許昍 劉敏潔 王建華

摘要：選用2016年于甘肅收集的9個甜玉米品種種子進行標準發(fā)芽試驗、人工老化發(fā)芽試驗、鹽脅迫發(fā)芽試驗、旱脅迫發(fā)芽試驗、低溫冷浸脅迫發(fā)芽試驗，比較不同品種在不同逆境條件下的活力表現(xiàn)。結(jié)果表明，品種601和品種1618在各種逆境條件下均表現(xiàn)出高活力;品種609在3種逆境條件下（人工老化、模擬干旱脅迫、冷浸處理）表現(xiàn)出高活力，而在鹽脅迫條件下活力較低;品種818則只在2種逆境條件下（鹽脅迫、模擬干旱脅迫）表現(xiàn)出高活力;其他幾個品種只在某一特定逆境條件下表現(xiàn)出高活力，對其他逆境抗性不強。標準發(fā)芽試驗檢測得到的種子活力指數(shù)只與冷浸處理后的發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)。在實際生產(chǎn)中，不同地區(qū)種子播種季所遭遇的逆境不同，加上同一品種針對不同逆境的活力表現(xiàn)存在差異，因此在特定逆境下的種子活力更具有生產(chǎn)指導意義。

關(guān)鍵詞：甜玉米;種子活力;逆境脅迫;隸屬函數(shù);聚類分析

中圖分類號： Q945.78;Q945.34 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0076-03

甜玉米是一種營養(yǎng)豐富、口感獨特的鮮食玉米，深受消費者喜愛[1]。其經(jīng)濟收益高，市場潛力巨大，已在我國多個地區(qū)推廣種植。與普通玉米相比，甜玉米種子活力相對較低，易遭受逆境脅迫，影響種子的出苗和幼苗建成。

北美官方種子分析家協(xié)會（AOSA）將種子活力定義為在廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長成正常幼苗潛在能力的總稱。種子活力是對種子綜合性能的評價，高活力的種子具有更高的田間出苗率和壯苗率，可以充分地發(fā)揮良種的潛力。國際種子檢驗學會（ISTA）推薦使用人工老化試驗、電導率測定等方法測定種子活力。種子活力是一個受遺傳與環(huán)境雙重影響的綜合性狀[2]，目前很多研究者致力于篩選與田間出苗高度相關(guān)的活力測定方法。趙光武等認為，甜玉米種子的穿紙發(fā)芽率和老化發(fā)芽率分別與田間出苗率呈極顯著和顯著正相關(guān)，可用于甜玉米種子活力及其田間出苗率的評估[3]。陳士林對玉米種子進行加速老化和低溫發(fā)芽試驗，試驗結(jié)果與田間出苗率均存在顯著正相關(guān)，2種方法均可較好地評價種子活力，預測種子田間出苗情況[4]。Noli等認為，玉米種子抗冷測定結(jié)果與其田間表現(xiàn)最為一致，抗冷試驗可以模擬早春低溫狀態(tài)下的田間逆境環(huán)境，預測田間出苗情況[5]。上述結(jié)論的差異有可能來源于品種的差異也有可能來源于試驗者所在地區(qū)田間逆境的差異。盧新雄則在小麥和玉米種子活力測定中使用綜合逆境活力法[6]，其測定結(jié)果與田間出苗率高度相關(guān)，該方法也與AOSA對種子活力的定義高度一致。在實際生產(chǎn)中，某一地區(qū)可能是單一逆境，也可能是復合逆境，綜合抗逆能力評定可能掩蓋品種對某一特定逆境的優(yōu)良抗性，因此對具有不同逆境條件的種植地區(qū)來說，可以針對性地篩選具有相應抗逆能力的品種在該區(qū)域推廣種植。

本試驗于2017年5月在北京進行，以9個品種甜玉米種子為材料，嘗試比較多個甜玉米品種種子在不同逆境條件下的活力表現(xiàn)，探討在生產(chǎn)上如何更具針對性地選擇適宜的甜玉米種子的活力檢測方法。

