人工老化对柳枝稷种子活力和膜透性的影响

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(西北农林科技大学动物科技学院， 陕西 杨凌 712100)

种子活力(Seed vigor)是种子质量的一项重要指标，一般种子达到生理成熟后在不同贮藏条件下，种子活力呈不同程度的下降，直至最终丧失[1]。大田生产中，活力低下的种子播种后导致田间出苗不整齐等现象，严重影响生产[2]。普通自然贮藏条件下，影响种子活力下降的因素较多，得到不同活力水平的种子较为缓慢[3]，在进行种子老化机理等相关问题的研究时，短时间内很难得到不同质量等级的种子[4]，采用人工老化处理的方法，可以较好地模拟种子的自然老化过程[5]。

随着劣变程度的加深，发芽指标的大小可反映种子活力的高低[6]，种子活力高低与细胞膜完整性相关。细胞膜具有选择透过性，使得活细胞内外物质有序交换，为细胞提供了正常生理活动所需要的物质和能量[7]。对小麦(TriticumaestivumL.)[8]、新麦草[Psathyrostachysjuncea(Fisch.)][9]、紫花苜蓿(MedicagosativaL.)[10]、高羊茅(FestucaelataKeng ex E.Alexeev)[11]等植物种子进行老化处理的研究结果均表明，在人工老化过程中，不同程度存在着种子细胞膜受损，膜透性增加的现象。一些学者认为，种子的老化劣变是由于质膜过氧化作用加剧、有害物质积累、新陈代谢受限等因素造成的[5,12]。

柳枝稷(PanicumvirgatumL.)为多年生暖季型C4草本植物[13]，属于禾本科(Gramineae)黍属(Panicum)，主要生态型为低地型和高地型2种[14-15]。其根系发达，耐贫瘠和干旱，具有广泛的适应性[16]，能够抵抗多种病虫害，是一种高产优质的根茎型禾本科草。通常被用于放牧、水土保持以及生态建设等[17-18]。本研究选取不同品种的柳枝稷种子为材料，采取人工老化方法模拟自然条件下种子老化过程，拟探究老化对种子活力指标的变化以及膜透性的影响，以期为柳枝稷种子劣变机理以及贮藏与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 种子来源

以Cave-in-rock、Alamo和Sunburst 3个品种的柳枝稷种子为试验材料，种子采收于陕西省杨凌区西北农林科技大学牧草与草坪标本园(34°17′41.94″N 108°04′28.70″E)，收种年份为2016年，种子采收清选干净后置于4 ℃冰箱中，待用。

1.2 种子老化处理

每个品种分别随机数取1 000粒饱满一致的种子，置于人工种子老化箱中，在42 ℃、100% RH条件下分别老化12，24，36，48，60，72，84 h和96 h，以未老化的种子作为对照，取出后，将种子在室内放置48 h以平衡水分待用。

1.3 种子发芽

采用纸上发芽法在25 ℃恒温，光照8 h，黑暗16 h条件下进行发芽。每个品种的不同老化程度的种子中随机数取50粒，3次重复。逐日统计，以胚根突破种皮作为发芽标准，发芽时间持续21 d，并记录数据，按照下列公式计算：

活力指数(VI)=GI×S(式中：S为根长)。

1.4 幼苗生长指标测定

每个培养皿中随机选取10株幼苗，测定不同处理下柳枝稷幼苗根长和苗长。

1.5 电导率测定

随机选取老化处理后不同品种的柳枝稷种子各50粒，用电子天平称量(精确到0.001 g)后将种子置于150 mL的三角瓶中，加入100 mL去离子水，3次重复。以100 mL去离子水为空白对照，用保鲜膜封住瓶口，并将三角瓶置于20 ℃黑暗条件下的培养箱中24 h。用DDS-307型数字电导率仪测定种子浸泡液和对照组的电导率，根据以下公式计算：

1.6 数据处理

采用SPSS 19.0软件进行单因素One-way ANOVA方差分析，对3个品种的柳枝稷种子活力指标求均值，并进行Person相关性分析，用Microsoft 2016软件作图。

2 结果与分析

2.1 人工老化对柳枝稷种子发芽势与发芽率的影响

如图1所示，不同老化处理后的柳枝稷种子的发芽势和发芽率均随老化时间的增加呈下降趋势。不同品种柳枝稷种子的发芽势对人工老化处理的响应不同，其中Cave-in-rock品种在老化48，84，96 h与对照相比有显著下降(p<0.05)，Alamo品种在24，48，60，84，96 h与对照相比有显著性下降，Sunburst品种仅在84 h与对照相比显著性下降。而发芽率对老化的响应与发芽势变化略有不同，Cave-in-rock和Alamo两品种发芽率均在老化处理84 h时较对照显著性下降，Sunburst品种在处理12 h后有显著性下降，之后趋于平缓，在老化处理84 h后又显著性下降。

