NaOH 溶液脫絨對白羊草種子活力的影響

王 勃，王 菲，夏方山，董秋麗

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，山西 太谷 030801）

種子的主要用途即用于播種生產(chǎn)， 只有具有活力的種子才具備生產(chǎn)潛力， 而絨毛作為內(nèi)因可以影響種子的活力水平［1］。 經(jīng)過脫絨處理，種子活力得到明顯提升，種子病蟲害減少，與此同時，脫絨后種子間的附著情況減輕， 使機械播種更加方便［2］，因此，對表面具有絨毛的種子進行脫絨處理具有重要意義。目前種子脫絨方法主要有機械脫絨和化學(xué)脫絨， 化學(xué)脫絨是現(xiàn)在研究中經(jīng)常采用的種子脫絨處理方法， 通過化學(xué)試劑和種子上的絨毛充分接觸，使絨毛碳化，從而達到脫絨效果［2-3］?；瘜W(xué)脫絨相比于機械脫絨，操作步驟簡單，脫絨效果好， 且對絨毛上的病菌和微生物有明顯抑制作用。 機械脫絨過程中產(chǎn)生的摩擦?xí)狗N胚的子葉及胚根受到損害［4］，而化學(xué)試劑脫絨可以通過調(diào)控溶液濃度和處理時間，減少對種胚的損傷［5］。 化學(xué)脫絨常用的試劑有濃鹽酸 （hydrochloric acid，HCl）、 濃硫酸 （sulfuric acid，H2SO4） 及氫氧化鈉（sodium hydroxide，NaOH）等。 目前，種子脫絨的研究 主 要 集 中 于 棉 花 （Gossypium spp.）［6］、 番 茄（Solanum lycopersicum）［7］以及部分一年生草本花卉［8］。張曉潔等［6］通過比較機械脫絨和化學(xué)脫絨的效果發(fā)現(xiàn)，硫酸脫絨后棉種發(fā)芽、出苗能力均得到提升。 夏方山等［9］通過化學(xué)脫絨處理發(fā)現(xiàn)，輕度鹽酸浸種能有效提高白羊草種子的活力。 適宜濃度的NaOH 溶液處理也可提高嵩草（Kobresia myosuroides）［10］、結(jié)縷草（Zoysia japonica）［11］種子的發(fā)芽率。 然而，關(guān)于NaOH 處理對著毛種子活力影響方面的研究仍然有限， 其作為化學(xué)脫絨劑的研究與應(yīng)用不足， 探究NaOH 對著毛種子活力的影響有利于其作為化學(xué)脫絨劑的廣泛應(yīng)用與科學(xué)推廣。

白羊草（Bothriochloa ischaemum）是禾本科孔穎草屬的多年生暖季型牧草， 具有易建植、 繁殖快、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、耐牧、耐鹽堿及固土保水等優(yōu)點［9，12］，主要在華北地區(qū)的低山丘陵與黃土高原的塬上生長發(fā)育，并作為當?shù)氐闹饕拍敛輬觯?3］。國內(nèi)外學(xué)者對白羊草形態(tài)特征［14-15］、營養(yǎng)價值［16-17］、群落生態(tài)學(xué)［18-19］及抗性［20-21］等方面進行研究，取得了諸多成效。 然而，白羊草種子細小，千粒重低（約0.65 g），且表面的絨毛相互粘連， 不僅限制了大規(guī)模的播種、收割等機械化操作，而且嚴重降低了種子利用率， 阻礙了白羊草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 該試驗通過探討NaOH 溶液脫絨處理對白羊草種子活力的影響，以期為進一步研究其脫絨方法提供參考， 為白羊草種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院馴化選育的“太行”白羊草種子。 種子于2017 年9 月采收，在自然條件下晾干，并于4 ℃冷庫保存，于2019 年3 月進行試驗。