1 材料與方法

1.1 供試品種

試驗材料為2016年11月收集于甘肅的9個品種的甜玉米種子，種子初始含水量為11.3%～13.0%。

1.2 試驗方法

1.2.1 人工加速老化處理 9個品種隨機選取150粒種子，參考ISTA對大豆種子人工老化的方法及Woltz等的人工老化的方法[7]，將種子置于45 ℃、相對濕度100%的環(huán)境下處理72 h，之后將種子在室溫下回干。待種子恢復至原始含水量后進行標準發(fā)芽試驗，種子用0.1% NaClO消毒5 min，再用蒸餾水清洗3遍。將種子整齊擺放在2層濕潤的發(fā)芽紙間，卷成紙卷放入發(fā)芽盒內(nèi)，然后置于25 ℃、60%相對濕度、全光照的發(fā)芽室內(nèi)進行發(fā)芽，4 d后測發(fā)芽勢，7 d后測發(fā)芽率及苗鮮質(zhì)量。試驗設3次重復，以未處理的種子作為對照。

1.2.2 鹽脅迫處理 參考張海燕等的研究結(jié)果[8]，使用濃度為200 mmol/L的NaCl溶液作處理液進行鹽脅迫萌發(fā)試驗，其余同“1.2.1”節(jié)的標準發(fā)芽試驗步驟。試驗設3次重復，以蒸餾水處理作為對照。

1.2.3 干旱脅迫處理 參考侯建華等的試驗方法[9]，使用質(zhì)量分數(shù)為15%的PEG-6000（聚乙二醇-6000）溶液作處理液進行模擬干旱脅迫萌發(fā)試驗，其余同“1.2.1”節(jié)的標準發(fā)芽試驗步驟。試驗設3次重復，以蒸餾水處理作為對照。

1.2.4 低溫冷浸處理 參考金錫奎等的冷浸法測定玉米種子活力[10]，將種子在6 ℃避光條件下用蒸餾水冷浸處理3 d后取出，其余同“1.2.1”節(jié)的標準發(fā)芽試驗步驟。試驗設3次重復，以未處理種子作為對照。

1.3 種子活力指標的測定及計算

發(fā)芽率（G）=種子發(fā)芽數(shù)（7 d）/供試種子數(shù)×100%;

相對發(fā)芽率=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%;

簡易活力指數(shù)SVI=G×S。

式中：S為一定時期內(nèi)正常幼苗單株鮮質(zhì)量（g）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，使用SPSS 23.0進行分析方差分析、多重比較、隸屬函數(shù)值計算、系統(tǒng)聚類分析。使用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法，計算各逆境條件下相對發(fā)芽率的隸屬函數(shù)值[11]，求出9個品種4項抗逆隸屬值的平均值D，D值為綜合逆境下各品種抗逆能力的評價值。

隸屬函數(shù)值計算：Uij=（Xij-Ximin）/（Ximax-Ximin）。

式中：Uij為該品種對于第i項指標的隸屬值，Xij為該品種第i項指標測定值，Ximax為全部品種第i項指標的最大值，Ximin為全部品種第i項指標的最小值，i為某項指標，j為某個品種。

依據(jù)D值對9個品種在綜合逆境下的活力表現(xiàn)進行聚類分析，聚類分析方法為組間聯(lián)結(jié)法，區(qū)間為歐氏距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 9個品種的標準發(fā)芽試驗

從表1可以看出，9個品種甜玉米種子的初始發(fā)芽率較低，處于70%～87%之間，其中高于國家標準（85%）的只有2份。從綜合發(fā)芽率和簡易活力指數(shù)的分析結(jié)果來看，品種1618的活力較高，其他品種的簡易活力指數(shù)偏低，與初始發(fā)芽率較低有關(guān)。因此，逆境條件下各品種的種子活力表現(xiàn)以逆境脅迫后種子相對發(fā)芽率作為指標。

