向日葵種子活力測(cè)定方法

劉家欣，黃智昊，陳珊宇，阮關(guān)海，胡晉，關(guān)亞靜*

(1.浙江大學(xué)海南研究院，海南 三亞 572025；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 種子科學(xué)中心，浙江 杭州 310058；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021)

向日葵(HelianthusannuusL.)隸屬菊科向日葵屬，一年生草本植物，種子含油量高，味香可口，是重要的油料類作物，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。隨著我國(guó)糧食生產(chǎn)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，以及人們的健康需要和膳食結(jié)構(gòu)的改善，小雜糧的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大。向日葵作為重要的小雜糧作物，同時(shí)具備食用、觀賞及油用等多種用途，也受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。但是向日葵種子質(zhì)量參差不齊，且由于含油量高，種子易老化劣變，較難貯藏，嚴(yán)重制約了向日葵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。

種子活力是指種子的生產(chǎn)潛能，是種子質(zhì)量和種用價(jià)值的重要指標(biāo)，與田間出苗密切相關(guān)[3]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，高活力種子具有田間出苗迅速、成苗率高、抗逆性強(qiáng)、節(jié)約成本等明顯的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)和潛力。因此，研究適用于向日葵的快速有效的種子活力檢測(cè)方法，監(jiān)測(cè)并了解種子質(zhì)量，對(duì)向日葵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常重要。目前，生產(chǎn)上大多采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽率預(yù)測(cè)大田種子的出苗情況，但生產(chǎn)實(shí)踐表明，發(fā)芽率與田間出苗率之間往往存在較大差距[4]。Anfinrud[5]研究發(fā)現(xiàn)，向日葵種子滲濾液電導(dǎo)率與田間出苗率相關(guān)系數(shù)最高。Ducatti等[6]采用加速老化法對(duì)向日葵種子進(jìn)行活力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)老化處理72 h后可明顯區(qū)分向日葵種子的活力水平，但是該結(jié)果受果殼有無(wú)的影響。

為了系統(tǒng)地探究適合向日葵種子活力測(cè)定的快速有效的鑒定方法與指標(biāo)，本試驗(yàn)選用標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽、電導(dǎo)率測(cè)定及抗冷測(cè)定等種子活力鑒定方法，通過(guò)與模擬田間試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，篩選出較優(yōu)的向日葵種子活力鑒定方法及指標(biāo)，以期為向日葵的生產(chǎn)、貯藏、銷售等提供技術(shù)支持與理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)采用了浙江省主栽的向日葵品種種子材料37份(由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供)，從中篩選出具有明顯活力水平差異的6個(gè)種子批(編號(hào)分別為S116、S117、S119、S144、G151和LK5)進(jìn)行活力測(cè)定方法的研究。測(cè)量記錄種子粒長(zhǎng)、粒寬，采用百粒法測(cè)定種子千粒重。并采用低恒溫烘箱法測(cè)定帶殼和不帶殼種子的水分[7]。

1.2 方法

標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)。用2%的次氯酸鈉溶液將向日葵種子浸泡滅菌10 min，用去離子水清洗干凈，擦干種子表面水分。每個(gè)種子批設(shè)置4次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子，采用紙卷法、變溫條件(30 ℃光照8 h/20 ℃黑暗16 h)發(fā)芽，以胚根長(zhǎng)度≥種子長(zhǎng)度為出芽標(biāo)準(zhǔn)，記錄每天出芽種子數(shù)，第10 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率(即正常幼苗率)，并隨機(jī)選取10株向日葵幼苗，測(cè)量幼苗長(zhǎng)度。將幼苗置于80 ℃烘箱中烘干24 h，在干燥器中冷卻稱重。按照以下公式計(jì)算向日葵種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[8]：發(fā)芽指數(shù)=∑(日發(fā)芽種子數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽日數(shù))；活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗干重(10株幼苗的平均重量，g)。

