水稻种子浸泡液电导率与种子活力的关系

曲宗普尺 毛光锋 吴敏 吴洪恺

摘要：为明确电导率与种子活力的关系，快速预测种子活力，以23个具有代表性的水稻品种为材料，在40 ℃、85%相对湿度条件下，分别老化0、14、28、42、56 d，共115个种子样本，形成了宽广的种子活力水平范围，研究电导率与种子活力之间的关系。结果表明，种子（带壳）浸泡液电导率大于糙米（去壳）浸泡液电导率。与种子浸泡液电导率相比，糙米浸泡液电导率与发芽率、发芽势和发芽指数间的关系更密切。然而，糙米浸泡液电导率与发芽率、发芽势和发芽指數间没有明显的函数关系，其线性回归模型R2分别为0.045 2、0.026 3、0.036 7，不宜用来预测种子活力。

关键词：水稻；电导率；种子活力；发芽率；发芽势；发芽指数doi：10.13304/j.nykjdb.2021.0552

中图分类号：S330.2 文献标志码：A 文章编号：10080864（2023）01003507

种子活力的快速测定技术对种业发展具有重要意义。根据《国际种子检测协会（InternationalSeed Testing Association，ISTA）规则》[1]和粮食作物种子质量国家标准（GB4401.1 2008），实验室发芽检测一般需要14 d才能完成。某些情况下，需要对种子活力进行紧急评估，这就亟需开发一种快速评估种子活力的方法。

种子在浸泡过程中，渗出的电解质进入浸泡液中，其浸泡液的电导率反映了种子的质膜透性，在一定程度上可以反映细胞膜的完整性，电导率大则膜完整性差，受损伤严重，反之，则膜完整性好，其数值与种子活力呈负相关[2]。因此，种子浸泡液电导率可以作为种子活力的重要参考指标。电导率的测定简单、快速，一般可在24 h内完成[3]（以下称电导法）。蔓生豌豆（Pisum sativum L.）、大豆（Glycine max L.）、菜豆（Phaseolus vulgarisL. ）、鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）和萝卜（Raphanussativus L.）的电导法已被国际种子检验协会规则接受[1，4]。在许多蔬菜作物上均应用电导法来预测种子活力，人工老化卷心菜和花椰菜种子的电导率与成苗率高度相关[5]；人工老化萝卜种子浸泡8 h的电导率测量值可用来预测种子的发芽率[6]；萝卜种子浸泡24 h内的浸泡液电导率能够较好地预测幼苗萌发[7]；大葱种子浸泡液电导率和发芽率之间的分对数回归模型（logit regression model）R2达0.958[8] ；3种豆科牧草种子的生活力与电导率皆呈极显著负相关（r>0.9）[9]；人工老化和自然老化的大白菜“ 冠291” 种子随浸泡时间（24小时内）延长，电导率逐步提高，种子活力逐渐降低[10]。

电导法在大田作物，如蚕豆[11]、大豆[12?14]、棉花[15]、玉米[1617]、小麦[1718]、水稻[19-22]等也有较多研究。但有研究表明，高活力种子的渗透液也可能具有较高的电导率，此时电导率不能很好地反映种子的活力水平[23-25]。

水稻是重要的粮食作物，但水稻种子浸泡液电导率与种子活力间的关系还缺乏系统的研究。因此，本研究选取23个水稻品种，包括籼型、粳型和籼粳中间型，通过人工加速老化形成不同活力水平范围的种子批，研究水稻种子浸泡液电导率与种子活力间的回归模型，以期建立一种用电导法快速评估种子活力水平的预测方法。

1 材料与方法

1.1 材料

选择有代表性的水稻品种（系）23 份为试验材料，包括11份籼稻品种、6份粳稻品种和6份籼粳中间型品种。于2017年5月正季种植在浙江农林大学平山试验基地（N 30.2°，E 119.7°），试验地土壤为沙壤土。每个品种5行区，每行6苗，田间管理采用常规大田管理。于籽粒黄熟时收获，晾晒至种子含水量为13%时储藏在室温，至翌年5月份待用。

1.2 方法

1.2.1 种子的人工老化处理 在种子老化箱中进行种子加速老化处理（40 ℃，85%相对湿度），分别老化0（室温保存）、14、28、42、56 d，共5 个梯度，以形成宽广的种子活力范围。老化后的种子室温保存待用。

