白羊草种子脱绒技术初探

佟莉蓉， 任星远， 董 洁， 宋 雨， 胡 燕， 董宽虎*

(1.山西农业大学草业学院, 山西 太谷 030801; 2.北京市科学技术研究院科技情报研究所, 北京 100044)

白羊草(Bothriochloaischaemum)是禾本科颖草属多年生植物，主要生长在降雨较少的干旱半干旱地区，根系发达，具有生命力旺盛、耐旱高产[1]的优点，在水土保持方面发挥着重要作用，是黄土高原地区的天然优质牧草[2]。白羊草在山西省分布较广，其草地面积约为1.7×106hm2，占山西省草地总面积的36%以上，是促进山西省草牧业发展的重要优质牧草资源[3]。近几年来对白羊草的研究主要集中在生产性能[4]、营养价值[5]、生理生态[6]和遗传基因上[7]，而对于白羊草种子的研究较少。白羊草种子较小，但成熟度高，籽粒饱满，千粒重约0.65 g，种子长度约4 mm，宽约1 mm，种子中心顶端有芒，长约7～10 mm，种子上有散发性簇状绒毛，绒毛呈白色，这些绒毛是白羊草种子表皮上的附属物之一，对种子、种皮起着保护作用，有助于种子在自然条件下的传播[8]，但是在实际生产中会使种子相互粘连，造成播种分布不均，发芽率降低，限制了机械化生产，也为微生物和病虫害的生长提供了温床。

国内外对棉花(Gossypiumherbaceum)和番茄(Solanumlycopersicum)的种子脱绒研究较为深入，脱绒技术较为成熟[9-11]，但对于禾本科牧草种子绒毛的处理鲜有报道。目前常见的种子脱绒技术是利用化学试剂处理的方法[12]，主要是利用化学试剂(H2SO4，HCl，NaOH)对被毛种子进行处理，使其绒毛脱落。在棉花种子脱绒中运用较多的是泡沫酸脱绒和稀硫酸脱绒这2种方法，化学试剂使种子绒毛发生碳化后经过摩擦或碰撞后脱落[13-15]。机械脱绒应用较少，主要是利用物理方法对种子表面绒毛进行摩擦或削剪[16]，比如利用番茄种子脱绒机对番茄种子进行脱绒[17]。

白羊草种子颗粒细小，千粒重低，加之种子表面具有绒毛，种子间相互粘连，不利于机械化播种，制约了白羊草的发展，目前国内外对白羊草种子脱绒的相关研究尚未见报道。因此，本试验采用化学试剂NaOH和H2SO4处理白羊草种子，探索适宜的试剂种类、浓度及处理时间，以达到脱绒且不影响种子活力的目的，这对于白羊草的大面积种植和白羊草种质资源的推广具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验的白羊草种子由山西农业大学草业学院提供。

1.2 试剂处理

本试验通过使用H2SO4和NaOH两种试剂(分析纯)对白羊草种子分别进行5 min，10 min，15 min的浸泡处理的方法，试剂的浓度梯度方案如表1所示。

表1 H2SO4和NaOH浓度梯度

1.3 脱绒处理

称取0.65 g白羊草种子，用水浸泡一段时间，待其干燥后分别置于40 mL不同浓度的NaOH和H2SO4溶液中，立即计时并使用搅拌器进行匀速搅拌，使白羊草种子与溶液充分接触，设定时间达到后立即将溶液倒入纱网，滤出种子并置于蒸馏水中冲洗干净，随后将处理过的种子铺平展开，晾干保存备用。

1.4 指标测定

1.4.1脱绒率 随机选取100粒脱绒处理后的种子，在解剖镜下观察其脱绒情况，如果种子表面残绒覆盖率低于20%则认为有效脱绒，统计脱绒率[18]，脱绒率用以下公式计算：

