影响烟草种子活力的因素及提高其活力的方法

马文广1,3，潘珊珊，潘 威1，郑昀晔1,3，关亚静，宋碧清1，胡 晋

(1.玉溪中烟种子有限责任公司，云南 玉溪 653100；2.浙江大学农业与生物技术学院种子科学中心，杭州 310058；3.云南省烟草农业科学研究院，云南 玉溪 653100)

烟草是我国重要的经济作物之一，在我国各省有广泛的种植。种子活力是衡量种子质量的重要指标之一，与种子田间出苗能力密切相关。高活力的烟草种子田间出苗迅速、生长优势明显、抗逆性强，对生产高质量烟叶有重要意义。烟草种子的活力受本身遗传和环境条件的影响，从而严重影响种子的产量和品质[1-2]。种子活力可以通过一些处理方法进行恢复或提高，但是对提高烟草种子活力的技术或方法尚缺少系统的论述。本文在阐述影响烟草种子活力因素的基础上，对提高烟草种子活力的方法进行了综述。

1 影响烟草种子活力的因素

1.1 遗传因素

遗传物质是影响烟草种子活力最重要的因素之一。Dickson等研究认为，种子活力是由微效多基因控制的数量性状，具体表现在发芽率、幼苗根长苗高及干鲜重、抗逆性等方面[3]。此外，种子的结构、化学成分、种皮破裂能力等不同也会对种子活力产生不同程度的影响[4]。徐建华等[5]分别对贮藏条件一致的8个烟草品种的种子物理特性、萌发特性和化学内含物进行了分析和比较，发现8个品种的种子含水率、千粒重、化学成分等均有不同，且种子萌发的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数以及子叶平展数也存在一定差异。

此外，不同品种烟草种子在干旱、低温等不良条件下抗逆性也有差异，如红花大金元、TN 86-8、MS云烟85、和NC 102等品种抗寒性较强，而MS云烟87、云烟203、云烟100和K 346等品种抗寒性相对较弱[6]；MS云烟85、NC 102、云烟97和红花大金元等品种抗旱性较强，MS云烟87、MSK 326、云烟203和云烟100等品种抗旱性相对较弱[7]。除品种间差异外，杂交一代的烟草种子活力往往具有超过亲本的优势[4]，且其活力与杂交授粉时期有关。刘仁祥等研究认为，在花冠打开前2 d到花冠打开后1 d进行授粉得到的杂交一代烟草种子发芽势、发芽率和千粒重均较高[8]。

1.2 环境因素

在烟草种子发育、成熟到收获、加工贮藏等一系列过程中，许多环境因素如不同的栽培条件(气候、养分、水分等)、种子成熟度、贮藏条件、微生物和病虫害等都会影响种子的活力水平[4]。

1.2.1栽培地理位置

不同的海拔和经纬度伴随着光照、温度、水分、土壤类型等的变化，对烟草种子的活力有一定的影响。研究表明，同一品种在不同海拔生产的烟草种子在发芽率、发芽指数和发芽时间方面无显著差异；但不同品种在不同海拔生产的烟草种子活力差异显著。这表明海拔对烟草种子活力没有影响，但海拔与基因型互作效应对烟草种子活力的影响较大[9-11]。在经纬度位置方面，目前的研究主要集中在经纬度对烟叶物理性状、化学成分、产量质量等方面[12-13]，而不同经纬度的烟草种子活力研究还未见报道。

1.2.2种子发育期条件

在生产过程中，适宜的栽培条件可以促进烟草植株的生长发育，继而获得高活力种子。烟草植株发育过程中需要摄入大量的氮、磷、钾等矿质元素和锌、铁、铜、锰等微量元素来满足其生长的营养需求[14-15]。烟草植株不同分枝、不同花序和不同果位所处的环境条件不同，不同部位的蒴果成熟度和种子活力可能存在较大差异。李振华等研究发现，毕纳1号烟草品种的蒴果成熟的整齐性和一致性为顶3枝与中间2枝显著高于下2枝，种子活力为中间2枝>顶3枝>下3枝[16]。此外，相同品种的烟草在不同年份采收的种子活力也存在差异。许美玲对1 000多份不同年份采收的烟草种子进行活力测定，结果表明，1980、1984、1985、1988、2000年和2001年采收的种子活力较高，而1981、1982、1987、1991、1994年采收的种子活力较低[17]。这可能是由于有的年份采收期气候干燥，种子活力较高；而有的年份采收期受多雨天气影响，种子容易受潮发霉，活力下降明显。

