鄧曉娟，蘇秀娟，瑪依拉·依不拉音，陸小雙，麥爾旦·圖爾貢，劉鵬飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是喜溫作物，新疆春季氣候多變，常有明顯的倒春寒，導(dǎo)致棉花苗期冷害發(fā)生較頻繁，是影響其生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)的主要環(huán)境脅迫因子之一[1]。棉花種子老化是種子貯藏過程中普遍存在的一種現(xiàn)象，影響種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)及后期種子的產(chǎn)量與品質(zhì)，而且對(duì)種質(zhì)資源的保存、開發(fā)和利用等都產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[2]。分析模擬逆境對(duì)棉花種子萌發(fā)的影響，為篩選和培育高活力種子提高棉種播種質(zhì)量和種用價(jià)值提供參考。通過低溫脅迫和人工模擬種子老化的相關(guān)研究，分析種子低溫響應(yīng)和老化機(jī)理并進(jìn)一步找出相關(guān)減緩種子劣變速率的應(yīng)對(duì)策略，對(duì)于種質(zhì)資源保存和環(huán)境保護(hù)以及作物的繁殖生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】在作物生產(chǎn)中，種子質(zhì)量直接影響作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，種子活力又是反映種子質(zhì)量的重要指標(biāo)[3-4]。測(cè)定種子活力，評(píng)價(jià)對(duì)種子活力，并篩選出高活力種子，對(duì)于確保播種種子質(zhì)量，節(jié)約播種費(fèi)用，提高種子抵御不良環(huán)境的能力，增強(qiáng)種子對(duì)病蟲雜草的競(jìng)爭(zhēng)能力，提高實(shí)際田間出苗率，提高作物產(chǎn)量，增強(qiáng)種子的耐儲(chǔ)藏性。棉花在整個(gè)生育期均容易遇到低溫脅迫，主要是在萌發(fā)期和苗期[5]。棉花生長(zhǎng)季節(jié)早期的低溫會(huì)對(duì)棉花幼苗造成傷害，在溫度恢復(fù)正常后棉株也可能無法完全恢復(fù)[6]。高活力種子在經(jīng)歷一段時(shí)間的低溫后發(fā)芽能力仍然較強(qiáng)，而低活力的種子經(jīng)低溫處理后，發(fā)芽能力明顯降低，甚至不能夠正常萌發(fā)出苗[7]。種子生理成熟后便進(jìn)入貯藏或休眠階段，該階段種子會(huì)發(fā)生老化或劣變，發(fā)芽率和活力等隨之降低。種子老化對(duì)萌發(fā)的影響巨大，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和整齊率下降，生長(zhǎng)緩慢[8]，抗逆性下降，弱苗、白化苗、畸形苗增多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生活力喪失[9]，造成經(jīng)濟(jì)損失[10-11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】棉花對(duì)低溫比較敏感，苗期冷害影響棉花品質(zhì)和產(chǎn)量。棉花種子是否耐受貯藏能力影響種子活力。目前有關(guān)棉花種子質(zhì)量的研究多數(shù)仍然用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽率，而對(duì)種子活力研究，特別是逆境脅迫下的活力研究較少[12-13]。研究人工老化處理和低溫脅迫對(duì)陸地棉種子萌發(fā)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以12份陸地棉種子為材料進(jìn)行了低溫脅迫和人工老化處理后發(fā)芽試驗(yàn)，分析人工老化處理和低溫脅迫對(duì)陸地棉種子活力的影響，為陸地棉種子耐低溫和耐貯藏性提供資源參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

2019年10月收獲 12 個(gè)陸地棉品種、品系種子，分別為中棉49號(hào)、XND1580、新陸早42號(hào)、關(guān)農(nóng)1號(hào)、KK1543、新陸早7號(hào)、新陸早72號(hào)、塔什干、吐76-94、新陸早57號(hào)、中棉35號(hào)和10615等，種植在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)烏魯木齊三坪農(nóng)場(chǎng)，種子由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)2612棉花團(tuán)隊(duì)提供。

1.2 方 法

1.2.1 種子處理

采收后機(jī)械脫長(zhǎng)絨，濃硫酸脫短絨，于陰涼通風(fēng)處晾干貯藏，約6個(gè)月后用于種子活力測(cè)定。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽

根據(jù)農(nóng)作物檢驗(yàn)規(guī)程(GB/T 3543.4-1995)采用濾紙法恒溫變光培養(yǎng)進(jìn)行。每材料取100粒種子，0.1%的氯化汞滅菌15～20 min，無菌水洗3～4次，置種于鋪有無菌濾紙的用75%酒精消毒過的發(fā)芽盒上，蓋上無菌濾紙，并用無菌水濕潤(rùn)，發(fā)芽盒置于每天8 h全光照26℃光照培養(yǎng)箱進(jìn)行。每個(gè)品種3次重復(fù)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽情況及補(bǔ)無菌水，第8 d并稱量苗鮮重、根鮮重、苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)。

