不同藜麦种子活力水平及耐贮藏性评价

2021-02-15闫慧芳

种子 2021年12期

闫慧芳，孙娟

(青岛农业大学草业学院/草地农牧业研究中心，山东青岛 266109)

种子活力是综合评价种子质量水平的重要指标，与休眠、萌发、寿命、贮藏等生理生化过程密切相关[1]。种子活力综合反映了种子(批)贮藏后的发芽能力保持情况[2]，种子活力越高，其耐贮藏性也越强。金小雯等[3]研究发现，随贮藏年限延长，不同品种燕麦(Avenasativa)种子活力变化不尽相同，发芽率、活力指数下降速率也不同，表明种子耐贮性和安全贮藏期存在较大差异。王泽等[4]研究贮藏时间、温度和含水量对吐鲁番梭梭(Haloxylonammodendron)种子萌发活力影响发现，种子发芽率和活力指数变化与含水量密切相关。Oba等[5]也提出，贮藏中高含水量的种子由于呼吸作用和代谢活性增加而使储藏物质迅速消耗，导致种子发芽潜力和活力过早丧失。此外，由老化导致的抗氧化酶活性降低和细胞结构损伤也是造成贮藏种子活力下降的重要原因。因此，测定贮藏过程种子活力变化并进行综合评价，将对种子安全贮藏具有理论指导意义。

大量研究表明，合理控制贮藏环境温湿度条件可有效减缓种子老化，延缓活力丧失，保障种子安全贮藏[6]。然而，高标准低温种质库建设需要长期持续消耗大量能源，给物种遗传多样性保护和能源可持续发展带来极大挑战。因此，提高种子抗老化能力和耐贮藏性是种质资源长期保存最为直接有效、经济可行的策略。种子抗老化能力具有较高遗传性，常志远[7]采用41 ℃、90%相对湿度(RH)老化方法评价了71个常规粳稻(Oryzasaliva)品种耐贮藏性与种子活力差异，发现老化12 d时各品种种子发芽率差异最大，可较好地评价不同品种的耐贮藏特性。钱慧慧[1]则通过评价100份小麦(Triticumaestivum)品种(系)种子活力差异，筛选出高、低活力水平的品种，为高活力和耐贮藏性小麦新品种培育奠定了基础。种子活力很大程度上影响着种子生产目标和实践，实时准确地对其进行评价将有助于深入研究种子贮藏性能和寿命相关事件。

藜麦(Chenopodiumquinoa)是藜科一年生双子叶兼性盐生草本植物，富含氨基酸、矿物质等多种营养，被誉为“超级谷物”和最适宜的全营养食品[8]。同时，藜麦茎叶鲜嫩多汁、适口性极好，干草粗蛋白含量达10.44%，可作为畜禽优质青汁饲料在畜牧业发展中发挥重要作用[9]。此外，藜麦作为新型作物资源，具有较强的耐旱、耐盐碱等优良特性，使其在改良盐碱地和改善生态环境方面发挥独特优势，是沿海滩涂资源开发利用中具有广阔应用前景的生态型植物[10]。随着现代高效农业快速发展和人们对食品安全的重视，作为最具潜力的“生态与粮饲”兼用型作物，藜麦的研究、开发和利用越来越受关注。近20年，藜麦相关研究已在引种栽培[11]、耐盐种质筛选与评价[10,12]、营养成分与饲用价值开发[13-14]等方面取得重要进展。然而，藜麦种子活力水平及耐贮藏性评价研究却鲜有报道。因此，本试验采用老化法模拟种子贮藏，研究不同老化时间处理后藜麦种子活力变化，评价不同种质材料的抗老化能力及耐贮藏性差异，以期为藜麦种质资源保存、耐贮藏性分子机制深入研究、耐贮藏新品种培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试藜麦种子共4份，其中3份采购于甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，1份受赠于山西亿隆藜麦开发有限公司。4份藜麦种子基本信息如表1，于2019年12月保存于青岛农业大学草学实验室-20 ℃环境，以备试验所需。

表1 藜麦种子基本信息

1.2 试验处理

1.2.1含水量测定与调整

参照国际种子检验协会种子检验规程[15]进行含水量测定。为保证不同种子批水分一致，避免因初始含水量不同引起的损伤差异，在进行老化处理前，将供试种子含水量调整至10%～14%[16]。本试验将供试种子含水量统一调整至12%。

1.2.2老化处理

将调整好含水量的4份藜麦种子，置于盛有NaCl过饱和溶液(75%RH)、45 ℃恒温密闭容器内老化处理，分别在老化0(对照)、0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、7 d进行取样，种子取出后立即用于发芽试验。

1.3 发芽试验

选取成熟饱满、均匀一致的藜麦种子50粒，将其摆入铺有10 mL蒸馏水润湿3层滤纸的有盖培养皿(110 mm×110 mm)后，25 ℃恒温、黑暗条件下发芽，期间每天补充蒸馏水以保持滤纸湿润。每个处理重复4次。以胚根突破种皮2 mm作为发芽标准，每隔12 h观察并统计种子发芽情况，直到发芽5 d结束。