1.2.2 种子发芽试验 处理后的种子用0.1%的次氯酸钠溶液消毒15 min，蒸馏水冲洗后，在垫有2层湿润发芽纸的发芽盒中进行发芽。每盒100粒种子，每品种重复3次。发芽条件：30 ℃，光照10 h；20 ℃，暗处理14 h，昼夜循环。每天记录发芽种子数（当种子的根长为种子的长度、芽长为种子长度一半时定义为发芽）。于第5天计算发芽势；第14天计算发芽率和发芽指数（IG，germinationindex）。

发芽率=14 d累计发芽数/样品总数×100%（1）

发芽势=5 d累计发芽数/样品总数×100%（2）

发芽指数=Σ（Gt/Dt） （3）

其中，Gt 为第t 天的发芽种子数，Dt 为发芽天数。

1.2.3 种子浸泡液电导率的测定 适宜的浸泡时间是用电导法准确评价种子活力的关键。参照文献[22]，在20 ℃条件下浸泡水稻种子24 h。测定前，将种子样品在30 ℃烘箱中放置24 h以平衡水分，取出冷却后，取50粒种子称重，用蒸馏水冲洗3次，去除表面水分后置于100 mL烧杯中，加去离子水100 mL，保鲜膜封口，静置于20 ℃恒温培养箱24 h，然后用DDS-12D型电导仪（上海双旭电子有限公司）测定种子浸泡液的电导率，以去离子水为对照。试验设置4次重复。

种子电导率（μS·cm?1·g?1）＝样品值? 对照值／样品种子质量（4）

种子脱壳后，测定糙米浸泡液电导率（简称糙米电导率），方法同上。

2 结果与分析

2.1 样本的描述性统计分析

对23个品种的种子电导率、糙米电导率、发芽率、发芽势、发芽指数进行分析，结果（图1 和表1）表明，115 个样本的种子电导率为8.25～51.98 μS·cm?1·g?1，多数样本的种子电导率为19.20～23.58 μS·cm?1·g?1，平均值22.10 μS·cm?1·g?1；糙米电导率为9.15～34.61 μS·cm?1·g?1，多数样本为14.82～19.2 μS·cm?1·g?1（图1）；糙米电导率的变幅、平均值和极差均小于种子电导率。115个样本的发芽率为0%～98%，基本包括了水稻种子的发芽率范围，多数样本的发芽率分布在0%～4.9%和73.5%～93.1% 之间，平均发芽率为39.67%。115个样本的发芽势、发芽指数分布与发芽率相似，其中，多数样本的发芽势主要分布于0%～4.9%和73.5%～93.1%之间；发芽指数主要分布于0～2和26～30之间。

2.2 种子电导率与种子活力的关系

由于发芽率或发芽势接近0的种子基本丧失了生活力，因此，本研究在分析电导率与种子活力关系时去除了发芽率和发芽势均小于2% 的样品。以电导率为横坐标，发芽率、发芽势和发芽指数为纵坐标，分析电导率和种子活力的关系，结果（图2）表明，种子电导率、糙米电导率与发芽率、发芽势和发芽指数间的相关系数均未达到显著水平，由此表明，水稻种子和糙米电导率不能直接用来预测种子活力。但与种子电导率相比，糙米电导率与发芽指标间的关系更符合理论推導，暗示糙米电导率可能更适用于研究与种子活力间的关系。

2.3 不同种子活力类型间电导率比较

参照水稻种子质量国家标准（GB4401.1—2008），将种子活力划分为3种类型：第1类，发芽率和发芽势均低于2%，代表种子活力基本丧失；第2类，2%≤发芽率<85%，代表种子质量不符合国家标准；第3类，发芽率≥85%，代表种子质量符合国家标准。分别对这3类种子活力的种子浸泡液电导率进行分析，结果（表2）表明，第1类的种子电导率最大，说明种子活力低，电导率高；第3类（活力高）种子电导率的平均值略高于第2 类（活力低），不符合理论推导；但3种类型间种子电导率差异均未达到显著水平。进一步分析3种类型种子电导率的分布，如图3所示，第3类中有3个样品的种子电导率异常高，呈现离群分布。

分析3种类型种子的糙米电导率，结果（表2）表明，随着种子活力水平的逐渐提高，电导率逐渐减小，第3类（活力最高）的糙米电导率最低，但3种类型间差异不显著。进一步分析三种类型糙米电导率的分布（图3），第3类中有2个样品的糙米电导率异常高，呈现离群分布。

