三色堇种子活力测定方法研究

赵正楠，王 涛，蔺 艳，卜燕华，张 钺

(北京市园林科学研究院绿化植物育种北京市重点实验室，北京100102)

高活力的种子田间出苗率高、可以节约播种费用、有效抵抗不良环境、增加作物产量[1]。适宜的活力测定方法有助于准确选择出高活力的种子。种子活力的测定方法有多种，国际种子检验协会推荐的种子检验方法有标准发芽试验、逆境发芽试验(冷冻测定、低温发芽试验、加速老化试验、冷浸试验、符合逆境试验等)和生理生化指标(电导率、四唑发、ATP含量等)的测定[1]。如陈蕾太等[2]以16个小麦种子为材料，基于发芽逆境抗逆指数对小麦种子活力进行评价，杨冬风等[3]使用近红外光谱智能检测方法对玉米种子活力进行检查；唐强等[4]采用幼苗生长测定法对枫杨种子活力进行预测；邓飞等[5]采用计算机图像处理技术对杉木和马尾松种子活力进行评价；边子星等[6]采用四氮唑法和紫外分光光度计法和测定华石斛种子的活力等。三色堇(ViolatricolorL.)是堇菜科一二年生草本花卉，株型较矮，花色丰富，性较耐寒，是早春时节常用园林绿化花卉，使用种子繁殖，用种量很大。王开冻等[7]对三色堇种子发芽特性进行研究，王涛等[8]研究了低能氮离子注入三色堇、角堇种子的生物学效应；刘振威等[9]研究了LED光源不同光质对三色堇种子萌发及幼苗生长的影响。但现阶段尚无对三色堇种子活力检测方法的相关研究。本研究通过探索三色堇种子活力测定的适宜方法，旨在为生产中准确预测三色堇种子田间出苗提供技术支持，促进高活力三色堇种子的应用及优良品种的选育和推广。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用4份材料均为北京市园林科学研究院三色堇育种课题组选育的三色堇新品系P-1001。其中1号材料于2015年收获于内蒙古赤峰制种基地；2号材料于2014年收获于北京市园林科学研究院试验地；3号材料于2014年收获于赤峰制种基地；4号材料于2012年收获于北京市园林科学研究院试验地。清选干燥等常规种子加工处理后，保存在低温低湿种子库中(温度4 ℃，湿度小于50%)。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发与幼苗生长指标测定

1.2.1.1 标准发芽试验 使用体积分数为1%的次氯酸钠溶液对三色堇种子消毒5 min，无菌水清洗3遍，使用吸水纸吸去种子表面的水分。在12cm×12cm的发芽盒中，铺上两层灭菌后的滤纸，充分润湿。每个发芽盒中摆放100粒种子，每种材料重复3次。在智能人工气候箱中进行发芽，温度设为25℃，黑暗条件。参照王开冻等[7]的方法，第7天统计发芽势(GE，Germination energy)，第14天统计种子发芽率(GR，Germination rate)、发芽指数(GI，Germination index)、活力指数(VI，Vigor index)，同时每个重复选取10株进行根长、苗长的测量。

GE=7 d内发芽的种子数参与发芽试验的种子数×100%

GR=14 d内发芽的种子数参与发芽试验的种子数×100%

VI=GI×RL

Gt为第t天发芽的种子数，Dt为Gt对应的发芽天数，RL指根长。

1.2.1.2 冷浸试验 将三色堇种子在4 ℃的冷水中浸泡处理3 d，后续操作同标准发芽试验。连续3 d没有新种子发芽时，进行发芽率统计。

GR=种子发芽数供试种子总数×100%(连续3 d无新种子发芽时的发芽数)

1.2.1.3 穴盘播种试验 使用200穴穴盘将三色堇种子材料于2016年12月5日在北京市园林科学研究院温室中播种。播种基质中营养土和蛭石的体积比为1∶1。将穴盘润湿后，种子单粒点入，连续3 d没有新种子发芽时记录发芽率、根长、菌长、发芽指数和活力指数。当30 d后穴盘中种苗长至满盘的时候，再次测量根长、苗长，计算活力指数。

