不同脫絨方式及PEG脅迫下對棉花種子活力及幼苗性狀的影響

米爾扎提·木塔力甫,石秀楠,柏軍兵,祖拜代·阿布都克日木,吾勒加勒哈斯·阿扎提,石書兵

(新疆農業大學農學院 ,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是我國重要的經濟作物和紡織工業原料[1]。生產高活力種子是促進農業發展的有效措施[2-4],而種子加工是種子工程的重要環節,提高種子加工技術對生產高活力種子有重要意義。【前人研究進展】棉花種子加工主要采用一系列物理、化學方法,去掉棉種表面短絨[5-6]。脫絨后的棉種若殘留有超標的短絨,會影響精選效果、包衣劑處理和機械化播種,且種子表面殘酸量也有一定要求[7- 8]。脫絨質量與種子原始水分、健籽率、種子含絨量、稀硫酸供給量、熱風溫度和流量、干燥時間以及種子最高溫度等因素控制有關[9]。脫絨后的棉花光籽播種比帶絨棉籽播種死苗率低1.6%,病苗率低3.7%,蚜株率低20%,播種發芽率高11%～25%,平均早出苗2～3 d,更有利于精量播種[10]。棉花種子脫絨分化學脫絨和機械脫絨。常用化學脫絨為硫酸脫絨。機械脫絨按采用磨料的不同,分砂瓦脫絨和鋼刷脫絨兩種[11]。硫酸脫絨投資小,但費時、耗酸量多,加工出的種子不易控制水分[12]。機械脫絨操作簡單、生產成本低、無污染,可以回收利用棉短絨,但是對棉種無殺菌作用,在脫絨過程中由于摩擦作用使種胚的子葉及胚根均受到損傷,活力受到影響,發芽率降低。激光脫絨的溫度非常高,一般為500℃左右,在激光下瞬間可燒掉較長的絨,無污染,可以有效地防止種子受損及提高種子活力、發芽率,有效地防治作物病蟲害[13]。【本研究切入點】目前關于不同脫絨方式棉花種子在PEG脅迫下種子活力及幼苗性狀的影響鮮見報道。需研究不同脫絨方式對PEG脅迫下棉花種子活力及幼苗性狀的影響。【擬解決的關鍵問題】研究激光脫絨對棉花種子農藝性狀、生理性狀的影響,分析激光脫絨方式較硫酸傳統脫絨方式的顯著優勢,為棉花種子激光脫絨方式在實際生產應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年在新疆農業大學農學院小麥高產栽培實驗室進行,以新陸早64號為供試材料,設硫酸脫絨(T1)、激光脫短絨(T2,種子表面帶有短毛絨)、激光脫長絨(T3,種子表面帶有稍長的毛絨)3種脫絨處理,在濃度分別為0%(CK)、5%(P5)、15%(P15)、25%(P25)4個PEG-8000處理下,進行模擬干旱脅迫試驗。

精選種子,采用雙氧水浸泡消毒10min,浸泡消毒后,再用蒸餾水沖洗多次,最后用蒸餾水浸種24 h。使用砂床法,加5%、15%、25%的PEG充分攪拌,3次重復,每個重復150粒種子。置于光照培養室內,白天溫度(25±2)℃,光強400 μmol/(m2·s),12 h;夜間溫度(22±2)℃,12 h。播種后第12 d測定發芽率及生理指標。

1.2 方 法

1.2.1 種子活力

播種后,每天統計種子發芽數。播種后第4 d統計種子發芽數,發芽種子數/供試種子數×100%即為發芽勢;播種后第12 d統計種子發芽數,發芽標準為芽長達種子長度的1/2,全部發芽種子數/供試種子數×100%即為發芽率。發芽指數(GI)=∑(Gt/Dt),式中,Gt為在不同時間的發芽數,Dt為發芽天數。