发芽势为发芽过程中日发芽种子数达到最多时，发芽种子数占供试种子总数的百分比[7]，本试验中，未老化的藜麦种子在发芽24 h时日发芽种子数最多，故选择第1天的发芽种子数计算发芽势。参照Abdul-Baki和Anderson[17]的方法，计算种子发芽率、发芽指数和平均发芽时间，以反映种子老化后的活力水平。参照常志远[7]的方法，计算种子老化指数，以反映种子老化后发芽率的下降程度。

发芽势(%)=(n/N)×100%

n为发芽过程中日发芽种子数达到最多时的发芽种子数，N为供试种子总数；

发芽率(%)=(n/N)×100%

n为前5 d全部发芽种子数，N为供试种子总数；

发芽指数=∑(n/t)

n为第t天内新发芽种子数，t为对应的发芽天数；

平均发芽时间(d)=∑nt/∑n

n为第t天内新发芽种子数，t为对应的发芽天数，∑n为全部发芽种子数；

老化指数=[(GPna-GPa)/GPna]×100%

GPna为未处理发芽率，GPa为老化处理发芽率。

1.4 种子活力及耐贮藏性综合评价

参照朱丽伟等[18]的方法，利用模糊隶属函数法对老化处理后不同藜麦种质的活力水平进行综合评价。

μ(X)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：μ(X)为某个指标性状的模糊隶属函数值，当指标与种子活力呈负相关时用1-μ(X)表示；X为某一指标数值；Xmax和Xmin分别为所用种子材料所有老化阶段某一指标的最大值和最小值。再将每份种子材料的各指标隶属函数值累加并求平均值，值越大表示种子活力水平越高，耐贮藏性越强。

1.5 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS statistics 17.0软件进行数据统计与显著性分析，结果以“平均值±标准误”表示；利用单因素方差分析(ANOVA)检验和Duncan检验比较不同处理平均值(p<0.05)。SigmaPlot 10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 老化处理对藜麦种子发芽势和发芽率的影响

随老化时间延长，4份藜麦种子发芽势和发芽率均呈现逐渐降低的变化趋势(图1和图2)。与对照相比，陇藜4号种子发芽势和发芽率从老化0.5 d时开始显著(p<0.05)降低，至老化3 d时降低为0%；而陇藜1号种子发芽势和发芽率则从老化3 d时才开始显著(p<0.05)降低，至老化7 d时降低为0%，尤其发芽率在老化0.5～2 d时无显著性(p≥0.05)变化，老化2 d后仍为96%。陇藜3号和YL种子发芽势、发芽率变化居中。此外，老化3 d时，4份藜麦种子的发芽率均差异显著(p<0.05)，可将不同藜麦种子材料区分开。

2.2 老化处理对藜麦种子发芽指数和平均发芽时间的影响

4份藜麦种子发芽指数均随老化时间延长而呈不断降低趋势(图3)。相比于对照，陇藜4号种子发芽指数从老化0.5 d时开始显著(p<0.05)降低，至老化3 d时降低为0；而陇藜3号、YL和陇藜1号种子发芽指数均从老化1 d时开始显著(p<0.05)降低，分别在老化5 d、5 d和7 d时才降低为0。此外，老化2 d和3 d时，4份藜麦种子的发芽指数均差异显著(p<0.05)，而老化4～6 d时，陇藜1号种子发芽指数均显著(p<0.05)高于其他3份种子发芽指数。

随老化时间延长，4份藜麦种子平均发芽时间均呈逐渐增长趋势(表2)。与对照相比，陇藜4号种子平均发芽时间在老化0.5 d时就已显著(p<0.05)增长，而其他3份种子平均发芽时间则在老化1.5～2 d时才开始显著(p<0.05)增长。由于陇藜4号种子在老化3 d后不再有发芽，平均发芽时间未被统计，所以本试验仅比较了老化0～2 d处理后不同种子间平均发芽时间的差异显著性。结果发现，老化1～2 d时，陇藜4号种子平均发芽时间均显著(p<0.05)长于其他3份种子平均发芽时间，而陇藜1号和YL种子的平均发芽时间最短。

表2 老化处理后藜麦种子平均发芽时间的变化

2.3 老化处理对藜麦种子老化指数的影响

4份藜麦种子老化指数均随老化时间延长而呈不断升高趋势(图4)。相比于对照，陇藜4号种子老化指数从老化0.5 d时开始显著(p<0.05)升高，至老化3 d时达最大；YL、陇藜3号和陇藜1号种子老化指数则分别从老化1、2 d和老化3 d时开始显著升高，至老化4、5 d和老化7 d时达最大，且在升高阶段的各老化处理间差异显著(p<0.05)。老化3 d时，4份种子老化指数之间均差异显著(p<0.05)，且陇藜4号最高，陇藜1号最低；老化4～6 d时，陇藜1号种子老化指数显著(p<0.05)低于其他3份种子。

