溫度對柳枝稷種子萌發的影響

珊 丹，劉艷萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010010)

溫度對柳枝稷種子萌發的影響

珊 丹，劉艷萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010010)

柳枝稷；種子萌發；測定指標；種子活力；溫度條件

柳枝稷是一種優良的纖維素類草本能源植物，具有優良的牧草特性及水土保持功能，同時又被認為是一種理想的可再生替代能源植物。為研究不同溫度處理下柳枝稷種子的萌發特性，利用主成分分析法對發芽總數、發芽率、峰值、日平均發芽率、發芽系數、發芽指數、胚芽干重和活力指數8個種子活力測定指標進行了篩選，結果表明：發芽指數、發芽系數、胚芽干重3個測定指標能夠較真實、全面地反映柳枝稷種子活力水平，可作為種子萌發的測定指標；柳枝稷3個品種種子的適宜萌發溫度為35 ℃，在發芽水平上，品種Bay Canada的種子品質要高于Alamo、Common。

生物質能源被認為是一種理想的可再生替代能源，草本能源植物作為重要的生物質資源，成為目前世界各國研究的熱點。柳枝稷(PanicumvirgatumL.)屬禾本科黍屬多年生叢生C4型高大禾草，是一種優良的纖維素類草本能源植物。柳枝稷原產于中美洲和北美洲，其生物量高，根系發達，具有優良牧草特性及水土保持功能。柳枝稷的細胞壁可被消化為糖類，并經過發酵生成乙醇，因此柳枝稷成為纖維質資源的熱門原料[1]。20世紀80年代，美國能源部就已開始將柳枝稷作為生物能源植物進行相關的研究與嘗試，以緩解石油壓力，減少CO2氣體排放，并刺激農業經濟[2]。我國西部地區氣候干燥、降雨量少、水資源短缺，選擇抗逆性強、生產性能好的牧草品種是保障干旱半干旱地區植被恢復重建、建設生態文明的關鍵。因此，在我國西部地區開展柳枝稷等禾本科能源草的育種、栽培、管理技術研究，不僅能為當地水土流失治理提供新的植物品種，而且為今后利用草本能源植物生產生物柴油，作為煤炭、石油和天然氣等傳統能源的替代品提供了大量原材料，為水土保持植物的產業化發展提供了新思路。

目前，我國柳枝稷的大面積種植主要集中在陜西的楊凌、定邊和寧夏的固原等地區。2008年以后北京市農林科學院開展了北京郊區邊際土地種植柳枝稷的試驗研究，種植面積約115 hm2[3]。但是，目前在自然條件相對惡劣的內蒙古西部地區柳枝稷的相關研究仍是空白。本試驗著重研究不同溫度條件下的柳枝稷種子萌發和幼苗生產特性，以期為柳枝稷在內蒙古西部地區的引種栽培提供科學依據。

1 研究材料與方法

1.1 研究材料

供試柳枝稷3個品種分別為Alamo(A)、Bay Canada(B)、Common(C)，其中Alamo和Bay Canada種子來自北京市農林科學院，Common來自全球種子公司(Global Seed Company LLC)。種子萌發試驗于2013年4—6月在實驗室內進行，種子名稱、來源和采集時間見表1。

表1 供試種子來源

1.2 研究方法

在不同溫度條件下，對所選柳枝稷3個品種的種子按照《農作物種子檢驗規程 發芽試驗》(GB/T 3543.4—1995)[4]進行萌發試驗。每個品種設3個重復，每個重復50粒種子。在培養皿上鋪吸水紙，用蒸餾水保持濕潤。試驗開始前，將培養皿放置在培養箱內24 h以達到設定溫度。每個培養皿內放置50粒種子，每批試驗品種與重復成隨機區組排列。發芽天數自裝有種子的培養皿移入培養箱內24 h后算起，逐日統計種子發芽個數直到第7天。發芽過程中所加的補充蒸發溶液均為蒸餾水。第7天測種子發芽的生長勢,即將3個重復的胚芽集中在一起，在60 ℃的恒溫干燥箱內干燥12 h后稱量胚芽干重。

(1)常規萌發測定。不作任何處理，直接在常規溫度(20～30 ℃)下萌發。

(2)不同溫度下萌發測定。不作任何處理，將3種草種分別置于15、20、25、30、35 ℃的5個恒溫培養箱中進行培養。

1.3 數據統計與分析

試驗完成后，統計日發芽數、發芽總數(TG)，并計算種子發芽率(G)、峰值(PV)、日平均發芽率(MDG)、發芽系數(CG)、發芽指數(GI)、胚芽干重(S)和活力指數(VI)[5]。計算公式分別為

