温度对柳枝稷种子萌发的影响

珊 丹，刘艳萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010010)

温度对柳枝稷种子萌发的影响

珊 丹，刘艳萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010010)

柳枝稷；种子萌发；测定指标；种子活力；温度条件

柳枝稷是一种优良的纤维素类草本能源植物，具有优良的牧草特性及水土保持功能，同时又被认为是一种理想的可再生替代能源植物。为研究不同温度处理下柳枝稷种子的萌发特性，利用主成分分析法对发芽总数、发芽率、峰值、日平均发芽率、发芽系数、发芽指数、胚芽干重和活力指数8个种子活力测定指标进行了筛选，结果表明：发芽指数、发芽系数、胚芽干重3个测定指标能够较真实、全面地反映柳枝稷种子活力水平，可作为种子萌发的测定指标；柳枝稷3个品种种子的适宜萌发温度为35 ℃，在发芽水平上，品种Bay Canada的种子品质要高于Alamo、Common。

生物质能源被认为是一种理想的可再生替代能源，草本能源植物作为重要的生物质资源，成为目前世界各国研究的热点。柳枝稷(PanicumvirgatumL.)属禾本科黍属多年生丛生C4型高大禾草，是一种优良的纤维素类草本能源植物。柳枝稷原产于中美洲和北美洲，其生物量高，根系发达，具有优良牧草特性及水土保持功能。柳枝稷的细胞壁可被消化为糖类，并经过发酵生成乙醇，因此柳枝稷成为纤维质资源的热门原料[1]。20世纪80年代，美国能源部就已开始将柳枝稷作为生物能源植物进行相关的研究与尝试，以缓解石油压力，减少CO2气体排放，并刺激农业经济[2]。我国西部地区气候干燥、降雨量少、水资源短缺，选择抗逆性强、生产性能好的牧草品种是保障干旱半干旱地区植被恢复重建、建设生态文明的关键。因此，在我国西部地区开展柳枝稷等禾本科能源草的育种、栽培、管理技术研究，不仅能为当地水土流失治理提供新的植物品种，而且为今后利用草本能源植物生产生物柴油，作为煤炭、石油和天然气等传统能源的替代品提供了大量原材料，为水土保持植物的产业化发展提供了新思路。

目前，我国柳枝稷的大面积种植主要集中在陕西的杨凌、定边和宁夏的固原等地区。2008年以后北京市农林科学院开展了北京郊区边际土地种植柳枝稷的试验研究，种植面积约115 hm2[3]。但是，目前在自然条件相对恶劣的内蒙古西部地区柳枝稷的相关研究仍是空白。本试验着重研究不同温度条件下的柳枝稷种子萌发和幼苗生产特性，以期为柳枝稷在内蒙古西部地区的引种栽培提供科学依据。

1 研究材料与方法

1.1 研究材料

供试柳枝稷3个品种分别为Alamo(A)、Bay Canada(B)、Common(C)，其中Alamo和Bay Canada种子来自北京市农林科学院，Common来自全球种子公司(Global Seed Company LLC)。种子萌发试验于2013年4—6月在实验室内进行，种子名称、来源和采集时间见表1。

表1 供试种子来源

1.2 研究方法

在不同温度条件下，对所选柳枝稷3个品种的种子按照《农作物种子检验规程 发芽试验》(GB/T 3543.4—1995)[4]进行萌发试验。每个品种设3个重复，每个重复50粒种子。在培养皿上铺吸水纸，用蒸馏水保持湿润。试验开始前，将培养皿放置在培养箱内24 h以达到设定温度。每个培养皿内放置50粒种子，每批试验品种与重复成随机区组排列。发芽天数自装有种子的培养皿移入培养箱内24 h后算起，逐日统计种子发芽个数直到第7天。发芽过程中所加的补充蒸发溶液均为蒸馏水。第7天测种子发芽的生长势,即将3个重复的胚芽集中在一起，在60 ℃的恒温干燥箱内干燥12 h后称量胚芽干重。

(1)常规萌发测定。不作任何处理，直接在常规温度(20～30 ℃)下萌发。

(2)不同温度下萌发测定。不作任何处理，将3种草种分别置于15、20、25、30、35 ℃的5个恒温培养箱中进行培养。

1.3 数据统计与分析

试验完成后，统计日发芽数、发芽总数(TG)，并计算种子发芽率(G)、峰值(PV)、日平均发芽率(MDG)、发芽系数(CG)、发芽指数(GI)、胚芽干重(S)和活力指数(VI)[5]。计算公式分别为

