甜玉米种子在不同逆境下的活力差异

2019-09-17许昍刘敏洁王建华

江苏农业科学 2019年7期

许昍刘敏洁王建华

摘要：选用2016年于甘肃收集的9个甜玉米品种种子进行标准发芽试验、人工老化发芽试验、盐胁迫发芽试验、旱胁迫发芽试验、低温冷浸胁迫发芽试验，比较不同品种在不同逆境条件下的活力表现。结果表明，品种601和品种1618在各种逆境条件下均表现出高活力;品种609在3种逆境条件下（人工老化、模拟干旱胁迫、冷浸处理）表现出高活力，而在盐胁迫条件下活力较低;品种818则只在2种逆境条件下（盐胁迫、模拟干旱胁迫）表现出高活力;其他几个品种只在某一特定逆境条件下表现出高活力，对其他逆境抗性不强。标准发芽试验检测得到的种子活力指数只与冷浸处理后的发芽率呈显著正相关。在实际生产中，不同地区种子播种季所遭遇的逆境不同，加上同一品种针对不同逆境的活力表现存在差异，因此在特定逆境下的种子活力更具有生产指导意义。

关键词：甜玉米;种子活力;逆境胁迫;隶属函数;聚类分析

中图分类号： Q945.78;Q945.34 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）07-0076-03

甜玉米是一种营养丰富、口感独特的鲜食玉米，深受消费者喜爱[1]。其经济收益高，市场潜力巨大，已在我国多个地区推广种植。与普通玉米相比，甜玉米种子活力相对较低，易遭受逆境胁迫，影响种子的出苗和幼苗建成。

北美官方种子分析家协会（AOSA）将种子活力定义为在广泛的田间条件下，决定种子迅速整齐出苗和长成正常幼苗潜在能力的总称。种子活力是对种子综合性能的评价，高活力的种子具有更高的田间出苗率和壮苗率，可以充分地发挥良种的潜力。国际种子检验学会（ISTA）推荐使用人工老化试验、电导率测定等方法测定种子活力。种子活力是一个受遗传与环境双重影响的综合性状[2]，目前很多研究者致力于筛选与田间出苗高度相关的活力测定方法。赵光武等认为，甜玉米种子的穿纸发芽率和老化发芽率分别与田间出苗率呈极显著和显著正相关，可用于甜玉米种子活力及其田间出苗率的评估[3]。陈士林对玉米种子进行加速老化和低温发芽试验，试验结果与田间出苗率均存在显著正相关，2种方法均可较好地评价种子活力，预测种子田间出苗情况[4]。Noli等认为，玉米种子抗冷测定结果与其田间表现最为一致，抗冷试验可以模拟早春低温状态下的田间逆境环境，预测田间出苗情况[5]。上述结论的差异有可能来源于品种的差异也有可能来源于试验者所在地区田间逆境的差异。卢新雄则在小麦和玉米种子活力测定中使用综合逆境活力法[6]，其测定结果与田间出苗率高度相关，该方法也与AOSA对种子活力的定义高度一致。在实际生产中，某一地区可能是单一逆境，也可能是复合逆境，综合抗逆能力评定可能掩盖品种对某一特定逆境的优良抗性，因此对具有不同逆境条件的种植地区来说，可以针对性地筛选具有相应抗逆能力的品种在该区域推广种植。

本试验于2017年5月在北京进行，以9个品种甜玉米种子为材料，尝试比较多个甜玉米品种种子在不同逆境条件下的活力表现，探讨在生产上如何更具针对性地选择适宜的甜玉米种子的活力检测方法。

1 材料与方法

1.1 供试品种

试验材料為2016年11月收集于甘肃的9个品种的甜玉米种子，种子初始含水量为11.3%～13.0%。

1.2 试验方法

1.2.1 人工加速老化处理 9个品种随机选取150粒种子，参考ISTA对大豆种子人工老化的方法及Woltz等的人工老化的方法[7]，将种子置于45 ℃、相对湿度100%的环境下处理72 h，之后将种子在室温下回干。待种子恢复至原始含水量后进行标准发芽试验，种子用0.1% NaClO消毒5 min，再用蒸馏水清洗3遍。将种子整齐摆放在2层湿润的发芽纸间，卷成纸卷放入发芽盒内，然后置于25 ℃、60%相对湿度、全光照的发芽室内进行发芽，4 d后测发芽势，7 d后测发芽率及苗鲜质量。试验设3次重复，以未处理的种子作为对照。

