老化处理对不同活力玉米种子萌发期及幼苗期生长的影响

邓 杰， 孔祥飞， 吴姗姗， 周凯凯， 孙丽芳， 王 霞， 李文龙， 高树仁

(1.黑龙江八一农垦大学农学院/黑龙江省现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室， 黑龙江 大庆 163319；2.北京市大兴区种子管理站， 北京 102600)

种子活力(Seed vigor)是种子在各种环境条件下具备的潜在萌发与出苗能力及贮藏性能，是衡量种子品质的重要指标[1]。种子从生理成熟开始，受本身遗传特性[2]及贮藏环境条件[3]的影响。种子活力的自然衰退导致种子老化(Seed aging)[4-5]，种子老化(劣变)会影响种子出苗情况和对不良条件的抵抗能力，使作物容易遭受病虫危害，生长优势及生产潜力受到影响[6-7]。在种子老化过程中，有毒物质积累、基本代谢失调导致种子活力下降[8]。尽管国内外很多专家学者做了大量研究[9-10]，但是种子老化的表现及机理并不十分清楚，因此要全面探究种子老化对作物生长发育的影响。

种子老化方法分为自然老化和人工老化，自然老化是将种子置于自然条件下贮藏若干年，多种因素复合影响种子活力；人工老化是通过对种子进行一定处理，加速种子老化进程。普遍认为，人工老化和自然老化对种子的影响不同，但都引起种子生理结构和生化反应的改变[11-12]，由于自然老化时间较长，用人工老化可以弥补自然老化所需时间过长的不足，所以目前常用人工老化代替自然老化的方法研究老化种子活力的各种变化规律[13]。研究表明，对种子进行人工老化处理后，其发芽势、发芽率等种子活力指标会下降，郑单958和先玉335经过50 ℃、RH 95%处理8 d后，发芽率降为0[14]；而甜玉米甜农88和甜农99经过41 ℃、相对湿度90%处理6 d后，发芽率还能达到80%以上[15]；小麦经过高温高湿9 d处理后仍能保持较高的发芽力和根系活力[16]；综上所述，不同作物、同种作物不同类型的种子活力差异很大。目前，前人研究主要集中在老化种子生理指标及萌发期的变化规律方面，关于老化对玉米幼苗生长及不同耐老化程度种子生长表现的研究鲜有报道。本试验通过对生产上种植的玉米杂交种进行人工老化处理，利用室内培养箱及温室环境条件，研究人工老化处理对不同活力玉米萌发指标、幼苗期生长特性的影响及其变化规律，为全面探究种子老化对作物生长发育的影响，研究种子老化机理和种子活力修复等提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

春玉米品种锦源338(半马齿型)、乐玉1号(半马齿型)、均隆1217(半马齿型)、科玉15(半马齿型)及元华116(偏硬粒型)，2019年购于大庆市杜尔伯特农资市场，发芽率均达到85%以上，前4个品种均有种衣剂包衣。

1.2 方 法

1.2.1人工加速老化

采用LH-150 S型种子老化箱对玉米种子进行高温高湿老化处理，老化处理温度为45 ℃、相对湿度为≥95%。将玉米种子放在网袋中，均匀平铺在老化箱内架子上，连续处理2、4、6、8 d，取出老化种子并放置室内20～25 ℃阴凉通风处，待种子含水量降为14%以下方可利用。以未老化处理的种子作为ck。

1.2.2室内培养箱发芽试验及测定项目

选用老化不同时间、大小均匀一致的5个玉米品种种子用10%的NaClO溶液浸泡消毒20 min，无菌水冲洗后，用无菌水浸泡6 h，利用纸间发芽法对种子进行发芽试验，将浸种后的种子在发芽盒内均匀摆放后，用无菌水溶液打湿滤纸。每个处理3次重复，每个重复30粒种子，于培养箱中25 ℃培养，每天用无菌水补充损失的水分。

从发芽第2天起，每天观察发芽情况，将发霉的种子及时移出，更换新的滤纸，记录发芽数量，以萌发幼芽达种子长度1/2为发芽标准，连续记录7 d，最后一天测量10个发芽种子的胚根长度及胚芽长度，未达到10个发芽数量的种子按实际数量计算，求取平均值。

根据种子发芽情况计算各指标，公式[17]如下：

发芽势(GP,%)=(第3天正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽率(GR,%)=(第7天正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指数(VI)=GI×S；

式中：Gt为t时间种子发芽数，Dt为相应发芽时间；S为第7天胚芽长度。

1.2.3温室幼苗试验及测定项目

试验在黑龙江八一农垦大学日光温室中进行。根据室内培养箱发芽试验结果，推算出能够区别不同玉米杂交种活力的适宜老化时间(t1)。选取2～3份活力有差异且老化后有差异的玉米品种，将其老化t1时间后，同ck在自来水下浸泡12 h，播种在营养穴盘内(基质配比为V营养土∶V蛭石=1∶1)，播深2 cm，每个穴盘50穴，每穴1粒种子，1个穴盘为1次重复，共3次重复。每天将基质的水分补足，记录出苗数量，直至出苗数量不再变动，以种子发芽出土约2 cm为出苗标准，计算出苗率及出苗指数。待2/3植株进入3叶1心期时，每个穴盘随机挑取20株幼苗，清洗干净，用吸水纸吸干幼苗表面水分，测量株高、根长，随机挑取10株幼苗测定地上(地下)部分鲜重，将地上和地下部分用105 ℃杀青30 min后80 ℃烘干至恒重后称取地上(地下)部分干重，计算株高整齐度。