1.2.2 相对电导率测定

称取0.5 g三色堇种子，加入20 mL去离子水，测定浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h电导率值，100 ℃水浴锅中煮30 min，记录煮后种子电导率，并计算相对电导率值。

1.3 数据分析

使用Excel 2007及SPSS 19.0进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 标准发芽试验种子萌发与幼苗生长情况

对4份材料进行标准发芽试验，结果如表1所示。不同材料种子的发芽势、发芽率、活力指数均存在显著差异。1号材料和3号材料的平均根长没有显著差异，但与2号、4号材料的根长存在显著差异,分别为2号、4号材料的1.24倍、1.5倍。1号、2号、3号材料的平均苗长没有显著差异，均比4号材料长，且差异显著。

表1 标准发芽试验结果

注 ：同一列中相同小写字母表示0.05水平差异不显著,下同

2.2 冷浸发芽试验种子萌发与幼苗生长情况

对4份材料进行冷浸发芽试验，结果如表2所示。4份种子材料的发芽势、发芽率存在显著差异。4份材料的平均根长没有显著差异，1号材料的苗长显著长于2号、3号材料的苗长，2号、3号材料苗长不存在显著差异，1号、2号、3号材料苗长显著长于4号材料。

表2 冷浸试验发芽结果

2.3 温室播种条件下种子萌发与种苗生长情况

对4份材料在温室播种条件下种子的活力进行分析，结果如表3所示。4份材料种子发芽率存在显著差异；2号、3号材料种子的发芽指数没有显著差异，与1号、4号种子的发芽指数存在显著差异。当种子发芽率连续3 d不发生变化时，对种苗的根长、苗长、活力指数进行分析，2号材料与4号材料种子根长不存在显著差异，与1号、3号材料种子根长存在显著差异，4份材料苗长不存在显著差异；4份材料种子活力指数显著差异。当种苗经过30 d的生长长至满盘的时候，对4份材料的根长、苗长、活力指数进行分析可知，1号、2号、3号材料的根长不存在显著差异，与4号材料根长存在显著差异；4份材料苗长不存在显著差异；2号、3号材料活力指数不存在显著差异，与1号、4号材料的活力指数存在显著差异。

表3 温室播种条件下种子活力情况

注：根长1、苗长1、活力指数1代表种子发芽率连续3d不再变化时的根长、苗长，活力指数;根长2、苗长2、活力指数2代表生长30 d后的根长、苗长、活力指数

2.4 浸提不同时间种子的相对电导率结果

对不同材料的种子浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24h，计算其相对电导率，结果如图1所示。4份材料的相对电导率随着浸泡时间的延长均升高，对同一浸泡时间下不同材料的相对电导率进行分析，浸泡2 h条件下，1号、2号种子材料相对电导率没有显著差异，与3号、4号材料相对电导率有显著差异；浸泡4 h、6 h的条件下，4份材料的相对电导率均存在显著差异；浸泡8 h、10 h的条件下，1号、3号材料相对电导率没有显著差异，与2号、4号材料相对电导率存在显著差异；浸泡12 h、24 h条件下，4份材料相对电导率均存在显著差异。

图1 不同材料的相对电导率Fig.1 The relative electrical conductivity of different materials

2.5 各指标与温室播种种子材料活力相关性分析

对温室穴盘播种的发芽率、活力、根长、苗长相关指标进行相关性分析，结果如表4所示。有12个指标与温室穴盘播种的发芽率相关系数达到极显著水平，相关系数最大的是冷浸试验发芽率。与30 d时种苗活力极显著相关的指标有9个，相关系数最大的是冷浸发芽率；有6个指标达到显著水平，相关系数最大的是6 h相对电导率；与30 d时种苗根长极显著相关的指标有7个，相关系数最大的是标准发芽试验苗长；达到显著相关的指标有7个。17个指标与30 d时种苗苗长均无显著相关性关系。与连续3 d无新种子发芽时种子活力极显著相关的指标有7个，相关系数最大的是冷浸试验发芽势；与之显著相关的指标有3个，从大到小分别是标准发芽根长、冷浸发芽根长和6h相对电导率。与连续3 d无新种子发芽时种苗苗长显著相关的指标有5个，相关系数最大的是冷浸试验根长。

