趙正楠，王 濤，藺 艷，卜燕華，張 鉞

(北京市園林科學(xué)研究院綠化植物育種北京市重點實驗室，北京100102)

高活力的種子田間出苗率高、可以節(jié)約播種費用、有效抵抗不良環(huán)境、增加作物產(chǎn)量[1]。適宜的活力測定方法有助于準(zhǔn)確選擇出高活力的種子。種子活力的測定方法有多種，國際種子檢驗協(xié)會推薦的種子檢驗方法有標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗、逆境發(fā)芽試驗(冷凍測定、低溫發(fā)芽試驗、加速老化試驗、冷浸試驗、符合逆境試驗等)和生理生化指標(biāo)(電導(dǎo)率、四唑發(fā)、ATP含量等)的測定[1]。如陳蕾太等[2]以16個小麥種子為材料，基于發(fā)芽逆境抗逆指數(shù)對小麥種子活力進(jìn)行評價，楊冬風(fēng)等[3]使用近紅外光譜智能檢測方法對玉米種子活力進(jìn)行檢查；唐強(qiáng)等[4]采用幼苗生長測定法對楓楊種子活力進(jìn)行預(yù)測；鄧飛等[5]采用計算機(jī)圖像處理技術(shù)對杉木和馬尾松種子活力進(jìn)行評價；邊子星等[6]采用四氮唑法和紫外分光光度計法和測定華石斛種子的活力等。三色堇(ViolatricolorL.)是堇菜科一二年生草本花卉，株型較矮，花色豐富，性較耐寒，是早春時節(jié)常用園林綠化花卉，使用種子繁殖，用種量很大。王開凍等[7]對三色堇種子發(fā)芽特性進(jìn)行研究，王濤等[8]研究了低能氮離子注入三色堇、角堇種子的生物學(xué)效應(yīng)；劉振威等[9]研究了LED光源不同光質(zhì)對三色堇種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。但現(xiàn)階段尚無對三色堇種子活力檢測方法的相關(guān)研究。本研究通過探索三色堇種子活力測定的適宜方法，旨在為生產(chǎn)中準(zhǔn)確預(yù)測三色堇種子田間出苗提供技術(shù)支持，促進(jìn)高活力三色堇種子的應(yīng)用及優(yōu)良品種的選育和推廣。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用4份材料均為北京市園林科學(xué)研究院三色堇育種課題組選育的三色堇新品系P-1001。其中1號材料于2015年收獲于內(nèi)蒙古赤峰制種基地；2號材料于2014年收獲于北京市園林科學(xué)研究院試驗地；3號材料于2014年收獲于赤峰制種基地；4號材料于2012年收獲于北京市園林科學(xué)研究院試驗地。清選干燥等常規(guī)種子加工處理后，保存在低溫低濕種子庫中(溫度4 ℃，濕度小于50%)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發(fā)與幼苗生長指標(biāo)測定

1.2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗 使用體積分?jǐn)?shù)為1%的次氯酸鈉溶液對三色堇種子消毒5 min，無菌水清洗3遍，使用吸水紙吸去種子表面的水分。在12cm×12cm的發(fā)芽盒中，鋪上兩層滅菌后的濾紙，充分潤濕。每個發(fā)芽盒中擺放100粒種子，每種材料重復(fù)3次。在智能人工氣候箱中進(jìn)行發(fā)芽，溫度設(shè)為25℃，黑暗條件。參照王開凍等[7]的方法，第7天統(tǒng)計發(fā)芽勢(GE，Germination energy)，第14天統(tǒng)計種子發(fā)芽率(GR，Germination rate)、發(fā)芽指數(shù)(GI，Germination index)、活力指數(shù)(VI，Vigor index)，同時每個重復(fù)選取10株進(jìn)行根長、苗長的測量。

GE=7 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)參與發(fā)芽試驗的種子數(shù)×100%

GR=14 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)參與發(fā)芽試驗的種子數(shù)×100%

VI=GI×RL

Gt為第t天發(fā)芽的種子數(shù)，Dt為Gt對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，RL指根長。

1.2.1.2 冷浸試驗 將三色堇種子在4 ℃的冷水中浸泡處理3 d，后續(xù)操作同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗。連續(xù)3 d沒有新種子發(fā)芽時，進(jìn)行發(fā)芽率統(tǒng)計。

GR=種子發(fā)芽數(shù)供試種子總數(shù)×100%(連續(xù)3 d無新種子發(fā)芽時的發(fā)芽數(shù))

1.2.1.3 穴盤播種試驗 使用200穴穴盤將三色堇種子材料于2016年12月5日在北京市園林科學(xué)研究院溫室中播種。播種基質(zhì)中營養(yǎng)土和蛭石的體積比為1∶1。將穴盤潤濕后，種子單粒點入，連續(xù)3 d沒有新種子發(fā)芽時記錄發(fā)芽率、根長、菌長、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。當(dāng)30 d后穴盤中種苗長至滿盤的時候，再次測量根長、苗長，計算活力指數(shù)。