2.2 不同品種在不同逆境處理條件下的活力表現(xiàn)

由表2可以看出，不同品種在4種逆境脅迫處理后發(fā)芽率較對照均有不同程度的下降。不同品種間因自身抗逆能力存在差異，其所受逆境影響明顯不同，在逆境脅迫下的活力水平明顯不同。

人工老化處理后，品種601、609、1618的相對發(fā)芽率較高;鹽脅迫處理后，品種60、601、818、867、1618的相對發(fā)芽率較高;干旱脅迫處理后，品種867的相對發(fā)芽率顯著低于其他品種，品種601、607、609、818、1618、金菲、金中玉的相對發(fā)芽率均較高;低溫冷浸處理后，品種601、609、1618的相對發(fā)芽率較高，而品種60、867的種子活力大幅度下降，幾乎喪失了發(fā)芽能力。

逆境脅迫下高活力種子仍能保持較高的發(fā)芽能力，而低活力種子喪失了發(fā)芽能力。以不同品種在不同逆境下相對發(fā)芽率高低為依據(jù)對9個品種耐逆境能力強弱進行評價。9個品種耐人工老化能力排序為601>1618>609>867>60>818>金菲>607>金中玉;耐鹽能力排序為 1618>867>601>60>818>金中玉>金菲、609>607;抗旱能力排序為1618>607>金中玉>818>601>金菲>609>60>867;耐低溫冷浸能力排序為1618>601>609>607>金中玉>818>金菲>867>60。

2.3 使用隸屬函數(shù)和系統(tǒng)聚類分析法評價9個甜玉米品種種子的綜合抗逆能力

由上述9個品種4項抗逆能力排序可以發(fā)現(xiàn)，同一品種對不同逆境脅迫的敏感程度不同，在不同逆境脅迫條件下，種子表現(xiàn)出的活力存在差異。計算不同品種在不同逆境條件下相對發(fā)芽率的隸屬函數(shù)值的平均值D值，對9個品種的綜合抗逆能力進行系統(tǒng)聚類分析（圖1），可將9個品種分為3類：601、609、1618為高活力品種，60、607、818、金菲、金中玉為中等活力品種，867為低活力品種。

品種601的耐老化發(fā)芽能力排名第1，耐鹽脅迫發(fā)芽能力排名第3，耐低溫冷浸脅迫發(fā)芽能力排名第2，但其抗旱發(fā)芽能力僅排名第5;同樣的，品種60在耐老化發(fā)芽、抗旱發(fā)芽、耐低溫冷浸發(fā)芽能力上表現(xiàn)不佳，分別排名第5、第8、第9，但其在耐鹽發(fā)芽能力上排名第4。將9個品種各項抗逆能力排名與9個品種按照初始發(fā)芽率的排名相比較，發(fā)現(xiàn)排名不完全吻合。品種607在初始發(fā)芽率與1618并列第1的前提下，其耐老化發(fā)芽能力和耐鹽發(fā)芽能力分別僅排名第8、第9，說明適宜條件下的發(fā)芽率并不能客觀反映種子在逆境條件下的真實活力水平。

2.4 逆境處理后相對發(fā)芽率與標準發(fā)芽試驗的相關(guān)性

實驗室內(nèi)常以標準發(fā)芽率、簡易活力指數(shù)為指標來評價種子活力的高低[12-13]，本試驗對9個品種逆境處理后的相對發(fā)芽率與其標準發(fā)芽率、簡易活力指數(shù)進行相關(guān)性分析。由表3可以看出，不同品種經(jīng)過不同逆境脅迫處理后，只有低溫冷浸脅迫處理后的相對發(fā)芽率與其標準發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.766，其他指標未檢測到顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