出苗率(%)=(所有出苗数量/供试种子总数)×100%；

出苗指数=∑(t时间种子出苗数/相应出苗时间)；

株高整齐度=平均株高/株高的标准差

1.3 数据分析

利用Excel 2016软件对基础数据进行整理，用SPSS 18.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 老化处理对不同活力玉米种子室内发芽力的影响

由表1可知，不同品种、不同老化处理时间及品种与老化处理交互作用中的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长及胚芽长均表现极显著差异，表明人工老化处理对不同品种的上述指标均呈极显著影响，可以继续深入分析。

表1 老化处理对玉米种子活力性状的方差分析

不同老化处理时间的玉米种子活力各指标变化如表2所示，5个品种未老化的活力指数排序是锦源338>均隆1217>元华116>乐玉1号>科玉15，老化处理后，5个品种的发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数均随着老化时间延长呈降低趋势，但不同指标、不同品种间降低程度不同。元华116的各项活力指标均是老化处理4 d后与ck呈极显著降低趋势，其他4个品种是老化处理2 d后与ck呈显著或极显著差异。所有品种2 d老化处理的4项活力指标降幅较小，经过4 d老化处理后的4项活力指标均较ck下降50%以上，由此可以看出，老化2～4 d是玉米品种对老化条件产生反应的敏感期。元华116的各项指标降幅最缓，老化8 d后的发芽率为3.33%，说明其最耐老化。老化处理8 d的乐玉1号及均隆1217发芽率为0，老化6 d的锦源338、老化4 d的科玉15无发芽现象，说明这两个品种对老化条件较为敏感。

在胚根长度表现上，锦源338、乐玉1号及均隆1217随老化时间延长胚根长度减少。老化2 d的科玉15胚根长度略有增加，但与ck差异不显著；元华116的胚根长度随老化时间延长，呈增加-降低-增加的趋势，老化4 d的胚根长度最小，为8.66 cm。在胚芽长度表现上，老化2 d的元华116胚芽长度较ck增加0.43 cm，但差异不显著，随种子老化时间延长，胚芽长度逐渐减少，老化时间大于4 d的胚芽长度与ck差异极显著。另外4个品种的胚芽长均是随种子老化时间延长，胚芽长度逐渐减少，老化4 d的胚芽长度均与ck差异极显著。

根据不同老化处理时间与发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数的数据关系，建立老化处理时间与活性性状的回归方程(见表3)，因胚根长度不同品种变化差异较大，胚芽长度数据在活力指数计算中体现，故没有研究二者与老化处理时间的关系。由表3可以看出，玉米种子的4个活力性状与老化处理时间建立的一元二次回归方程的决定系数均达到0.95以上，达到显著差异。根据回归方程计算出4项活力指标达到半抑制程度的老化处理时间分别是2.45 d(GP)、2.66 d(GR)、2.34 d(GI)及2.15 d(VI)。

表3 老化处理与活力性状的相关分析

根据半抑制老化时间及表2分析结果，老化2～4 d是玉米种子对老化条件产生反应的敏感期，为方便种子处理和操作，将区别不同玉米杂交种活力的最短老化时间及后续老化研究时间t1确定为3 d。

表2 不同老化处理的玉米种子活力变化Table 2 Comparison of seed vigor changes of maize under different aging treatments

2.2 老化处理对不同活力玉米幼苗生长的影响

选取萌发期鉴定的不同活力且老化后有较大差异，元华116、锦源338及科玉15进行高温高湿老化处理3 d后同ck播种于温室营养穴盘中，出苗后调查的各性状方差分析结果(表4)表明，出苗率、出苗指数、根长、地下(地上)鲜重及地上干重在不同品种间达到极显著差异，其他性状未达到显著差异水平。不同老化处理时间的所有幼苗相关性状均达到极显著差异。出苗率、株高及地上鲜重的互作效应达到极显著水平，出苗指数的互作效应达到显著水平，其他性状的互作效应未表现出显著差异。

表4 老化处理对玉米幼苗性状的方差分析

从表5可以看出，未经过老化处理时，出苗率、株高及株高整齐度性状方面，3个品种表现依次是锦源338>科玉15>元华116；出苗指数、根长及地上鲜重性状方面，3个品种表现依次是科玉15>锦源338>元华116；地下鲜重及地上干重方面，3个品种表现依次是科玉15>元华116>锦源338；元华116的地下干重高于另外两个品种。种子老化处理3 d后，幼苗的各性状均受不同程度影响。3个玉米品种老化3 d后出苗率均极显著低于ck，锦源338和科玉15较ck分别降低49.30%、42.86%，元华116降低21.17%。3个品种老化3 d后出苗指数均极显著低于ck，但3个品种差异不大。