1.2.3种子成熟度与收获期

种子活力水平会随着种子的发育不断上升，至生理成熟时达到最高值，随后，种子会逐渐发生老化劣变，导致种子活力下降。烟草种子在授粉14 d内几乎没有萌发能力，授粉21 d后种子萌发能力不断提高，授粉后29～35 d烟草种子活力达到最大值[18-19]，此时种子处于褐熟期或完熟期，是烟草种子收获的最佳时期。值得注意的是，由于不同部位的种子成熟度存在差异，若等所有种子均进入完熟期后再采收，会导致早熟种子的活力下降甚至脱落损失。孙学勇等分别对从青果、黄果、黑果、淋雨一次的黑果、淋雨多次的黑果中获取的烟草种子进行活力测定，发现黄果、黑果、淋雨一次的黑果的种子活力较高，而青果和淋雨多次的黑果的种子显著下降，发芽时霉变种子显著增多[20]。因此，在栽培过程中可以适当剪去最初几天和最后几天开放的花朵，保留中期开放的花朵用于种子生产。

1.2.4贮藏条件

贮藏过程中的温度和种子含水量条件是影响烟草种子活力的关键因素，高温高湿条件会加速烟草种子的劣变老化。禹晓梅等研究表明，25%水分的烟草种子在40 ℃下贮藏96 h，种子发芽率从99%下降到15%[21]。一般来说，烟草种子收获时水分高达25%～45%，在贮藏前通常需要进行干燥处理[22]。许美龄等[23-24]将超干燥的烟草种子在4 ℃下长期贮藏，贮藏一年后种子生活力变化不大，而在室温和温室内贮藏100 d后则发芽率显著下降。且随着贮藏年限的增加，烟草种子活力会发生不断的下降，但活力下降程度因品种而异。陈建国等[25]将8个烟草品种种子在冷藏条件(温度4.5 ℃，相对湿度82.7%)下进行贮藏，存储1年种子活力会发生较为明显的下降，但能保持较高的发芽率，贮藏3年后种子活力则发生显著的下降。不同品种的烟草种子耐藏性存在一定的差异，有的种子在贮藏15年后仍保持非常高的活力，发芽率高达98%[26]。

此外，贮藏过程中微生物活动也是影响种子活力的因素之一。种子是很多微生物的携带载体，通常存在于种子表面、内部或混杂于种子之间。在贮藏过程中，微生物的活动会促进种子呼吸作用和有毒物质的积累，从而加速烟草种子的劣变，导致种子活力下降[27]。不同品种的烟草种子携带的微生物种类和数量存在差异。张大鸣对10个品种的烟草种子进行微生物鉴定，结果表明，每个品种的烟草种子均不同程度携带细菌、放线菌和真菌等微生物，平均每克种子带有细菌2.3×105～1.9×107个，放线菌3.9×101～4.1×102个，真菌2.0×103～3.8×104个[28]。因此，贮藏过程中应当采用适度低温、低氧、干燥条件，有利于抑制微生物活动，提高烟草种子的耐藏性[29]。

2 提高烟草种子活力的处理方法

2.1 物理方法

2.1.1水合-脱水处理

水合-脱水处理是种子处理较为常规且简单易行的方法，先让种子吸收一定的水分后再对种子进行干燥，使种子重新回到初始水分[30]。该方法能够提高种子的发芽率、生活力和活力，改善种子的各项生理生化指标，减轻不良条件对种子萌发的胁迫[31]。根据种子吸水速度和时间的不同，水合-脱水处理可以分为浸泡-干燥、湿滤纸-干燥、湿滤纸-浸泡-干燥等不同的处理方法。该方法在水稻[32]、番茄[33]、大豆[34]、豌豆[35]等作物的种子活力提高中均有应用报道。白永富等[36]将K 326品种烟草种子进行湿滤纸-浸泡-干燥处理(湿润滤纸上缓慢吸水24 h、水中浸泡2 h后干燥)，显著提高了种子的活力，其发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别提高20.7%、6.4%、4.13%、16.88%，浸种后电导率下降9.57。