電導(dǎo)率測(cè)定。由于向日葵種子去殼和不去殼的含水量不一致，同時(shí)為了避免果殼對(duì)電導(dǎo)率的影響，試驗(yàn)采用去殼種子進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定。將向日葵種子去殼，水分統(tǒng)一調(diào)至12%左右，稱重，放入裝有40 mL去離子水的燒杯中，在20 ℃恒溫箱中避光放置24 h，以未放置種子的去離子水溶液為對(duì)照，測(cè)量并記錄溶液的電導(dǎo)率值。測(cè)定結(jié)束后將燒杯在水浴中加熱煮沸5 min后取出，待溶液冷卻后再測(cè)量，記錄溶液的電導(dǎo)率值。按照公式：電導(dǎo)率=(試驗(yàn)溶液電導(dǎo)率-對(duì)照溶液電導(dǎo)率)/種子樣品重量，分別計(jì)算煮沸前后的溶液電導(dǎo)率；按照公式：相對(duì)電導(dǎo)率=煮沸前溶液電導(dǎo)率/煮沸后溶液電導(dǎo)率×100%，計(jì)算樣品的相對(duì)電導(dǎo)率[9]。

抗冷測(cè)定。待測(cè)向日葵種子滅菌備用，將發(fā)芽紙(30 cm×20 cm)浸濕后于10 ℃低溫下預(yù)冷1 h。將過(guò)篩的土壤濕潤(rùn)，置于10 ℃預(yù)冷。將滅菌的種子均勻排列在雙層預(yù)冷的發(fā)芽紙上，每重復(fù)25粒，每個(gè)種子批8次重復(fù)。在種子上覆蓋一層薄的預(yù)冷的土壤(保證土壤與種子接觸)，再蓋一張預(yù)冷的發(fā)芽紙，卷成筒狀，豎直放在塑料桶內(nèi)發(fā)芽。塑料桶上蓋一層保鮮膜，以免水分流失。先將桶置于10 ℃黑暗培養(yǎng)7 d，然后恢復(fù)30 ℃光照8 h/20 ℃黑暗16 h培養(yǎng)4 d。以胚根≥種子長(zhǎng)度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，觀察并記錄向日葵種子發(fā)芽情況[10]。

模擬田間試驗(yàn)。準(zhǔn)備好已過(guò)篩的干燥土樣，按照土壤持水量20%的標(biāo)準(zhǔn)與水混合。將濕潤(rùn)的土樣放入容器中，模擬田間土壤環(huán)境[11]。將向日葵種子滅菌后播種于土壤中，置于室外。播種后的前3 d，在容器上覆蓋保鮮膜以保證土壤水分不過(guò)快流失，之后去掉薄膜，每天正常澆水。10 d后進(jìn)行發(fā)芽率統(tǒng)計(jì)及幼苗鑒定。并采用四唑染色法測(cè)定未發(fā)芽種子的生活力。

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用SPSS 13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析，若差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，則采用LSD法比較不同處理間的差異顯著性(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 向日葵種子的物理性狀

6個(gè)向日葵種子批的大小各異(表1)。其中，LK5和S119的種子長(zhǎng)度最長(zhǎng)，其次為S117、S116和S144，G151種子長(zhǎng)度最短，僅1.12 cm。LK5的種子最寬，達(dá)0.75 cm，其次為S119，種子寬度為0.66 cm，而S116、S117和S144的種子寬度在0.50～0.58 cm，G151的種子較窄，僅0.42 cm。在千粒重方面，LK5和S119種子較重，其千粒重達(dá)150 g以上，顯著高于其他種子批，S116、S117和S144的千粒重在100 g左右，G151的千粒重最低，僅28.3 g。

表1 6個(gè)向日葵種子批的物理性狀

6個(gè)向日葵種子批不去殼的種子含水量在6.3%～7.5%，而去果殼后種子含水量下降至5.0%～6.1%，表明向日葵種子果殼的含水量較高，故在進(jìn)行電導(dǎo)率等指標(biāo)測(cè)定時(shí)需考慮果殼對(duì)種子水分的影響。

2.2 6個(gè)向日葵種子批的標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽情況

6個(gè)向日葵種子批的活力存在明顯差異(圖1、表2)。其中G151具有較快的發(fā)芽速率，最終發(fā)芽率達(dá)92%，顯著高于其他5個(gè)種子批。同時(shí)，G151和S116具有較高的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和較低的平均發(fā)芽時(shí)間。而LK5和S119的發(fā)芽速度較慢，最終發(fā)芽率僅為23.0%和39.0%，且發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于其他種子批。

