小麦穗部位种子浸泡液电导率与种子活力的关系

张路路,张金汕,贾永红,李 鹏,古力尼尕尔·吐尔洪,王润琪,董艳雪,石书兵

(1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院奇台麦类试验站,新疆奇台 831800)

0 引 言

【研究意义】种子活力与种子的使用价值及贮藏性能密切相关[1]。种子活力是评价种子质量的重要指标[2]。目前,小麦单粒播种技术已经普及,种子活力高低会导致种群密度、空间分布和生长周期的差异,从而间接影响产量[3]。小麦实验室发芽检测一般需要7 d才能完成[4,5]。评估种子活力,需开发一种快速评估种子活力的方法。【前人研究进展】Fick等[6]发现发芽率低的种子相较于发芽率高的种子会在吸涨过程中释放更多的电解质,认为种子在吸涨过程中细胞膜会自我修复,高活力种子修复快,泄露电解质少,低活力种子则相反。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[7]。朱银等[8]以人工加速老化的3个小麦品种种子为材料,发现发芽率有较大差异的小麦种子浸泡24 h后的电导率与发芽率、发芽指数均呈显著负相关。郑雅潞等[9]认为采用老化发芽势、电导率或相对电导率单一指标或2种指标相结合来评估小麦种子的活力可能更准确、简单易行。但杨建平等[10]通过人工老化小麦材料,发现电导率并没有增加。李富花等[11]认为,不同种子的耐老化性具有很大的种间差异,老化处理更多的表现是种子的耐贮藏性,并不总是与田间表现密切相关。冯魁等[12]和刘旭欢等[13]研究发现同一成熟度下的小麦不同穗部位种子活力不同。【本研究切入点】以小麦不同成熟度不同穗部位获得的种子活力浸泡液电导率与种子活力间的关系还缺乏系统的研究。需研究电导率预测小麦穗部位种子活力的可行性。【拟解决的关键问题】选取新疆小麦主栽品种新春44号,通过不同成熟度不同穗位形成宽广活力水平范围的种子批,研究小麦穗部位种子浸泡液电导率与种子活力间的回归模型,建立一种用电导法快速评估穗部种子活力水平的预测方法。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在新疆农业科学院奇台麦类试验站(89°46′E,43°34′N,1 970.6 m)进行。供试小麦品种为新春44号。前茬作物为小麦。

随机区组设计,设收获时间开花后15(A15)、20(A20)、25(A25)、30(A30)、35(A35)、40(A40)、45 d(A45)7个处理,采收穗部位按小穗位自下而上依次均匀划分为B1、B2、B3、B4、B5和B66个水平,3次重复,行距为0.2 m,小区为3 m×5 m=15 m2,种植密度为600×104株/hm2。播种方式为条播,其他管理措施同中产田一致。采收后在室内进行种子萌发试验。

1.2 方 法

1.2.1 种子发芽试验

处理后的种子用1% 的次氯酸钠溶液消毒5 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25粒种子,每品种重复3次。在25℃下模拟昼夜交替,白炽灯光照12 h,黑暗处理12 h,开展发芽试验。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4 d计算发芽势,并测量幼苗高、鲜重、干重,每个重复测5株并求平均值;第8 d计算发芽率和发芽指数。

参照周爱清等方法[14]计算简化活力指数:

简化活力指数=发芽率×苗鲜重;

(1)发芽势=4 d累计发芽数/样品总数×100%;

(2)发芽率=8 d累计发芽数/样品总数×100%;

(3)发芽指数(GI)=Σ(Gt/Dt)其中,Gt为第td的发芽种子数,Dt为发芽天数;

(4)活力指数=苗鲜重×GI。

发芽率=8 d累计发芽数/样品总数×100%;

(1)发芽势=4 d累计发芽数/样品总数×100%;

(2)发芽指数(GI)=Σ(Gt/Dt)。

式中,Gt为第td的发芽种子数,Dt为发芽天数。

1.2.2 种子浸泡液电导率测定

参照国际种子检验规程推荐方法测定电导率(ISTA,2020)。每处理随机选取50粒种子,设3次重复,用电子天平称量重量(精确到0.001 g)后用去蒸馏水冲洗3次,滤纸吸干种子表面残留水分,将种子置于洁净的150 mL的烧杯中,加入100 mL蒸馏水,3次重复,(用蒸馏水需初始电导率低于5 μS/(cm·g),以装入100 mL去蒸馏水的烧杯为空白对照,用保鲜膜或封口膜封住瓶口,震荡摇匀后将烧杯瓶置于20 (±2)℃培养箱中,放置24 h(±15 min)。用校准过的雷磁DDS-307电导率仪测定种子浸泡液和对照的电导率。