1.2 種子脫絨處理

以白羊草種子為材料，利用NaOH 溶液（濃度設(shè)為10%、20%、30%、40%、50%，W/V） 分別處理1、5、10、15 min，每個處理設(shè)置4 次重復(fù)。 具體脫絨方法為：將0.25 g 白羊草種子完全浸沒于50 mL不同濃度的NaOH 溶液中， 立即用直立攪拌器進行勻速攪拌， 使白羊草種子與NaOH 溶液充分接觸， 浸種1、5、10、15 min 后迅速用紗網(wǎng)過濾出種子，并用蒸餾水沖洗5 次，以終止反應(yīng)。 隨后用濾紙吸干種子表層水分，并于25 ℃陰暗條件下自然風(fēng)干至含水量10%（鮮重基礎(chǔ)）。 以未經(jīng)任何處理的白羊草種子為對照組（CK）。

1.3 發(fā)芽試驗

從各個處理的白羊草種子中分別取100 粒置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，參照《草種子檢驗規(guī)程發(fā)芽試驗》（GB/T 2930.4—2017）［22］，在恒溫光照培養(yǎng)箱［控制條件：溫度（25±0.5）℃、濕度30%～50%、光照8 h，黑暗16 h］進行標準發(fā)芽試驗，以胚根突破種皮2 mm 時作為發(fā)芽， 每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，試驗于第12 天結(jié)束， 測定其發(fā)芽率（germination percentage，Gp）、發(fā)芽指數(shù)（germination index，Gi）、平均發(fā)芽時間（mean germination time，MGT）和幼苗活力指數(shù) （seedings vigor index，SVI）。 Gp、Gi、MGT 和SVI 的計算公式如下：

式（1）中，Gn 為12 d 內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)，N 為供試種子總數(shù)。

式（2）中，Gt 為第t 天發(fā)芽種子數(shù)，t 為發(fā)芽天數(shù)。

式（3）中，Gt 為第t 天發(fā)芽種子數(shù)，t 為發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行初步整理。利用SPSS 22.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進行單因素方差分析和雙因素方差分析。 NaOH 溶液脫絨后白羊草種子發(fā)芽指標的單因素方差分析及組間多重比較采用Duncan′s 法進行，P<0.01 表示差異極顯著，P<0.05 表示差異顯著，P>0.05 表示差異不顯著。NaOH 溶液濃度和處理時間對白羊草種子萌發(fā)特性影響的雙因素方差分析采用一般線性模型法。作圖應(yīng)用Origin 軟件。 試驗數(shù)據(jù)以“平均值±標準誤”的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaOH 溶液脫絨對白羊草種子發(fā)芽率的影響

由圖1 可知，脫絨時間為1～10 min 時，白羊草種子Gp 隨著NaOH 溶液濃度的升高而升高；處理時間為15 min 時， 種子Gp 隨NaOH 溶液濃度的升高先增后減。 脫絨時間為1 min 和5 min 時，種子Gp 在NaOH 溶液濃度為10%時顯著 （P<0.05）低于其他處理濃度。 脫絨時間為15 min 時，種子Gp 在10%～30%的NaOH 溶液濃度范圍內(nèi)均顯著（P<0.05）低于CK，濃度為40%、50%時顯著（P<0.05）高于CK。 處理濃度為10%，時間在5～15min范圍內(nèi)，種子Gp 顯著（P<0.05）低于CK。 20%～50%的NaOH 溶液濃度范圍內(nèi)，種子Gp 隨脫絨時間的增加先升后降。 NaOH 溶液濃度為20%和30%對白羊草種子脫絨處理1 min 和5 min 時，種子Gp 均顯著（P<0.05）高于CK，種子脫絨10 min和15 min 時顯著（P<0.05）低于CK。 NaOH 溶液濃度為40%和50%， 種子Gp 在1～15 min 的脫絨時間內(nèi)顯著（P<0.05）高于CK。