簡(jiǎn)化活力指數(shù)=G×S，S為苗鮮重。

1.2.3 低溫發(fā)芽

每材料3次重復(fù)，每重復(fù)100粒種子，采用同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法相同的濾紙發(fā)芽盒法，發(fā)芽盒置于18℃光照培養(yǎng)箱。統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及公式同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2.4 人工老化發(fā)芽

先對(duì)種子人工老化處理[9]，將種子放入 65℃的水浴鍋里浸泡40 min，取出于37℃烘箱過夜烘干，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS23.0軟件進(jìn)行聚類分析。采用系統(tǒng)聚類的方式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Z得分標(biāo)準(zhǔn)化，采用組間聯(lián)接方法、平方歐氏距離測(cè)量，得出聚類樹。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同脅迫處理間發(fā)芽勢(shì)比較

研究表明，人工老化發(fā)芽勢(shì)最高，其次是標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法，最后是低溫發(fā)芽法。除了新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)，人工老化平均提高了發(fā)芽勢(shì)15.0%，即加快了快速整齊出苗速率。新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)人工老化發(fā)芽勢(shì)分別比標(biāo)準(zhǔn)下低了68.7%和37.0%，人工老化處理嚴(yán)重影響了新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)的出苗速率。除了新陸早7號(hào)、塔什干和中棉35號(hào)，其它材料均受低溫負(fù)影響較大，發(fā)芽勢(shì)平均降低了30.0%。而新陸早7號(hào)和中棉35號(hào)低溫提高了發(fā)芽速度，分別比標(biāo)準(zhǔn)下提高了15.3%和19%，塔什干低溫下發(fā)芽勢(shì)比標(biāo)準(zhǔn)下高了4%，均表現(xiàn)出較高耐低溫能力。圖1

注：1:中棉49號(hào)，2:XND1580，3:新陸早42號(hào)，4:關(guān)農(nóng)1號(hào)，5:KK1543，6:新陸早7號(hào)，7:塔什干，8:吐76-94，9:新陸早72號(hào)，10:新陸早57號(hào)，11:中棉35號(hào)，12:10615

2.2 不同脅迫處理間發(fā)芽率比較

研究表明，不同活力測(cè)定方法下陸地棉種子發(fā)芽率總體趨勢(shì)和發(fā)芽勢(shì)不同，標(biāo)準(zhǔn)>人工老化>低溫。人工老化發(fā)芽率比人工老化下發(fā)芽勢(shì)平均只高了5%，人工老化處理加快了發(fā)芽速度，但降低了發(fā)芽率。低溫下發(fā)芽率比標(biāo)準(zhǔn)下低了26%，人工老化比標(biāo)準(zhǔn)下低了10%，低溫對(duì)發(fā)芽率的影響較大。其中中棉35號(hào)最耐低溫，發(fā)芽率為75%，比對(duì)照高了3%；其次是塔什干和新陸早7號(hào)，發(fā)芽率分別為70%和78%，比對(duì)照分別一致和少2.7%。新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)最不耐貯藏，發(fā)芽率比對(duì)照分別低了82.7%和35%。中棉49號(hào)、塔什干、新陸早72號(hào)和10615發(fā)芽率都高于對(duì)照，耐貯藏。圖2

2.3 不同脅迫處理間苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)比較

研究表明，苗長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)下最長(zhǎng)，其次是低溫和人工老化，平均值分別是4.36、2.72和2.64 cm。根長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)下2.55 cm，人工老化下1.15 cm，而低溫下是0.95 cm。根長(zhǎng)占苗長(zhǎng)百分比平均值為標(biāo)準(zhǔn)下59%，人工老化下為44%，低溫下為35%，低溫下根長(zhǎng)占比最小，其次是人工老化下，逆境下負(fù)影響根的伸長(zhǎng)。

品種間對(duì)不同逆境的反應(yīng)也不同，低溫下有的品種根顯著長(zhǎng)，占苗長(zhǎng)50%以上，如中棉49號(hào)、XND1586、新陸早42號(hào)、KK1543等，根占苗百分比為95%、71%、61%和64%；有的品種根顯著短，如塔什干、吐76-94、新陸早72號(hào)和10625等，根占苗百分比為19%、22%、16%和17%；其余與標(biāo)準(zhǔn)下比例接近。圖3

圖3 不同測(cè)定方法下苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)重疊變化Fig. 3 The superposed graph of seedling length and root length under three types of germination

