荞麦种子引发处理研究.pdf

科学之友 F rie n d o f S c ie n c e A m a t e u r s 2 0 1 1 年1 0 月 荞麦种子引发处理研究 郑 宇 ，杨小峰 ，白亮宇 ，侯先槐 ( 1 山西省忻州师范学院附属中学，山西忻州0 3 4 0 0 0 ；2 上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海2 0 0 2 4 0 ) 1 引言 摘要：本试验选用忻州本地甜荞麦种子为材料 ， 用四种不同引发技术对其进行引发， 通 过测试发芽指标、 出苗指标、 盐胁迫指标等， 对硝酸钾引发、 聚乙二醇 6 0 0 0引发， 沙引发， 蛭石引发 4种引发进行了比较 结果显示： 采用固体基质引发要优于液体基质引发， 其中 以沙引发 3 天 和蛭石 引发 1 天的最好 。 关键词：荞麦； 引发； 胁迫； 种子活力 中图分类号：T S 2 1 文献标识码：A 文章编号： 1 0 0 0 8 1 3 6 ( 2 0 1 1 ) 2 9 0 1 6 0 0 4 1 1 荞麦 荞麦( B u c k w h e ) 属蓼科( P o l y g o n a c e a e ) 荞麦属 ( F a g o p y r u m G a e n ) 的双子叶禾谷类作物， 是世界上一种重要的杂粮作物 ， 也是我国古老的农作物之一， 是不可多得的保健产品原料。 其主 要栽培种有甜荞( 也称普通荞麦) 和苦荞( 又称鞑靼荞麦) 。甜荞主 要栽种于我国北方， 苦荞主要栽种于我国西南 I I 2 l 。 山西省荞麦盛产于晋西北一带 ， 产 的荞麦， 粒大、 皮薄 、 粉 白、 出粉率高、 成筋大 ， 味美可口、 营养丰富， 且有壮体益寿、 防病 治病功能， 在国际上享有盛名。 随着改革开放的深入， 东西方饮食文化的交流， 科学技术的 进步 ， 人民生活水平的提高 ， 追求营养、 保健、 药膳意识的兴起， 荞麦及其制品的研究和利用越来越受到人们的重视。就其开发 利用前景来说， 在本世纪很有可能成为一种重要作物。尽管荞麦 产量不高 ， 也会普遍种植。但由于其单产偏低， 制约了荞麦的种 植 ， 使得养麦在粮食总产中所占份额并不突出。那么， 如何提高 荞麦种子的出苗率 、 整齐度和抗逆性 ， 使其长势良好 ， 产量增加 呢?据了解 ，这是多年来农民们一直渴望解决而没有解决的问 题。如果能够解决好这个问题， 将会带来丰厚的社会效益和经济 效益 。 1 2 种子引发 种子是农业生产中最基本的生产资料，它的质量关系到农 作物产量， 是粮食丰产的第一要素。因此 ， 如何改善荞麦种子的 活力， 提高田间出苗率、 出苗势， 增强幼苗素质是具有非常重要 的意义的。 种子引发， 又称渗调 ， 就是在播种前根据种子性质和吸水速 率， 来控制吸水量使种子慢速或少量吸水 ， 以提高活力 ， 改 善种子抵御逆境和吸胀损伤的能力， 从而使发芽迅速整齐， 幼苗 生长健壮， 植株发育良好 。 种子引发在我国近几年才发展起来。 常用的引发方法有 ： 液体引发、 固体引发和生物引发。 那么， 通过种子引发是否能够提高荞麦种子的活力呢?我们 采用了液体引发和固体引发两种引发方法对这一问题进行了研 究。 考虑到引发的成本和取材的方便， 液体引发选用聚乙二醇和 硝酸钾两种材料， 固体引发采用沙子和蛭石两种材料。 2 材料与方法 2 1 材料 、 试 剂与仪器 2 1 1 材料 本试验选用忻州本地甜荞麦种子 ( 发芽率为 8 5 9 2 ， 种 子含水量即原始水分为 1 2 5 ， 定襄县良种场) 。 