G=(發芽總數/供試種子粒數)×100%

(1)

PV=Gpt/Dpt

(2)

MDG=G/Gd×100%

(3)

CG=100(A1+A2+A3+…+An)/

(A1t1+A2t2+A3t3+…+Antn)

(4)

GI=A1/t1+A2/t2+A3/t3+…+An/tn

(5)

VI=GI·S

(6)

式中：G為種子發芽率；Gpt為達到高峰日時的發芽量；Dpt為達到高峰值的天數；PV為峰值；Gd表示總發芽天數；MDG為日平均發芽率；CG為發芽系數；A1，A2，A3，…，An為逐日發芽量；t1，t2，t3，…，tn為與逐日發芽量對應的發芽天數；GI為發芽指數；VI為活力指數；S為胚芽干重。

用Excel 2003整理觀察記錄，利用統計軟件SPSS 17.0進行主成分分析和顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 種子萌發各項指標相關性分析

柳枝稷種子在不同溫度下的萌發情況見表2，測定指標包括發芽總數、發芽率、峰值、日平均發芽率、發芽系數、發芽指數、胚芽干重和活力指數。對8項種子萌發指標進行相關性分析(表3)，結果表明，發芽總數與發芽率、日平均發芽率、發芽指數、胚芽干重4個萌發指標成極顯著正相關，與峰值、發芽系數、活力指數成顯著正相關。

表2 不同溫度下柳枝稷種子萌發指標

表3 種子萌發各項指標間的相關系數

2.2 種子萌發可靠性指標篩選

本試驗測定的8個指標均與柳枝稷種子萌發特性有關，研究種子萌發時如上述指標均測定并計算，會增加試驗的工作量，而且過程繁瑣、易出錯。為使種子萌發試驗結果準確、工序簡便，同時所選指標具有代表性，簡化萌發測定指標是較好的途徑[6]。因此，可利用主成分分析法對與種子萌發相關的8個指標進行可靠性指標篩選，篩選出3～4個具有代表性的指標，作為柳枝稷種子萌發的測定指標。分析結果見表4。

表4 主成分特征值與累積貢獻率

主成分的特征值和貢獻率是選擇主成分的依據，從表4中可以看出，通過主成分分析提取的前2個主成分的累積貢獻率為95.25%，大于統計學貢獻率標準(85%)，已經充分反映了原始信息量，說明這2個因子可以作為主因子。第一主成分特征值為6.133，貢獻率為76.65%，第二主成分特征值為1.487，貢獻率為18.59%。根據前2個主成分，由特征向量給出的第一、第二主成分方程分別為

Prin1=0.820X1+0.822X2+0.867X3+0.821X4+

0.907X5+0.937X6+ 0.899X7+0.893X8

Prin2=0.571X1+0.569X2+0.368X3+0.570X4+

0.381X5+0.281X6+ 0.165X7+0.355X8

式中：X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分別為發芽總數、發芽率、峰值、日平均發芽率、發芽系數、發芽指數、胚芽干重和活力指數。

第一主成分的貢獻率為76.65%，由表5可知，在第一主成分中，絕對值較大的指標有：發芽指數(0.937)、發芽系數(0.907)、胚芽干重(0.899)。這些特征向量反映的是種子活力，種子活力決定種子和種子批在發芽和出苗期間的活性強度，是種子特征的綜合表現，種子活力因子值越大，說明種子活力水平越高。第二主成分的貢獻率為18.59%，由表5可知，在第二主成分中，絕對值較大的指標有：發芽總數(0.571)、日平均發芽率(0.570)、發芽率(0.569)。這些特征向量反映的是種子生活力，種子生活力是種子發芽的潛在能力或種子胚具有的生命力，而具有生活力的種子雖然能萌發但不一定能形成正常幼苗。

表5 主成分特征向量計算結果

由主成分分析結果可知，發芽指數、發芽系數、胚芽干重3個指標可作為柳枝稷種子萌發的測定指標，這樣既簡化了萌發測定工序又確保了測定的準確性。種子活力指數是通過發芽指數和胚芽干重延伸出來的，綜合了發芽指數和胚芽干重的內容，因此，這3個指標已經完全可以說明柳枝稷種子的萌發特性和活力水平。