G=(发芽总数/供试种子粒数)×100%

(1)

PV=Gpt/Dpt

(2)

MDG=G/Gd×100%

(3)

CG=100(A1+A2+A3+…+An)/

(A1t1+A2t2+A3t3+…+Antn)

(4)

GI=A1/t1+A2/t2+A3/t3+…+An/tn

(5)

VI=GI·S

(6)

式中：G为种子发芽率；Gpt为达到高峰日时的发芽量；Dpt为达到高峰值的天数；PV为峰值；Gd表示总发芽天数；MDG为日平均发芽率；CG为发芽系数；A1，A2，A3，…，An为逐日发芽量；t1，t2，t3，…，tn为与逐日发芽量对应的发芽天数；GI为发芽指数；VI为活力指数；S为胚芽干重。

用Excel 2003整理观察记录，利用统计软件SPSS 17.0进行主成分分析和显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 种子萌发各项指标相关性分析

柳枝稷种子在不同温度下的萌发情况见表2，测定指标包括发芽总数、发芽率、峰值、日平均发芽率、发芽系数、发芽指数、胚芽干重和活力指数。对8项种子萌发指标进行相关性分析(表3)，结果表明，发芽总数与发芽率、日平均发芽率、发芽指数、胚芽干重4个萌发指标成极显著正相关，与峰值、发芽系数、活力指数成显著正相关。

表2 不同温度下柳枝稷种子萌发指标

表3 种子萌发各项指标间的相关系数

2.2 种子萌发可靠性指标筛选

本试验测定的8个指标均与柳枝稷种子萌发特性有关，研究种子萌发时如上述指标均测定并计算，会增加试验的工作量，而且过程繁琐、易出错。为使种子萌发试验结果准确、工序简便，同时所选指标具有代表性，简化萌发测定指标是较好的途径[6]。因此，可利用主成分分析法对与种子萌发相关的8个指标进行可靠性指标筛选，筛选出3～4个具有代表性的指标，作为柳枝稷种子萌发的测定指标。分析结果见表4。

表4 主成分特征值与累积贡献率

主成分的特征值和贡献率是选择主成分的依据，从表4中可以看出，通过主成分分析提取的前2个主成分的累积贡献率为95.25%，大于统计学贡献率标准(85%)，已经充分反映了原始信息量，说明这2个因子可以作为主因子。第一主成分特征值为6.133，贡献率为76.65%，第二主成分特征值为1.487，贡献率为18.59%。根据前2个主成分，由特征向量给出的第一、第二主成分方程分别为

Prin1=0.820X1+0.822X2+0.867X3+0.821X4+

0.907X5+0.937X6+ 0.899X7+0.893X8

Prin2=0.571X1+0.569X2+0.368X3+0.570X4+

0.381X5+0.281X6+ 0.165X7+0.355X8

式中：X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分别为发芽总数、发芽率、峰值、日平均发芽率、发芽系数、发芽指数、胚芽干重和活力指数。

第一主成分的贡献率为76.65%，由表5可知，在第一主成分中，绝对值较大的指标有：发芽指数(0.937)、发芽系数(0.907)、胚芽干重(0.899)。这些特征向量反映的是种子活力，种子活力决定种子和种子批在发芽和出苗期间的活性强度，是种子特征的综合表现，种子活力因子值越大，说明种子活力水平越高。第二主成分的贡献率为18.59%，由表5可知，在第二主成分中，绝对值较大的指标有：发芽总数(0.571)、日平均发芽率(0.570)、发芽率(0.569)。这些特征向量反映的是种子生活力，种子生活力是种子发芽的潜在能力或种子胚具有的生命力，而具有生活力的种子虽然能萌发但不一定能形成正常幼苗。

表5 主成分特征向量计算结果

由主成分分析结果可知，发芽指数、发芽系数、胚芽干重3个指标可作为柳枝稷种子萌发的测定指标，这样既简化了萌发测定工序又确保了测定的准确性。种子活力指数是通过发芽指数和胚芽干重延伸出来的，综合了发芽指数和胚芽干重的内容，因此，这3个指标已经完全可以说明柳枝稷种子的萌发特性和活力水平。