注：不同小写字母表示同一品种不同处理间存在显著性差异(p<0.05)。下同。图1 人工老化对柳枝稷种子发芽势与发芽率的影响

2.2 人工老化对柳枝稷种子发芽指数和活力指数的影响

如图2所示，与对照组相比，不同老化处理后柳枝稷种子的发芽指数总体上随处理时间的增加而呈下降趋势，但与对照相比，柳枝稷种子老化初期，种子发芽指数具有不降反升的特点(Cave-in-rock品种：24 h、Alamo品种：36 h、Sunburst品种：12 h)。老化处理对柳枝稷种子活力指数的影响总体随处理时间的增加而呈下降趋势。处理36，84 h时，Cave-in-rock品种出现显著性下降，Alamo品种的活力指数在处理72 h后出现显著性下降，Sunburst品种的活力指数在处理24，60 h后出现显著性下降。

图2 人工老化对柳枝稷种子发芽指数和活力指数的影响

2.3 人工老化对柳枝稷幼苗根长和苗长的影响

由图3可知，与对照组相比，不同老化处理后的柳枝稷种子的苗长与根长总体上随处理时间的增加而呈下降趋势，其中，Cave-in-rock和Alamo品种的根长与苗长分别在处理84，96 h后出现显著性下降。Sunburst品种的根长与苗长分别在处理24，36 h后出现明显下降，后趋于平缓，在处理84，96 h后再次显著下降。

图3 人工老化对柳枝稷幼苗根长和苗长的影响

2.4 人工老化对柳枝稷种子浸出液电导率的影响

由图4可知，与对照相比，不同品种柳枝稷种子的电导率随老化处理时间的增加而呈先趋于平稳，再逐渐上升的趋势。其中，Cave-in-rock品种在老化处理60 h后电导率呈显著性升高(p<0.05)，Alamo品种的电导率在处理36 h后有显著性升高，Sunburst品种的电导率在处理24～36 h后有显著性升高。

2.5 人工老化后各项活力指标的相关性分析

人工老化后各项活力指标的相关性分析如表1所示，不同老化程度种子的发芽率与发芽势，活力指数和苗长呈极显著正相关(p<0.01)，与浸种液电导率呈极显著负相关。其中发芽势、活力指数与发芽率有较强的相关性，且发芽势与活力指数也有较强的相关性。电导率与发芽率呈极显著负相关。发芽率与苗长、根长呈极显著正相关。

表1 人工老化后各项活力指标的相关性分析

发芽势发芽率发芽指数活力指数苗长根长电导率发芽势1发芽率0.904**1发芽指数0.906**0.920**1活力指数0.920**0.941**0.967**1苗长0.822**0.809**0.948**0.903**1根长-0.825**-0.831**-0.883**-0.837**-0.769*1电导率-0.898**-0.934**-0.954**-0.990**-0.870**0.818**1

注：“**”表示在0.01水平(双侧)上显著相关；“*”表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

图4 人工老化对柳枝稷种子浸出液电导率的影响

3 讨 论

本研究发现，加速老化导致柳枝稷种子的发芽势、发芽率和活力指数降低，但柳枝稷种子老化初期，种子发芽率和苗长不降反升，这种现象表明，柳枝稷种子自身存在休眠，经短期的老化处理，解除了部分种子的休眠状态，因而发芽率和发芽势反而呈升高的趋势。但随着老化处理时间的延长，加速了种子劣变进程，种子发芽相关指标均呈逐渐降低的趋势[12,20]，这与马向丽等[21]、徐敏等[22]的研究结果相一致。

试验表明，老化处理的柳枝稷种子的浸出液电导率显著增大，主要原因是老化处理下膜质氧化作用破坏了膜系统，膜透性增强，种子细胞中电解质渗漏，增大了浸出液电导率[23]。人工加速老化处理柳枝稷种子的细胞膜透性增大，而且时间越长增加幅度越大，人工老化处理时间增加，使柳枝稷种子的膜结构受到了损坏，膜受损越严重。但是人工加速老化处理前期(12～36 h)，引起膜透性的变化不明显，可能是老化处理对柳枝稷种子休眠性起到部分解除的效果，这与前人研究结果相一致[24-25]。人工加速老化处理后柳枝稷种子的发芽指标、幼苗生长指标与相对电导率呈显著相关，表明发芽指标和电导率值可有效区分不同活力水平的柳枝稷种子。

人工加速老化处理模拟了柳枝稷种子自然老化的过程。本研究中，不同老化处理种子的发芽率在一定程度上反映了种子活力与贮藏时间之间的响应，在采用的各项活力测定指标中，活力指数和发芽势与不同老化处理种子的发芽率相关性最好[19]，似可认为评价种子贮藏力使用这2个活力指标较为有效，这有待于采用自然条件下贮藏的种子进行进一步验证。