箭筈豌豆种子人工加速老化条件筛选的研究

莫青，吕燕燕，王彦荣

(草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

箭筈豌豆种子人工加速老化条件筛选的研究

莫青，吕燕燕，王彦荣*

(草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

人工加速老化法是种子活力测定的常用方法之一，但不同物种适宜的老化条件往往不同。以9个箭筈豌豆种批为材料，在100%相对湿度，41、43及45 ℃条件分别老化处理12、24、36、48、60及72 h，通过测定发芽率及发芽速率，筛选出箭筈豌豆适宜的人工加速老化条件。结果表明，老化温度、时间以及两者的交互作用对发芽率及发芽速率均有极显著影响(Plt;0.01)。随着老化温度及时间的增加，发芽率逐渐下降，老化处理48 h后发芽率均显著降低(Plt;0.05)(除种批6)；发芽速率先增加后降低，24 h后呈现下降趋势。相关分析结果表明老化时间对箭筈豌豆发芽率和发芽速率的影响大于温度。在41 ℃-60 h老化条件下，发芽率和发芽速率分别将9个种批分为8和6个质量等级，比其他老化处理条件划分更多的质量等级，且各质量等级之间差异显著(Plt;0.05)。因此，41 ℃-60 h是箭筈豌豆适宜的人工加速老化条件。

箭筈豌豆；种子活力；人工加速老化；老化温度；老化时间

种子活力是指种子在广泛的田间条件下快速、均匀出苗，并长成健壮幼苗的潜在能力[1]，在一定程度上能反映种子质量的优劣[2]，种子质量的优劣不仅影响农作物的产量，而且影响农作物的品质[3]。对种子活力的测定便于预测种子的田间出苗表现以及种子的耐储藏性。在较为逆境的田间条件下，种子活力较发芽率更能准确地预测田间的出苗率。因此，测定种子活力对种子质量管理具有重要的意义。

种子活力测定的方法有很多，人工加速老化法作为国际种子检验协会(International Seed Testing Association, 简称ISTA)推荐的种子活力测定方法之一[1]，在1983年被推荐为大豆(Glycinemax)种子的活力测定方法，在北美等地推广使用[4]。该法是通过人为控制高温高湿条件，使种子迅速老化，然后测定种子的发芽率用于指示活力，是一种较为直接和便利的方法。ISTA推荐的老化温度为41～45 ℃，时间为48～144 h[1]。该法已在许多物种上进行研究，Kulik等[5]研究表明，大豆种子人工加速老化的发芽率与田间出苗具有显著的正相关，多重比较也表明人工加速老化法较其他方法能更好地区分种批活力。Wilson等[6]研究表明人工加速老化能较好地预测玉米(Zeamays)种子的田间出苗。Khan等[7]对小麦(Triticumaestivum)的多个活力测定方法及指标的研究表明人工加速老化法能将种批划分为更多的质量等级。另外，对黄瓜(Cucumissativus)[8]、华北驼绒藜(Ceratoidesarborescens)[9]、垂穗披碱草(Elymusnutans)[10]、小麦[11]等的研究也表明，人工加速老化处理可获得活力存在差异的种批，用于进一步分析种子劣变过程中生理生化性质的变化。

以往研究表明，不同物种人工加速老化的温度和时间通常不同，如对高粱(Sorghumbicolor)研究表明其人工加速老化的条件为43 ℃-72 h[12]；草地早熟禾(Poapratensis)为44 ℃-60 h[13]；老芒麦(Elymussibiricus)为45 ℃-48 h[14]；黄瓜为45 ℃-72 h；而甜瓜(Cucumismelo)种子则为45 ℃-120 h[15]。另外，同一物种的不同种批的种子质量可能有别，对老化处理的反应也会不同[14]，所以在进行老化方法筛选时，应该尽可能采用多个种批。

箭筈豌豆(Viciasativa)为豆科野豌豆属一年生草本植物，茎叶柔软，营养丰富，适口性好，马、牛、羊等喜食[16-17]，与燕麦(Avenasativa)进行混播，能显著提高干草的产量和营养价值[18]，在青藏高原、地中海等世界范围内广泛种植。目前对于箭筈豌豆种子活力方法的研究仅有茚三酮试纸法[19]，人工加速老化法未见报道。本研究采用人工加速老化法，选用9个箭筈豌豆种批，在不同老化温度和老化时间处理下，通过测定发芽率和发芽速率来研究适宜的人工加速老化条件，为其种子活力评价提供依据。

