王 娟，胡小文，何學青，王彥榮

(蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院，甘肅 蘭州 730020)

北美官方種子分析家協(xié)會(AOSA)于1980年指出，種子活力是指在廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長成正常幼苗潛在能力的總稱。作為評價種子質(zhì)量的重要指標，活力與種子田間出苗狀況[1]、植物的抗逆、早熟、豐產(chǎn)特性密切相關(guān)[2]。 因而，正確評價種子活力對生產(chǎn)實踐具有重要意義。

標準發(fā)芽試驗是評估種子活力的一個重要方法[3]，但是有關(guān)標準發(fā)芽試驗與田間出苗相關(guān)性的研究相對較少，且多數(shù)研究一般僅考慮萌發(fā)有關(guān)指標與田間出苗率的關(guān)系，對其他田間參數(shù)如出苗速率、幼苗生物量等關(guān)注不多。本研究通過對幾種禾本科牧草種子進行老化處理，獲得不同活力的種批后，測定其萌發(fā)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù))、幼苗(胚根、胚芽、幼苗長度)以及盆栽條件下的出苗相關(guān)指標(出苗率、出苗速率)，進一步對上述指標進行相關(guān)分析，探討標準發(fā)芽試驗測定活力方法用于評價種批田間表現(xiàn)的可行性。

1 材料與方法

1.1材料 供試種子燕麥(Avenasativa)、蘇丹草(Sorghumsudanense)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、羊草(Leymuschinensis)、高羊茅(Festucaarundinacea)和多年生黑麥草(Loliumperenne)由農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)檢中心(蘭州)提供，試驗前各樣品貯藏于4 ℃待用，樣品詳細信息見表1。

1.2方法

1.2.1老化處理 從各供試種子中隨機選取所需足夠數(shù)量的種子分為56份(每份50粒種子)，參照王彥榮等[4]的方法調(diào)節(jié)種子含水量到20%，鋁箔袋包裝密封，置于42 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，分別處理0、12、24、36、48、60、84 h 后取出，室溫條件晾干，待用。

表1 供試種信息

1.2.2發(fā)芽試驗 標準發(fā)芽試驗參照文獻[5]，4個重復(fù)，每重復(fù)50粒；以胚根突出種皮視為發(fā)芽，逐日統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，持續(xù)14 d；發(fā)芽至第7天，每個培養(yǎng)皿隨機取出7株幼苗，測定其胚根及胚芽長度。計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)(VI)=幼苗長度×發(fā)芽指數(shù)。

式中，Gt與Dt分別對應(yīng)當天的發(fā)芽種子數(shù)與發(fā)芽的天數(shù)，t=0，1，2，3，…，n。

1.2.3盆栽試驗 對于任一參試物種，每處理設(shè)置4個重復(fù)，每個重復(fù)隨機取50粒種子，均勻播入花盆(直徑15 cm、高15 cm)中，覆蓋1 cm左右相同土質(zhì)的浮土；每日澆水，以保持花盆內(nèi)有充足的水分，試驗在蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院榆中校區(qū)人工智能溫室中進行，溫室內(nèi)平均日溫度為20 ℃(13～27 ℃)；試驗期間逐日統(tǒng)計出苗數(shù)，統(tǒng)計時間持續(xù)21 d。

出苗速率(GR)=∑100Gi/nti。

式中，n為每個處理中使用的種子個數(shù)；Gi為ti天的出苗個數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析，ANOVA進行方差分析，采用Duncan法進行多重比較，Excel 2003作圖。

2 結(jié)果

2.1老化處理對種子萌發(fā)的影響 老化處理降低了除羊草外所有參試種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，而羊草種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(表2)。老化處理60 h時，燕麥種子即完全喪失生活力，隨著老化時間的延長(84 h)，高羊茅、垂穗披堿草種子相繼喪失生活力，但羊草種子表現(xiàn)出相對較強的耐老化能力，老化84 h后，發(fā)芽率仍達34%。

以參試種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)作為評價指標，可將種批劃分成不同的活力批次：若以發(fā)芽率作為標準，可將燕麥劃分為5個批次；以活力指數(shù)為指標可劃分為4個批次；但以發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽勢來評價，只能劃分為3個批次。以發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)任何一個指標均可將羊草劃分為4個批次，垂穗披堿草劃分為5個批次，多年生黑麥草劃分為6個批次。高羊茅種子以發(fā)芽率和發(fā)芽勢作為評價指標，可將種批劃分為4個批次；但以發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)作為評價指標，只能劃分為3個批次。

表2 老化處理對種子萌發(fā)的影響

2.2老化處理對幼苗的影響 隨老化時間的延長，燕麥、蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅、多年生黑麥草的胚根、胚芽以及幼苗長度呈現(xiàn)降低趨勢；而老化處理時間少于48 h時，羊草的胚根、胚芽以及幼苗長度基本不受老化時間的影響(圖1)。羊草種子老化處理12 h時胚根與幼苗長度最長，分別為1.97與3.53 cm；老化處理24 h胚芽最長,為1.66 cm(圖1)。