圖1 NaOH 溶液不同濃度及不同時間處理下白羊草種子Gp 的變化

2.2 NaOH 溶液脫絨對白羊草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖2 可知，NaOH 溶液處理時間為1～10 min時，白羊草種子Gi 隨NaOH 溶液濃度的增加而增加；處理時間為15 min 時，種子Gi 隨溶液濃度的增加先增后減。對白羊草種子脫絨處理10 min，種子Gi 在NaOH 溶液濃度為10%～30%時顯著 （P<0.05）低于CK，在NaOH 溶液濃度為40%和50%時顯著（P<0.05）高于CK。20%～50%的NaOH 溶液脫絨處理后， 種子Gi 隨處理時間的增加先增后減。 NaOH 溶液濃度為10%時，種子Gi 隨脫絨時間的增加而降低，在1～15 min 時間范圍內(nèi)種子Gi均顯著（P<0.05）低于CK。 20%和30%的濃度處理時， 白羊草種子脫絨處理1 min 和5 min 時Gi 顯著（P<0.05）高于CK。 40%的濃度處理時，白羊草種子脫絨處理1～15 min 時Gi 均顯著（P<0.05）高于CK。 50%的濃度處理時，白羊草種子脫絨處理1～10 min 時Gi 顯著（P<0.05）高于CK。

圖2 NaOH 溶液不同濃度及不同時間處理下白羊草種子Gi 的變化

2.3 NaOH 溶液脫絨對白羊草種子平均發(fā)芽時間的影響

由圖3 可知， 處理時間在1～15 min 范圍內(nèi)，白羊草種子經(jīng)10%的NaOH 溶液脫絨后MGT 顯著（P<0.05）高于其他濃度。 脫絨時間為1 min 和5 min， 種子MGT 在20%～40%的NaOH 溶液濃度范圍間差異均不顯著（P>0.05），但在NaOH 溶液濃度為50%時MGT 顯著（P<0.05）下降。 脫絨時間為10 min，NaOH 溶液濃度為50%時種子MGT 顯著（P<0.05）低于其他濃度。 脫絨時間為15 min，NaOH 溶液濃度為40%時種子MGT 顯著（P<0.05）低于其他濃度。 NaOH 溶液濃度相同時，經(jīng)過脫絨的白羊草種子MGT 均顯著（P<0.05）高于CK。

圖3 NaOH 溶液不同濃度及不同時間處理下白羊草種子MGT 的變化

2.4 NaOH 溶液脫絨對白羊草種子幼苗活力指數(shù)的影響

由圖4 可知， 時間為1～10 min， 經(jīng)50%的NaOH 溶液脫絨后白羊草種子SVI 均顯著 （P<0.05）高于其他濃度，但當處理時間為15 min 時，脫絨后種子SVI 在NaOH 溶液濃度為40%達到最大值0.039 5。 處理時間為1 min 和10 min 時，種子SVI 隨著NaOH 溶液濃度增加顯著（P<0.05）增加。 白羊草種子脫絨5 min 時，種子SVI 在NaOH溶液濃度為20%和40%時差異不顯著 （P>0.05）。處理時間為15 min 時，種子SVI 隨著NaOH 溶液濃度增加呈先上升后下降的趨勢， 在40%濃度下顯著（P<0.05）高于其他濃度。 溶液濃度為10%時，白羊草種子SVI 在1～15 min 處理時顯著（P<0.05）低于CK。用20%和30%的NaOH 溶液對白羊草種子進行脫絨，SVI 在1 min 和5 min 的脫絨時間時均顯著（P<0.05）高于CK，而在10 min 和15 min的脫絨時間時顯著（P<0.05）低于CK。 用40%和50%的NaOH 溶液對白羊草種子進行脫絨后，SVI均顯著（P<0.05）高于CK。