種子在貯藏期極易因老化喪失活力[14]，導致細胞膜通透性降低、POD清除系統(tǒng)損傷、有害物質(zhì)積累，最終影響種子活力[15]，實驗室常用人工加速老化模擬種子的自然老化[16]。我國分布著面積巨大[17]、類型眾多的低產(chǎn)鹽漬土[18]，面積約為1億hm2，且在東北、中北部、西北、華北這幾大甜玉米種植區(qū)集中分布[19]。鹽脅迫會對種子產(chǎn)生離子毒害[20]，高濃度NaCl溶液處理可以模擬種子在萌發(fā)期遭受的鹽脅迫[8]。我國面臨不同程度的水資源短缺，大量種植甜玉米的東北和黃淮海地區(qū)，常年發(fā)生春夏干旱;西北制種地區(qū)常年干旱少雨;西南山地丘陵地貌不利于保水，導致其存在不同程度的干旱狀況。萌發(fā)期遭受干旱脅迫導致出苗時間增加，降低出苗率和活力指數(shù)[21]，目前常用PEG溶液模擬種子的干旱脅迫[9]。早春低溫冷害是我國北方春玉米區(qū)的主要自然災害之一[22]，萌芽期遭遇低溫冷害會嚴重影響早播玉米的田間出苗及最終產(chǎn)量[23]。盧新雄認為，低溫冷浸處理可以模擬播種時因田間不良氣候?qū)τ衩追N子萌發(fā)的不利影響[6]。種子老化、土壤干旱、鹽漬化和低溫等非生物逆境嚴重制約甜玉米的生產(chǎn)，探究甜玉米種子在上述逆境條件下的活力在生產(chǎn)上具有重要的現(xiàn)實意義。逆境條件放大了不同甜玉米品種因基因型差異導致的耐逆能力的差異，表現(xiàn)為發(fā)芽勢、發(fā)芽率、簡易活力指數(shù)等生理指標的差異，最終影響種子活力。本研究在室內(nèi)通過標準發(fā)芽試驗及4種逆境脅迫發(fā)芽試驗，模擬田間復雜條件下種子在萌發(fā)期可能遭受的逆境脅迫，上述方法均是種子活力測定的常用方法。

本研究試圖探討在實際生產(chǎn)中如何針對性地選擇種子的活力檢測方法，結(jié)果表明，同一品種在不同逆境條件下表現(xiàn)的活力是存在差異的，品種601和品種1618在各種逆境條件下均表現(xiàn)出高活力;大部分品種則只在某些特定逆境條件下表現(xiàn)出高活力，對其他逆境抗性不強。綜合抗逆境活力指標與上述結(jié)果也存在差異，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上缺少針對性。實驗室最常用的標準發(fā)芽試驗預測種子低溫萌發(fā)能力效果較好，但對其他逆境萌發(fā)能力的預測顯然不夠理想。梅鴻獻等在室內(nèi)對4種不同類型的芝麻種子使用多種活力檢測方法進行測試，發(fā)現(xiàn)不同的活力檢測方法適用于不同類型的芝麻品種，認為在實際工作中應該針對不同類型的芝麻采取不同的活力檢測方法[24]。趙光武認為，在對甜玉米種子進行活力測定時，應充分考慮播種地區(qū)實際的環(huán)境條件以及品種特性[25]。在實際生產(chǎn)中，某一地區(qū)可能是單一逆境，也可能是復合逆境，與綜合活力指標相比，特定逆境下種子表現(xiàn)出的活力更具有指導意義。對具有不同逆境條件的甜玉米種植地區(qū)來說，應針對其實際的土壤、氣候、環(huán)境差異，因地制宜地選擇不同活力測定方法。不同地區(qū)應選擇對當?shù)靥囟婢晨剐暂^好的甜玉米品種種植。如周雷對不同年份生產(chǎn)同一品種玉米種子使用8種活力測定方法，認為適合陜西關(guān)中地區(qū)玉米種子活力測定的最好方法是低溫測定[26]，這與本研究結(jié)果類似。

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