表5 老化处理对玉米幼苗性状的影响

幼苗长至3叶1心时，老化的元华116和科玉15株高、株高整齐度较ck有降低趋势，但未达到极显著水平，锦源338的株高和株高整齐度分别较ck降低23.72%、66.90%，达到极显著水平。老化后的幼苗根长较ck全部变短，老化敏感的科玉15根长较ck降低24.67%，达到显著水平，较耐老化元华116的根长较ck减少38.08%，达到极显著水平，出现这种现象的原因需要进一步探索。

各品种老化处理的地上、地下鲜重均比ck有下降趋势，锦源338老化处理的地下鲜重及地上鲜重分别显著、极显著低于ck，科玉15的地上鲜重显著低于ck，元华116的这两个指标未有显著差异。各品种处理的地下干重均比ck有上升趋势，锦源338老化处理的地下干重极显著高于ck，高出0.53 g；科玉15老化处理的地下干重较ck高0.28 g，达到显著水平。各品种处理的地上干重比ck有下降趋势，锦源338和科玉15的地上干重在ck与处理间达到极显著或显著水平，元华116的地下地上干重未达到显著水平。

3 讨 论

旺盛的种子活力是提高种子的发芽率、出苗整齐度以及促进植物健壮生长的基本条件[18]，然而种子在收获后经过贮藏、尤其不良条件的贮藏或贮藏时间过长会导致种子活力下降，从而影响出苗、生长及产量，故提高种子活力在保证作物高产和稳产的目标中具有基石作用[19]。

研究表明，不同活力玉米种子经过老化后，活力下降程度各不相同。随着老化处理时间延长，不同活力种子所受伤害出现明显差异变化，科玉15和锦源338的活力降低迅速，元华116的活力降低缓慢，说明不同品种间耐老化程度不同。老化时间继续延长，活力继续降低，老化8 d时，只有在ck中活力表现一般的元华116有微弱活力，其他玉米品种的活力彻底丧失，分析其原因可能是另外4个品种的种子外均有种衣剂，并且都是半马齿型玉米，当种子置于高温高湿条件中，半马齿型种子吸水速率快，种子吸胀后，种衣剂进入种子胚细胞内部，种衣剂中药剂成分对胚细胞代谢产生抑制作用。本研究结果和前人研究结果相同之处是随老化处理时间延长种子活力均呈下降趋势；不同之处是本研究中所有玉米品种的种子活力受老化影响较大，同是高温高湿老化4 d，本研究供试玉米种子老化后活力指数均比ck下降80%，王春莲等[13]研究表明，3个老化玉米种子活力指数均比ck下降30%左右，渠云芳等[20]研究表明，2个老化玉米种子发芽率和活力指数分别均比ck下降40%和50%左右，可能是受品种遗传特性及种子在形成、发育、收获、贮藏过程中的环境条件影响。

多个品种的胚根长、胚芽长随老化时间延长呈降低趋势，但是不同玉米品种受老化处理后表现差异显著，元华116胚根长度随老化时间延长，呈增加-降低-增加的趋势，说明老化在影响种子活力方面主要影响玉米种子的发芽能力，一旦种子发芽，可以对种子受到的伤害进行自我修复。老化2 d的科玉15和元华116胚根长、胚芽长出现略比ck增大的现象，也说明轻微的老化条件对胚根长、胚芽长影响较小，有的品种具有自我修复功能。

温室穴盘试验结果显示，老化3 d的锦源338及科玉15多项地上指标较元华116表现出降低趋势，具体为出苗率、株高、株高整齐度、地上鲜重及地上干重，说明锦源338和科玉15属于老化敏感型玉米品种，其地上部分生长受严重抑制，元华116耐老化能力较强，其地上部分生长受抑制程度较小。通过根长、地下鲜重及地下干重数据的对比发现，老化处理的根长、地下鲜重均比ck有下降趋势，但是地下干重出现相反的结果，表明老化种子的幼苗含水量低，代谢缓慢，不能将根系吸收的营养物质及时向上运输，老化种子地上部生长受到抑制较重，这种现象在锦源338及科玉15两个品种上表现更显著。锦源338及科玉15的生育期分别是126 d和129 d，而元华116的生育期是104 d，适合在冷凉地区种植，耐低温的品种同样具有较高种子活力，元华116较耐老化的原因可能是在品种选育时注重了种子活力这一性状。

4 结 论

本研究表明，随人工老化处理时间延长，不同活性玉米种子萌发期各性状差异逐渐加大，活力降低程度不同。正常条件下种植活力较高的锦源338及科玉15不耐老化，元华116较耐老化，老化敏感型玉米种子的出苗率、出苗速率、幼苗生长量及整齐度受抑制程度严重，幼苗含水量低，代谢缓慢。若要全面研究种子老化对作物生长发育的影响，应增加种子不同类型进行深入分析。