小麥穗部位種子浸泡液電導(dǎo)率與種子活力的關(guān)系

張路路,張金汕,賈永紅,李 鵬,古力尼尕爾·吐爾洪,王潤琪,董艷雪,石書兵

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗(yàn)站,新疆奇臺 831800)

0 引 言

【研究意義】種子活力與種子的使用價(jià)值及貯藏性能密切相關(guān)[1]。種子活力是評價(jià)種子質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。目前,小麥單粒播種技術(shù)已經(jīng)普及,種子活力高低會導(dǎo)致種群密度、空間分布和生長周期的差異,從而間接影響產(chǎn)量[3]。小麥實(shí)驗(yàn)室發(fā)芽檢測一般需要7 d才能完成[4,5]。評估種子活力,需開發(fā)一種快速評估種子活力的方法。【前人研究進(jìn)展】Fick等[6]發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率低的種子相較于發(fā)芽率高的種子會在吸漲過程中釋放更多的電解質(zhì),認(rèn)為種子在吸漲過程中細(xì)胞膜會自我修復(fù),高活力種子修復(fù)快,泄露電解質(zhì)少,低活力種子則相反。種子浸泡液電導(dǎo)率可以作為種子活力的重要參考指標(biāo)。電導(dǎo)率的測定簡單、快速,一般可在24 h內(nèi)完成[7]。朱銀等[8]以人工加速老化的3個(gè)小麥品種種子為材料,發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率有較大差異的小麥種子浸泡24 h后的電導(dǎo)率與發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)。鄭雅潞等[9]認(rèn)為采用老化發(fā)芽勢、電導(dǎo)率或相對電導(dǎo)率單一指標(biāo)或2種指標(biāo)相結(jié)合來評估小麥種子的活力可能更準(zhǔn)確、簡單易行。但楊建平等[10]通過人工老化小麥材料,發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率并沒有增加。李富花等[11]認(rèn)為,不同種子的耐老化性具有很大的種間差異,老化處理更多的表現(xiàn)是種子的耐貯藏性,并不總是與田間表現(xiàn)密切相關(guān)。馮魁等[12]和劉旭歡等[13]研究發(fā)現(xiàn)同一成熟度下的小麥不同穗部位種子活力不同。【本研究切入點(diǎn)】以小麥不同成熟度不同穗部位獲得的種子活力浸泡液電導(dǎo)率與種子活力間的關(guān)系還缺乏系統(tǒng)的研究。需研究電導(dǎo)率預(yù)測小麥穗部位種子活力的可行性。【擬解決的關(guān)鍵問題】選取新疆小麥主栽品種新春44號,通過不同成熟度不同穗位形成寬廣活力水平范圍的種子批,研究小麥穗部位種子浸泡液電導(dǎo)率與種子活力間的回歸模型,建立一種用電導(dǎo)法快速評估穗部種子活力水平的預(yù)測方法。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗(yàn)站(89°46′E,43°34′N,1 970.6 m)進(jìn)行。供試小麥品種為新春44號。前茬作物為小麥。

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)收獲時(shí)間開花后15(A15)、20(A20)、25(A25)、30(A30)、35(A35)、40(A40)、45 d(A45)7個(gè)處理,采收穗部位按小穗位自下而上依次均勻劃分為B1、B2、B3、B4、B5和B66個(gè)水平,3次重復(fù),行距為0.2 m,小區(qū)為3 m×5 m=15 m2,種植密度為600×104株/hm2。播種方式為條播,其他管理措施同中產(chǎn)田一致。采收后在室內(nèi)進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。

1.2 方 法

1.2.1 種子發(fā)芽試驗(yàn)

處理后的種子用1% 的次氯酸鈉溶液消毒5 min,蒸餾水沖洗后,在墊有2層濕潤發(fā)芽紙的發(fā)芽盒中進(jìn)行發(fā)芽。每盒25粒種子,每品種重復(fù)3次。在25℃下模擬晝夜交替,白熾燈光照12 h,黑暗處理12 h,開展發(fā)芽試驗(yàn)。每天記錄發(fā)芽種子數(shù)(當(dāng)種子的根長為種子的長度、芽長為種子長度一半時(shí)定義為發(fā)芽)。于第4 d計(jì)算發(fā)芽勢,并測量幼苗高、鮮重、干重,每個(gè)重復(fù)測5株并求平均值;第8 d計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。