2.1.2渗透调节

渗透调节指的是将种子置于水势较低的溶液中浸泡，使种子缓慢吸水而不发生萌动的过程。该处理能促进种子对膜系统、细胞器、DNA等的损伤修复，缩短种子萌发时间，提高出苗整齐度和出苗率，增强种子抗寒、抗旱、抗盐渍的能力[37-40]。聚乙二醇(PEG)是常用的渗透调节剂，它是一种高分子渗压剂，具有无毒无害、不会渗入种子活细胞内的优点，在许多作物种子的渗透调节中都有应用。张燕等[41]用20%PEG对烟草种子进行浸种处理48 h，显著提高了NC 89品种烟草种子的发芽率、发芽指数及幼苗叶片中抗氧化物酶(超氧物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶等)的活性，增强了种子内清除自由基的能力，同时也提高了烟草种子的抗寒性。杨春雷等研究发现，在PEG渗透调节过程中通氧气能够显著提高种子渗透调节的效果，并提出10%PEG浓度下浸种3 d，并同时通入空气是烟草种子渗透调节的最佳条件[42-43]。但是PEG存在价格高，用量多的缺点，在生产上的应用有一定的限制。研究发现，聚乙烯醇(PVA)在烟草种子渗透调节上也具有很好的效果，且用量少，成本低廉，因此具有更大的应用价值[44]。

2.1.3光温调节

温度和光照是影响烟草种子活力的重要环境因素。烟草种子最佳萌发温度为25～30 ℃[45]，低于8 ℃则不能萌发[46]。光照能够促进大部分烟草种子的萌发，不同品种的种子对光照时间的敏感度也有较大差异，仅有小部分对光照不敏感的烟草品种在黑暗条件下能够萌发。周冀衡研究认为，恒温28 ℃下全光照24 h能够显著提高NC 89品种烟草种子的萌发率、幼苗根长苗高和整齐度等，而18 ℃/28 ℃变温发芽对提高烟草种子的抗寒性、抗旱性等有一定的促进作用[47]。孙雨珍等[48]对7个烟草品种进行不同光温处理，在恒温30 ℃，光照16 h/黑暗8 h条件时，7个品种的烟草种子萌发率均达到最大值，因此认为30 ℃恒温、16 h光照能够满足绝大部分烟草品种的萌发需求。

此外，不同光质和光照强度对烟草种子的萌发也具有不同的影响。宋碧清等认为，烟草种子萌发的最佳光照强度为3 730 lx[49]。目前对光质的研究报道较少，且研究结果并不一致。招启柏等研究认为，相比于日光，红光和蓝光对K 326、K 346、云烟85、NC 82烟草种子的发芽势有明显的提高作用[50]。孙坤等分别用赤、橙、黄、绿、蓝、紫色光照对NC 89品种烟草种子进行处理，发现赤、橙、黄和紫光对烟草种子萌发有明显的促进作用，而绿、蓝光对烟草种子萌发的促进作用较弱，显著低于日光[51]。Wells等研究认为，烟草种子对红光更加敏感，蓝光对烟草种子活力的促进作用最弱[52]。

2.1.4电场处理

电场处理在农作物种子处理上有广泛的应用。通过模拟大自然的电场效应，对种子进行一定强度和时间的电场处理，能够促进种子内部的代谢活动，提高各种酶的活性，加快种子萌发，提高幼苗整齐度，增强抗病性和抗逆性，从而提高作物的产量和品质[53-55]。种子电场处理具有技术简单、操作方便，适用范围广、环保无污染等优点，在种子处理上具有较高的应用价值。研究发现5～7 kV·cm-1的电场处理K 326品种烟草种子1 h，能显著促进种子的萌发和幼苗的生长，提高烟草植株对干旱、低温、病害等的抗逆性[56-57]。周冀衡等[58]用1 kV·cm-1的电场对NC 89品种的烟草种子处理，贮藏1年的烟草种子经过90 min电场处理后第5天出苗率提高了2.5倍左右，地上部和地下部生长量每株分别比对照增加了42 mg和29.2 mg；贮藏2年的烟草种子经过120 min电场处理后第5天出苗率提高了4.2倍左右，地上部和地下部生长量每株分别比对照增加了37.4 mg和28.1 mg。

