三色堇種子活力測定方法研究

趙正楠，王 濤，藺 艷，卜燕華，張 鉞

(北京市園林科學研究院綠化植物育種北京市重點實驗室，北京100102)

高活力的種子田間出苗率高、可以節約播種費用、有效抵抗不良環境、增加作物產量[1]。適宜的活力測定方法有助于準確選擇出高活力的種子。種子活力的測定方法有多種，國際種子檢驗協會推薦的種子檢驗方法有標準發芽試驗、逆境發芽試驗(冷凍測定、低溫發芽試驗、加速老化試驗、冷浸試驗、符合逆境試驗等)和生理生化指標(電導率、四唑發、ATP含量等)的測定[1]。如陳蕾太等[2]以16個小麥種子為材料，基于發芽逆境抗逆指數對小麥種子活力進行評價，楊冬風等[3]使用近紅外光譜智能檢測方法對玉米種子活力進行檢查；唐強等[4]采用幼苗生長測定法對楓楊種子活力進行預測；鄧飛等[5]采用計算機圖像處理技術對杉木和馬尾松種子活力進行評價；邊子星等[6]采用四氮唑法和紫外分光光度計法和測定華石斛種子的活力等。三色堇(ViolatricolorL.)是堇菜科一二年生草本花卉，株型較矮，花色豐富，性較耐寒，是早春時節常用園林綠化花卉，使用種子繁殖，用種量很大。王開凍等[7]對三色堇種子發芽特性進行研究，王濤等[8]研究了低能氮離子注入三色堇、角堇種子的生物學效應；劉振威等[9]研究了LED光源不同光質對三色堇種子萌發及幼苗生長的影響。但現階段尚無對三色堇種子活力檢測方法的相關研究。本研究通過探索三色堇種子活力測定的適宜方法，旨在為生產中準確預測三色堇種子田間出苗提供技術支持，促進高活力三色堇種子的應用及優良品種的選育和推廣。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用4份材料均為北京市園林科學研究院三色堇育種課題組選育的三色堇新品系P-1001。其中1號材料于2015年收獲于內蒙古赤峰制種基地；2號材料于2014年收獲于北京市園林科學研究院試驗地；3號材料于2014年收獲于赤峰制種基地；4號材料于2012年收獲于北京市園林科學研究院試驗地。清選干燥等常規種子加工處理后，保存在低溫低濕種子庫中(溫度4 ℃，濕度小于50%)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發與幼苗生長指標測定

1.2.1.1 標準發芽試驗 使用體積分數為1%的次氯酸鈉溶液對三色堇種子消毒5 min，無菌水清洗3遍，使用吸水紙吸去種子表面的水分。在12cm×12cm的發芽盒中，鋪上兩層滅菌后的濾紙，充分潤濕。每個發芽盒中擺放100粒種子，每種材料重復3次。在智能人工氣候箱中進行發芽，溫度設為25℃，黑暗條件。參照王開凍等[7]的方法，第7天統計發芽勢(GE，Germination energy)，第14天統計種子發芽率(GR，Germination rate)、發芽指數(GI，Germination index)、活力指數(VI，Vigor index)，同時每個重復選取10株進行根長、苗長的測量。

GE=7 d內發芽的種子數參與發芽試驗的種子數×100%

GR=14 d內發芽的種子數參與發芽試驗的種子數×100%

VI=GI×RL

Gt為第t天發芽的種子數，Dt為Gt對應的發芽天數，RL指根長。

1.2.1.2 冷浸試驗 將三色堇種子在4 ℃的冷水中浸泡處理3 d，后續操作同標準發芽試驗。連續3 d沒有新種子發芽時，進行發芽率統計。

GR=種子發芽數供試種子總數×100%(連續3 d無新種子發芽時的發芽數)

1.2.1.3 穴盤播種試驗 使用200穴穴盤將三色堇種子材料于2016年12月5日在北京市園林科學研究院溫室中播種。播種基質中營養土和蛭石的體積比為1∶1。將穴盤潤濕后，種子單粒點入，連續3 d沒有新種子發芽時記錄發芽率、根長、菌長、發芽指數和活力指數。當30 d后穴盤中種苗長至滿盤的時候，再次測量根長、苗長，計算活力指數。

