PEG引发处理对人工老化小麦种子活力及幼苗生长的影响

张自阳,姜小苓,卢春瑞,程媛,刘明久

（河南科技学院,河南新乡453003）

种子成熟后,活力便开始下降,变化趋势是从高到低,不可逆转,这些不可逆变化的综合效应称为“劣变”或老化现象.种子自然老化所需时间较长,为了缩短老化时间、提高效率,不少学者认为,种子在高温高湿条件下老化与自然条件下老化的机制是一致的,只是劣变速度大大提高了[1-3].种子老化后,细胞膜系统受到不同程度的损伤[4],并且随着老化的不断加强,种子活力迅速下降,导致种子播种后出现断垄、缺苗现象,给农业生产造成极大的损失.自从20世纪80年代Wo o d s t o c k e r发现聚乙二醇（P E G）能够修补老化种子膜损伤,提高种子活力后,P E G渗透处理种子的方法得到广泛研究.种子引发是一项能够提高种子活力的有效方法,引发的实质是通过渗透控制种子吸水速率,使种子的细胞膜系统得到“双修补”,促进萌发的各项生理活动顺利进行[5-7].研究表明,P E G可促进小麦、花生、大豆、洋葱等种子的萌发,缩短发芽出苗时间,增强幼苗长势,提高活力指数[8-12].目前P E G引发机制尚不明确,广泛应用于生产实践还存在一定障碍.

本研究以河南省种植面积较大的4个小麦品种为材料,人工老化4 d后,采用不同浓度的P E G溶液对其进行渗透处理,分析不同浓度的P E G溶液对小麦种子萌发及其生理特性的影响,探讨P E G渗透提高种子活力的机理,以期为P E G应用于农业生产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料为目前河南省种植面积较大的百农矮抗58、郑麦9023、周麦18、新麦208,均由河南科技学院小麦中心提供.

1.2 试验方法

参试材料于41℃、R H95%条件下人工老化4 d,取出后晾干.用质量分数为0.1%的H g C l2浸泡种子15 m i n,消毒后迅速用蒸馏水冲洗,用滤纸吸干种子表面水分.挑选大小一致的种子,在室温下分别用蒸馏水和质量浓度为0.2、0.4、0.6、0.8 g/L的P E G溶液浸种24 h,晾干备用.

1.2.1 种子发芽势、发芽率、活力指数测定按照国际种子检验规程进行种子室内发芽试验,将渗透处理过的种子置于标准发芽盒中,发芽盒底部放有2层滤纸,将100粒种子放在滤纸上,腹沟向下,种胚朝上,4次重复.将各处理放入20℃光照发芽箱内发芽,逐日统计正常发芽的种子数,4 d时计算发芽势,7 d时统计发芽率,7 d后将幼苗取出,称量单株幼苗鲜重、根系鲜重、根系干重,计算发芽率、发芽势、活力指数.1.2.2生理指标测定参照尹燕枰等[13]和刘子凡[14]的方法测定电导率.将处理后的种子在25℃,相对湿度93%条件下平衡水分24 h,每个处理选取大小一致且无机械伤的种子50粒称重,重复3次.用去离子水冲洗3次,用定性滤纸吸干种子表面水分,将种子分别装入500 m L烧杯中,加入250 m L去离子水,测定初始电导率d1,烧杯盖上薄膜,所有烧杯于20℃下放置24 h,然后用电导率仪测定浸泡液电导率d2,种子浸出液电导率计算公式为：种子浸出液电导率/[μS/（cm·g）]=（d2-d1）/W,其中,W为小麦种子质量/g.

2 结果与分析

2.1 PEG渗透处理对不同老化小麦种子电导率的影响

P E G渗透处理后,4个小麦品种种子相对电导率变化见图1.

图1 PEG处理对不同小麦品种种子电导率的影响Fig. 1 Effect of PEG treatment on relative electrical conductivity of different wheat seed

由图1可知,与对照相比,随着处理浓度的增大,4个品种种子电导率呈下降趋势,下降幅度在15~96μS/（cm·g）之间,百农矮抗58电导率由96μS/（cm·g）下降到17μS/（cm·g）,周麦18由86μS/（cm·g）下降到16μS/（cm·g）,郑麦9023由83μS/（cm·g）下降到15μS/（cm·g）,新麦208由83μS/（cm·g）下降到23 μS/（cm·g）.