2.3 不同温度对种子萌发的影响

分析不同温度条件下柳枝稷种子萌发情况(图1)发现，发芽指数、发芽系数、胚芽干重均随着温度升高而增加，在35 ℃条件下3个品种柳枝稷种子萌发活力最高。通过显著性差异分析，在35 ℃恒温时，柳枝稷种子萌发的三项萌发指标显著高于其他温度条件下的(常规温度、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃)(P<0.05)，可见35 ℃是柳枝稷种子萌发的最适温度。对比柳枝稷3个品种Alamo、Bay Canada、Common，在各个温度条件下Bay Canada的各项萌发指标(发芽指数、发芽系数、胚芽干重)均高于Alamo、Common，说明在发芽水平上，3种柳枝稷种子中，Bay Canada品种的种子品质最高。

图1 不同温度条件下柳枝稷种子的萌发特性

3 讨 论

在种子发芽所需生态条件中，温度是极为重要的因素之一。种子萌发对温度范围有一定的要求，低于某个温度或高于某个温度时，种子均不能够正常萌发。因此，种子萌发有最低、最适和最高三个基点温度，低温时温度对胚活性物质的代谢起主导作用，高温时温度对胚活性物质变性起主导作用，适温时两者协调，结果表现出最高生长量[7]。一般来说，植物种不同，种子最适萌发温度不同。柳枝稷是禾本科黍属多年生丛生C4植物，本试验中柳枝稷种子的最适宜萌发温度为35 ℃。根据其他研究结果，在内蒙古西部地区比较适宜种植的禾本科植物中，披碱草(Elymusdahuricus)种子萌发最适温度为25 ℃[8]，老芒麦(Elymussibiricus)种子萌发最适温度为20/30 ℃变温[9]，蒙古冰草(Agropyroncristatum)种子萌发最适温度为20/30 ℃[6]，缘毛雀麦(Bromusciliatus)种子萌发最适温度为20/30 ℃变温[10]。与这些禾本科植物相比，柳枝稷种子的最适宜萌发温度较高，这可能与供试材料来源地的降水或土壤水分有关。另一方面，即使同一植物种，最适萌发温度也会因产地等因素而不尽相同。例如，张树新等观察采集于内蒙古吉兰泰地区的梭梭(Halaxylonammodendron)种子最适萌发温度为25 ℃，甚至在60 ℃仍有64%的萌发率，而产于西北新疆吐鲁番盆地吐鲁番沙漠植物园的梭梭种子最适萌发温度仅为10 ℃[11]。因此，对于自然条件相对恶劣的内蒙古西部地区，柳枝稷引种繁育成功的关键是选择适宜的品种，同时，播种时机也是柳枝稷能正常生长发育的主要限制因素之一。

4 结 论

(1)利用主成分分析法对发芽总数、发芽率、峰值、日平均发芽率、发芽系数、发芽指数、胚芽干重和活力指数8个种子活力测定指标进行筛选的结果表明，发芽指数、发芽系数、胚芽干重3个测定指标能够较真实、全面地反映柳枝稷种子活力水平，可作为种子萌发的测定指标。

(2)柳枝稷3个品种种子在常规温度(20～30 ℃)和15、20、25、30、35 ℃温度处理下，最适宜的萌发温度为35 ℃。

(3)对比柳枝稷3个品种Alamo、Bay Canada、Common的种子发芽情况，品种Bay Canada种子的发芽指数、发芽系数、胚芽干重均高于Alamo和Common，3个品种中Bay Canada种子发芽活力最强。

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(责任编辑 徐素霞)

岑巩县积极探索水土保持信息化建设

按照《全国水土保持信息化规划(2013—2020年)》的要求，岑巩县水土保持站着力履行工作职责。一是负责岑巩县水土保持数据存储环境建设，加大自动化观测设施设备应用；建立区域抽样调查样点，配备野外数据采集和遥感数据处理设备。二是负责更新水土保持基础数据和业务数据。另外，岑巩县将逐步建立生产建设项目水土保持数据库，尽早建设水土保持监测站点，同时做好国家水土保持重点工程项目管理系统的数据录入及管理。下一步，岑巩县将积极探索县级水土保持信息化建设渠道，积极搭建可研平台，争取与水土保持科研院所建立合作关系，建设岑巩县水土保持信息系统，着力提升水土保持信息化水平。

袁仕健(贵州省岑巩县水务局)

水利部公益性行业科研专项经费项目(201301049)；国家自然科学基金青年科学基金项目(31400482)

S543.9

A

1000-0941(2015)10-0047-04

珊丹(1978—)，女(蒙古族)，内蒙古赤峰市人，工程师，博士，从事草地生态与水土保持研究。

2015-03-20