2.3老化處理對出苗的影響 燕麥、蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅、多年生黑麥草的出苗率與出苗速率隨著老化程度的加劇而降低(圖2)。但隨著老化時間的增加，羊草種子的出苗率以及出苗速率呈現(xiàn)先升后降的趨勢，老化處理36 h時出苗率達到最大，為94%。

不同參試牧草種子老化處理出苗狀況存在很大差異：燕麥種子老化處理48 h時，出苗率幾乎為0；多樣黑麥草老化處理48 h時，出苗率卻高達59%。參試牧草種子老化處理84 h時，蘇丹草、垂穗披堿草、高羊茅的出苗率幾乎為0，而羊草卻還有31%的出苗率。

2.4相關(guān)性分析 除羊草種子外，其他參試牧草種子出苗率和出苗速率均與其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)(表3)。羊草種子的出苗率與其發(fā)芽率存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)存在顯著正相關(guān)(P<0.05)，與其活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長度不存在顯著相關(guān)性(P>0.05)；出苗速率與其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與其活力指數(shù)以及胚根、胚芽、幼苗長度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖1 老化處理對幼苗的影響

圖2 老化處理對出苗的影響

表3 出苗率、出苗速率與種子萌發(fā)以及幼苗特性的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

大多數(shù)種子在儲存過程中發(fā)芽率、生活力都有不同程度的降低[6]，這與種子儲存過程中的老化有密切的聯(lián)系[7]。研究發(fā)現(xiàn)，在-13～80 ℃的范圍內(nèi)，種子的老化規(guī)律是一致的[8-10]，用人工加速老化法可以模擬種子的自然老化[11-19]。因此利用人工老化處理的方法，可以在很短的時間內(nèi)獲得不同活力的種批。

本研究通過老化處理幾種禾本科牧草種子，獲得不同活力的種批后，測定其萌發(fā)、幼苗以及出苗的相關(guān)指標。結(jié)果顯示，隨著老化程度的加劇，燕麥、多年生黑麥草、高羊茅、蘇丹草、垂穗披堿草種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根、胚芽、幼苗長度以及出苗率、出苗速率呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是老化處理加快了種子的劣變過程，致使其內(nèi)部發(fā)生變化如膜結(jié)構(gòu)破壞[20]、代謝能力下降[21]、遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化[22]等，最終導(dǎo)致種子死亡[23]。但另一方面，隨老化的進行，羊草種子的萌發(fā)、幼苗以及出苗的相關(guān)指標呈現(xiàn)先升后降的趨勢，這可能是因為羊草種子自身具有休眠，一定程度的高溫高濕能夠釋放種子的部分休眠[23]，從而提高種子的萌發(fā)指標。但隨著老化程度的加劇，劣變速率加快，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長度，出苗率、出苗速率表現(xiàn)出下降趨勢。毛培勝等[23]的研究亦有相似的觀點。

此外，不同植物種子耐老化程度存在較大差別。如燕麥與多年生黑麥草種子初始發(fā)芽率相似，但在老化處理48h時，燕麥種子發(fā)芽率只有7%，而多年生黑麥草種子的發(fā)芽率仍有62%；老化處理60h，燕麥種子生活力完全喪失，而垂穗披堿草種子發(fā)芽率還剩20.5%。這種差異可能與種子的大小、成熟度[24]，膜結(jié)構(gòu)，細胞內(nèi)物質(zhì)[23]等有關(guān)。這也說明在運用老化處理測定種子的活力和預(yù)測種子的耐貯性時，老化處理時間應(yīng)因種而異[25]。

除羊草以外，其他參試種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長度與出苗率、出苗速率均存在極顯著正相關(guān)，表明標準發(fā)芽試驗相關(guān)指標可以很好地預(yù)測田間出苗狀況。這與趙光武和王建華[26]、金錫奎和張春慶[27]的研究結(jié)果一致，但陳士林的研究表明，標準發(fā)芽試驗不能很好地評價種子活力。這可能與研究采用的試驗條件有關(guān)，尤其是田間條件，如本研究所采用的田間條件脅迫相對比較溫和，而陳士林[28]則是在實際田間條件下開展的評價工作，環(huán)境更為嚴酷，具體原因有待進一步研究。羊草種子的出苗率以及出苗速率與其活力指數(shù)，胚根、胚芽、幼苗長度不存在顯著差異，是因為發(fā)芽試驗不適合高休眠的種子活力的測定，與王彥榮等[29]的研究一致。

對老化處理獲得的種批進行標準發(fā)芽試驗，根據(jù)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的差異顯著性分析，可以將種批進行分級，相比而言，發(fā)芽率能夠更加細致地對其進行分級。

[1]毛培勝,韓建國.貯藏處理對老芒麥種子活力的影響[J].草業(yè)科學,2003,20(4):16-19.