2.4 不同脅迫處理間鮮重比較

研究表明，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽，人工老化發(fā)芽和低溫發(fā)芽平均苗鮮重分別為1.8、2.4和2.7 g，平均根鮮重分別為0.37、0.29和0.60 g。苗鮮重規(guī)律為低溫>人工老化>標(biāo)準(zhǔn)，根鮮重規(guī)律為低溫>標(biāo)準(zhǔn)>人工老化。人工老化苗根鮮重比最高，為8.38，更接近于標(biāo)準(zhǔn)下的4.73，而低溫下苗根鮮重比為0.22，低溫脅迫下發(fā)芽的幼苗易形成粗根、狀根。圖4

圖4 不同測(cè)定方法下苗鮮重和根鮮疊加變化Fig. 4 The layer overlay mode of seedling fresh weight and root fresh weight under three types of germination

2.5 不同脅迫處理間簡(jiǎn)化活力指數(shù)比較

研究表明，低溫脅迫和人工老化處理都降低了陸地棉種子活力，但各材料對(duì)不同逆境響應(yīng)有所不同。多數(shù)材料人工老化處理下簡(jiǎn)化活力指數(shù)大于低溫下的，而新陸早7號(hào)，塔什干，吐76-94和新陸早57號(hào)則相反。其中，塔什干在逆境下簡(jiǎn)化活力指數(shù)較正常下稍高。吐76-94、中棉35號(hào)在各環(huán)境中簡(jiǎn)化活力指數(shù)保持相近。圖5

注：1:中棉49號(hào)，2:XND1580，3:新陸早42號(hào)，4:關(guān)農(nóng)1號(hào)，5:KK1543，6:新陸早7號(hào)，7:塔什干，8:吐76-94，9:新陸早72號(hào)，10:新陸早57號(hào)，11:中棉35號(hào)，12:10615

2.6 不同脅迫處理萌發(fā)能力聚類

研究表明，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下發(fā)芽率均在70%以上，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽各指標(biāo)進(jìn)行綜合系統(tǒng)聚類分析，在相似系數(shù)為15時(shí)分類2類，高活力和中活力。高活力包括XND1586、關(guān)農(nóng)1號(hào)、新陸早42號(hào)、KK1543、新陸早7號(hào)和中棉49號(hào)，中活力包括塔什干、新陸早72號(hào)、中棉35號(hào)、吐76-94、新陸早57號(hào)和10615。圖6

圖6 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)陸地棉種子活力系統(tǒng)聚類Fig. 6 Clustering analysis of cotton seed vigor under standard germination

在相似系數(shù)20分為3類，耐冷型、中間型和敏冷型。耐冷型有5個(gè)材料，包括新陸早7號(hào)、吐76-94、中棉35號(hào)、新陸早57號(hào)和塔什干，其中新陸早7號(hào)屬于高耐冷型。中間型有3個(gè)材料，分別是kk1543、XND1586和中棉49號(hào)。敏冷型有4個(gè)材料，分別是關(guān)農(nóng)1號(hào)、新陸早42號(hào)、10615和新陸早72號(hào)，其中10615和新陸早72號(hào)極敏冷。圖7

圖7 低溫脅迫系統(tǒng)聚類Fig.7 Clustering analysis of cotton seed vigor under low temperature germination

在相似系數(shù)15的時(shí)候分為3類，耐貯藏型，中間型和不耐貯藏型。耐貯藏型有4個(gè)材料，包括中棉35號(hào)、10615、新陸早72號(hào)和塔什干。中間型有6個(gè)材料，分別是吐76-94、新陸早42號(hào)、關(guān)農(nóng)1號(hào)、KK1543、XND1586和中棉49號(hào)。不耐貯藏型有2個(gè)材料，新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)。圖8

圖8 人工老化處理系統(tǒng)聚類Fig. 8 Clustering analysis of cotton seed vigorunder artificial aging germination

在相似系數(shù)20的時(shí)候分為3類，不耐低溫耐貯藏型，中間型和耐低溫不耐貯藏型。不耐低溫耐貯藏型有5個(gè)材料，包括XND1586、KK1543、中棉49號(hào)、新陸早42號(hào)和關(guān)農(nóng)1號(hào)。中耐低溫中耐貯藏型有5個(gè)材料，分別是新陸早72號(hào)、10615、塔什干、中棉35號(hào)、新陸早57號(hào)和吐76-94。耐低溫不耐貯藏型只有1個(gè)，即新陸早7號(hào)。圖9

圖9 綜合逆境系統(tǒng)聚類Fig. 9 Clustering analysis of cotton seed vigor under three types of germination