1.2.2 幼苗干鮮重

擦干幼苗水分,用天平稱量各處理幼苗的鮮重,計算單株平均幼苗的鮮重;隨后裝入信封袋,在恒溫干燥箱中恒溫烘干至恒重,冷卻后稱量計算出單株幼苗的干重。

1.2.3 幼苗苗長、根長

將沖洗干凈后的幼苗平鋪在根系掃描儀平板上,測量幼苗根長、苗長、根數等相關指標。

1.2.4 幼苗生理特性

蒽酮法測定可溶性糖含量(mg/g),用茚三酮比色法測定脯氨酸含量;用硫代巴比妥比色法測定丙二醛含量;愈創木酚氧化法測定過氧化物酶活性[14](1個酶活力單位U定義為每克鮮重組織每分鐘引起的0.01OD470 nm的變化)。

1.3 數據處理

用Excel 2007、DPS7.05統計軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同脫絨方式對PEG脅迫下棉花種子活力的影響

研究表明,脫絨方式對發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數均有顯著影響。不同脫絨方式處理下,發芽勢、發芽率表現為T1>T2>T3,差異顯著,其中,T1發芽率分別比T2、T3發芽率顯著高13.49%、14.78%,發芽指數、活力指數表現為T1>T3>T2,PEG-8000濃度的增高對發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數均有顯著影響。與CK相比,T1處理下,發芽勢、發芽指數分別于P5、P25達顯著差異,發芽率和活力指數均于P15處理下達顯著差異;T2處理下,發芽勢、發芽率于P25達顯著差異,發芽指數于P5、P15達顯著差異,活力指數于P15、P25達顯著差異;T3處理下,發芽勢、發芽率、發芽指數在P25達顯著差異,活力指數于P15、P25達顯著差異。硫酸脫絨方式棉花種子發芽勢、發芽率優于激光脫絨方式,但激光脫絨方式種子活力及抗旱性優于硫酸脫絨方式。表1

表1 不同脫絨方式和PEG脅迫下棉花種子萌發指標變化

2.2 不同脫絨方式對PEG脅迫下棉花幼苗干重的影響

研究表明,幼苗葉、根干重在不同脫絨處理下差異不顯著,而莖干重差異達顯著性水平。PEG濃度對幼苗營養器官干重有顯著影響,與CK相比,T1處理下,莖干重于P15、P25達顯著差異;T2處理下,莖干重于各濃度均達顯著差異,根干重于P25濃度時達顯著差異;T3處理下,莖干重于P15、P25達顯著差異。表2

2.3 不同脫絨方式對PEG脅迫下棉花幼苗苗長、根長的影響

研究表明,不同脫絨方式對棉花幼苗長度、表面積、體積、莖平均直徑無顯著影響。PEG濃度對幼苗表面積、體積、莖平均直徑有顯著影響,與CK相比,在T1處理下,莖平均直徑于P5、P15達顯著差異;T2處理下,幼苗表面積、體積于P25達顯著差異;T3處理下,幼苗體積、莖平均直徑于P5達顯著差異。表3

表2 不同脫絨方式和PEG脅迫下棉花幼苗干重變化

不同脫絨方式對根長有顯著影響,表現為T3>T2>T1,PEG濃度對根長、根平均直徑有顯著影響,與CK相比,在T1處理下,根長、根平均直徑于P15、P25達顯著差異;T2處理下,根平均直徑于P15、P25達顯著差異;T3處理下,根長、根平均直徑于P5達顯著差異。表4

