS·cm?1·g?1，多數樣本的種子電導率為19.20～23.58 μS·cm?1·g?1，平均值22.10 μS·cm?1·g?1；糙米電導率為9.15～34.61 μS·cm?1·g?1，多數樣本為14.82～19.2 μS·cm?1·g?1（圖1）；糙米電導率的變幅、平均值和極差均小于種子電導率。115個樣本的發芽率為0%～98%，基本包括了水稻種子的發芽率范圍，多數樣本的發芽率分布在0%～4.9%和73.5%～93.1% 之間，平均發芽率為39.67%。115個樣本的發芽勢、發芽指數分布與發芽率相似，其中，多數樣本的發芽勢主要分布于0%～4.9%和73.5%～93.1%之間；發芽指數主要分布于0～2和26～30之間。

2.2 種子電導率與種子活力的關系

由于發芽率或發芽勢接近0的種子基本喪失了生活力，因此，本研究在分析電導率與種子活力關系時去除了發芽率和發芽勢均小于2% 的樣品。以電導率為橫坐標，發芽率、發芽勢和發芽指數為縱坐標，分析電導率和種子活力的關系，結果（圖2）表明，種子電導率、糙米電導率與發芽率、發芽勢和發芽指數間的相關系數均未達到顯著水平，由此表明，水稻種子和糙米電導率不能直接用來預測種子活力。但與種子電導率相比，糙米電導率與發芽指標間的關系更符合理論推導，暗示糙米電導率可能更適用于研究與種子活力間的關系。

2.3 不同種子活力類型間電導率比較

參照水稻種子質量國家標準（GB4401.1—2008），將種子活力劃分為3種類型：第1類，發芽率和發芽勢均低于2%，代表種子活力基本喪失；第2類，2%≤發芽率<85%，代表種子質量不符合國家標準；第3類，發芽率≥85%，代表種子質量符合國家標準。分別對這3類種子活力的種子浸泡液電導率進行分析，結果（表2）表明，第1類的種子電導率最大，說明種子活力低，電導率高；第3類（活力高）種子電導率的平均值略高于第2 類（活力低），不符合理論推導；但3種類型間種子電導率差異均未達到顯著水平。進一步分析3種類型種子電導率的分布，如圖3所示，第3類中有3個樣品的種子電導率異常高，呈現離群分布。

分析3種類型種子的糙米電導率，結果（表2）表明，隨著種子活力水平的逐漸提高，電導率逐漸減小，第3類（活力最高）的糙米電導率最低，但3種類型間差異不顯著。進一步分析三種類型糙米電導率的分布（圖3），第3類中有2個樣品的糙米電導率異常高，呈現離群分布。

綜上所述，3種類型的種子或糙米電導率的平均值均差異不顯著，但糙米電導率與發芽指標間的關系較種子電導率更符合理論推導，暗示用糙米電導率來研究電導率與種子活力間關系更合適。但存在一些品種（種子批）種子活力高、電導率也高的現象，可能不同的材料間存在較大差異。因此，不同品種建立不同函數關系（電導率與發芽指標間）可能更合適。

3 討論

細胞膜的修復能力和完整性是評價種子活力的重要特征[12]。在種子吸脹過程中，一旦膜系統受到損傷，種子的胞質溶質（cytoplasmic solutes）釋放到種子浸泡液中，這些具有電解性質的溶質所攜帶的電荷可以用電導儀進行檢測，釋放的溶質越多，電導率越高，表明種子活力越低；反之，種子活力越高[2]。因此，種子浸泡液電導率的高低可以在一定程度上反映種子的活力，國際種子檢驗協會也將電導率作為種子活力的測定指標之一[1]。水稻浸種催芽過程中，若浸泡液清澈無味，則種子活力高；若浸泡液黏稠且有異味，則種子活力低。然而，本研究表明，水稻種子浸泡液電導率與發芽率、發芽勢及發芽指數間均無顯著的函數關系，甚至隨著電導率的升高，發芽率、發芽勢及發芽指數也呈上升趨勢，與理論推導不符。張文明等[21]發現，在發芽率較高且相近的情況下，去殼后水稻種子的相對電導率與田間成苗率呈正相關關系。黃善軍等[26]對6個常規粳稻進行自然老化和人工老化處理，其電導率與田間苗期性狀相關不顯著。這種現象在小麥[23，27]、棉花[15]、蘿卜[23]、大白菜[28]、白菜[23]等作物上也有類似的報道。

同一品種的種子浸泡時間越長（24 h內），電導率越大[15，22]。段永紅等[22]研究表明，5個高活力雜交稻品種的種子活力水平相似，但電導率存在較大差異，說明不同品種膜脂結構未受損的情況下，種子的滲漏率也存在差異。Larry等[2]認為，種皮結構會影響溶質滲漏率。孫秋瑾[29]研究證實，完整種子的活力與電導率相關性不顯著，而刺破種皮的種子活力與電導率呈極顯著負相關。

種子吸脹時會有大量物質外滲，包括無機離子、糖類、氨基酸、蛋白質、酶等[30]。最富有生活力的種子也有糖類和無機鹽類物質滲入到浸泡液中[23]。因此，在膜透性改變之前，浸泡液電導率的變化可能與代謝強度有關，而與種子活力無關，代謝強，電導率高[23]。有些種子經高溫或高濕處理后，基本代謝增強，種子活力提高，電導率也增加，高發芽力（94.7%）水稻品種‘臺537種子的電導率顯著高于中等發芽力（88.0%）品種‘秀水63[26]；小麥品種‘農大87在高溫高濕處理10 d后電導率升高，發芽率得到提升，且高溫高濕處理12 d后發芽率達到峰值[17]；棉花品種‘中棉所46熱處理（40 ℃ 加熱1 d）后，發芽率升高，電導率也升高[15]，本研究有3個水稻樣品也出現這種情況。

種子吸脹過程排出鉀離子是膜的被動通透現象，鉀離子（K+）外滲與電導率緊密相關[23]。種子浸出液的K+含量與種子活力指數呈負相關[12]。不同活力水平的“北京新1號”大白菜種子滲漏液的電導率一致，而較高活力種子的K+/Na+值較低[24]。可能是由于種子活力下降，K+的外滲量增加，而Na+的外滲量減少，導致電導率無顯著變化，但K+/Na+值升高[31]。

另外，自由基增生是造成種子活力下降的一個重要因素[32]。楊劍平等[27]研究表明，當年收獲的小麥種子（發芽率92%）人工老化后發芽率降為16%，老化種胚的過氧化氫酶活性極顯著低于未老化種胚，而種子質量、α-淀粉酶活性、電導率、丙二醛含量等與未老化種子均無顯著差異，說明小麥種子活力下降的重要原因可能是過氧化氫酶活性的降低，從而導致H2O2積累，造成細胞毒害。

綜上所述，種皮結構、代謝強度以及膜的通透性等對溶質滲漏率（電導率）均有顯著影響，而影響種子活力的因素也很多，如過氧化氫酶活性等，這些特性在不同品種間可能存在較大差異。因此，構建電導率與種子活力的回歸模型，用電導率來預測種子活力存在較大難度。但是，膜損傷引起的透性改變導致滲出物增多（電導率增加），進而導致種子活力下降[12]，即膜透性改變是種子活力開始下降的臨界點，該臨界點的電導率可以作為種子活力開始下降的依據。

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（責任編輯：張冬玲）