1 材料与方法

1.1实验材料

将9个箭筈豌豆种批随机编号，种批1～5由农业部牧草与草坪草监督检验测试中心(兰州)提供，为2014年收获的商业种批；种批6收获于2014年，4 ℃储藏在兰州大学榆中校区；种批7收获于2015年，室温储藏在兰州大学榆中校区；种批8和种批9分别收获于2014和2013年，室温储藏在兰州大学草地农业科技学院。供试种子均为完全成熟的种子，其初始质量见表1。

1.2实验方法

1.2.1人工加速老化 试验于2016年6-10月在兰州大学草地农业科技学院进行。试验随机选取箭筈豌豆种子，在100%相对湿度，41、43和45 ℃条件下分别处理12、24、36、48、60和72 h，每个处理3个重复，每个重复200粒种子，称重后将种子平铺于透气透水的尼龙网上， 分别放置于独立的老化盒内(13 cm×13cm×5 cm)，加入500 mL蒸馏水以保证老化盒内的水位距离种子约1 cm，确保种子能均匀吸水[1]。将老化盒放于老化箱内(高低温交变培养箱，PL-2KP，JAPAN)进行老化处理。以未老化处理的种子为对照。老化到相应时间后，及时取出老化盒内的种子并置于室温条件下晾干以备后续发芽实验。

1.2.2发芽试验 根据GB/T2930.4-2001《牧草种子检验规程》[20]，采用纸间发芽法，从各处理的3个重复中分别随机数取100粒种子并分别置于直径为150 mm的玻璃培养皿中，于光暗交替(L/D:12 h/12 h)的恒温培养箱中，20 ℃条件下进行发芽。试验期间每天统计发芽个数(统计后幼苗保留在培养皿中)，连续统计14 d。

1.3数据处理

计算种子发芽率、发芽速率[21-22][以T20表示发芽率达到20%需要的时间(h)，1/T20以及1/T20×103表示发芽速率]，采用SPSS 22.0进行数据分析，Excel 2010进行表格的绘制。

发芽率=n/N×100%

式中：n为发芽个数，N为供试种子数。

T20=ti+(n/5-ni)(tj-ti)/nj-ni

式中：n为最终发芽个数，ni和nj为当nilt;N/2lt;nj在时间ti和tj内的总发芽数。

2 结果与分析

2.1老化处理对箭筈豌豆萌发特性的影响

2.1.1老化处理对发芽率的影响 同一老化温度下，随着老化时间增加9个箭筈豌豆种批的发芽率逐渐下降，老化处理达到一定程度，发芽率均开始呈显著下降趋势(Plt;0.05)(表2)。另外，老化处理时间从12 h增加到72 h的过程中，不同种批发芽率的下降幅度差异较大，如41 ℃老化处理72 h种批2、3、4的发芽率下降幅度高于90%，种批6的发芽率下降幅度则仅为8%，表明不同种批发芽率对老化时间的响应程度不同。

同一老化时间不同老化温度下，各种批的发芽率下降程度不同(表2)。41 ℃处理48 h，43和45 ℃处理36 h后，各种批的发芽率显著低于初始发芽率(Plt;0.05)(除种批6在45 ℃条件)。但各种批发芽率下降的幅度不同，如41、43和45 ℃处理36 h，种批3的发芽率分别为51%、47%和15%，而种批7则为87%、77%和59%，这表明不同种批发芽率对老化温度的响应程度不同。

2.1.2老化处理对发芽速率的影响 同一老化温度条件下，随着老化时间的增加，各种批的发芽速率表现为先升高后降低(除45 ℃种批3和4)(表3)，老化处理初期(24 h前)，各种批的发芽速率高于对照，随着老化处理时间的进一步增加，发芽速率逐渐下降，处理36 h后开始显著降低(Plt;0.05)。

同一老化时间下， 9个箭筈豌豆种批的发芽速率在3个温度条件下的变化程度不同，在老化处理前期(24 h前)，43和45 ℃条件下的发芽速率高于41 ℃，老化处理达到一定程度(36 h后)，41 ℃条件下的发芽速率高于43和45 ℃(表3)。