1.2.2 盐胁迫处理参考张海燕等的研究结果[8]，使用浓度为200 mmol/L的NaCl溶液作处理液进行盐胁迫萌发试验，其余同“1.2.1”节的标准发芽试验步骤。试验设3次重复，以蒸馏水处理作为对照。

1.2.3 干旱胁迫处理参考侯建华等的试验方法[9]，使用质量分数为15%的PEG-6000（聚乙二醇-6000）溶液作处理液进行模拟干旱胁迫萌发试验，其余同“1.2.1”节的标准发芽试验步骤。试验设3次重复，以蒸馏水处理作为对照。

1.2.4 低温冷浸处理参考金锡奎等的冷浸法测定玉米种子活力[10]，将种子在6 ℃避光条件下用蒸馏水冷浸处理3 d后取出，其余同“1.2.1”节的标准发芽试验步骤。试验设3次重复，以未处理种子作为对照。

1.3 种子活力指标的测定及计算

发芽率（G）=种子发芽数（7 d）/供试种子数×100%;

相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100%;

简易活力指数SVI=G×S。

式中：S为一定时期内正常幼苗单株鲜质量（g）。

1.4 数据处理

采用Excel 2016进行数据处理及图表制作，使用SPSS 23.0进行分析方差分析、多重比较、隶属函数值计算、系统聚类分析。使用模糊数学隶属函数法，计算各逆境条件下相对发芽率的隶属函数值[11]，求出9个品种4项抗逆隶属值的平均值D，D值为综合逆境下各品种抗逆能力的评价值。

隶属函数值计算：Uij=（Xij-Ximin）/（Ximax-Ximin）。

式中：Uij为该品种对于第i项指标的隶属值，Xij为该品种第i项指标测定值，Ximax为全部品种第i项指标的最大值，Ximin为全部品种第i项指标的最小值，i为某项指标，j为某个品种。

依据D值对9个品种在综合逆境下的活力表现进行聚类分析，聚类分析方法为组间联结法，区间为欧氏距离。

2 结果与分析

2.1 9个品种的标准发芽试验

从表1可以看出，9个品种甜玉米种子的初始发芽率较低，处于70%～87%之间，其中高于国家标准（85%）的只有2份。从综合发芽率和简易活力指数的分析结果来看，品种1618的活力较高，其他品种的简易活力指数偏低，与初始发芽率较低有关。因此，逆境条件下各品种的种子活力表现以逆境胁迫后种子相对发芽率作为指标。

2.2 不同品种在不同逆境处理条件下的活力表现

由表2可以看出，不同品种在4种逆境胁迫处理后发芽率较对照均有不同程度的下降。不同品种间因自身抗逆能力存在差异，其所受逆境影响明显不同，在逆境胁迫下的活力水平明显不同。

人工老化处理后，品种601、609、1618的相对发芽率较高;盐胁迫处理后，品种60、601、818、867、1618的相对发芽率较高;干旱胁迫处理后，品种867的相对发芽率显著低于其他品种，品种601、607、609、818、1618、金菲、金中玉的相对发芽率均较高;低温冷浸处理后，品种601、609、1618的相对发芽率较高，而品种60、867的种子活力大幅度下降，几乎丧失了发芽能力。

逆境胁迫下高活力种子仍能保持较高的发芽能力，而低活力种子丧失了发芽能力。以不同品种在不同逆境下相对发芽率高低为依据对9个品种耐逆境能力强弱进行评价。9个品种耐人工老化能力排序为601>1618>609>867>60>818>金菲>607>金中玉;耐盐能力排序为 1618>867>601>60>818>金中玉>金菲、609>607;抗旱能力排序为1618>607>金中玉>818>601>金菲>609>60>867;耐低温冷浸能力排序为1618>601>609>607>金中玉>818>金菲>867>60。

2.3 使用隶属函数和系统聚类分析法评价9个甜玉米品种种子的综合抗逆能力

由上述9个品种4项抗逆能力排序可以发现，同一品种对不同逆境胁迫的敏感程度不同，在不同逆境胁迫条件下，种子表现出的活力存在差异。计算不同品种在不同逆境条件下相对发芽率的隶属函数值的平均值D值，对9个品种的综合抗逆能力进行系统聚类分析（图1），可将9个品种分为3类：601、609、1618为高活力品种，60、607、818、金菲、金中玉为中等活力品种，867为低活力品种。

