白羊草種子脫絨技術(shù)初探

佟莉蓉， 任星遠(yuǎn)， 董 潔， 宋 雨， 胡 燕， 董寬虎*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.北京市科學(xué)技術(shù)研究院科技情報(bào)研究所, 北京 100044)

白羊草(Bothriochloaischaemum)是禾本科穎草屬多年生植物，主要生長在降雨較少的干旱半干旱地區(qū)，根系發(fā)達(dá)，具有生命力旺盛、耐旱高產(chǎn)[1]的優(yōu)點(diǎn)，在水土保持方面發(fā)揮著重要作用，是黃土高原地區(qū)的天然優(yōu)質(zhì)牧草[2]。白羊草在山西省分布較廣，其草地面積約為1.7×106hm2，占山西省草地總面積的36%以上，是促進(jìn)山西省草牧業(yè)發(fā)展的重要優(yōu)質(zhì)牧草資源[3]。近幾年來對(duì)白羊草的研究主要集中在生產(chǎn)性能[4]、營養(yǎng)價(jià)值[5]、生理生態(tài)[6]和遺傳基因上[7]，而對(duì)于白羊草種子的研究較少。白羊草種子較小，但成熟度高，籽粒飽滿，千粒重約0.65 g，種子長度約4 mm，寬約1 mm，種子中心頂端有芒，長約7～10 mm，種子上有散發(fā)性簇狀絨毛，絨毛呈白色，這些絨毛是白羊草種子表皮上的附屬物之一，對(duì)種子、種皮起著保護(hù)作用，有助于種子在自然條件下的傳播[8]，但是在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)使種子相互粘連，造成播種分布不均，發(fā)芽率降低，限制了機(jī)械化生產(chǎn)，也為微生物和病蟲害的生長提供了溫床。

國內(nèi)外對(duì)棉花(Gossypiumherbaceum)和番茄(Solanumlycopersicum)的種子脫絨研究較為深入，脫絨技術(shù)較為成熟[9-11]，但對(duì)于禾本科牧草種子絨毛的處理鮮有報(bào)道。目前常見的種子脫絨技術(shù)是利用化學(xué)試劑處理的方法[12]，主要是利用化學(xué)試劑(H2SO4，HCl，NaOH)對(duì)被毛種子進(jìn)行處理，使其絨毛脫落。在棉花種子脫絨中運(yùn)用較多的是泡沫酸脫絨和稀硫酸脫絨這2種方法，化學(xué)試劑使種子絨毛發(fā)生碳化后經(jīng)過摩擦或碰撞后脫落[13-15]。機(jī)械脫絨應(yīng)用較少，主要是利用物理方法對(duì)種子表面絨毛進(jìn)行摩擦或削剪[16]，比如利用番茄種子脫絨機(jī)對(duì)番茄種子進(jìn)行脫絨[17]。

白羊草種子顆粒細(xì)小，千粒重低，加之種子表面具有絨毛，種子間相互粘連，不利于機(jī)械化播種，制約了白羊草的發(fā)展，目前國內(nèi)外對(duì)白羊草種子脫絨的相關(guān)研究尚未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)采用化學(xué)試劑NaOH和H2SO4處理白羊草種子，探索適宜的試劑種類、濃度及處理時(shí)間，以達(dá)到脫絨且不影響種子活力的目的，這對(duì)于白羊草的大面積種植和白羊草種質(zhì)資源的推廣具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)的白羊草種子由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 試劑處理

本試驗(yàn)通過使用H2SO4和NaOH兩種試劑(分析純)對(duì)白羊草種子分別進(jìn)行5 min，10 min，15 min的浸泡處理的方法，試劑的濃度梯度方案如表1所示。

表1 H2SO4和NaOH濃度梯度

1.3 脫絨處理

稱取0.65 g白羊草種子，用水浸泡一段時(shí)間，待其干燥后分別置于40 mL不同濃度的NaOH和H2SO4溶液中，立即計(jì)時(shí)并使用攪拌器進(jìn)行勻速攪拌，使白羊草種子與溶液充分接觸，設(shè)定時(shí)間達(dá)到后立即將溶液倒入紗網(wǎng)，濾出種子并置于蒸餾水中沖洗干凈，隨后將處理過的種子鋪平展開，晾干保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1脫絨率 隨機(jī)選取100粒脫絨處理后的種子，在解剖鏡下觀察其脫絨情況，如果種子表面殘絨覆蓋率低于20%則認(rèn)為有效脫絨，統(tǒng)計(jì)脫絨率[18]，脫絨率用以下公式計(jì)算：