3 討 論

3.1 各品種對(duì)逆境下種子活力響應(yīng)有所不同

不同活力測(cè)定方法所得到的棉花種子活力結(jié)果并不完全一致，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)活力水平高的品種逆境發(fā)芽能力不一定好，而活力低的品種逆境發(fā)芽能力也不一定表現(xiàn)都差[12]。在玉米、水稻等作物種子活力的研究，也發(fā)現(xiàn)不同活力測(cè)定方法的結(jié)果不一致現(xiàn)象[14-15]。品種不同，響應(yīng)會(huì)有所不同，研究發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下活力高的不一定所有逆境下活力高。新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)芽率和低溫脅迫發(fā)芽率分別是98.7%和80%及96%和72%，而人工老化只有16%和45%。10615的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率和老化處理發(fā)芽率到80%和94%，而低溫脅迫發(fā)芽率只有20%。閆強(qiáng)等[12]通過低溫脅迫和人工老化處理結(jié)果顯示，湘雜7號(hào)、屯雜6號(hào)、中棉所50號(hào)等都表現(xiàn)出在標(biāo)準(zhǔn)條件和低溫脅迫下活力高，而人工老化處理下活力較低。蘇秀娟等[16]在鹽脅迫處理海島棉種子后測(cè)定活力顯示，N3、農(nóng)科57在標(biāo)準(zhǔn)條件活力高，而鹽脅迫下活力較低。一種活力測(cè)定方法的結(jié)果僅能側(cè)重于判斷種子對(duì)某種逆境條件的耐受能力，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)下所測(cè)定的種子活力并不能完全反映種子在逆境下的發(fā)芽能力和芽苗健壯程度。

3.2 逆境脅迫下發(fā)芽的幼苗響應(yīng)不同

低溫脅迫下苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)較標(biāo)準(zhǔn)條件下短，苗重和根重較標(biāo)準(zhǔn)條件下重，說明低溫脅迫下出的幼苗為粗、短苗。人工老化處理下苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)較標(biāo)準(zhǔn)條件下短，苗重較標(biāo)準(zhǔn)條件下重，根重較標(biāo)準(zhǔn)條件下輕，人工老化處理出的幼苗以子葉重、短苗為主。對(duì)17個(gè)陸地棉進(jìn)行低溫和人類老化處理研究種子活力發(fā)現(xiàn)逆境下幼苗鮮重下降[17]，種子活力是一個(gè)綜合性狀，不同的逆境可能影響種子萌發(fā)過程的不同生理生化反應(yīng)。

4 結(jié) 論

4.1 相比標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行的簡(jiǎn)化的發(fā)芽試驗(yàn)，低溫脅迫與人工老化發(fā)芽處理都降低了陸地棉種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗鮮重和根鮮重，且品種間存在較大差異。人工老化主要抑制種子發(fā)芽率，而低溫脅迫及抑制了種子發(fā)芽也抑制了幼苗生長(zhǎng)勢(shì)。人工老化處理加快了出苗速度，但降低了最終發(fā)芽率，易形成粗壯苗，除了高度不耐貯藏的新陸早7號(hào)和新陸早57號(hào)，發(fā)芽率都達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)70%以上，在該范圍內(nèi)的人工老化處理可作為促進(jìn)早出苗、齊出苗的播前處理手段。低溫脅迫既降低了出苗速率也降低了發(fā)芽率，易形成小葉粗根短苗。

4.2 發(fā)芽勢(shì)高的不一定發(fā)芽率高，例如人工老化處理評(píng)價(jià)發(fā)芽勢(shì)是68.5%，比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢(shì)高了4%，而平均發(fā)芽率為74.3%，比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢(shì)低了10%。發(fā)芽勢(shì)低的不一定發(fā)芽率低，例如KK1543的發(fā)芽勢(shì)只有35%，而發(fā)芽率高達(dá)81.3%。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下高活力的不一定在逆境下也高活力，新陸早7號(hào)，表現(xiàn)出極不耐貯藏。逆境下高活力的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一定高，新陸早7號(hào)在低溫、中棉35號(hào)在低溫和人工老化都具有高發(fā)芽率，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下也是高發(fā)芽率。

4.3 12個(gè)陸地棉材料里，高度耐低溫的材料只有新陸早7號(hào)，且表現(xiàn)為不耐貯藏。中耐低溫的有吐76-94、中棉35號(hào)、新陸早57號(hào)和塔什干。耐貯藏的材料有塔什干、新陸早72號(hào)和10615，且也中度耐低溫。耐貯藏不耐低溫的材料有XND1586、KK1543、中棉49號(hào)、新陸早42號(hào)和關(guān)農(nóng)1號(hào)。