2.2 PEG渗透处理对不同小麦品种种子活力的影响

P E G渗透处理对不同小麦品种种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数的影响见表1.

表1 PEG渗透处理对不同小麦品种种子活力的影响Tab. 1 Effect of PEG treatment on the germination of different wheat seed

由表1可知,经过P E G渗透处理后,种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数与对照相比均有所提高.并且随着P E G浓度的增大,种子活力显著增强.与对照相比,4个参试品种的发芽率、发芽势增幅不太明显；而发芽指数、活力指数增幅较大.百农矮抗58发芽指数提高了9,活力指数提高了0.3；周麦18发芽指数提高了8.8,活力指数提高了0.74；郑麦9023发芽指数提高了10,活力指数提高了0.57；新麦208发芽指数提高了9.2,活力指数提高了0.77.

方差分析结果表明,用P E G处理过的4个品种种子,发芽指数与对照相比均达到显著水平.同时,参试的4个品种,用质量浓度为0.4~0.8 g/L的P E G渗透处理后,发芽势与对照相比差异显著.质量浓度为0.2 g/L的P E G渗透处理后,与对照相比差异未达显著水平.与对照相比,用P E G渗透处理过的新麦208、郑麦9023、周麦18活力指数均达到显著水平.用质量浓度为0.6 g/L、0.8 g/L P E G处理的郑麦9023、周麦18与用质量浓度为0.2 g/L、0.4 g/L处理的及对照在活力指数上达到显著水平.用质量浓度为0.8 g/L的P E G处理的新麦208的活力指数显著高于用质量浓度小于0.6 g/L P E G处理的活力指数.

2.3 不同浓度PEG渗透处理对小麦种子幼苗生长的影响

不同浓度P E G渗透处理对小麦单株幼苗鲜重、单株根系鲜重、单株根系干重的影响见表2.

表2 PEG渗透处理对不同小麦种子幼苗生长的影响Tab. 2 Effect of PEG treatment on the seedling growth of different wheat seed

由表2可知,不同浓度的P E G处理小麦种子,种子单株幼苗鲜重、单株根系鲜重、单株根系干重整体上呈现增加的趋势,但不同品种幼苗生长变化不同.P E G处理后,种子单株幼苗鲜重百农矮抗58提高了4%,周麦18提高了14%,郑麦9023提高了10%,新麦208提高了19%；单株根系鲜重百农矮抗58提高了20%,周麦18提高了16%,郑麦9023提高了26%,新麦208提高了27%；单株根系干重百农矮抗58提高了25%,周麦18提高了28%,郑麦9023提高了24%,新麦208提高24%.根系对P E G浓度的反应高于幼苗.

3 结论与讨论

渗透调节是近年来发展起来的种子处理新技术,P E G渗透调节的机制是把种子置于一定浓度的P E G溶液中,P E G造成渗透压,控制水分进入种子,使种子萌发吸水变慢,停留在萌发的第二阶段,利于细胞膜的修复,减少营养物质的渗漏.渗透调节技术可以有效提高多种作物种子活力[15-17].本研究结果表明,经过P E G渗透处理的小麦种子电导率下降幅度较大,说明P E G渗透处理后改变了种子内部生物膜的透性,修复了膜系统的损伤,减少了细胞内部物质的外渗,从而降低了电导率.

活力指数是衡量种子活力较可靠的指标,试验结果表明,P E G处理过的小麦种子在发芽率相差不大的情况下,活力指数显著高于对照（P<0.05）.活力指数包含发芽速率和生长势两个变量,比单独分析发芽率和发芽势,结果更全面.

从幼苗及根的生长情况来看,P E G处理过的种子在幼苗和根的生长量上均高于对照,且根生长量的变化尤为明显.在试验过程中,外部苗的生长量外观来看差别不大的情况下,种子的根与对照相比在根量、毛根的数量和根粗显著高于对照.这为幼苗的进一步生长提供了强有力的基础,这可能是P E G处理种子提高田间幼苗种子活力的一个重要方面.

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