2 1 2 试 剂 聚乙二醇 ( 6 0 0 0 ，广州市医药公司化学试剂玻璃仪器批发 部) ， 硝酸钾( 天津市博迪化工有限公司) ， 沙子( 本地河沙) ， 蛭石 ( 3 #膨胀蛭石， 河北石家庄市灵寿县矿产品加工场) 等。 2 1 3 仪 器 D D B 一 3 0 3型便携式电导率仪 ( 上海今迈仪器仪表有限公 司) ， S P X 一 2 5 0 B G B光照培养箱 ( 上海琅开实验设备有限公司) ， D J 1 2 0 A电子天平( 福州闽衡电子仪器有限公司) ， 烘箱 ， 发芽盒， 培养皿， 量筒， 烧杯等。 2 _2 试验方法 2 2 1引发方法 2 2 1 1 聚乙二醇( P E G ) 引发 取 P E G试剂 ， 配成浓度为5 ， 1 5 ， 2 5 ， 3 5 的溶液， 作为 不同浓度引发剂。 取适量种子放入培养皿， 加入上述引发剂， 以种 子全部浸入为基准， 在 1 5条件下引 发 1 天。取出， 用自来水冲 洗干净， 在室温下干燥到原始水分 ， 做发芽试验。设 4个处理， 一 个对照 ， 每个发芽盒放 1 0 0粒种子 ， 重复三次， 在 2 0 3 0的光照 培养箱内培养， 发芽 4天， 测定结果。 2 2 1 2 硝酸钾( K N O ) 引发 取 K N O 试剂，配成浓度为 0 5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 溶液 ， 作 为不同浓度引发剂， 取适量种子放人培养皿， 加入上述引发剂 ， 以 种子全部浸入为基准， 在 1 5条件下， 引发 1 天。 取出， 用 自来水 冲洗干净 ， 在室温下干燥到原始水分， 做发芽试验。设 4 个处理 ， 一 个对照， 每个发芽盒放 1 0 0粒种子， 重复 3次， 在 2 0 3 0的光 照培养箱内培养， 发芽4天， 测定结果。 2 2 1 3 沙子引发 取充足沙子在 1 0 0的烘箱内烘干杀菌 2 4 h ，取出凉到室 温， 将大约 2 5 g 种子、 7 5 g 沙子、 4 m l 蒸馏水混匀 ， 在 1 5 条件 下 ， 引发 1 d 、 2 d 、 3 d 、 4 d后 ， 分别取出， 在室温下干燥到原始水 分， 做发芽试验。设 4 个处理 ， 一个对照， 每个发芽盒放 1 0 0 粒种 子 ， 重复 3次， 在 2 0 3 0的光照培养箱内培养， 发芽 4天， 测定 结果 。 2 2 1 4 蛭石引发 科学之友 F r ie n d o f S c ie n c e A m a t e u r s 2 0 1 1 年 1 O 月 取充足蛭石在 1 0 0的烘箱内烘干杀菌 2 4 h ， 取出凉到室温 ， 将 2 5 g 种子、 5 0 g 蛭石、 4 6 mL 蒸馏水混匀月 ， 在 1 5条件下， 引发 1 d 、 2 d 、 3 d 、 4 d后 ， 分别取出， 在 2 5 3 0烘箱内烘干到原始水分， 做发芽试验。设 4个处理， 一个对照， 每个发芽盒放 1 0 0粒种子， 重复 3 次， 在 2 O 3 0的光照培养箱内培养， 发芽4天， 测定结果。 2 2 2测定 内容及 方法 ( 1 ) 发芽率( G ) ： 发芽 4 d总数 供试种子数。 ( 2 ) 发芽势： 2 d的发芽总数 供试种子数。 ( 3 ) 发芽( 出苗) 指数： G I = ( G d Dt ) ， G I 值与活力成正相关。 ( 4 ) 芽长： 发芽 4 d后的芽长。 ( 5 ) 出苗率( G ) ： 7 d出苗总数 ， 供试种子数。 ( 6 ) 出苗势： 4 d的出苗总数 供试种子数。 ( 7 ) 苗高： 出苗 7 d后的苗高。 2 2 3 酶 活性测定 酶活性测定具体方法参见参考文献17 植物生理生化实验原 理和技术 。 2 2 4盐 水 胁 迫 处 理 其测定原理是根据种子在逆境条件下， 抗逆力强， 经受逆境 袭击仍能保持较高发芽力 ， 且活性较高的为高活力种子， 反之 ， 为低活力种子， 借以鉴定种子活力的水平。盐胁迫测定是用盐水 代替水， 进行发芽测定。 取荞麦种子 1 0 0 粒 ，重复 3次，用浓度为 0 5 的盐水代替 水， 在 2 0 3 0下发芽 ， 测定其的生理指标。 2 2 5 数 据统计分析 本试验对数值进行了单因素完全随机设计，采用邓肯式新 复极差测验， 应用 S P S S统计软件对其进行多重比较。 3 结果 3 1 荞麦种子引发试验结果 3 1 1 硝酸钾( KNO ) 引发试验结果 由表 1 可以看出， 不同浓度的硝酸钾溶液引发处理后， 并未 显著提高养麦种子的发芽率和发芽势。在发芽指数和芽长方面， 有显著提高。 综合来看， 用浓度为 1 0 的硝酸钾引发种子的发芽 活力最高。 表 1 不同浓度的硝酸钾( K N O。 ) 引发对荞麦种子发芽活力的影响 K N O 浓度 发芽率 发芽势 发芽指数 芽长 c m C K 8 85 a A 7 9 8 a A 4 9 8 c C 2-2 c C 05 8 77 a A 7 9 3 a A 5 2 3b B 3 0 b B 1 0 8 7 9 a A 8 1 6 a A 5 4 7 a A 3 _ 3 a A 1 5 8 3 1 b B 7 50b B 4 9 8 c C 3 1 a b AB 20 7 98 c B 7 38 b B 4 7 1 d D 3 O b AB 3 1 2 聚 乙二醇( P E G ) 引发试验结果 由表 2可以看出： 随着 P E G 浓度的增加 ， 用 P E G引发的 养麦种子的发芽率、 发芽势、 发芽指数在逐步下降， 并且都达到 了极显著水平。由此可见， 当前设置的这 4 种浓度不适合忻州甜 荞麦的引发。 表 2 不同浓度的聚乙二醇( P E G ) 引发对荞麦种子发芽活力的影响 l P E G浓度( g L ) 发芽率 发芽势 发芽指数 芽长 c m C K 88 7 a A 7 0- 3 a A 4 3 7 a A 1 9 b B 1 0 0 7 6 7 b B 5 0 5 b B 3 5 2 b B 2 4 a A 2 0 0 73 4 c C 4 7 5 c BC 3 5 2 b B 2 4 a A 3 0 0 71 0 d CD 4 5 7 c d C 3 3 6 c d C 1 8 b c B 4 0 0 6 9 8 d D 4 4 7 d C 3 3 3 d C 1 7 c B 3 1 3 沙子 引发试验结果 由表 3可以看出：沙子引发不同天数都可以极显著提高荞 麦的发芽率 、 发芽势、 发芽指数和芽长， 尤其是沙子引发 3 天的。 由此可见， 沙引发 3 天的种子发芽活力最高， 效果最显著。 表 3 沙子引发不同时间对荞麦种子发芽活力的影响 沙子引发 时间 Il 发芽率 ， 发芽势 发芽指数 芽长 c m CK 8 86 b B 8 56 b B 5 7 O dC 2 5 c B l d 9 2 2 a A 9 0 6 a A 7 0 7 c B 3 2 8 a b A 2 d 9 2 4 a A 91 0 a A 7 23 a b A 3 - 2 6 a b A 3 d 9 32 a A 91 8 a A 7 2 9 a A 3 3 4 a A 4 d 9 2 O a A 91 0 a A 71 5 b c AB 3 1 2 b A 3 1 4蛭 石 引发 试 验 结 果 由于 1 5蛭石引发 2天以上 ， 种子就基本发芽， 考虑可能 是由于温度过高， 因此设置了在 1 0条件下引发 ， 得到了与 1 5 引发条件下相同的结果。