[2]王立軍,杜彥斌.利用標準發(fā)芽試驗法測定亞麻種子活力[J].種子科技,2010(7):28-29.

[3]WangYR,HamptonJG,HillMJ.Redclovervigourtesting-effectsofthreetestvariables[J].SeedScienceandTechnology,1994,22:99-105.

[4]王彥榮，孫建華，余玲，等.GB/T2930-2001 牧草種子檢驗規(guī)程 發(fā)芽試驗[S].北京：中國標準出版社，2001.

[5]InternationalSeedTestingAssociation.Internationalrulesforseedtesting[J].SeedScienceandTechnology,1999,27:27-32.

[6]管彥良.種子劣變與膜傷害的關(guān)系[J].種子,1991,51:46-47.

[7]朱世東,張志偉.蔬菜種子老化與膜脂過氧化作用[J].園藝學報,1995,22(4):394-396.

[8]EllisRH,HongTD,RobertsEH.ALow-Postire-contentlimittologarithmicrelationsbetweenseedmoisturecontentandlongevity[J].AnnalsofBotany,1988,61:405-408.

[9]WatersC,EngelsJ.Theeffectsofstoringseedsunderextremelydryconditions[J].SeedScienceResearch,1998,8:1-74.

[10]EllisRH,HongTD,RobertsEH.Moisturecontentandthelongevityofseedsofphaseolusvulgaris[J].AnnalsofBotany,1990,66:341-348.

[11]鄭光華.種子活力的原理及其應(yīng)用[J].植物生理生化進展,1986(4):154-179.

[12]董鴻運.杉木，馬尾松種子人工老化過程中某些生理生化規(guī)律的研究[J].種子,1987(2):14-18.

[13]DeloucheJC,BaskinCC.Acceleratedagingtechniquesforpredictingtherelativestorabilityofseedslots[J].SeedScienceandTechnology,1973,1(2):427-452.

[14]PowellAA,MatthowsS.Evaluationofcontrolleddeterioration:anewvigortestforsmallseedvegetables[J].SeedScienceandTechnology,1981,9:633-640.

[15]PowellAA,MatthowsS.Applicationofthecontrolled:deteriorationvigortesttodetectseedlotsofBrussels sproutswithlowpotentialforstorageundercommercialconditions[J].SeedScienceandTechnology,1984,12:649-657.

[16]LikhatecherBS.Changingofviabilityofmaizeseedsinextremeconditionsofstorage[J].ProceedingsofVASXNIL,1977,4:38-68.

[17]LikhateherBS，MusorilaLJ,SchevchenkeZN,et al.Usageofextremeconditionsofseedstorageinmodelingprocessesoftheiraging[J].BulletinofVirus,1978,77:7-62.

[18]LikhatcherBS,ZelenskyGV,KiashkoYG,et al.Modelingofseedaging[J].SeedScienceandTechnology,1984,87:697-704.

[19]MatthewsS.Controlleddeterioration:anewvigortestforcropseeds[A].In:HebblethwaitePD.SeedProduction[M].London:Butterworth,1980:647-660.

[20]李馳,林鳳.種子老化機理的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2006,34(20):5176-5177.

[21]韓建國,浦心春,毛培勝.高羊茅種子老化過程中酶活性的變化[J].草地學報,1998,6(2):84-89.

[22]張晗,盧新雄,張志娥,等.種子老化誘導(dǎo)小麥染色體畸變及大麥醇溶蛋白帶型頻率變化的研究[J].植物遺傳資源學報,2004,5(1):56-61.

[23]毛培勝,常淑娟,王玉紅,等.人工老化處理對羊草種子膜透性的影響[J].草業(yè)學報,2008,17(6):66-70.

[24]周龍發(fā).種子活力在種子質(zhì)量評估中重要性的分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2004,24(2):78,87.

[25]劉賀,毛培勝,孔令琪,等.馬棘種子發(fā)芽以及人工加速老化測定標準化研究[J].草業(yè)科學,2010,27(2):144-149.

[26]趙光武,王建華.甜玉米種子活力測定及其田間成苗能力的評估[J].植物生理學通訊,2005,41(4):444-448.

[27]金錫奎,張春慶.玉米種子活力實用測定方法初探[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報,1989(1):36-42.

[28]陳士林.玉米種子活力與田間苗期性狀相關(guān)性研究[J].種子,2003(4):35-37.

[29]王彥榮,余玲,劉友良,等.用活力指標評價幾種牧草的種批質(zhì)量和田間出苗率[J].草業(yè)學報,2003,12(5):62-69.