脫絨率(%)=有效脫絨數(shù)/被檢種子總數(shù)×100%

1.4.2脫絨后種子活力的測(cè)定 選取脫絨率達(dá)到70%以上的處理組進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，各個(gè)處理組分別選取100個(gè)種子，將其置于墊有2層滅菌濾紙的干凈培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，光暗周期16/8 h，溫度25℃，并每天按時(shí)添加適量水分，進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每組3個(gè)重復(fù)，以未處理種子為對(duì)照，分別測(cè)定種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)[19]。發(fā)芽試驗(yàn)期間，每天同一時(shí)間記錄種子萌發(fā)情況(胚根長度超過種子長度的1/2，認(rèn)為種子發(fā)芽)，擺盤后第3 d計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)，第12 d計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)(發(fā)芽結(jié)果均統(tǒng)計(jì)正常種苗數(shù))。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，再用SPSS 26.0 進(jìn)行ANOVA分析和Duncans比較，試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，使用Origin 2019b(32 Bit)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaOH處理對(duì)白羊草種子的脫絨效果

2.1.1NaOH處理對(duì)白羊草種子的脫絨效果 濃度為10%和15%的NaOH處理對(duì)白羊草種子脫絨無明顯效果，而濃度超過15%后，隨著處理時(shí)間的增加，脫絨效果也越來越明顯，其中以濃度30%的NaOH處理10～15 min、35%和40%的NaOH處理5～15 min的效果最佳(表2)。結(jié)果說明適宜濃度和時(shí)間的NaOH處理可以有效脫去白羊草種子的絨毛。

表2 不同NaOH處理下白羊草種子的脫絨率

2.1.2NaOH處理對(duì)白羊草種子萌發(fā)的影響 不同濃度、不同時(shí)間的NaOH處理對(duì)白羊草種子的萌發(fā)產(chǎn)生影響。除Ⅱ10處理的發(fā)芽勢(shì)外，其余各處理組白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較CK均顯著降低(P<0.05)(圖1)。隨著NaOH濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，種子的活力指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)。在所有的處理中Ⅱ5和Ⅱ10處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)較高，Ⅰ5處理組的活力指數(shù)較高，但仍然低于CK。綜合脫絨效果發(fā)現(xiàn)，Ⅰ5和Ⅱ5雖然發(fā)芽情況較好但脫絨效果較差，而Ⅱ10處理的脫絨情況較好但處理后的種子活力較差。因此，本研究結(jié)果表明NaOH不適合單獨(dú)作為脫絨劑使用。

圖1 NaOH處理對(duì)白羊草種子萌發(fā)的影響

2.2 H2SO4處理對(duì)白羊草種子的脫絨效果

2.2.1H2SO4處理對(duì)白羊草種子的脫絨效果 在H2SO4濃度低于30%時(shí)，各處理對(duì)白羊草種子脫絨無明顯效果；隨著H2SO4濃度的增加脫絨效果逐漸明顯，當(dāng)H2SO4濃度增加至55%以后，種子的脫絨效果均可達(dá)到90%以上(表3)。此外，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處理濃度為70%,75%及80%時(shí)，白羊草種子種皮被碳化，可清晰的看到暴露而出的種殼，因此不對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的發(fā)芽試驗(yàn)。

表3 不同H2SO4處理下對(duì)白羊草種子的脫絨率

2.2.2H2SO4處理對(duì)白羊草種子萌發(fā)的影響 不同濃度、不同時(shí)間的H2SO4處理對(duì)白羊草種子的萌發(fā)產(chǎn)生影響。在Ⅴ和Ⅵ處理中，白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨處理時(shí)間的增加而降低或呈降低趨勢(shì)，當(dāng)H2SO4濃度增加到65%時(shí)種子的萌發(fā)情況極差。各處理組中以Ⅶ10的發(fā)芽情況最佳，顯著高于其余各組(P<0.05)的同時(shí)與CK無顯著差異(圖2)。Ⅴ處理的發(fā)芽情況雖然也較為理想，但是脫絨情況不佳；只有Ⅶ10處理既保持了種子的活力，又具有極佳的脫絨效果。