圖1 6個(gè)向日葵種子批在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)條件下的發(fā)芽進(jìn)度曲線

表2 6個(gè)向日葵種子批的標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)情況

從幼苗生長(zhǎng)情況來(lái)看，S119的10株幼苗干重達(dá)0.710 g，顯著高于其他種子批(表2)。LK5、S116、S117、S144的10株幼苗干重之間沒(méi)有顯著差異。G151的幼苗干重最輕，僅為0.244 g。在幼苗全長(zhǎng)上，S116的幼苗全長(zhǎng)顯著高于其他種子批，其次為S117和S144。G151、S119和LK5的全長(zhǎng)均低于20 cm，其中LK5最短，僅為15.25 cm(表2)。

2.3 不同活力測(cè)定方法的結(jié)果分析

6個(gè)向日葵種子批中，S119的相對(duì)電導(dǎo)率高于其他種子批，S114次之，S117和G151的相對(duì)電導(dǎo)率值較低(表3)。

表3 6個(gè)向日葵種子批活力測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果

在低溫條件下，G151和S116仍然保持了較高的發(fā)芽率，G151的發(fā)芽率達(dá)94.7%，顯著高于其他種子批。LK5和S119的發(fā)芽率分別僅有20.0%和24.0%，顯著低于其他種子批，且發(fā)芽率較標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率顯著下降，表明其對(duì)低溫較敏感。

在模擬田間試驗(yàn)中，各種子批的發(fā)芽率較標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率均明顯下降。其中，除了G151種子批仍然能夠保持82.7%的田間發(fā)芽率，其余種子批的田間發(fā)芽率均在50%以下。LK5和S119的田間發(fā)芽率僅不到10%，顯著低于其他種子批。此外，模擬田間試驗(yàn)的向日葵種子的發(fā)芽時(shí)間比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)推遲2 d左右。

2.4 相關(guān)性分析

對(duì)不同活力測(cè)定方法的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)模擬田間試驗(yàn)的發(fā)芽率與標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與抗冷測(cè)定發(fā)芽率、標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)3 d的出芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)，與平均發(fā)芽時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)，而與活力指數(shù)和電導(dǎo)率相關(guān)性不顯著(表4)。此外，標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽指數(shù)與抗冷測(cè)定發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)，且兩者與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)3 d的出芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率也呈極顯著正相關(guān)，與平均發(fā)芽時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)。因此，標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽的發(fā)芽指數(shù)可作為向日葵種子活力鑒定的優(yōu)先指標(biāo)，抗冷測(cè)定發(fā)芽率、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間次之，活力指數(shù)與電導(dǎo)率測(cè)定則不適用于向日葵種子的活力鑒定。

表4 不同方法測(cè)定向日葵種子活力的相關(guān)性分析

對(duì)不同物理性狀的鑒定結(jié)果與模擬田間試驗(yàn)發(fā)芽率、抗冷測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)，發(fā)現(xiàn)模擬田間試驗(yàn)的發(fā)芽率與粒長(zhǎng)及千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粒寬、幼苗干重及幼苗全長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系?？估錅y(cè)定發(fā)芽率、標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽的發(fā)芽指數(shù)與千粒重極顯著負(fù)相關(guān)，與粒長(zhǎng)、粒寬均顯著負(fù)相關(guān)。此外，千粒重與粒長(zhǎng)、粒寬呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，因此，種子的物理性狀中千粒重、粒長(zhǎng)及粒寬也可作為向日葵種子活力鑒定的參考指標(biāo)，幼苗干重、幼苗全長(zhǎng)等指標(biāo)則不適用于向日葵種子活力水平的評(píng)價(jià)。

表5 向日葵種子物理性狀與不同活力指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 小結(jié)與討論

種子活力是種子內(nèi)在生命力強(qiáng)弱的屬性，與田間出苗潛力密切相關(guān)。在模擬田間試驗(yàn)中，除了G151種子批仍然保持較高的田間出苗率，其余種子批的出苗率相比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)均大幅下降，表明高活力種子對(duì)田間復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，因此，選用適合于向日葵種子的活力鑒定方法，及時(shí)了解種子的活力水平對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。