圖4 NaOH 溶液不同濃度及不同時間處理下白羊草種子SVI 的變化

2.5 NaOH 溶液脫絨后白羊草種子活力的雙因素方差分析

由表1 可知，NaOH 溶液濃度、處理時間以及兩者的交互作用對白羊草種子的Gp、MGT、Gi 和SVI 影響均達到了極顯著（P<0.01）水平。

表1 不同濃度NaOH 溶液不同時間處理對白羊草種子活力影響的雙因素方差分析

3 討論

強堿處理可以使種子表面的絨毛發(fā)生碳化，減輕種子之間的相互粘連， 并能有效減少病害的發(fā)生。 脫絨雖能減輕植物種子因絨毛造成的相互粘連，但也對植物種子活力產(chǎn)生了影響［9，23-24］，強堿處理也可對種子活力產(chǎn)生影響。 在該試驗中，NaOH 溶液濃度對白羊草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽時間、 幼苗活力指數(shù)的影響差異極顯著（P<0.01）， 經(jīng)過NaOH 溶液處理后的白羊草種子活力隨處理時間和溶液濃度的升高而升高。 試驗發(fā)現(xiàn)，NaOH 溶液濃度為40%和50%， 種子Gp 在1～15 min 的脫絨時間內(nèi)均顯著（P<0.05）高于CK。張國云等［10］對6 種嵩草的研究也表明， 隨著NaOH 溶液濃度的升高，各種嵩草種子Gp 均有明顯提高， 通過對處理后種子進行電鏡觀察分析得出，NaOH 溶液處理嵩草種子，可能破壞了種子角質(zhì)層，增大了種皮細胞間隙，有利于嵩草種子與外部之間的物質(zhì)交流，從而使得嵩草Gp 提高。 該研究很大程度上揭示了處理時間相同時， 種子萌發(fā)能力隨NaOH 溶液濃度的升高而升高的原因。 也有研究認為NaOH 之所以可以促進嵩草種子萌發(fā)是因為它可以降低種皮抑制物內(nèi)源脫落酸含量［25］。白羊草種子經(jīng)NaOH 溶液處理后，其種子表面絨毛逐步脫落， 在NaOH 溶液濃度為40%和50%時，其種子MGT 隨處理時間增加呈先降后升的趨勢，種子Gi、SVI 隨處理時間的增加呈先升后降的趨勢， 其原因可能是在白羊草脫絨過程中，NaOH 溶液濃度和處理時間的增加對其種子造成一定程度的損傷， 但NaOH 溶液并沒有破壞種皮從而促進白羊草種子發(fā)芽。

該試驗的雙因素方差分析也表明NaOH 溶液濃度、 處理時間以及兩者的交互作用對白羊草種子的Gp、MGT、Gi 和SVI 影響均達到了極顯著（P<0.01）水平。 高濃度及長時間的堿處理會降低白羊草種子活力， 可能是因為兩者的累積會對種胚造成破壞，從而降低其種子活力。 該試驗發(fā)現(xiàn)，白羊草種子MGT 在50%濃度處理5 min 時較其他處理最低，此時白羊草種子Gp、Gi 及SVI 也最高，然而白羊草種子平均發(fā)芽時間隨NaOH 溶液濃度的增加呈下降趨勢， 這說明適宜濃度的NaOH 溶液處理降低了白羊草種子的萌發(fā)時間， 這可能由于NaOH 溶液處理會改變白羊草種子內(nèi)部的角質(zhì)層， 輕微改變會有利于其萌發(fā)前及萌發(fā)代謝活動的發(fā)生。因此，運用NaOH 溶液對白羊草種子進行脫絨處理時， 必須要注意平衡白羊草種子活力及脫絨效果之間的關(guān)系。

4 結(jié)論

NaOH 溶液濃度及處理時間均對白羊草種子活力具有極顯著影響， 適宜濃度的NaOH 溶液浸種能有效脫去白羊草種子表面的絨毛，提高白羊草種子的活力。濃度為50%的NaOH 溶液浸種5 min對白羊草種子活力的提升效果最好。