2.3 不同溫度對種子萌發的影響

分析不同溫度條件下柳枝稷種子萌發情況(圖1)發現，發芽指數、發芽系數、胚芽干重均隨著溫度升高而增加，在35 ℃條件下3個品種柳枝稷種子萌發活力最高。通過顯著性差異分析，在35 ℃恒溫時，柳枝稷種子萌發的三項萌發指標顯著高于其他溫度條件下的(常規溫度、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃)(P<0.05)，可見35 ℃是柳枝稷種子萌發的最適溫度。對比柳枝稷3個品種Alamo、Bay Canada、Common，在各個溫度條件下Bay Canada的各項萌發指標(發芽指數、發芽系數、胚芽干重)均高于Alamo、Common，說明在發芽水平上，3種柳枝稷種子中，Bay Canada品種的種子品質最高。

圖1 不同溫度條件下柳枝稷種子的萌發特性

3 討 論

在種子發芽所需生態條件中，溫度是極為重要的因素之一。種子萌發對溫度范圍有一定的要求，低于某個溫度或高于某個溫度時，種子均不能夠正常萌發。因此，種子萌發有最低、最適和最高三個基點溫度，低溫時溫度對胚活性物質的代謝起主導作用，高溫時溫度對胚活性物質變性起主導作用，適溫時兩者協調，結果表現出最高生長量[7]。一般來說，植物種不同，種子最適萌發溫度不同。柳枝稷是禾本科黍屬多年生叢生C4植物，本試驗中柳枝稷種子的最適宜萌發溫度為35 ℃。根據其他研究結果，在內蒙古西部地區比較適宜種植的禾本科植物中，披堿草(Elymusdahuricus)種子萌發最適溫度為25 ℃[8]，老芒麥(Elymussibiricus)種子萌發最適溫度為20/30 ℃變溫[9]，蒙古冰草(Agropyroncristatum)種子萌發最適溫度為20/30 ℃[6]，緣毛雀麥(Bromusciliatus)種子萌發最適溫度為20/30 ℃變溫[10]。與這些禾本科植物相比，柳枝稷種子的最適宜萌發溫度較高，這可能與供試材料來源地的降水或土壤水分有關。另一方面，即使同一植物種，最適萌發溫度也會因產地等因素而不盡相同。例如，張樹新等觀察采集于內蒙古吉蘭泰地區的梭梭(Halaxylonammodendron)種子最適萌發溫度為25 ℃，甚至在60 ℃仍有64%的萌發率，而產于西北新疆吐魯番盆地吐魯番沙漠植物園的梭梭種子最適萌發溫度僅為10 ℃[11]。因此，對于自然條件相對惡劣的內蒙古西部地區，柳枝稷引種繁育成功的關鍵是選擇適宜的品種，同時，播種時機也是柳枝稷能正常生長發育的主要限制因素之一。

4 結 論

(1)利用主成分分析法對發芽總數、發芽率、峰值、日平均發芽率、發芽系數、發芽指數、胚芽干重和活力指數8個種子活力測定指標進行篩選的結果表明，發芽指數、發芽系數、胚芽干重3個測定指標能夠較真實、全面地反映柳枝稷種子活力水平，可作為種子萌發的測定指標。

(2)柳枝稷3個品種種子在常規溫度(20～30 ℃)和15、20、25、30、35 ℃溫度處理下，最適宜的萌發溫度為35 ℃。

(3)對比柳枝稷3個品種Alamo、Bay Canada、Common的種子發芽情況，品種Bay Canada種子的發芽指數、發芽系數、胚芽干重均高于Alamo和Common，3個品種中Bay Canada種子發芽活力最強。

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(責任編輯 徐素霞)

岑鞏縣積極探索水土保持信息化建設

按照《全國水土保持信息化規劃(2013—2020年)》的要求，岑鞏縣水土保持站著力履行工作職責。一是負責岑鞏縣水土保持數據存儲環境建設，加大自動化觀測設施設備應用；建立區域抽樣調查樣點，配備野外數據采集和遙感數據處理設備。二是負責更新水土保持基礎數據和業務數據。另外，岑鞏縣將逐步建立生產建設項目水土保持數據庫，盡早建設水土保持監測站點，同時做好國家水土保持重點工程項目管理系統的數據錄入及管理。下一步，岑鞏縣將積極探索縣級水土保持信息化建設渠道，積極搭建可研平臺，爭取與水土保持科研院所建立合作關系，建設岑鞏縣水土保持信息系統，著力提升水土保持信息化水平。

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水利部公益性行業科研專項經費項目(201301049)；國家自然科學基金青年科學基金項目(31400482)

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1000-0941(2015)10-0047-04

珊丹(1978—)，女(蒙古族)，內蒙古赤峰市人，工程師，博士，從事草地生態與水土保持研究。

2015-03-20