综上所述，3种类型的种子或糙米电导率的平均值均差异不显著，但糙米电导率与发芽指标间的关系较种子电导率更符合理论推导，暗示用糙米电导率来研究电导率与种子活力间关系更合适。但存在一些品种（种子批）种子活力高、电导率也高的现象，可能不同的材料间存在较大差异。因此，不同品种建立不同函数关系（电导率与发芽指标间）可能更合适。

3 讨论

细胞膜的修复能力和完整性是评价种子活力的重要特征[12]。在种子吸胀过程中，一旦膜系统受到损伤，种子的胞质溶质（cytoplasmic solutes）释放到种子浸泡液中，这些具有电解性质的溶质所携带的电荷可以用电导仪进行检测，释放的溶质越多，电导率越高，表明种子活力越低；反之，种子活力越高[2]。因此，种子浸泡液电导率的高低可以在一定程度上反映种子的活力，国际种子检验协会也将电导率作为种子活力的测定指标之一[1]。水稻浸种催芽过程中，若浸泡液清澈无味，则种子活力高；若浸泡液黏稠且有异味，则种子活力低。然而，本研究表明，水稻种子浸泡液电导率与发芽率、发芽势及发芽指数间均无显著的函数关系，甚至随着电导率的升高，发芽率、发芽势及发芽指数也呈上升趋势，与理论推导不符。张文明等[21]发现，在发芽率较高且相近的情况下，去壳后水稻种子的相对电导率与田间成苗率呈正相关关系。黄善军等[26]对6个常规粳稻进行自然老化和人工老化处理，其电导率与田间苗期性状相关不显著。这种现象在小麦[23，27]、棉花[15]、萝卜[23]、大白菜[28]、白菜[23]等作物上也有类似的报道。

同一品种的种子浸泡时间越长（24 h内），电导率越大[15，22]。段永红等[22]研究表明，5个高活力杂交稻品种的种子活力水平相似，但电导率存在较大差异，说明不同品种膜脂结构未受损的情况下，种子的渗漏率也存在差异。Larry等[2]认为，种皮结构会影响溶质渗漏率。孙秋瑾[29]研究证实，完整种子的活力与电导率相关性不显著，而刺破种皮的种子活力与电导率呈极显著负相关。

种子吸胀时会有大量物质外渗，包括无机离子、糖类、氨基酸、蛋白质、酶等[30]。最富有生活力的种子也有糖类和无机盐类物质渗入到浸泡液中[23]。因此，在膜透性改变之前，浸泡液电导率的变化可能与代谢强度有关，而与种子活力无关，代谢强，电导率高[23]。有些种子经高温或高湿处理后，基本代谢增强，种子活力提高，电导率也增加，高发芽力（94.7%）水稻品种‘台537种子的电导率显著高于中等发芽力（88.0%）品种‘秀水63[26]；小麦品种‘农大87在高温高湿处理10 d后电导率升高，发芽率得到提升，且高温高湿处理12 d后发芽率达到峰值[17]；棉花品种‘中棉所46热处理（40 ℃ 加热1 d）后，发芽率升高，电导率也升高[15]，本研究有3个水稻样品也出现这种情况。

种子吸胀过程排出钾离子是膜的被动通透现象，钾离子（K+）外渗与电导率紧密相关[23]。种子浸出液的K+含量与种子活力指数呈负相关[12]。不同活力水平的“北京新1号”大白菜种子渗漏液的电导率一致，而较高活力种子的K+/Na+值较低[24]。可能是由于种子活力下降，K+的外渗量增加，而Na+的外渗量减少，导致电导率无显著变化，但K+/Na+值升高[31]。

另外，自由基增生是造成种子活力下降的一个重要因素[32]。杨剑平等[27]研究表明，当年收获的小麦种子（发芽率92%）人工老化后发芽率降为16%，老化种胚的过氧化氢酶活性极显著低于未老化种胚，而种子质量、α-淀粉酶活性、电导率、丙二醛含量等与未老化种子均无显著差异，说明小麦种子活力下降的重要原因可能是过氧化氢酶活性的降低，从而导致H2O2积累，造成细胞毒害。

综上所述，种皮结构、代谢强度以及膜的通透性等对溶质渗漏率（电导率）均有显著影响，而影响种子活力的因素也很多，如过氧化氢酶活性等，这些特性在不同品种间可能存在较大差异。因此，构建电导率与种子活力的回归模型，用电导率来预测种子活力存在较大难度。但是，膜损伤引起的透性改变导致渗出物增多（电导率增加），进而导致种子活力下降[12]，即膜透性改变是种子活力开始下降的临界点，该临界点的电导率可以作为种子活力开始下降的依据。

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（责任编辑：张冬玲）