參照周愛清等方法[14]計(jì)算簡化活力指數(shù):

簡化活力指數(shù)=發(fā)芽率×苗鮮重;

(1)發(fā)芽勢=4 d累計(jì)發(fā)芽數(shù)/樣品總數(shù)×100%;

(2)發(fā)芽率=8 d累計(jì)發(fā)芽數(shù)/樣品總數(shù)×100%;

(3)發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)其中,Gt為第td的發(fā)芽種子數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù);

(4)活力指數(shù)=苗鮮重×GI。

發(fā)芽率=8 d累計(jì)發(fā)芽數(shù)/樣品總數(shù)×100%;

(1)發(fā)芽勢=4 d累計(jì)發(fā)芽數(shù)/樣品總數(shù)×100%;

(2)發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)。

式中,Gt為第td的發(fā)芽種子數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù)。

1.2.2 種子浸泡液電導(dǎo)率測定

參照國際種子檢驗(yàn)規(guī)程推薦方法測定電導(dǎo)率(ISTA,2020)。每處理隨機(jī)選取50粒種子,設(shè)3次重復(fù),用電子天平稱量重量(精確到0.001 g)后用去蒸餾水沖洗3次,濾紙吸干種子表面殘留水分,將種子置于潔凈的150 mL的燒杯中,加入100 mL蒸餾水,3次重復(fù),(用蒸餾水需初始電導(dǎo)率低于5 μS/(cm·g),以裝入100 mL去蒸餾水的燒杯為空白對照,用保鮮膜或封口膜封住瓶口,震蕩搖勻后將燒杯瓶置于20 (±2)℃培養(yǎng)箱中,放置24 h(±15 min)。用校準(zhǔn)過的雷磁DDS-307電導(dǎo)率儀測定種子浸泡液和對照的電導(dǎo)率。

電導(dǎo)率(μS/(cm·g))=(樣品電導(dǎo)率-對照電導(dǎo)率)/樣品質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣本的種子電導(dǎo)率值和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽指標(biāo)

研究表明,42個(gè)樣本的種子電導(dǎo)率為11.26～80.56(μS/(cm·g)),平均值29.24 (μS/(cm·g));42個(gè)樣本的種子發(fā)芽勢為0.59%～0.95%和發(fā)芽率為0.61%～0.96%,包含了多數(shù)高活力種子的發(fā)芽率范圍。42個(gè)樣本的苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、簡化種子活力指數(shù)范圍分別為37.08～86.08、17.02～67.10、1.49～7.09、24.32～38.80、459.25～2498.35 和12.71～62.31。表1

表1 樣本的種子電導(dǎo)率值和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽指標(biāo)

2.2 種子電導(dǎo)率與種子活力的關(guān)系

研究表明,種子電導(dǎo)率、與苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和簡化活力指數(shù)呈及顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.422 5、-0.559 9、-0.065 8、-0.001 6、-0.001 9、-0.090 2、-21.933和-0.5491,R2分別為0.656 8、0.811 6、0.864、0.206 6、0.258 1、0.323 1、0.802 7和0.803 6,P值均小于0.01。小麥種子電導(dǎo)率能直接用來預(yù)測種子活力。但與發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)相比,電導(dǎo)率與苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)和簡化活力指數(shù)間的關(guān)系更符合理論推導(dǎo)。圖1

圖1 電導(dǎo)率與苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和簡化活力指數(shù)的關(guān)系