1.2.2 相對電導(dǎo)率測定

稱取0.5 g三色堇種子，加入20 mL去離子水，測定浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h電導(dǎo)率值，100 ℃水浴鍋中煮30 min，記錄煮后種子電導(dǎo)率，并計算相對電導(dǎo)率值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007及SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗種子萌發(fā)與幼苗生長情況

對4份材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗，結(jié)果如表1所示。不同材料種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)均存在顯著差異。1號材料和3號材料的平均根長沒有顯著差異，但與2號、4號材料的根長存在顯著差異,分別為2號、4號材料的1.24倍、1.5倍。1號、2號、3號材料的平均苗長沒有顯著差異，均比4號材料長，且差異顯著。

表1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗結(jié)果

注 ：同一列中相同小寫字母表示0.05水平差異不顯著,下同

2.2 冷浸發(fā)芽試驗種子萌發(fā)與幼苗生長情況

對4份材料進(jìn)行冷浸發(fā)芽試驗，結(jié)果如表2所示。4份種子材料的發(fā)芽勢、發(fā)芽率存在顯著差異。4份材料的平均根長沒有顯著差異，1號材料的苗長顯著長于2號、3號材料的苗長，2號、3號材料苗長不存在顯著差異，1號、2號、3號材料苗長顯著長于4號材料。

表2 冷浸試驗發(fā)芽結(jié)果

2.3 溫室播種條件下種子萌發(fā)與種苗生長情況

對4份材料在溫室播種條件下種子的活力進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。4份材料種子發(fā)芽率存在顯著差異；2號、3號材料種子的發(fā)芽指數(shù)沒有顯著差異，與1號、4號種子的發(fā)芽指數(shù)存在顯著差異。當(dāng)種子發(fā)芽率連續(xù)3 d不發(fā)生變化時，對種苗的根長、苗長、活力指數(shù)進(jìn)行分析，2號材料與4號材料種子根長不存在顯著差異，與1號、3號材料種子根長存在顯著差異，4份材料苗長不存在顯著差異；4份材料種子活力指數(shù)顯著差異。當(dāng)種苗經(jīng)過30 d的生長長至滿盤的時候，對4份材料的根長、苗長、活力指數(shù)進(jìn)行分析可知，1號、2號、3號材料的根長不存在顯著差異，與4號材料根長存在顯著差異；4份材料苗長不存在顯著差異；2號、3號材料活力指數(shù)不存在顯著差異，與1號、4號材料的活力指數(shù)存在顯著差異。

表3 溫室播種條件下種子活力情況

注：根長1、苗長1、活力指數(shù)1代表種子發(fā)芽率連續(xù)3d不再變化時的根長、苗長，活力指數(shù);根長2、苗長2、活力指數(shù)2代表生長30 d后的根長、苗長、活力指數(shù)

2.4 浸提不同時間種子的相對電導(dǎo)率結(jié)果

對不同材料的種子浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24h，計算其相對電導(dǎo)率，結(jié)果如圖1所示。4份材料的相對電導(dǎo)率隨著浸泡時間的延長均升高，對同一浸泡時間下不同材料的相對電導(dǎo)率進(jìn)行分析，浸泡2 h條件下，1號、2號種子材料相對電導(dǎo)率沒有顯著差異，與3號、4號材料相對電導(dǎo)率有顯著差異；浸泡4 h、6 h的條件下，4份材料的相對電導(dǎo)率均存在顯著差異；浸泡8 h、10 h的條件下，1號、3號材料相對電導(dǎo)率沒有顯著差異，與2號、4號材料相對電導(dǎo)率存在顯著差異；浸泡12 h、24 h條件下，4份材料相對電導(dǎo)率均存在顯著差異。

圖1 不同材料的相對電導(dǎo)率Fig.1 The relative electrical conductivity of different materials