脱绒率(%)=有效脱绒数/被检种子总数×100%

1.4.2脱绒后种子活力的测定 选取脱绒率达到70%以上的处理组进行发芽试验，各个处理组分别选取100个种子，将其置于垫有2层灭菌滤纸的干净培养皿中培养，光暗周期16/8 h，温度25℃，并每天按时添加适量水分，进行发芽试验。每组3个重复，以未处理种子为对照，分别测定种子的发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数[19]。发芽试验期间，每天同一时间记录种子萌发情况(胚根长度超过种子长度的1/2，认为种子发芽)，摆盘后第3 d计算种子发芽势，第12 d计算发芽率、发芽指数和活力指数(发芽结果均统计正常种苗数)。

1.5 数据处理

使用Excel 2013对试验数据进行整理，再用SPSS 26.0 进行ANOVA分析和Duncans比较，试验结果用平均值±标准误表示，使用Origin 2019b(32 Bit)作图。

2 结果与分析

2.1 NaOH处理对白羊草种子的脱绒效果

2.1.1NaOH处理对白羊草种子的脱绒效果 浓度为10%和15%的NaOH处理对白羊草种子脱绒无明显效果，而浓度超过15%后，随着处理时间的增加，脱绒效果也越来越明显，其中以浓度30%的NaOH处理10～15 min、35%和40%的NaOH处理5～15 min的效果最佳(表2)。结果说明适宜浓度和时间的NaOH处理可以有效脱去白羊草种子的绒毛。

表2 不同NaOH处理下白羊草种子的脱绒率

2.1.2NaOH处理对白羊草种子萌发的影响 不同浓度、不同时间的NaOH处理对白羊草种子的萌发产生影响。除Ⅱ10处理的发芽势外，其余各处理组白羊草种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数较CK均显著降低(P<0.05)(图1)。随着NaOH浓度的增加，发芽率、发芽势和发芽指数出现先升高后降低的趋势，种子的活力指数整体呈下降趋势。在所有的处理中Ⅱ5和Ⅱ10处理的发芽率、发芽势和发芽指数较高，Ⅰ5处理组的活力指数较高，但仍然低于CK。综合脱绒效果发现，Ⅰ5和Ⅱ5虽然发芽情况较好但脱绒效果较差，而Ⅱ10处理的脱绒情况较好但处理后的种子活力较差。因此，本研究结果表明NaOH不适合单独作为脱绒剂使用。

图1 NaOH处理对白羊草种子萌发的影响

2.2 H2SO4处理对白羊草种子的脱绒效果

2.2.1H2SO4处理对白羊草种子的脱绒效果 在H2SO4浓度低于30%时，各处理对白羊草种子脱绒无明显效果；随着H2SO4浓度的增加脱绒效果逐渐明显，当H2SO4浓度增加至55%以后，种子的脱绒效果均可达到90%以上(表3)。此外，试验过程中发现，当处理浓度为70%,75%及80%时，白羊草种子种皮被碳化，可清晰的看到暴露而出的种壳，因此不对其进行后续的发芽试验。

表3 不同H2SO4处理下对白羊草种子的脱绒率

2.2.2H2SO4处理对白羊草种子萌发的影响 不同浓度、不同时间的H2SO4处理对白羊草种子的萌发产生影响。在Ⅴ和Ⅵ处理中，白羊草种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数随处理时间的增加而降低或呈降低趋势，当H2SO4浓度增加到65%时种子的萌发情况极差。各处理组中以Ⅶ10的发芽情况最佳，显著高于其余各组(P<0.05)的同时与CK无显著差异(图2)。Ⅴ处理的发芽情况虽然也较为理想，但是脱绒情况不佳；只有Ⅶ10处理既保持了种子的活力，又具有极佳的脱绒效果。