因此本表比较了两种温度引发 1 天 的情况。由表 4可以看出： 不同温度下蛭石引发都能极显著提高 荞麦种子的发芽率、 发芽指数和芽长。由此可见 ， 不同温度蛭石 引发 1 天较适合本荞麦种子。 表 4 不 同温度蛭石 引发对荞麦种子发芽活力的影响 蛭石引发温度 发芽率 发芽势 发芽指数 芽长 c m CK 8 9 0 b B 8 2 7 c B 4 9 2 b B 2 2 b B 1 5 9 5 0 a A 9 4_ 3 b A 8 90 a A 3 5 a A 1 0 9 4 0 a A 9 4 3 a A 8 79 a A 3 6 a A 3 2 最优引发种子的出苗试验结果 由表 5 可以看出：不同最优引发处理都可以极显著提高荞 麦的出苗率，沙引发 3 d和 1 5蛭石引发显著高于其它两项处 理。出苗率最高的是引发 3 天的。在出苗势中， 各最优引发处理 都极显著提高了出苗势。出苗指数和苗高中， 各最优引发处理都 极显著地高于对照， 其中以沙引发 3 d 和 1 5蛭石引发的最好。 表 5 比较最优 引发处理对荞麦种子出苗活力的影响 最优处理 出苗率 出苗势 出苗指数 苗高 c m CK 6 4 1 d C l 8 8 c B 2 43d C 49 b B KNO 1 0 7 4 1 b AB 4 0 0 a b A 3 3 _ 3 b A 5 8 a A 沙 3 d 7 7 9 a A 3 3 0 b A 3 4 9 a A 5 8 a A 蛭石 1 5 7 4 5 a b A B 4 2 2 a A 3 3 9 a b A 5 6 a A 蛭石 1 0 6 9 9 c B 3 3 6 b A 3 l 3c B 5 6 a A 3 3 最优引发种子的酶活性结果 S O D酶 、 P O D酶活性结果： 由图 1 可以看出： 各最优方法弓 发都可以极显著提高荞麦种子的 S O D酶、 P O D酶活性。 “ 图 1 各最优 方法引发对荞麦种子 S OD酶活性 的影响 一 1 6 1 一 t 。 郑 宇，杨小峰 ，白亮宇，侯先槐 ： 荞麦种 子引发处理研究 i l ： ：“ ： ! ： I ： 骨 l t I) ： ： I 图 2 各最优方法 引发对荞麦种子 P OD酶活性 的影响 3 4最优 引发种子的盐胁迫试验结果 由表 6可以看出： 经过盐胁迫后 ， 对照和各引发处理的发芽 率 、 发芽势、 发芽指数都没有受到影响， 芽长有小幅下降。由此可 见， 蛭石引发和沙引发优于硝酸钾引发。 表 6 比较最优引发处理在盐胁迫下对荞麦种子发芽活力的影响 最优处理 发芽率 ， 发芽势 发芽指数 芽长 c m C K 8 6 - 3 c B 8 6 3 c B 8 43 c C 2 2 b B KN0 1 O 8 6 7 c B 8 6 7 c B 8 5 2 c C 3 1 a A 沙 3 d 8 9 7 b A 8 9 7 b A 8 8 5 b B 3 1 a A 蛭石 1 5 9 1 7 a A 9 1 7 a A 9 0 9 a A 2 9 a A 蛭石 1 0 9 1 5 a A 9 1 5 a A 8 9 9 a b A B 2 9 a A 4分析与讨论 种子活力是影响农作物产质量的一个重要方面，它是指在 广泛的田间条件下， 种子本身具有的决定其迅速而整齐出苗及正 常苗发育的全部潜力的所有特性 8 1 。