2.2 化学调控

2.2.1植物生长调节剂调控

在植物中，许多植物激素与种子的活力及其萌发有重要的关系，具有促进种子内的激素平衡，打破休眠，促进萌发的作用。然而植物内源激素含量非常低，无法大量提取。植物生长调节剂是人工合成的，与天然植物激素有相似功能的植物生长物质，在植物生长调节应用中效果十分显著。坎平等[59]用0.5 mmol·L-1的赤霉素(GA3)对烟草种子进行引发处理24 h，显著提高了种子在干旱和低温胁迫条件下的发芽势、发芽率、发芽指数等，同时缩短种子萌发时间，增加幼苗的根长、苗高和干鲜重，烟草种子和幼苗的抗寒性和抗旱性都得到了明显的提高。韩锦峰等[60]用0.1 mmol·L-1腐胺和亚精胺对NC 89烟草种子进行浸种处理24 h，提高了烟草种子发芽速度和发芽率，促进了幼苗的生长，提高了种子吸氧量，同时增强了烟草种子的淀粉酶及过氧化物酶活性。马文广等[61]用1.0 mg·L-1油菜素内酯(BR)对云烟203和MS云烟85品种烟草种子进行浸种处理，显著提高了烟草种子的发芽势、发芽率与发芽指数，降低种子平均发芽时间和幼苗MDA含量。张利军等研究表明，0.5 mmol·L-1水杨酸(SA)浸种处理能提高NC 89种子在低温胁迫下的萌发率，并缓解烟草幼苗叶片膜质过氧化作用，提高烟草种子的抗寒性[62]。彭茂林等[63]用200 mg·L-1萘乙酸(NAA)对烟草种子进行浸种处理，提高了种子的萌发率和发芽指数。

2.2.2营养元素调控

无机盐类和微量元素对种子的萌发和幼苗的生长发育有重要的作用，对种子内的各类生物酶的活性及其功能的发挥、各种代谢活动等产生直接或间接的影响。曾强等[64]用2.5 mmol·L-1氯化钙对K 326品种烟草种子进行浸种处理2 d，在盐胁迫下烟草种子的发芽势、发芽率和发芽指数分别比对照提高了39%和46%左右，种子脯氨酸和丙二醛含量分别下降45.82%、27.88%左右。杨亚等研究发现，硒质量浓度为0.5～2.0 mg·L-1的亚硒酸钠溶液能够明显提高烟草种子的发芽势和发芽率，超过20 mg·L-1则对烟草的萌发和幼苗生长有抑制作用[65]。张景茂等[66]分别用0.2%的硫酸锌和硼酸对NC 89烟草种子进行浸种处理，提高了种子的发芽势和发芽率。

除单独施用植物生长调节剂和营养元素药剂调控外，植物生长调节剂与营养元素复配溶液对提高烟草种子的活力也具有较好的效果。屈旭等[67]用不同浓度的MS营养液、GA3、吲哚丁酸(IBA)、6-BA复配溶液对MSK 326、NC 89品种烟草种子进行催芽处理，种子萌发迅速且各项生理指标均优于对照。孙菲菲等[68]用MS培养液、GA3、NAA复配溶液对中烟201种子进行催芽处理，种子露白的时间缩短，根系生长迅速，幼苗生长状况优于对照。

2.2.3其他化学试剂调控

除植物生长调节剂和营养元素试剂外，其他化学试剂在提高烟草种子活力应用方面也有报道。Khampheng等[69]用100 mmol·L-1浓度的脯氨酸(Pro)对云烟203品种烟草种子进行引发处理，增强了烟草幼苗在干旱和低温条件下抗坏血酸过氧化物酶(APX)和愈创木酚过氧化物酶(GPX)的活性，降低了幼苗丙二醛(MDA)的含量，缓解了干旱和低温胁迫对烟草幼苗造成的氧化损伤，提高了烟草种子和幼苗的抗旱性和抗寒性。张燕等[70]用氯化胆碱(CC)溶液对NC 89烟草种子进行浸种处理，种子的发芽指数、活力指数以及幼苗根系活力提高，种子呼吸速率加快，叶片的叶绿素和可溶性糖含量上升，叶片MDA含量和浸出液电导率下降，幼苗的抗逆性增强。沈奕等[71]用0.2～1.0 mg·mL-1几丁寡糖溶液对烟草种子进行浸种处理，显著提高种子的发芽率和发芽势，增强了种子内过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和苯丙氨酸解氨酶(PLA)的活性。孙渭等[72]用10 mg·L-1腺苷三磷酸(ATP)溶液对NC 89品种烟草种子进行浸种处理，显著提高了种子的发芽率，缩短了出苗时间，降低了种子浸出液的电导率，增强了种子的POD、脱氢酶和酸性磷酸酯酶活性。陈树林等[73]分别用30%和40%的磷酸三钠溶液对YK 01品种烟草种子进行浸种处理，显著提高了种子的出苗率(分别比对照提高13.9%和19.6%)，显著抑制了大田烟草植株的普通花叶病毒病(TMV)的发生。徐向丽等[74]用1～10 mg·L-1稻瘟灵(IPT)对K 326品种烟草种子进行浸种处理，显著促进了种子的萌发及胚根的发生，增加了烟苗侧根的发生，显著提高了幼苗叶片的鲜重、根长、株高、叶绿素含量以及根系的活力等。龙正龄[75]分别用10 mmol·L-1海藻糖(TH)和100μmol·L-1硝普钠(SNP)对云烟203品种烟草种子进行引发处理，均显著提高了烟草种子在干旱、低温以及干旱+低温双重胁迫下的发芽势、发芽率、发芽指数，缩短了发芽时间，增加了幼苗的根长、苗高和干鲜重。