图2 H2SO4处理对白羊草种子萌发的影响

3 讨论

从本研究结果可以看出，15%的NaOH对白羊草种子的脱绒无效，随着NaOH浓度的增加，脱绒效果逐渐明显，这可能是由于NaOH可以与种子表面绒毛中的半纤维素和木质纤维素产生化学反应而致使其脱落[20]。以25%～40%的NaOH处理白羊草种子，其脱绒效果没有显著差异且都达到了70%以上，这与李京春等人[21]关于NaOH对部分花卉种子无脱绒效果的结论相冲突，这可能是由于所用的种子种类不同，绒毛的成分和结构之间存在一定差异。在发芽试验中，经过各个浓度的NaOH处理后的白羊草种子的发芽率和发芽势均显著低于CK，这与张国云等人[22]的以40 g·L-1的NaOH溶液处理嵩草(Kobresiamyosuroides)种子后可提高发芽率的研究结果不同，有可能是试验使用的种子种类不同所致。随着NaOH的浓度和处理时间的增加，种子的发芽指数也明显降低，这可能是因为用NaOH处理种子表面绒毛的过程中对种子也造成了一定的破坏。种子活力也是衡量种子综合性能的一个重要指标，本研究中Ⅰ5处理组的种子活力高于其他处理组，但依然显著低于CK，这可能是因为NaOH的处理可使种子内部发生变异，处理时间的叠加作用可能会导致变异积累，造成活力指数的降低。尽管较高浓度的NaOH处理对白羊草种子脱绒产生了明显的效果，但这种处理对种子的破坏较大，使得种子的发芽率、发芽势、发芽指数和种子活力受到了一定影响。如果需要使用NaOH对种子进行脱绒处理，在脱绒完成后需要进行一定的修复或者采用包衣等技术降低处理带来的破坏，提高种子的生理活性。

从H2SO4对白羊草种子的脱绒处理的研究结果可以看出，采用浓度为10%～30%的H2SO4处理对白羊草种子的脱绒没有效果，随着浓度和处理时间的增加效果越来越明显。浓度为55%～80%的H2SO4对白羊草种子的脱绒效果最好，达到了90%以上，但在研究过程中发现70%～80%的浓度处理会导致种子被碳化而影响其活性，所以在50%～65%的浓度范围下的处理更具有参考价值，避免了由于种子过度损坏而影响试验[23]。在本研究中，Ⅴ5，Ⅴ10，Ⅶ10和Ⅶ15四个处理组的白羊草种子的发芽率和发芽势均与CK无显著差异，但是Ⅴ处理的脱绒效果比Ⅶ处理要差一些。从发芽指数的变化情况猜测白羊草种子的绒毛可能与其发芽存在一定的关系，当H2SO4浓度和处理时间达到一定程度时，不仅绒毛被脱去，一些与抑制种子萌发相关的活性物质也可能被碳化或去除，种子活力的测定结果印证了这一点，在脱绒效果较好的Ⅶ处理中Ⅶ10组的发芽指数和活力指数与CK没有显著差异。综上所述，用浓度60%的H2SO4处理10 min不仅可有效的脱去白羊草表面绒毛，而且脱绒后白羊草种子的发芽率、发芽势、发芽指数和种子活力指数都未受到显著的影响。虽然用浓度60%的H2SO4处理10 min是处理白羊草脱绒的最佳方案，但在研究过程中可以发现其对种子有一定的腐蚀。下一步可以探索研究能否采用改变温度或其他物理方式进行较温和的处理去除绒毛并提高种子活力；此外，能否通过生物酶对白羊草绒毛进行分解，以达到脱绒的目的，也可以作为下一步研究的重点。

4 结论

NaOH可以脱去白羊草种子表面的绒毛，但会对脱绒后的种子造成一定损害，使白羊草种子的发芽指数及活力指数降低，因此也不适用于白羊草种子的脱绒；用浓度60% 的H2SO4处理10 min不仅可以有效的脱去白羊草表面绒毛，而且对脱绒后的白羊草种子的发芽指数和种子的活力指数没有显著影响，因此本研究结果表明白羊草种子脱绒的最佳方案是用浓度60% 的H2SO4处理10 min。