不同脱绒方式及PEG胁迫下对棉花种子活力及幼苗性状的影响

米尔扎提·木塔力甫,石秀楠,柏军兵,祖拜代·阿布都克日木,吾勒加勒哈斯·阿扎提,石书兵

(新疆农业大学农学院 ,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】棉花是我国重要的经济作物和纺织工业原料[1]。生产高活力种子是促进农业发展的有效措施[2-4],而种子加工是种子工程的重要环节,提高种子加工技术对生产高活力种子有重要意义。【前人研究进展】棉花种子加工主要采用一系列物理、化学方法,去掉棉种表面短绒[5-6]。脱绒后的棉种若残留有超标的短绒,会影响精选效果、包衣剂处理和机械化播种,且种子表面残酸量也有一定要求[7- 8]。脱绒质量与种子原始水分、健籽率、种子含绒量、稀硫酸供给量、热风温度和流量、干燥时间以及种子最高温度等因素控制有关[9]。脱绒后的棉花光籽播种比带绒棉籽播种死苗率低1.6%,病苗率低3.7%,蚜株率低20%,播种发芽率高11%～25%,平均早出苗2～3 d,更有利于精量播种[10]。棉花种子脱绒分化学脱绒和机械脱绒。常用化学脱绒为硫酸脱绒。机械脱绒按采用磨料的不同,分砂瓦脱绒和钢刷脱绒两种[11]。硫酸脱绒投资小,但费时、耗酸量多,加工出的种子不易控制水分[12]。机械脱绒操作简单、生产成本低、无污染,可以回收利用棉短绒,但是对棉种无杀菌作用,在脱绒过程中由于摩擦作用使种胚的子叶及胚根均受到损伤,活力受到影响,发芽率降低。激光脱绒的温度非常高,一般为500℃左右,在激光下瞬间可烧掉较长的绒,无污染,可以有效地防止种子受损及提高种子活力、发芽率,有效地防治作物病虫害[13]。【本研究切入点】目前关于不同脱绒方式棉花种子在PEG胁迫下种子活力及幼苗性状的影响鲜见报道。需研究不同脱绒方式对PEG胁迫下棉花种子活力及幼苗性状的影响。【拟解决的关键问题】研究激光脱绒对棉花种子农艺性状、生理性状的影响,分析激光脱绒方式较硫酸传统脱绒方式的显著优势,为棉花种子激光脱绒方式在实际生产应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年在新疆农业大学农学院小麦高产栽培实验室进行,以新陆早64号为供试材料,设硫酸脱绒(T1)、激光脱短绒(T2,种子表面带有短毛绒)、激光脱长绒(T3,种子表面带有稍长的毛绒)3种脱绒处理,在浓度分别为0%(CK)、5%(P5)、15%(P15)、25%(P25)4个PEG-8000处理下,进行模拟干旱胁迫试验。

精选种子,采用双氧水浸泡消毒10min,浸泡消毒后,再用蒸馏水冲洗多次,最后用蒸馏水浸种24 h。使用砂床法,加5%、15%、25%的PEG充分搅拌,3次重复,每个重复150粒种子。置于光照培养室内,白天温度(25±2)℃,光强400 μmol/(m2·s),12 h;夜间温度(22±2)℃,12 h。播种后第12 d测定发芽率及生理指标。

1.2 方 法

1.2.1 种子活力

播种后,每天统计种子发芽数。播种后第4 d统计种子发芽数,发芽种子数/供试种子数×100%即为发芽势;播种后第12 d统计种子发芽数,发芽标准为芽长达种子长度的1/2,全部发芽种子数/供试种子数×100%即为发芽率。发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt),式中,Gt为在不同时间的发芽数,Dt为发芽天数。

1.2.2 幼苗干鲜重

擦干幼苗水分,用天平称量各处理幼苗的鲜重,计算单株平均幼苗的鲜重;随后装入信封袋,在恒温干燥箱中恒温烘干至恒重,冷却后称量计算出单株幼苗的干重。

1.2.3 幼苗苗长、根长

将冲洗干净后的幼苗平铺在根系扫描仪平板上,测量幼苗根长、苗长、根数等相关指标。

1.2.4 幼苗生理特性

蒽酮法测定可溶性糖含量(mg/g),用茚三酮比色法测定脯氨酸含量;用硫代巴比妥比色法测定丙二醛含量;愈创木酚氧化法测定过氧化物酶活性[14](1个酶活力单位U定义为每克鲜重组织每分钟引起的0.01OD470 nm的变化)。

1.3 数据处理

用Excel 2007、DPS7.05统计软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同脱绒方式对PEG胁迫下棉花种子活力的影响

研究表明,脱绒方式对发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均有显著影响。不同脱绒方式处理下,发芽势、发芽率表现为T1>T2>T3,差异显著,其中,T1发芽率分别比T2、T3发芽率显著高13.49%、14.78%,发芽指数、活力指数表现为T1>T3>T2,PEG-8000浓度的增高对发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均有显著影响。与CK相比,T1处理下,发芽势、发芽指数分别于P5、P25达显著差异,发芽率和活力指数均于P15处理下达显著差异;T2处理下,发芽势、发芽率于P25达显著差异,发芽指数于P5、P15达显著差异,活力指数于P15、P25达显著差异;T3处理下,发芽势、发芽率、发芽指数在P25达显著差异,活力指数于P15、P25达显著差异。硫酸脱绒方式棉花种子发芽势、发芽率优于激光脱绒方式,但激光脱绒方式种子活力及抗旱性优于硫酸脱绒方式。表1