標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)通常用于種子發(fā)芽率的檢測(cè)，但也可以通過(guò)測(cè)定一些發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行種子活力的鑒定。本研究在標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽試驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)了3 d出芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及平均發(fā)芽時(shí)間，結(jié)果顯示，6個(gè)向日葵種子批的發(fā)芽率、發(fā)芽速率明顯不同，其活力水平存在顯著差異。模擬田間發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間均存在顯著相關(guān)關(guān)系，表明發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及平均發(fā)芽時(shí)間可用于評(píng)價(jià)向日葵種子的活力水平。

早春播種易遭受低溫冷害[12-13]，因此，通常采用低溫發(fā)芽或抗冷測(cè)定進(jìn)行玉米[11]、大豆[14]、棉花[15]等春播喜溫作物的種子活力測(cè)定。劉春香等[11]研究發(fā)現(xiàn)，玉米種子低溫發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽率與田間出苗率呈顯著正相關(guān)，可用于玉米種子活力檢測(cè)。李勵(lì)[10]研究發(fā)現(xiàn)，玉米種子的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽率和抗冷測(cè)定發(fā)芽率與大田播種出苗率間的相關(guān)性均顯著，但抗冷測(cè)定發(fā)芽率與大田出苗率的相關(guān)性更高。在本研究中，抗冷測(cè)定發(fā)芽率與田間出苗率等指標(biāo)呈顯著相關(guān)關(guān)系，表明抗冷測(cè)定也適用于向日葵種子活力水平的檢測(cè)。這可能是因?yàn)楦呋盍Φ南蛉湛N子能較好適應(yīng)低溫環(huán)境，在10 ℃低溫逆境下仍能保持較高的活力水平，而低活力的向日葵種子對(duì)逆境的適應(yīng)能力減弱，低溫下發(fā)芽速度和發(fā)芽率均明顯下降。

電導(dǎo)率測(cè)定適用于豆科、玉米[16]、番茄、洋蔥、棉花等種子的活力測(cè)定。Ducatti等[6]對(duì)向日葵種子進(jìn)行了電導(dǎo)率測(cè)定，并對(duì)比了向日葵種子在有果皮與無(wú)果皮狀況下的電導(dǎo)率差異，發(fā)現(xiàn)有果皮向日葵種子浸出液的電導(dǎo)率要顯著高于無(wú)果皮向日葵種子，這可能是由于果殼內(nèi)存在一些易影響電導(dǎo)率變化的物質(zhì)，如發(fā)芽抑制物等。本試驗(yàn)中采用去除果殼的種子進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，其結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽時(shí)間、活力指數(shù)及模擬田間試驗(yàn)等具有負(fù)相關(guān)性，但均沒(méi)有達(dá)顯著水平?？赡苁怯捎谝恍┫蛉湛贩N的種子果與種皮貼合較緊，在脫殼時(shí)易受機(jī)械損傷，而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高。此外，果殼對(duì)種子萌發(fā)可能存在一定的機(jī)械限制作用，同時(shí)果殼內(nèi)也可能存在發(fā)芽抑制物。因此，電導(dǎo)率測(cè)定在向日葵種子活力測(cè)定上的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

此外，千粒重也是種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常，對(duì)于同品種的種子，千粒重越高，種子越飽滿，種子質(zhì)量也越好。但本研究的相關(guān)性分析表明，向日葵種子模擬田間試驗(yàn)的發(fā)芽率與千粒重、粒長(zhǎng)存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即種子越長(zhǎng)、千粒重越高，其活力反而越低，表明不同品種的種子活力水平主要取決于品種的遺傳因素。但由于本研究采用的是不同種子批的向日葵，不含有同種子批不同活力批次的種子，因此，在選用千粒重和粒長(zhǎng)作為向日葵種子活力評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)需慎重。

綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽和抗冷測(cè)定均適用于向日葵種子活力測(cè)定，其中，標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間和抗冷測(cè)定發(fā)芽率均可用于向日葵種子活力水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)，較好地反映向日葵種子的田間出苗率，電導(dǎo)率測(cè)定則不適用。此外，千粒重、粒長(zhǎng)與田間出苗呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，也能較好地反映向日葵種子的活力水平。建議在進(jìn)行向日葵種子活力測(cè)定時(shí)，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)紙卷發(fā)芽和抗冷測(cè)定法，以千粒重和粒長(zhǎng)為參考指標(biāo)。