2.3 种子包衣处理

2.3.1烟草种子丸化处理

种子丸化是一种将营养物质、生长调节剂、农药、染料、荧光剂等包裹于种子表面的种子处理技术[76]。烟草种子体积较小，用裸种进行育苗抗逆性较差，易受到病虫害的侵害。种子丸化技术能够有效地增大烟草种子体积，同时能够为种子提供营养物质、杀菌剂等，具有壮苗防病，提高抗逆性的作用。在烟草生产中，可以根据不同地区的土壤、病虫害等特点来设计不同的种子包衣剂，如在缺水地区研制高吸水性包衣，病虫害严重地区研制农药型包衣，营养缺乏地区研制肥料型包衣等[77]。郑昀晔等[78]用装载水杨酸(SA)的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAMPS)粉末作为种衣剂成分制成高吸水性包衣，对红花大金元和MSK 326品种烟草种子进行丸化处理，干旱条件下的种子发芽率、发芽指数、活力指数分别提高了26.36%、30.22%和33.61%，幼苗的根长、苗长、苗鲜重和苗干重等也有不同程度的提高。

2.3.2烟草种子引发与丸化结合技术

目前我国烟草种子包衣主要采用引发与丸化相结合的技术，将引发后的烟草种子进行丸化处理。相比于传统包衣技术，引发包衣种子出苗更快更整齐，抗逆性更强。马文广等[79]用10 g·L-1的过氧化钙(CaO2)引发后，用15%的CaO2种衣剂对MS云烟87和MSK 326品种烟草种子进行丸化处理，在低氧胁迫下云烟87种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗长度和幼苗干重分别提高了4.3%、3.0%、25.5%、52.5%、21.5%和41.4%，MSK 326品种种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗长度和幼苗干重分别提高了4.7%、2.7%、28.0%、69.3%、32.0%和31.0%。孙渭等[80]用PEG、锯末、珍珠岩等对NC 89烟草种子进行引发后进行包芽丸化，烟草种子的发芽率、活力指数、幼根长度等均较常规包衣丸化种子有显著提高。马文广等[81]用100 mg·L-1赤霉素(GA3)对MS云烟87品种种子进行引发处理，提高了烟草丸化种子在25 ℃和10 ℃下的发芽指数，缩短了萌发时间，提高了幼苗素质和抗寒性。

2.3.3烟草种子包衣新技术

近年来一些新型烟草包衣技术也有报道。Cui等[82]研制了一种装载SA的“智能”种子丸化技术，通过添加热敏PNIPAAm-co-BMA (聚N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸co丁酯)水凝胶，可以检测环境温度的变化并改变其网状结构，同时改变SA的释放速率。该技术不仅能提高烟草种子的耐寒性，也延长了SA的效率和作用时间。索文龙等[83]用添加1%负离子粉和4%负离子粉的新型包衣剂对MS云烟87品种的烟草种子进行包衣，显著提高了种子的发芽势、发芽率和发芽指数。

3 展 望

提高烟草种子活力是烟叶生产中非常关键的环节，对提高烟叶的产量和品质有重要意义。提高烟草种子活力的方法有很多，但由于不同品种的烟草种子遗传因素的差异，每一种方法并不一定适用于所有品种，且同一种方法针对不同品种的适用条件也并不一致。此外，不同的环境因素如温度、pH等可能也会对处理效果产生影响。因此，在应用到具体烟草品种时，应当进行预备试验，选择合适的处理方法和处理条件。

相比于化学调控，物理方法具有操作简单、环保无污染、快速无损的优点，有较好的应用前景。除电场之外，还有许多种子物理方法处理如紫外线、电离辐射、超声波、磁场等在其他作物种子上已有大量研究，但在烟草种子处理上的应用尚未见报道。因此，这些方法在提高烟草种子活力上的应用还需要进一步的研究。