2.1.3相关分析 老化温度与时间的双因素方差分析结果表明(表4)，老化温度、时间以及两者的交互作用均对箭筈豌豆的发芽率及发芽速率有极显著影响(Plt;0.01)，老化时间的F值大于温度和交互作用的F值。

相关分析表明(表5)，种批1～5的老化温度与发芽率和发芽速率没有显著相关(Pgt;0.05)，而老化时间与发芽率和发芽速率均具有极显著的负相关(Plt;0.01)。老化时间与发芽率和发芽速率的Pearson相关系数均大于老化温度。方差分析和相关分析的结果表明，老化时间对箭筈豌豆发芽率和发芽速率的影响大于温度。

2.2箭筈豌豆适宜的人工加速老化条件

多重比较结果表明(表2)，初始发芽率仅将9个种批分为3个质量等级，其中种批1、3、5、6、7、8和9之间不存在显著差异，老化条件41 ℃-60 h将9个种批发芽率划分为8个级别，比43 ℃-48 h和45 ℃-36 h划分级别多，且能显著区分初始发芽率相近的种批(除种批1和种批5)(Plt;0.05)。

初始发芽速率将9个种批分为4个质量等级(表3)，41 ℃-60 h、43 ℃-48 h和45 ℃-36 h分别将9个种批分为6，5和6个质量等级，分别为各温度处理下划分等级最多的条件(表3)。41 ℃-60 h和45 ℃-36 h将9个种批发芽速率划分为较多的质量等级。

以上结果表明，41 ℃-60 h为箭筈豌豆适宜的人工加速老化条件，该条件下发芽率和发芽速率将种批划分为最多的质量等级。

表2 人工加速老化处理对箭筈豌豆种批发芽率的影响Table 2 Effect of accelerated aging on germination percentage of common vetch %

注：不同大写字母表示同一个种批不同老化处理时间(同一行)间发芽率的显著性差异(Plt;0.05)，不同小写字母表示同一个老化处理温度同一个老化处理时间各种批间发芽率的显著性差异(Plt;0.05)。下同。

Notes: Different capitals present the significant difference of germination percentage between the same seed lot with different aging time (the same row) (Plt;0.05), the lowercase letters present the significant difference of germination percentage within 9 seed lots in the same aging condition (the same column) (Plt;0.05). The same below.

3 讨论与结论

本研究选用9个箭筈豌豆种批，设置3个老化处理温度、6个老化处理时间，每个处理3个重复，通过发芽率及发芽速率两个指标对9个种批进行质量等级划分，筛选出了箭筈豌豆适宜的人工加速老化条件。研究表明，箭筈豌豆适宜的老化条件为41 ℃-60 h，该条件下发芽率和发芽速率能将初始质量相同的种批划分为较多的质量等级，9个种批的发芽率和发芽速率显著下降(Plt;0.05)，能显著区分种批的质量等级，且各种批之间存在显著差异(Plt;0.05)，能较好的反映种子的活力。以往对适宜老化条件筛选的研究，通常无老化处理重复，且仅以发芽率的变化作为评价条件，如草地早熟禾[13]，老芒麦[14]。同时，不同种及种批适宜的人工加速老化条件不同，如燕麦为42 ℃-36 h[23]，大豆为41 ℃-72 h[24]，紫花苜蓿(Medicagosativa)为45 ℃-84 h[25]，与高粱[12]、草地早熟禾[13]、老芒麦[14]、黄瓜[15]及甜瓜[15]的条件均不相同。

表4 箭筈豌豆人工加速老化温度、时间对发芽率、发芽速率影响的双因素方差分析Table 4 Two way ANOVA analysis about accelerated aging temperature, time and germination percentage, germination rate of common vetch

表5 箭筈豌豆种批人工加速老化温度及时间与发芽率及发芽速率的Pearson相关分析Table 5 Pearson correlation between germination percentage, germination rate and accelerated aging temperature, aging time of common vetch

*,Plt;0.05；**,Plt;0.01.