1.2.2 相對電導率測定

稱取0.5 g三色堇種子，加入20 mL去離子水，測定浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h電導率值，100 ℃水浴鍋中煮30 min，記錄煮后種子電導率，并計算相對電導率值。

1.3 數據分析

使用Excel 2007及SPSS 19.0進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 標準發芽試驗種子萌發與幼苗生長情況

對4份材料進行標準發芽試驗，結果如表1所示。不同材料種子的發芽勢、發芽率、活力指數均存在顯著差異。1號材料和3號材料的平均根長沒有顯著差異，但與2號、4號材料的根長存在顯著差異,分別為2號、4號材料的1.24倍、1.5倍。1號、2號、3號材料的平均苗長沒有顯著差異，均比4號材料長，且差異顯著。

表1 標準發芽試驗結果

注 ：同一列中相同小寫字母表示0.05水平差異不顯著,下同

2.2 冷浸發芽試驗種子萌發與幼苗生長情況

對4份材料進行冷浸發芽試驗，結果如表2所示。4份種子材料的發芽勢、發芽率存在顯著差異。4份材料的平均根長沒有顯著差異，1號材料的苗長顯著長于2號、3號材料的苗長，2號、3號材料苗長不存在顯著差異，1號、2號、3號材料苗長顯著長于4號材料。

表2 冷浸試驗發芽結果

2.3 溫室播種條件下種子萌發與種苗生長情況

對4份材料在溫室播種條件下種子的活力進行分析，結果如表3所示。4份材料種子發芽率存在顯著差異；2號、3號材料種子的發芽指數沒有顯著差異，與1號、4號種子的發芽指數存在顯著差異。當種子發芽率連續3 d不發生變化時，對種苗的根長、苗長、活力指數進行分析，2號材料與4號材料種子根長不存在顯著差異，與1號、3號材料種子根長存在顯著差異，4份材料苗長不存在顯著差異；4份材料種子活力指數顯著差異。當種苗經過30 d的生長長至滿盤的時候，對4份材料的根長、苗長、活力指數進行分析可知，1號、2號、3號材料的根長不存在顯著差異，與4號材料根長存在顯著差異；4份材料苗長不存在顯著差異；2號、3號材料活力指數不存在顯著差異，與1號、4號材料的活力指數存在顯著差異。

表3 溫室播種條件下種子活力情況

注：根長1、苗長1、活力指數1代表種子發芽率連續3d不再變化時的根長、苗長，活力指數;根長2、苗長2、活力指數2代表生長30 d后的根長、苗長、活力指數

2.4 浸提不同時間種子的相對電導率結果

對不同材料的種子浸泡2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24h，計算其相對電導率，結果如圖1所示。4份材料的相對電導率隨著浸泡時間的延長均升高，對同一浸泡時間下不同材料的相對電導率進行分析，浸泡2 h條件下，1號、2號種子材料相對電導率沒有顯著差異，與3號、4號材料相對電導率有顯著差異；浸泡4 h、6 h的條件下，4份材料的相對電導率均存在顯著差異；浸泡8 h、10 h的條件下，1號、3號材料相對電導率沒有顯著差異，與2號、4號材料相對電導率存在顯著差異；浸泡12 h、24 h條件下，4份材料相對電導率均存在顯著差異。

圖1 不同材料的相對電導率Fig.1 The relative electrical conductivity of different materials

2.5 各指標與溫室播種種子材料活力相關性分析

對溫室穴盤播種的發芽率、活力、根長、苗長相關指標進行相關性分析，結果如表4所示。有12個指標與溫室穴盤播種的發芽率相關系數達到極顯著水平，相關系數最大的是冷浸試驗發芽率。與30 d時種苗活力極顯著相關的指標有9個，相關系數最大的是冷浸發芽率；有6個指標達到顯著水平，相關系數最大的是6 h相對電導率；與30 d時種苗根長極顯著相關的指標有7個，相關系數最大的是標準發芽試驗苗長；達到顯著相關的指標有7個。17個指標與30 d時種苗苗長均無顯著相關性關系。與連續3 d無新種子發芽時種子活力極顯著相關的指標有7個，相關系數最大的是冷浸試驗發芽勢；與之顯著相關的指標有3個，從大到小分別是標準發芽根長、冷浸發芽根長和6h相對電導率。與連續3 d無新種子發芽時種苗苗長顯著相關的指標有5個，相關系數最大的是冷浸試驗根長。