表3 不同脫絨方式和PEG脅迫下棉花幼苗指標變化

表4 不同脫絨方式和PEG脅迫下棉花幼苗根部指標變化

2.4 不同脫絨方式對PEG脅迫下棉花幼苗生理特性的影響

研究表明,不同脫絨方式對幼苗生理特性有顯著影響,脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量表現為T3>T2>T1,過氧化物酶活性表現為T1>T2>T3。PEG濃度對幼苗生理特性有顯著影響,脯氨酸、丙二醛含量隨PEG濃度升高而增加,可溶性糖含量和過氧化物酶活性隨PEG濃度升高而減少,與CK相比,在T1處理下,脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量、過氧化物酶活性在各濃度均達顯著差異,脯氨酸含量分別增加了10.53%、46.70%、 57.18%,可溶性糖含量于P15、P25達顯著差異,分別降低了24.66%、42.55%;T2處理下,脯氨酸含量于P5、P15、P25分別增加了24.42%、 57.37%、69.68%,可溶性糖含量于P15、P25分別降低了21.93%、 33.06%;T3處理下,脯氨酸含量分別增加了42.05%、 81.64%、120.54%,可溶性糖含量于P15、P25分別降低了26.32%、56.89%。表5

表5 不同脫絨方式和PEG脅迫下棉花幼苗酶含量變化

3 討 論

硫酸脫絨、機械脫絨都有不足,會在一定程度上降低種子活力,影響棉花幼苗生長發育[15]。

研究表明[16],棉花種子脫絨后,種子吸水速率、種子相對電導率、棉花種子萌發期相對電導率及丙二醛含量顯著增加;發芽率、棉芽中可溶性蛋白質與可溶性糖含量明顯降低。研究表明,硫酸脫絨與激光脫短絨間發芽率、發芽勢差異不顯著,但與激光脫長絨之間差異顯著。而且硫酸脫絨的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、幼苗莖平均直徑、根長、根表面積、根體積、根平均直徑、脯氨酸含量、過氧化物酶活性等都高于激光脫絨,可溶性糖和丙二醛含量則低于激光脫絨。張敏敏等[17]研究表明,當PEG濃度為25%時,棉花種子幼苗萌發受到極大抑制,低濃度時發芽率、發芽勢差異不顯著,發芽率、發芽勢隨PEG濃度上升而下降。在干旱脅迫下,植物生長受到抑制的現象是干旱脅迫導致的一系列生理效應的綜合體現[18]。李東曉等[19]研究得出,棉花不同時期的株高和葉面積都隨干旱脅迫加重而降低。植物細胞內保護酶系統主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)等,在植物活性氧清除系統中處于重要地位,維持著活性氧自由基系統的平衡[20]。干旱脅迫會導致植物細胞內的活性氧代謝失去平衡,細胞內積累大量的活性氧,導致膜脂過氧化,損傷甚至死亡[21],丁玲[22]發現隨PEG濃度升高黃瓜SOD活性呈現先上升后下降的趨勢;對沙棘、苜蓿[23]等研究表明,在干旱加重時,POD活性表現為先升后降。PEG濃度升高可溶性糖、丙二醛、脯氨酸含量升高[24]。研究表明,PEG-8000濃度的升高,各處理棉花種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、幼苗營養器官干重、苗長、可溶性糖含量及過氧化物酶活性下降,丙二醛、脯氨酸含量顯著增加,幼苗莖平均直徑、根體積及平均直徑呈先增加后減少的趨勢。

4 結 論

不同脫絨方式對棉花種子發芽率和發芽勢影響顯著,其中,發芽率、發芽勢、根體積、根平均直徑、脯氨酸含量、過氧化物酶活性表現為T1>T2>T3,發芽指數、活力指數、幼苗莖平均直徑、根長、根表面積等表現為T1>T3>T2,可溶性糖和丙二醛含量表現為T3>T2>T1。硫酸脫絨方式發芽率、發芽勢、根體積、根平均直徑、脯氨酸含量、過氧化物酶活性高于激光脫絨,發芽指數、活力指數、幼苗莖平均直徑、根長、根表面積等表現為硫酸脫絨高于激光脫長絨和激光脫短絨,可溶性糖和丙二醛含量表現為激光脫絨高于硫酸脫絨。與硫酸脫絨方式相比,激光脫絨降低了棉籽的發芽率和發芽勢,但提高了種子活力及抗旱性。