方差分析及相关分析的结果表明，老化时间对箭筈豌豆发芽率和发芽速率的影响大于老化温度，这与以往研究存在差异，如草地早熟禾老化温度对发芽率的影响大于时间[13]，老芒麦的老化温度和时间对不同种批发芽率的影响不同[14]。这表明，老化温度和时间对不同种及种批的影响不同。

本研究中箭筈豌豆的发芽速率在41 ℃-12 h、41 ℃-24 h、43 ℃-12 h以及45 ℃-12 h时高于对照。其原因可能是一定程度的人工加速老化处理影响种皮膜透性，从而影响种子的吸水。已有研究表明，人工加速老化能部分打破黑籽雀稗(Paspalumatratum)的休眠[26]，增加紫花苜蓿种子的膜透性[27]，使大豆种子的电导率、细胞膜透性增加[24]，有助于破除豆科种子硬实及禾本科种子的休眠[28]。因此，一定程度的老化能改变种子的膜透性。本研究中实验材料均不存在硬实与休眠的状况，其发芽速率先增加后降低，这表明较低程度的老化使膜透性增加，有利于水分的吸收，促进胚根的突出，提高发芽速率。但随着老化程度加深，种子的膜损伤程度增加，种子内含物泄漏，活力降低，种批的发芽速率下降，直至发芽率完全丧失。

以往研究表明，人工加速老化可用于种子活力及种子的耐储藏性判断。董国军等[29]研究水稻(Oryzasativa)种子耐储藏性，其人工加速老化和自然老化结果相似，李茂柏等[30]通过老化处理后发芽率下降的快慢来判断水稻的耐储藏性能，刘明久等[31]通过老化后发芽率和活力指标的变化判断玉米种子的抗老化能力。Kong等[32]认为在老化过程中具有更高耐受性的种批能在长期储藏中保持种子活力，活力高的种子对于极端的高温高湿环境具有更好的耐受能力，其发芽率等指标下降速率缓[1]。本研究中，老化72 h各种批的发芽率下降幅度从小到大依次为种批6、8、5、1、7、9、4、3、2，种批6发芽率下降速度慢，对老化环境具有更高的耐受能力，表明其种子活力高，耐老化能力强，而种批2的发芽率下降快，表明种子活力低，耐老化能力弱。因此，适宜的人工加速老化条件，对于种子质量的评价具有重要的价值。

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Optimizedacceleratedagingtestforcommonvetch

MO Qing, LÜ Yan-Yan, WANG Yan-Rong*

State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China

Accelerated aging is a common method for seed vigor testing, but the outcome differs with different species. In this study nine seed lots of common vetch (Viciasativa) were assessed; seeds were aged at 100% relative humidity at 41, 43 and 45 ℃ for 12, 24, 36, 48, 60 and 72 h, respectively. An optimal accelerated aging condition was selected by analyzing germination % and rate of germination. Results indicated that aging temperature, time and their interaction showed significant differences for germination % and germination rate (Plt;0.01). With increasing temperature and time germination % gradually declined. Germination % decreased significantly after aging for 48 h (Plt;0.05) (except for seed lot 6). The germination rate increased firstly and then decreased after 24 h. Correlation analysis showed that the effects of aging time on germination % and germination rate were greater than that of temperature. Aging seed for at 41 ℃ for 60 hours was able to separate the seed lots into groups of 8 or 6 based on germination % and germination rate, respectively (Plt;0.05). We concluded that aging at 41 ℃ for 60 h was the optimal condition for accelerated age testing of common vetch.

common vetch; seed vigor; accelerated aging; aging temperature; aging time

10.11686/cyxb2017002http//cyxb.lzu.edu.cn

莫青, 吕燕燕, 王彦荣. 箭筈豌豆种子人工加速老化条件筛选的研究. 草业学报, 2017, 26(11): 131-138.

MO Qing, LÜ Yan-Yan, WANG Yan-Rong. Optimized accelerated aging test for common vetch. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(11): 131-138.

2017-01-06；改回日期：2017-05-12

国家重点基础研究发展计划(973计划) ——“重要牧草、乡土草抗逆优质高产的生物学基础”(2014CB138704)和“甘肃省农业科技创新项目”(GNCX-2016-10)资助。

莫青(1993-)，女，湖南桃江人，在读硕士。E-mail: moq11@lzu.edu.cn

*通信作者Corresponding author. E-mail: yrwang@lzu.edu.cn