2.4 藜麦种子活力及耐贮藏性综合评价

根据表3隶属函数值综合评价，4份藜麦种子隶属函数平均值均随老化时间延长而降低。相比于对照，陇藜1号种子隶属函数平均值在老化1.5 d时显著(p<0.05)降低，在1.5～7 d各老化时间之间差异显著(p<0.05)；而陇藜4号种子隶属函数平均值早在老化0.5 d时已显著(p<0.05)降低，至老化3 d时降低为0；陇藜3号和YL种子隶属函数平均值变化居中。老化0.5～3 d时，陇藜4号种子隶属函数平均值显著(p<0.05)低于其他3份种子，特别是老化3 d时，陇藜4号种子隶属函数平均值最小，陇藜1号种子隶属函数平均值最大，且4份种子之间差异显著(p<0.05)。

表3 不同藜麦种子的活力相关指标模糊隶属函数值

3 讨论

种子活力是一项综合评价和检验种子质量好坏的指标，在种子生产和科学研究中被广泛重视。种子活力与其贮藏性能相关，通常高活力种子表现出更加明显的生长优势和生产潜能，其贮藏潜力也更强[19]。研究表明，贮藏极大地影响了种子活力，长时间贮藏会因活性氧积累、脂质过氧化作用增强、细胞膜系统完整性受损和抗氧化酶活性下降等导致种子老化，从而加速种子活力丧失[20]。本试验采用老化法模拟种子贮藏，通过分析种子活力变化来评价不同藜麦种子材料的贮藏特性，结果发现，发芽势、发芽率、发芽指数、平均发芽时间和老化指数各项指标在4份藜麦种子材料之间表现出不同的老化响应程度，陇藜4号种子发芽势、发芽率和发芽指数最先出现显著降低，而陇藜1号种子则最晚表现出下降变化，陇藜3号和YL种子变化程度居中(图1～图3)，表明4份藜麦种子活力水平和耐贮藏性因种质不同而存在较大差异。邢丽婷[21]研究人工老化对23个花生(Arachishypogaea)品种(系)种子活力影响也发现，种子活力及耐老化特征与品种的种类相关，并利用平均隶属函数综合分析并筛选出耐老化品种(NH 23)和老化敏感品种(FH 18)。类似的研究在燕麦中也有报道，如3个品种燕麦种子活力随贮藏年限延长的变化不尽相同，表现为贮藏4年后，白燕2号和坝莜14号种子发芽率仍有90%，发芽指数为66，而坝莜9号种子发芽率只有60%，发芽指数为48.45[3]。此外，本试验中，老化处理还导致4份藜麦种子材料的平均发芽时间和老化指数表现出不同程度的升高变化趋势(表2和图4)，陇藜4号种子平均发芽时间和老化指数从老化第0.5天开始显著升高，至老化第3天时达最大，而陇藜1号种子老化指数从老化第3天才开始显著升高，至老化第7天达最大，表明陇藜1号和陇藜4号种子耐老化能力不同，老化后发芽率下降程度也不同。这一现象可以用朱世杨等[22]提出的种子耐老化能力具有较高遗传性来解释，表明不同品种(系)的种质因遗传物质存在差异而具有不同耐老化能力。

老化法是研究种子耐贮藏性的重要途径，可以较好地反映长期贮藏后种子活力变化状况，被广泛应用于小麦[23]、大麦(Hordeumvulgare)[24]等种子的耐贮藏和抗老化研究中。有关水稻种子耐贮藏性研究发现，不同类型的种子耐贮藏性存在差异，相比于籼稻，粳稻对老化处理响应更敏感[25-26]。本试验中，根据不同藜麦种子材料的活力相关指标隶属函数平均值综合评价，结果发现，4份藜麦种子耐贮藏性均随老化时间延长而减弱；老化3 d时4份藜麦种子耐贮藏性差异最显著，且随老化时间延长，陇藜1号的强耐贮藏性表现越明显(表3)，供试藜麦材料中陇藜1号耐贮藏性最强，陇藜4号耐贮藏性最弱，可将二者作为亲本材料培育耐贮藏新种质。常志远[7]采用人工老化方法研究了71个常规粳稻品种耐贮藏性与种子活力变化，指出老化12 d处理后供试水稻品种间发芽率差异最大，可用于评价不同品种的耐贮藏性。本试验中，老化3 d时，发芽率、发芽指数、老化指数和隶属函数平均值在4份藜麦材料之间均差异显著，可有效鉴定藜麦种质的耐贮藏性。

不同藜麦材料的种子活力水平及耐贮藏性均随老化时间延长而下降。相同老化时间下，陇藜1号种子活力和耐贮藏性最高，而陇藜4号种子活力和耐贮藏性最低，说明种质或遗传特性差异是影响藜麦种子活力和耐贮藏性的重要因素。