表4 標準發芽試驗、冷浸發芽試驗、相對電導率與溫室播種種子活力相關性

注：A1、A3、A6、A7溫室播種試驗連續3 d沒有新種子發芽時的發芽率、活力指數、根長、苗長；A2、A4、A5溫室播種30 d后的活力指數、根長、苗長；B1—B6標準發芽試驗發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、根長、苗長；B7—B10冷浸發芽試驗發芽勢、發芽率、根長、苗長；B11—B17：2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h相對電導率值. *表示P<0.05水平存在顯著相關，**表示在P<0.01水平存在極顯著相關

標準發芽勢(B1)、標準發芽率(B2)、標準發芽指數(B3)、標準發芽活力指數(B4)、冷浸發芽勢(B7)、冷浸發芽率(B8)與溫室發芽率(A1)、生長30 d的溫室活力指數(A2)，連續3 d無新種子發芽時溫室種子活力(A3)的相關系數均在0.8以上；以A1、A2、A3為因變量，B1、B2、B3、B4、B7、B8為自變量，進行多元回歸。對A1、A2、A3進行預測，回歸方程為分別為：

A1=-3.972-0.310B1+0.992B2-0.494B3+0.068B4+0.421B7+0.150B8(相關系數r1=0.992)

A2=-1.833+0.370B1+0.016B2-1.501B3+0.423B4+0.147B7+0.361B8(相關系數r2=0.995)

A3=19.99+0.541B1-0.791B2-1.779B3+0.395B4+0.430B7+0.647B8(相關系數r3=0.980)

3 討論

本研究以不同活力的三色堇種子為材料，研究了標準發芽試驗、冷浸試驗、相對電導率與種子活力的相關性。冷浸試驗的發芽率與穴盤播種種子發芽率及穴盤苗長滿盤(30 d)時種子活力極顯著相關，相關系數最高；穴盤苗長至滿盤時的根長與標準發芽試驗的苗長極顯著相關，相關系數最高?？墒褂脴藴拾l芽試驗的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數和冷浸發芽試驗的發芽勢、發芽率對溫室播種條件下的發芽率、活力進行預測。

根長和苗長是種子活力相關的重要指標，也是種苗質量評價和種苗質量分級的重要指標[10-12]。在園林綠化的草本花卉生產中，種苗的根長和苗長是種苗是否進行移植的關鍵，也是種苗質量的重要評價標準。本研究結果表明，種子發芽結束時種苗的根長與冷浸試驗發芽勢顯著相關，且相關系數最高；此時苗長與冷浸發芽試驗中根長顯著相關，且相關系數最高。種苗長至滿盤時種苗的根長與標準發芽試驗的苗長極顯著相關，且相關系數最高。這為生產中預測三色堇壯苗提供了重要的參考。使用多項指標對種子活力進行預測可以為精細播種和一次全苗提供參考[13]。另一方面，與其他預測種子活力的方法相比，相對電導率預測種子活力較為快速。在大豆種子、玉米等作物種子活力預測中有非常好的效果[1]。本研究發現，不同浸提時間計算的相對電導率值可以用來預測三色堇種子的發芽率、活力和根長，應用于三色堇種子活力的快速鑒定中。

近年來，隨著種子生物學技術的發展和多種學科之間的交叉，種子活力的無損檢測成為新的研究方向。葉鳳林等[14-15]應用機械視覺技術對射干、黃芩種子發芽率等活力相關指標進行預測，從而達到精選的目的。利用這些更為先進的技術對更多的草本花卉種子活力進行預測將成為未來發展的重要趨勢。