大葱种子人工老化与自然老化的活力变化比较研究

张雯静， 李 玲， 罗 陈， 汪生林， 王 倩

(中国农业大学园艺学院设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室， 北京 100193)

种子老化(Seed aging)通常指种子在自然状态下的衰老，具体表现为各项活力指标的衰弱[1-2]，大葱种子室温条件下自然贮藏1～2年即丧失大部分活力，严重影响最终的蔬菜产量和产出品质[3]，直接研究大葱种子的自然老化进程耗时较长，而人工加速老化的方法是在短时间内对种子活力和耐贮性进行老化模拟与预测的一种方法，在种子老化研究中被广泛运用[4-6]，一般来说，人工老化方法的模拟效果可以与在自然条件下贮藏老化的真实效果表现出明显的一致关联性，并且在普通的实验室条件下即可快速操作，减少了经济支出，简便快捷，富有实用性，但目前对于大葱种子人工老化与自然老化的一致性研究较为欠缺，二者的机理是否相同仍未有定论。本试验以2018年收获的章丘大葱种子为试材，研究其在人工老化与自然老化条件下的活力变化，为大葱种子的老化机理研究提供一定的基础性科学依据。

1 材料与方法

大葱品种为章丘大葱，种子于山东省农科院蔬菜研究所2018年8月收获，初始发芽率为95.4%，含水量为8.5%。2018年9月进行种子老化处理。

人工老化：采用《国际种子检验规程》(ISTA)中的高温高湿法，将大葱种子置于(45±2)℃，相对湿度(RH)100%的干燥器中，分别老化0 h、12 h、24 h、48 h、72 h，老化后恢复至原始含水量测定其各项指标。

自然老化：大葱种子装于黑盖螺口瓶中，室温条件下贮藏，每2个月取样测定各项指标。

种子发芽试验参考《国际种子检验规程》(ISTA，1996)进行。每处理随机选取大葱种子100粒置于发芽盒中，重复3次，发芽温度20 ℃。每天计数当日发芽种子数，取前3 d发芽种子数计算发芽势，12 d的发芽种子数计算发芽率和发芽指数[7]。

活力指数测定采用垂直平板发芽生长试验法[8]。

种子膜透性采用相对电导率法[9]，CAT活性(过氧化氢法)、SOD活性(氮蓝四唑法)、POD活性(愈创木酚法)和超氧阴离子自由基含量的测定参考高俊凤[10]和李合生[11]的方法。

试验数据采用Excel软件和IBM SPSS Statistics 23软件进行处理分析，各处理间的差异采用LSD多重比较检验，显著性水平为0.05。相关性分析采用SPSS双变量相关性分析，相关系数设定为皮尔逊，线性预测采用Excel趋势线线性拟合。

2 结果与分析

2.1 老化对大葱种子萌发及活力的影响

人工老化种子的发芽率、发芽势和发芽指数均显著低于未人工老化处理的种子(表1)，老化初期种子的劣变速度最快，后期相对较慢。说明人工老化可以显著加速种子劣变。

自然老化大葱种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随老化时间延长呈下降趋势，老化12个月后，四项活力指标分别降至73.01%、10.83%、16.64和47.56，均显著低于对照(表1)。

人工老化24 h的种子与自然老化12个月种子的发芽率分别为74.16%和73.01%，说明二者老化程度相近，对应老化时间下，自然老化大葱种子的发芽势显著低于人工老化的种子。发芽指数和活力指数的变化规律与上述类似(表1)。

表1 老化对大葱种子萌发及活力的影响

2.2 老化对大葱种子生理生化特性的影响

随人工老化时间的延长，大葱种子的相对电导率逐渐上升，CAT活性基本呈逐渐减弱的趋势，而POD活性呈先下降后上升的趋势，人工老化24 h和48 h种子的SOD活性显著低于对照组和老化12 h的种子，老化48 h种子的O2-·含量显著高于老化0 h、12 h和24 h的种子(表2)。

随着自然老化时间的延长，大葱种子的相对电导率呈先下降后上升的趋势，CAT活性先上升后下降，POD活性则呈先下降再上升再逐渐下降的趋势，SOD活性先下降后上升(表2)。

比较人工老化24 h和自然老化12个月种子的生理生化特性可以发现(由表1可知二者发芽率相近)，自然老化12个月的种子相对电导率为0.58，显著高于人工老化24 h种子，人工老化大葱种子的CAT活性、POD活性显著高于自然老化，SOD活性显著低于自然老化，说明自然老化种子的膜损伤程度更深、对O2-·的清除能力较强，而人工老化的种子对过氧化氢的清除能力更强(表2)。

表2 老化对大葱种子生理生化特性的影响

图1 大葱种子的活力与人工老化时间的线性关系

2.3 种子活力与衰老的相关性分析

由表3可知，大葱种子的发芽率、发芽势、发芽指数、CAT活性与人工老化时间呈极显著的负相关关系(p<0.01)，相关性系数分别为-0.763、-0.812、-0.757和-0.695，相对电导率与老化时间呈极显著的正相关性(p<0.01)。由此可见，发芽率、发芽势、发芽指数、相对电导率和CAT活性可以很好地作为判断人工老化种子活力的依据，同理可知，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、POD活性和O2-·含量可以作为判断自然老化种子活力的指标。

表3 大葱种子各项活力指标与老化时间的相关性分析

图2 大葱种子的活力与自然老化时间的线性关系

进一步分析得出，大葱种子的发芽率、发芽势、发芽指数、相对电导率和CAT活性与人工老化时间的线性关系，以及种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、POD活性和O2-·含量与自然老化时间的关系，可作为大葱种子的活力预测公式。

3 讨 论

人工老化的快速性可弥补常温条件进行自然老化研究耗时长的缺点，因此被广泛应用于多种蔬菜种子的老化研究。许多试验表明，人工加速老化与自然贮藏时的种子老化进程有明显的相关性[1,3,12]，但也有研究表明，两种老化进程分别由不同基因控制，因此人工老化不能用以替代自然老化进行研究[13-14]。

本试验表明，随着人工老化时间的延长，大葱种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、CAT活性、POD活性和SOD活性下降，相对电导率上升，这与其他学者在白菜[15]、甜高粱[16]、水稻[17]和菠菜[5]等作物中的研究结果类似。随着自然老化时间的延长，大葱种子的老化程度也随之显著加深，发芽势、活力指数和POD活性的下降幅度最大，发芽率、发芽指数和CAT活性下降幅度相对较小，与其他学者在玉米[18]、小麦[19]、棉花[20]、水稻[21]、薏苡[22]上的研究结果相似。在发芽率一致的情况下，自然老化大葱种子的发芽势、发芽指数、活力指数、CAT和POD活性均低于人工老化的种子，而SOD活性高于人工老化的种子，说明二者的老化机理不同，自然老化种子对O2-·的清除能力弱于人工老化种子，而对超氧阴离子自由基的清除能力强于人工老化种子。说明人工老化和自然老化二者的老化规律不完全一致，不能用以替代自然老化。

相关性分析常被用于种子各项活力指标的分析研究[9,17,23]。本试验结果进一步分析得出种子各项活力指标与人工老化、自然老化时间的相关性及线性关系，对于更多的老化试验和生产实践更具指导意义。