圖2 H2SO4處理對(duì)白羊草種子萌發(fā)的影響

3 討論

從本研究結(jié)果可以看出，15%的NaOH對(duì)白羊草種子的脫絨無效，隨著NaOH濃度的增加，脫絨效果逐漸明顯，這可能是由于NaOH可以與種子表面絨毛中的半纖維素和木質(zhì)纖維素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而致使其脫落[20]。以25%～40%的NaOH處理白羊草種子，其脫絨效果沒有顯著差異且都達(dá)到了70%以上，這與李京春等人[21]關(guān)于NaOH對(duì)部分花卉種子無脫絨效果的結(jié)論相沖突，這可能是由于所用的種子種類不同，絨毛的成分和結(jié)構(gòu)之間存在一定差異。在發(fā)芽試驗(yàn)中，經(jīng)過各個(gè)濃度的NaOH處理后的白羊草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均顯著低于CK，這與張國云等人[22]的以40 g·L-1的NaOH溶液處理嵩草(Kobresiamyosuroides)種子后可提高發(fā)芽率的研究結(jié)果不同，有可能是試驗(yàn)使用的種子種類不同所致。隨著NaOH的濃度和處理時(shí)間的增加，種子的發(fā)芽指數(shù)也明顯降低，這可能是因?yàn)橛肗aOH處理種子表面絨毛的過程中對(duì)種子也造成了一定的破壞。種子活力也是衡量種子綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)，本研究中Ⅰ5處理組的種子活力高于其他處理組，但依然顯著低于CK，這可能是因?yàn)镹aOH的處理可使種子內(nèi)部發(fā)生變異，處理時(shí)間的疊加作用可能會(huì)導(dǎo)致變異積累，造成活力指數(shù)的降低。盡管較高濃度的NaOH處理對(duì)白羊草種子脫絨產(chǎn)生了明顯的效果，但這種處理對(duì)種子的破壞較大，使得種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和種子活力受到了一定影響。如果需要使用NaOH對(duì)種子進(jìn)行脫絨處理，在脫絨完成后需要進(jìn)行一定的修復(fù)或者采用包衣等技術(shù)降低處理帶來的破壞，提高種子的生理活性。

從H2SO4對(duì)白羊草種子的脫絨處理的研究結(jié)果可以看出，采用濃度為10%～30%的H2SO4處理對(duì)白羊草種子的脫絨沒有效果，隨著濃度和處理時(shí)間的增加效果越來越明顯。濃度為55%～80%的H2SO4對(duì)白羊草種子的脫絨效果最好，達(dá)到了90%以上，但在研究過程中發(fā)現(xiàn)70%～80%的濃度處理會(huì)導(dǎo)致種子被碳化而影響其活性，所以在50%～65%的濃度范圍下的處理更具有參考價(jià)值，避免了由于種子過度損壞而影響試驗(yàn)[23]。在本研究中，Ⅴ5，Ⅴ10，Ⅶ10和Ⅶ15四個(gè)處理組的白羊草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均與CK無顯著差異，但是Ⅴ處理的脫絨效果比Ⅶ處理要差一些。從發(fā)芽指數(shù)的變化情況猜測(cè)白羊草種子的絨毛可能與其發(fā)芽存在一定的關(guān)系，當(dāng)H2SO4濃度和處理時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，不僅絨毛被脫去，一些與抑制種子萌發(fā)相關(guān)的活性物質(zhì)也可能被碳化或去除，種子活力的測(cè)定結(jié)果印證了這一點(diǎn)，在脫絨效果較好的Ⅶ處理中Ⅶ10組的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與CK沒有顯著差異。綜上所述，用濃度60%的H2SO4處理10 min不僅可有效的脫去白羊草表面絨毛，而且脫絨后白羊草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)都未受到顯著的影響。雖然用濃度60%的H2SO4處理10 min是處理白羊草脫絨的最佳方案，但在研究過程中可以發(fā)現(xiàn)其對(duì)種子有一定的腐蝕。下一步可以探索研究能否采用改變溫度或其他物理方式進(jìn)行較溫和的處理去除絨毛并提高種子活力；此外，能否通過生物酶對(duì)白羊草絨毛進(jìn)行分解，以達(dá)到脫絨的目的，也可以作為下一步研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

NaOH可以脫去白羊草種子表面的絨毛，但會(huì)對(duì)脫絨后的種子造成一定損害，使白羊草種子的發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)降低，因此也不適用于白羊草種子的脫絨；用濃度60% 的H2SO4處理10 min不僅可以有效的脫去白羊草表面絨毛，而且對(duì)脫絨后的白羊草種子的發(fā)芽指數(shù)和種子的活力指數(shù)沒有顯著影響，因此本研究結(jié)果表明白羊草種子脫絨的最佳方案是用濃度60% 的H2SO4處理10 min。