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种子活力是指种子具有的发芽潜力、生长潜力和生产潜力,是检验种子质量优劣的最可靠指标[1-2]。高活力的种子抗逆性强,具有实现高产量和优品质的潜在能力[3]。测定种子活力是农林业生产中不可缺少的步骤。目前,种子活力的测定方法主要有直接法和间接法2类。直接法指在实验室模拟一定条件直接测定萌发率,如低温发芽测定[4]和冷冻测定[5];间接法通过测定某些与种子活力相关的生理生化指标间接评价种子活力的方法,比较常用的方法如四氮唑法(TTC)测定、电导率测定[6]、加速老化测定[7]等。不同物种的最适种子活力测定方法也不相同。POONGUZHALI等[8]发现最能正确反映黑吉豆Vigna mungo种子活力的方法是加速老化法;电导率法评价紫花苜蓿Medicago sativa种子活力最为敏感[9];而通过记录平均胚根突出时间是测定燕麦Avena sativa种子活力高低的重要指标[10]。一般来讲,直接法测定种子活力最准确,但较为耗费时间,难以大规模进行。因此多采用电导率法和TTC法等间接法测定种子活力。TTC法测定种子活力具有方便快速、结果重复性好等优点,主要用于农作物种子活力的测定[11]。电导率法根据细胞膜的完整性来评价种子活力大小,但精度受到标准参考物、温度、水质等因素的影响较大[12]。紫外分光光度计法(UVS)由电导率法改进而来,通过测定种子浸出液的紫外吸光值,来判定浸出液中氨基酸等有机物的相对含量间接推断种子活力。鲁黎明等[13]利用UVS法测定烟草Nicotiana tabacum种子活力时发现:UVS法测定种子活力简便快捷,准确度较高。杉木Cunninghamia lanceolata是中国南方地区的优良速生用材树种,生长快、材质较好,在中国商品材生产中占有重要地位。杉木种子活力的测定与评价是杉木良种培育、种苗生产和人工林营建的重要环节,但由于杉木种子细小、种皮坚硬,胚小易碎等,一般的种子测量方法并不能快速有效检测。本研究以标准发芽试验为参照,比较了TTC法和UVS法测定杉木种子活力的准确性和便捷性,旨在建立一种快速方便且较为准确的种子活力检测方法。
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由表1发现:相同萌发环境下,3个品种杉木种子萌发率差异显著(P<0.05)。杂杉种子萌发初期萌发率较小,普杉和速杉种子在萌发初期(5 d)就表现出很高的发芽势,均在萌发15 d时趋于稳定。统计萌发15 d 时的萌发率发现:速杉种子萌发率最高(44.88%),普杉较低(41.11%),杂杉最低,仅为37.33%;总体上萌发率变异系数较小,均略大于5%。
种子类型 萌发率/% 变异系数/% 普杉 41.11±2.34 b 5.69 速杉 44.88±2.25 a 5.01 杂杉 37.33±2.33 c 6.24 说明:同列不同字母表示差异显著(P<0.05) Table 1. Real germination rate of different C. lanceolata seeds
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如表2可知:不同杉木种子的胚染色率存在差异,其中速杉最高(49.78%),杂杉略低(42.22%),普杉最低(38.89%);变异系数波动较大。
种子类型 染色率/% 变异系数/% 普杉 38.89±8.88 c 22.83 速杉 49.78±3.04 a 6.10 杂杉 42.22±3.35 b 7.93 说明:同列不同字母表示差异显著(P<0.05) Table 2. TTC staining rate of different C. lanceolata seed embryos
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由图1可知:随着浸泡时间延长,同一种子浸出液吸光度[D(260)]呈现逐渐增大的趋势;相同浸泡时长下,不同种子浸出液吸光度[D(260)]不同,3种种子间存在显著差异。速杉种子浸出液紫外吸光值最小,说明萌发率最高,杂杉紫外吸光值最大,说明种子萌发率最低,与实际萌发率一致。对不同浸泡时间下吸光度[D(260)]与真实萌发率做线性回归分析,得到回归方程如下:① 4 h浸泡,y=−0.566 6x+0.449 3 (R2=0.953);② 8 h浸泡,y=−0.309 7x+0.440 2 (R2=0.899);③ 12 h浸泡,y=−0.506 7x+0.458 8 (R2=0.902);④ 24 h浸泡,y=−0.145 7x+0.444 6 (R2=0.689)。由回归方程可看出4 h种子浸出液的紫外吸光度与萌发率之间拟合系数最高(0.953),说明在本研究条件下,杉木种子浸泡4 h后的浸出液紫外吸光值能够较好地反映杉木种子的活力。利用该回归方程计算3个品种种子的萌发率(表3),发现速杉种子萌发率为44.94%,普杉为41.00%,杂杉为37.39%;且其变异系数均约为5%。
Figure 1. Absorbance of leaching solution of different C. lanceolata seeds at different soaking times
种子类型 萌发率/% 变异系数/% 普杉 41.00±1.96 b 4.78 速杉 44.94±1.95 a 4.33 杂杉 37.39±2.10 c 5.61 说明:同列不同字母表示差异显著(P<0.05) Table 3. Fluctuation range of germination rate corresponding to obsorbance [D(260)] of different C. lanceolata seeds soaked for 4 h
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由表4可知:标准发芽法步骤简单,但耗时最长;TTC染色法需将种胚剥出染色,操作最为繁琐,且较为耗时;UVS法操作简单,耗时也最短。比较3种方法测定的萌发率(图2),TTC法测得的种子萌发率与实际萌发率间存在显著差异(P<0.05),UVS法测定的种子活力与实际萌发率没有显著差异(P>0.05)。
方法 步骤(耗时) 总耗时/h 标准发芽法 安替福明灭菌(15 min) 无菌水浸泡(24 h) 测定自然萌发率(15 d) 约384 TTC法 安替福明灭菌(15 min) 蒸馏水浸泡(24 h) 剥种胚恒温染色(1~3 h) 结果统计(1 h) 26~28 UVS法 种子清洗(1 h) 去离子水浸泡(4 h) OD值测定(0.5 h) 5.5 Table 4. Comparison of three methods for determining seed vigor and time-consuming
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为了进一步验证UVS法的稳定性,随机选取速1、新6和红47共3个杉木无性系,于2018年11月采集其半同胞种子进行UVS法种子活力测定,同时也采用标准发芽法和TTC法测定进行比较。活力测定方法按方法1.2.2,1.2.3和1.2.4进行。结果如表5所示:UVS法测定的结果与标准发芽法较为一致,没有显著差异,而TTC法测得的萌发率与其他2种方法差异显著,说明UVS法所测得的萌发率可靠程度较高,也比较稳定,是杉木种子活力测定的较好方法。
方法 萌发率/% 速1 新6 红47 TTC法 57.33±10.28 a 55.33±7.83 a 56.67±9.55 a 标准发芽法 49.33±3.47 b 46.67±3.67 b 50.00±3.26 b UVS法 44.81±5.71 b 45.16±3.06 b 45.27±5.51 b 说明:同列不同字母表示差异显著(P<0.05) Table 5. Comparison of the stability of the three methods