品种601的耐老化发芽能力排名第1，耐盐胁迫发芽能力排名第3，耐低温冷浸胁迫发芽能力排名第2，但其抗旱发芽能力仅排名第5;同样的，品种60在耐老化发芽、抗旱发芽、耐低温冷浸发芽能力上表现不佳，分别排名第5、第8、第9，但其在耐盐发芽能力上排名第4。将9个品种各项抗逆能力排名与9个品种按照初始发芽率的排名相比较，发现排名不完全吻合。品种607在初始发芽率与1618并列第1的前提下，其耐老化发芽能力和耐盐发芽能力分别仅排名第8、第9，说明适宜条件下的发芽率并不能客观反映种子在逆境条件下的真实活力水平。

2.4 逆境处理后相对发芽率与标准发芽试验的相关性

实验室内常以标准发芽率、简易活力指数为指标来评价种子活力的高低[12-13]，本试验对9个品种逆境处理后的相对发芽率与其标准发芽率、简易活力指数进行相关性分析。由表3可以看出，不同品种经过不同逆境胁迫处理后，只有低温冷浸胁迫处理后的相對发芽率与其标准发芽率呈显著正相关，相关系数为0.766，其他指标未检测到显著相关性。

3 结论与讨论

种子在贮藏期极易因老化丧失活力[14]，导致细胞膜通透性降低、POD清除系统损伤、有害物质积累，最终影响种子活力[15]，实验室常用人工加速老化模拟种子的自然老化[16]。我国分布着面积巨大[17]、类型众多的低产盐渍土[18]，面积约为1亿hm2，且在东北、中北部、西北、华北这几大甜玉米种植区集中分布[19]。盐胁迫会对种子产生离子毒害[20]，高浓度NaCl溶液处理可以模拟种子在萌发期遭受的盐胁迫[8]。我国面临不同程度的水资源短缺，大量种植甜玉米的东北和黄淮海地区，常年发生春夏干旱;西北制种地区常年干旱少雨;西南山地丘陵地貌不利于保水，导致其存在不同程度的干旱状况。萌发期遭受干旱胁迫导致出苗时间增加，降低出苗率和活力指数[21]，目前常用PEG溶液模拟种子的干旱胁迫[9]。早春低温冷害是我国北方春玉米区的主要自然灾害之一[22]，萌芽期遭遇低温冷害会严重影响早播玉米的田间出苗及最终产量[23]。卢新雄认为，低温冷浸处理可以模拟播种时因田间不良气候对玉米种子萌发的不利影响[6]。种子老化、土壤干旱、盐渍化和低温等非生物逆境严重制约甜玉米的生产，探究甜玉米种子在上述逆境条件下的活力在生产上具有重要的现实意义。逆境条件放大了不同甜玉米品种因基因型差异导致的耐逆能力的差异，表现为发芽势、发芽率、简易活力指数等生理指标的差异，最终影响种子活力。本研究在室内通过标准发芽试验及4种逆境胁迫发芽试验，模拟田间复杂条件下种子在萌发期可能遭受的逆境胁迫，上述方法均是种子活力测定的常用方法。

本研究试图探讨在实际生产中如何针对性地选择种子的活力检测方法，结果表明，同一品种在不同逆境条件下表现的活力是存在差异的，品种601和品种1618在各种逆境条件下均表现出高活力;大部分品种则只在某些特定逆境条件下表现出高活力，对其他逆境抗性不强。综合抗逆境活力指标与上述结果也存在差异，在农业生产上缺少针对性。实验室最常用的标准发芽试验预测种子低温萌发能力效果较好，但对其他逆境萌发能力的预测显然不够理想。梅鸿献等在室内对4种不同类型的芝麻种子使用多种活力检测方法进行测试，发现不同的活力检测方法适用于不同类型的芝麻品种，认为在实际工作中应该针对不同类型的芝麻采取不同的活力检测方法[24]。赵光武认为，在对甜玉米种子进行活力测定时，应充分考虑播种地区实际的环境条件以及品种特性[25]。在实际生产中，某一地区可能是单一逆境，也可能是复合逆境，与综合活力指标相比，特定逆境下种子表现出的活力更具有指导意义。对具有不同逆境条件的甜玉米种植地区来说，应针对其实际的土壤、气候、环境差异，因地制宜地选择不同活力测定方法。不同地区应选择对当地特定逆境抗性较好的甜玉米品种种植。如周雷对不同年份生产同一品种玉米种子使用8种活力测定方法，认为适合陕西关中地区玉米种子活力测定的最好方法是低温测定[26]，这与本研究结果类似。

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