表4 标准发芽试验、冷浸发芽试验、相对电导率与温室播种种子活力相关性

注：A1、A3、A6、A7温室播种试验连续3 d没有新种子发芽时的发芽率、活力指数、根长、苗长；A2、A4、A5温室播种30 d后的活力指数、根长、苗长；B1—B6标准发芽试验发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、苗长；B7—B10冷浸发芽试验发芽势、发芽率、根长、苗长；B11—B17：2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h相对电导率值. *表示P<0.05水平存在显著相关，**表示在P<0.01水平存在极显著相关

标准发芽势(B1)、标准发芽率(B2)、标准发芽指数(B3)、标准发芽活力指数(B4)、冷浸发芽势(B7)、冷浸发芽率(B8)与温室发芽率(A1)、生长30 d的温室活力指数(A2)，连续3 d无新种子发芽时温室种子活力(A3)的相关系数均在0.8以上；以A1、A2、A3为因变量，B1、B2、B3、B4、B7、B8为自变量，进行多元回归。对A1、A2、A3进行预测，回归方程为分别为：

A1=-3.972-0.310B1+0.992B2-0.494B3+0.068B4+0.421B7+0.150B8(相关系数r1=0.992)

A2=-1.833+0.370B1+0.016B2-1.501B3+0.423B4+0.147B7+0.361B8(相关系数r2=0.995)

A3=19.99+0.541B1-0.791B2-1.779B3+0.395B4+0.430B7+0.647B8(相关系数r3=0.980)

3 讨论

本研究以不同活力的三色堇种子为材料，研究了标准发芽试验、冷浸试验、相对电导率与种子活力的相关性。冷浸试验的发芽率与穴盘播种种子发芽率及穴盘苗长满盘(30 d)时种子活力极显著相关，相关系数最高；穴盘苗长至满盘时的根长与标准发芽试验的苗长极显著相关，相关系数最高。可使用标准发芽试验的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和冷浸发芽试验的发芽势、发芽率对温室播种条件下的发芽率、活力进行预测。

根长和苗长是种子活力相关的重要指标，也是种苗质量评价和种苗质量分级的重要指标[10-12]。在园林绿化的草本花卉生产中，种苗的根长和苗长是种苗是否进行移植的关键，也是种苗质量的重要评价标准。本研究结果表明，种子发芽结束时种苗的根长与冷浸试验发芽势显著相关，且相关系数最高；此时苗长与冷浸发芽试验中根长显著相关，且相关系数最高。种苗长至满盘时种苗的根长与标准发芽试验的苗长极显著相关，且相关系数最高。这为生产中预测三色堇壮苗提供了重要的参考。使用多项指标对种子活力进行预测可以为精细播种和一次全苗提供参考[13]。另一方面，与其他预测种子活力的方法相比，相对电导率预测种子活力较为快速。在大豆种子、玉米等作物种子活力预测中有非常好的效果[1]。本研究发现，不同浸提时间计算的相对电导率值可以用来预测三色堇种子的发芽率、活力和根长，应用于三色堇种子活力的快速鉴定中。

近年来，随着种子生物学技术的发展和多种学科之间的交叉，种子活力的无损检测成为新的研究方向。叶凤林等[14-15]应用机械视觉技术对射干、黄芩种子发芽率等活力相关指标进行预测，从而达到精选的目的。利用这些更为先进的技术对更多的草本花卉种子活力进行预测将成为未来发展的重要趋势。