2.3 不同類型性狀與電導(dǎo)率比較

研究表明,聚類數(shù)為3,將電導(dǎo)率分為第 1類、第2類和第3類種類型,其中第 1類平均值為15.14,變幅為11.26～27.64,樣本為27,第2類平均值為73.28,變幅為63.17～80.56,樣本為5,第 3類平均值為45.26,變幅為34.14～58.09,樣本為10。種子電導(dǎo)率第2類>第3類>第1類,而苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)和簡化種子活力指數(shù)表現(xiàn)為第2類<第3類<第1類,呈先降后升趨勢,電導(dǎo)率高的反而苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)和簡化種子活力指數(shù)低,且3種類型間差異均達(dá)到顯著水平。發(fā)芽勢表現(xiàn)為第3類<第2類<第1類,發(fā)芽率表現(xiàn)為第3類<第1類<第2類,發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為第3類<第2類<第1類,其中均表現(xiàn)為第3類<第1類或第3類<第2類,電導(dǎo)率在發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指太相近可能不能準(zhǔn)確的預(yù)測。第3類均存在少數(shù)種子異常,呈現(xiàn)離群分布。3種類型間種子苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、簡化種子活力指數(shù)平均值均呈顯著差異,用電導(dǎo)率可以來研究種子活力間關(guān)系。但存在一些穗部位(種子批)種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)太接近的現(xiàn)象。穗部位建立一個(gè)函數(shù)關(guān)系(電導(dǎo)率和活力指數(shù)、簡化活力指數(shù)和苗生長)更合適。表2,圖2

圖2 不同類型性狀與電導(dǎo)率的分布

表2 不同類型性狀與電導(dǎo)率變化

3 討 論

3.1電導(dǎo)率法操作簡便、快速和精確[15,16]。其原理在于測定種子吸脹初期的細(xì)胞內(nèi)氨基酸、有機(jī)酸以及可溶糖等電解質(zhì)滲漏程度,以評估細(xì)胞膜重建和損傷修復(fù)能力[17]。細(xì)胞膜的修復(fù)能力和完整性建立是種子活力的重要特征[18]。吸脹過程中,一旦膜系統(tǒng)受到損傷,種子的胞質(zhì)溶質(zhì)釋放到種子浸泡水中,這些具有電解性質(zhì)的溶質(zhì)所攜帶的電荷可以用電導(dǎo)儀進(jìn)行檢測,釋放的溶質(zhì)越多,電導(dǎo)率越高,種子活力越低;反之,種子活力越高[19]。種子浸泡液電導(dǎo)率的高低可以在一定程度上反映種子的活力[20]。曲宗普尺等[21]認(rèn)為,浸種催芽過程中,若浸泡水清澈無味,則種子活力高;若浸泡水發(fā)粘、有異味,則種子活力低。研究中種源、采收自不同成熟度不同穗部位的小麥種子樣品的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢(≥59%)和發(fā)芽率(≥61%)均較高,將42個(gè)種子樣品進(jìn)行回歸分析結(jié)果顯示小麥種子浸泡液電導(dǎo)率與苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和簡化活力指數(shù)均發(fā)現(xiàn)極顯著的函數(shù)關(guān)系,根據(jù)電導(dǎo)率分類第2類>第3類>第1類,電導(dǎo)率高的反而苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)和簡化種子活力指數(shù)低符合理論推導(dǎo),但發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)為第3類<第1類或第3類<第2類與理論推導(dǎo)不符。張文明等[22]發(fā)現(xiàn),在發(fā)芽率較高且相近的情況下,相對電導(dǎo)率與田間成苗率呈正相關(guān)關(guān)系。

3.2作物種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新、現(xiàn)代種業(yè)持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[23]。針對數(shù)量有限的重要種質(zhì)資源,需要尋找快速無損的檢測方法以監(jiān)測種質(zhì)資源的損失程度。

4 結(jié) 論

苗高、苗鮮重、苗干重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、簡化種子活力指數(shù)與電導(dǎo)率構(gòu)建方程極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)、簡化種子活力指數(shù)與電導(dǎo)率進(jìn)行構(gòu)建線性方程,相關(guān)系數(shù)分別為-0.422 5、-0.559 9、-0.065 8、-21.933和-0.549 1,R2分別為0.656 8、0.811 6、0.864、0.802 7和0.803 6,P值均小于0.01。電導(dǎo)率劃分三類,第2類>第3類>第1類,苗高、苗鮮重、苗干重、活力指數(shù)、簡化種子活力指數(shù)表現(xiàn)為第2類<第3類<第1類。24 h的種子浸出液電導(dǎo)率可以作為穗部位小麥種子活力評價(jià)方法,構(gòu)建電導(dǎo)率與穗部位種子活力的回歸模型,用電導(dǎo)率來預(yù)測穗部位種子活力是可行的。