表1 不同脱绒方式和PEG胁迫下棉花种子萌发指标变化

2.2 不同脱绒方式对PEG胁迫下棉花幼苗干重的影响

研究表明,幼苗叶、根干重在不同脱绒处理下差异不显著,而茎干重差异达显著性水平。PEG浓度对幼苗营养器官干重有显著影响,与CK相比,T1处理下,茎干重于P15、P25达显著差异;T2处理下,茎干重于各浓度均达显著差异,根干重于P25浓度时达显著差异;T3处理下,茎干重于P15、P25达显著差异。表2

2.3 不同脱绒方式对PEG胁迫下棉花幼苗苗长、根长的影响

研究表明,不同脱绒方式对棉花幼苗长度、表面积、体积、茎平均直径无显著影响。PEG浓度对幼苗表面积、体积、茎平均直径有显著影响,与CK相比,在T1处理下,茎平均直径于P5、P15达显著差异;T2处理下,幼苗表面积、体积于P25达显著差异;T3处理下,幼苗体积、茎平均直径于P5达显著差异。表3

表2 不同脱绒方式和PEG胁迫下棉花幼苗干重变化

不同脱绒方式对根长有显著影响,表现为T3>T2>T1,PEG浓度对根长、根平均直径有显著影响,与CK相比,在T1处理下,根长、根平均直径于P15、P25达显著差异;T2处理下,根平均直径于P15、P25达显著差异;T3处理下,根长、根平均直径于P5达显著差异。表4

表3 不同脱绒方式和PEG胁迫下棉花幼苗指标变化

表4 不同脱绒方式和PEG胁迫下棉花幼苗根部指标变化

2.4 不同脱绒方式对PEG胁迫下棉花幼苗生理特性的影响

研究表明,不同脱绒方式对幼苗生理特性有显著影响,脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量表现为T3>T2>T1,过氧化物酶活性表现为T1>T2>T3。PEG浓度对幼苗生理特性有显著影响,脯氨酸、丙二醛含量随PEG浓度升高而增加,可溶性糖含量和过氧化物酶活性随PEG浓度升高而减少,与CK相比,在T1处理下,脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性在各浓度均达显著差异,脯氨酸含量分别增加了10.53%、46.70%、 57.18%,可溶性糖含量于P15、P25达显著差异,分别降低了24.66%、42.55%;T2处理下,脯氨酸含量于P5、P15、P25分别增加了24.42%、 57.37%、69.68%,可溶性糖含量于P15、P25分别降低了21.93%、 33.06%;T3处理下,脯氨酸含量分别增加了42.05%、 81.64%、120.54%,可溶性糖含量于P15、P25分别降低了26.32%、56.89%。表5

表5 不同脱绒方式和PEG胁迫下棉花幼苗酶含量变化

3 讨 论

硫酸脱绒、机械脱绒都有不足,会在一定程度上降低种子活力,影响棉花幼苗生长发育[15]。

研究表明[16],棉花种子脱绒后,种子吸水速率、种子相对电导率、棉花种子萌发期相对电导率及丙二醛含量显著增加;发芽率、棉芽中可溶性蛋白质与可溶性糖含量明显降低。研究表明,硫酸脱绒与激光脱短绒间发芽率、发芽势差异不显著,但与激光脱长绒之间差异显著。而且硫酸脱绒的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗茎平均直径、根长、根表面积、根体积、根平均直径、脯氨酸含量、过氧化物酶活性等都高于激光脱绒,可溶性糖和丙二醛含量则低于激光脱绒。张敏敏等[17]研究表明,当PEG浓度为25%时,棉花种子幼苗萌发受到极大抑制,低浓度时发芽率、发芽势差异不显著,发芽率、发芽势随PEG浓度上升而下降。在干旱胁迫下,植物生长受到抑制的现象是干旱胁迫导致的一系列生理效应的综合体现[18]。李东晓等[19]研究得出,棉花不同时期的株高和叶面积都随干旱胁迫加重而降低。植物细胞内保护酶系统主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等,在植物活性氧清除系统中处于重要地位,维持着活性氧自由基系统的平衡[20]。干旱胁迫会导致植物细胞内的活性氧代谢失去平衡,细胞内积累大量的活性氧,导致膜脂过氧化,损伤甚至死亡[21],丁玲[22]发现随PEG浓度升高黄瓜SOD活性呈现先上升后下降的趋势;对沙棘、苜蓿[23]等研究表明,在干旱加重时,POD活性表现为先升后降。PEG浓度升高可溶性糖、丙二醛、脯氨酸含量升高[24]。研究表明,PEG-8000浓度的升高,各处理棉花种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗营养器官干重、苗长、可溶性糖含量及过氧化物酶活性下降,丙二醛、脯氨酸含量显著增加,幼苗茎平均直径、根体积及平均直径呈先增加后减少的趋势。

4 结 论

不同脱绒方式对棉花种子发芽率和发芽势影响显著,其中,发芽率、发芽势、根体积、根平均直径、脯氨酸含量、过氧化物酶活性表现为T1>T2>T3,发芽指数、活力指数、幼苗茎平均直径、根长、根表面积等表现为T1>T3>T2,可溶性糖和丙二醛含量表现为T3>T2>T1。硫酸脱绒方式发芽率、发芽势、根体积、根平均直径、脯氨酸含量、过氧化物酶活性高于激光脱绒,发芽指数、活力指数、幼苗茎平均直径、根长、根表面积等表现为硫酸脱绒高于激光脱长绒和激光脱短绒,可溶性糖和丙二醛含量表现为激光脱绒高于硫酸脱绒。与硫酸脱绒方式相比,激光脱绒降低了棉籽的发芽率和发芽势,但提高了种子活力及抗旱性。