2.5 各指標(biāo)與溫室播種種子材料活力相關(guān)性分析

對溫室穴盤播種的發(fā)芽率、活力、根長、苗長相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。有12個指標(biāo)與溫室穴盤播種的發(fā)芽率相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平，相關(guān)系數(shù)最大的是冷浸試驗發(fā)芽率。與30 d時種苗活力極顯著相關(guān)的指標(biāo)有9個，相關(guān)系數(shù)最大的是冷浸發(fā)芽率；有6個指標(biāo)達(dá)到顯著水平，相關(guān)系數(shù)最大的是6 h相對電導(dǎo)率；與30 d時種苗根長極顯著相關(guān)的指標(biāo)有7個，相關(guān)系數(shù)最大的是標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗苗長；達(dá)到顯著相關(guān)的指標(biāo)有7個。17個指標(biāo)與30 d時種苗苗長均無顯著相關(guān)性關(guān)系。與連續(xù)3 d無新種子發(fā)芽時種子活力極顯著相關(guān)的指標(biāo)有7個，相關(guān)系數(shù)最大的是冷浸試驗發(fā)芽勢；與之顯著相關(guān)的指標(biāo)有3個，從大到小分別是標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽根長、冷浸發(fā)芽根長和6h相對電導(dǎo)率。與連續(xù)3 d無新種子發(fā)芽時種苗苗長顯著相關(guān)的指標(biāo)有5個，相關(guān)系數(shù)最大的是冷浸試驗根長。

表4 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗、冷浸發(fā)芽試驗、相對電導(dǎo)率與溫室播種種子活力相關(guān)性

注：A1、A3、A6、A7溫室播種試驗連續(xù)3 d沒有新種子發(fā)芽時的發(fā)芽率、活力指數(shù)、根長、苗長；A2、A4、A5溫室播種30 d后的活力指數(shù)、根長、苗長；B1—B6標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、苗長；B7—B10冷浸發(fā)芽試驗發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、苗長；B11—B17：2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h相對電導(dǎo)率值. *表示P<0.05水平存在顯著相關(guān)，**表示在P<0.01水平存在極顯著相關(guān)

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢(B1)、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率(B2)、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽指數(shù)(B3)、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽活力指數(shù)(B4)、冷浸發(fā)芽勢(B7)、冷浸發(fā)芽率(B8)與溫室發(fā)芽率(A1)、生長30 d的溫室活力指數(shù)(A2)，連續(xù)3 d無新種子發(fā)芽時溫室種子活力(A3)的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上；以A1、A2、A3為因變量，B1、B2、B3、B4、B7、B8為自變量，進(jìn)行多元回歸。對A1、A2、A3進(jìn)行預(yù)測，回歸方程為分別為：

A1=-3.972-0.310B1+0.992B2-0.494B3+0.068B4+0.421B7+0.150B8(相關(guān)系數(shù)r1=0.992)

A2=-1.833+0.370B1+0.016B2-1.501B3+0.423B4+0.147B7+0.361B8(相關(guān)系數(shù)r2=0.995)

A3=19.99+0.541B1-0.791B2-1.779B3+0.395B4+0.430B7+0.647B8(相關(guān)系數(shù)r3=0.980)

3 討論

本研究以不同活力的三色堇種子為材料，研究了標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗、冷浸試驗、相對電導(dǎo)率與種子活力的相關(guān)性。冷浸試驗的發(fā)芽率與穴盤播種種子發(fā)芽率及穴盤苗長滿盤(30 d)時種子活力極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最高；穴盤苗長至滿盤時的根長與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗的苗長極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最高?？墒褂脴?biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和冷浸發(fā)芽試驗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率對溫室播種條件下的發(fā)芽率、活力進(jìn)行預(yù)測。

根長和苗長是種子活力相關(guān)的重要指標(biāo)，也是種苗質(zhì)量評價和種苗質(zhì)量分級的重要指標(biāo)[10-12]。在園林綠化的草本花卉生產(chǎn)中，種苗的根長和苗長是種苗是否進(jìn)行移植的關(guān)鍵，也是種苗質(zhì)量的重要評價標(biāo)準(zhǔn)。本研究結(jié)果表明，種子發(fā)芽結(jié)束時種苗的根長與冷浸試驗發(fā)芽勢顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)最高；此時苗長與冷浸發(fā)芽試驗中根長顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)最高。種苗長至滿盤時種苗的根長與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗的苗長極顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)最高。這為生產(chǎn)中預(yù)測三色堇壯苗提供了重要的參考。使用多項指標(biāo)對種子活力進(jìn)行預(yù)測可以為精細(xì)播種和一次全苗提供參考[13]。另一方面，與其他預(yù)測種子活力的方法相比，相對電導(dǎo)率預(yù)測種子活力較為快速。在大豆種子、玉米等作物種子活力預(yù)測中有非常好的效果[1]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同浸提時間計算的相對電導(dǎo)率值可以用來預(yù)測三色堇種子的發(fā)芽率、活力和根長，應(yīng)用于三色堇種子活力的快速鑒定中。

近年來，隨著種子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和多種學(xué)科之間的交叉，種子活力的無損檢測成為新的研究方向。葉鳳林等[14-15]應(yīng)用機(jī)械視覺技術(shù)對射干、黃芩種子發(fā)芽率等活力相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，從而達(dá)到精選的目的。利用這些更為先進(jìn)的技術(shù)對更多的草本花卉種子活力進(jìn)行預(yù)測將成為未來發(fā)展的重要趨勢。