电导率(μS/(cm·g))=(样品电导率-对照电导率)/样品质量。

2 结果与分析

2.1 样本的种子电导率值和标准发芽指标

研究表明,42个样本的种子电导率为11.26～80.56(μS/(cm·g)),平均值29.24 (μS/(cm·g));42个样本的种子发芽势为0.59%～0.95%和发芽率为0.61%～0.96%,包含了多数高活力种子的发芽率范围。42个样本的苗高、苗鲜重、苗干重、发芽指数、活力指数、简化种子活力指数范围分别为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 样本的种子电导率值和标准发芽指标

2.2 种子电导率与种子活力的关系

研究表明,种子电导率、与苗高、苗鲜重、苗干重、发芽势、发芽指数、活力指数和简化活力指数呈及显著负相关,相关系数分别为-0.422 5、-0.559 9、-0.065 8、-0.001 6、-0.001 9、-0.090 2、-21.933和-0.5491,R2分别为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。小麦种子电导率能直接用来预测种子活力。但与发芽率、发芽势和发芽指数相比,电导率与苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数和简化活力指数间的关系更符合理论推导。图1

图1 电导率与苗高、苗鲜重、苗干重、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和简化活力指数的关系

2.3 不同类型性状与电导率比较

研究表明,聚类数为3,将电导率分为第 1类、第2类和第3类种类型,其中第 1类平均值为15.14,变幅为11.26～27.64,样本为27,第2类平均值为73.28,变幅为63.17～80.56,样本为5,第 3类平均值为45.26,变幅为34.14～58.09,样本为10。种子电导率第2类>第3类>第1类,而苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数和简化种子活力指数表现为第2类<第3类<第1类,呈先降后升趋势,电导率高的反而苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数和简化种子活力指数低,且3种类型间差异均达到显著水平。发芽势表现为第3类<第2类<第1类,发芽率表现为第3类<第1类<第2类,发芽指数表现为第3类<第2类<第1类,其中均表现为第3类<第1类或第3类<第2类,电导率在发芽势、发芽率和发芽指太相近可能不能准确的预测。第3类均存在少数种子异常,呈现离群分布。3种类型间种子苗高、苗鲜重、苗干重、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、简化种子活力指数平均值均呈显著差异,用电导率可以来研究种子活力间关系。但存在一些穗部位(种子批)种子发芽势、发芽率和发芽指数太接近的现象。穗部位建立一个函数关系(电导率和活力指数、简化活力指数和苗生长)更合适。表2,图2

图2 不同类型性状与电导率的分布

表2 不同类型性状与电导率变化

3 讨 论

3.1电导率法操作简便、快速和精确[15,16]。其原理在于测定种子吸胀初期的细胞内氨基酸、有机酸以及可溶糖等电解质渗漏程度,以评估细胞膜重建和损伤修复能力[17]。细胞膜的修复能力和完整性建立是种子活力的重要特征[18]。吸胀过程中,一旦膜系统受到损伤,种子的胞质溶质释放到种子浸泡水中,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,种子活力越低;反之,种子活力越高[19]。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[20]。曲宗普尺等[21]认为,浸种催芽过程中,若浸泡水清澈无味,则种子活力高;若浸泡水发粘、有异味,则种子活力低。研究中种源、采收自不同成熟度不同穗部位的小麦种子样品的标准发芽势(≥59%)和发芽率(≥61%)均较高,将42个种子样品进行回归分析结果显示小麦种子浸泡液电导率与苗高、苗鲜重、苗干重、发芽势、发芽指数、活力指数和简化活力指数均发现极显著的函数关系,根据电导率分类第2类>第3类>第1类,电导率高的反而苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数和简化种子活力指数低符合理论推导,但发芽率、发芽势和发芽指数均表现为第3类<第1类或第3类<第2类与理论推导不符。张文明等[22]发现,在发芽率较高且相近的情况下,相对电导率与田间成苗率呈正相关关系。

3.2作物种质资源是农业科技原始创新、现代种业持续发展的物质基础[23]。针对数量有限的重要种质资源,需要寻找快速无损的检测方法以监测种质资源的损失程度。

4 结 论

苗高、苗鲜重、苗干重、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、简化种子活力指数与电导率构建方程极显著负相关关系,苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数、简化种子活力指数与电导率进行构建线性方程,相关系数分别为-0.422 5、-0.559 9、-0.065 8、-21.933和-0.549 1,R2分别为0.656 8、0.811 6、0.864、0.802 7和0.803 6,P值均小于0.01。电导率划分三类,第2类>第3类>第1类,苗高、苗鲜重、苗干重、活力指数、简化种子活力指数表现为第2类<第3类<第1类。24 h的种子浸出液电导率可以作为穗部位小麦种子活力评价方法,构建电导率与穗部位种子活力的回归模型,用电导率来预测穗部位种子活力是可行的。