种子引发的一个显著特点是 让种子处于发芽的准备阶段， 各项生理活动都处于活跃状态， 一 旦条件适合， 种子就会迅速萌发9 1 。另一方面， 种子引发可促进种 子出苗， 特别是在不利条件下的作用， 这主要是由于引发导致种 子生化物质的数量变化， 改善了膜的完整性 ， 增加了种子的生理 活性。所以， 经过种子引发通常会提高种子活力。 4 1 液体引发对荞麦种子活力的影响 由 3 1 1的结果看出，低浓度的硝酸钾引发可提高种子活 力， 而在高浓度情况下反而有小幅度的下降。低浓度情况可以让 种子直接吸湿达到一定的含水量但又不至于萌发 ，在吸湿阶段 种子内部进行了一系列的修复活动， 从而减少种子劣变， 提高种 子活力。 而高浓度的 K N O 在处理中可能已渗入种子和在种子中 积累， 而提高了种子的渗透势， 导致种子吸收更多水分而降低其 活力。 由 3 1 2的结果看出， 用 P E G进行引发效果不理想， 这可能 与本试验中液体的高渗透势有关， 溶液水势高、 空隙度小， 通气 性差有关 ， 在引发期间可能已经带菌， 因此影响种子发芽和活性 的表达I 2 1 。 4 2 固体引发对荞麦种子活力的影响 由3 1 3的结果看出， 沙引发能改善荞麦种子活力。沙引发 改善种子活力的机理应该与细胞的活化与修复能力及可以激活 与活力相关的酶有关I O A I 】 。 由3 1 4的结果看出， 蛭石引发处理可明显提高荞麦种子的 活力，这与膨胀蛭石的通气性好 ，且烧制过程可杀灭所带病原 菌， 处理种子霉变的风险小有关。 相对于渗透引发， 种子直接接触液态的水 ， 吸水快 ； 而在固 体基质引发中， 大部分水被固体基质吸附， 干种子表现负水势而 一 1 6 2 一 从固体基质中吸水直至平衡 ， 种子从固相载体中吸收水分， 相对 于从液体中吸收水分要慢。沙和蛭石具有不溶于水、 产生的水势 低 、 孔隙度和表面积较大， 原料易得， 又容易与土壤混合等优点 ， 预计其可能成为固体基质引发的代表。 4 3 盐水胁迫对 引发种子活力的影响 我国盐渍土分布在 1 6个省区， 面积达 8 1 8 万 k m ， 约占耕地 面积的 1 0 左右 ， 土地盐渍化是作物生长的一大危害， 我国的盐 渍地大大制约着农业生产的发展， 如何提高植物的抗盐性， 增加 在盐胁迫下作物的产量一直是人们关注的课题。盐胁迫减慢了 种子萌发速率， 延长了种子的萌发时间， 耐性不同， 盐胁迫的影 响程度也有明显差别_l 2 1 。一般情况下， 盐浓度达到 0 -4 ， 种子吸 水就较为困难。 本试验采用的是 0 5 的盐水， 由 3 5的试验结果看出， 各项 引发处理极显著地提高了养麦种子的抗盐性。这可能与引发后 种子中被激活的小分子物质及一些离子在渗透调节、结构保护 和代谢调控有关。 5 结论 本实验选择了山西省定襄县良种场的甜荞麦种子，进行了 不同浓度的硝酸钾引发处理试验 ，得到硝酸钾引发以浓度为 1 0 的效果最佳。通过不同浓度的聚乙二醇 6 0 0 0引发处理试 验，发现随着浓度的增加，荞麦种子的发芽活力指标呈下降趋 势， 说明P E G引发不适合荞麦种子。 通过沙进行不同时间的引发 试验， 发现引发不同时间对养麦种子的发芽势、 发芽指数和芽长 都有极显著提高， 其中以沙引发 3天的效果最好 ， 并在出苗活力 和盐胁迫方面也有极显著的改善 ，通过不同时间的蛭石引发试 验，发现引发的最佳时间是 1 天， 1 0和 1 5 蛭石引发 1 天都 能极显著提高荞麦种子的发芽势， 发芽指数和芽长。在出苗涪l生