双氧水与PEG协同引发对小麦种子活力的影响

马晔 杨进文 李宁 范李剑 史雨刚

摘要：為了解双氧水与PEG协同引发对小麦种子活力的影响，测定了引发处理后冬小麦的苗长（SL）、根长（RL）、发芽势（GE）、发芽率（GP）等9个种子活力指标。结果表明，‘长7170’在0.25%H2O2浸泡6 h+10% PEG浸泡4 h（处理3）条件下比对照（处理1）的发芽势、发芽指数、苗长、活力指数显著升高了18.4%、30.2%、26.1%、48.4%，对比于0%H2O2浸泡12 h+0%PEG浸泡12 h（处理2）的发芽指数、活力指数、根长、根重分别升高了20.7%、16.2%、13.6%、22.8%。‘长6388’在0.25%H2O2浸泡6 h+10%PEG浸泡4 h（处理3）条件下的发芽率显著高于对照（处理1）及0.5%H2O2浸泡6 h+5%PEG浸泡4 h（处理9），发芽指数与0.5% H2O2浸泡12 h+10%PEG浸泡2 h（处理8）相比升高了12%。种子活力的综合评价结果（D值）显示，2个品种均在处理3的协同引发下最大，分别为0.9482、0.8293；GGE双标图分析表明，0.25% H2O2浸泡6 h+ 10%PEG浸泡4 h（处理3）协同引发下，2个品种都在发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和根长上表现良好，这些指标可以作为小麦种子活力鉴定的主要指标。

关键词：小麦；双氧水；PEG；协同引发；种子活力

中图分类号：S512.1文献标志码：A论文编号：cjas2021-0213

Synergistic Initiation Effect of Hydrogen Peroxide and PEG on Wheat Seed Vigor

MA Ye， YANG Jinwen， LI Ning， FAN Lijian， SHI Yugang

（College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Taigu 030801， Shanxi， China）

Abstract： In order to understand the effect of synergistic initiation of hydrogen peroxide and PEG on seed vigor， nine seed vigor indexes including seedling length （SL）， root length （RL）， germination potential （GE） and germination percentage （GP） and etc. of winter wheat cultivars after initiation were measured. The results showed that under the condition of 0.25%H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3）， the germination potential， germination index， seedling length and vigor index of‘Chang 7170’significantly increased by 18.4%， 30.2%， 26.1% and 48.4%， respectively， compared with those of the control （treatment 1）； and the germination index， vigor index， root length and root weight increased by 20.7%， 16.2%， 13.6% and 22.8%， respectively， compared with those under 0%H2O2 soaking for 12 h and 0%PEG soaking for 12 h（treatment 2）. The germination rate of‘Chang 6388’under 0.25%H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3） was significantly higher than that of the control （treatment 1） and 0.5%H2O2 soaking for 6 h and 5%PEG soaking for 4 h （treatment 9）； and the germination index increased by 12% compared with that under 0.5%H2O2 soaking for 12 h and 10%PEG soaking for 2 h （treatment 8）. The comprehensive evaluation results （D value） showed that the seed vigor of the two cultivars was the highest under the synergistic initiation of treatment 3， which was 0.9482 and 0.8293， respectively. GGE biplot analysis showed that the germination potential， germination rate， germination index， vigor index and root length of the two cultivars were all good under the synergistic initiation of 0.25% H2O2 soaking for 6 h and 10%PEG soaking for 4 h （treatment 3）， which could be used as the main indexes for identifying the vigor of wheat seeds.

Keywords： wheat； hydrogen peroxide； PEG； synergistic initiation； seed vigor

0引言

小麦（Triticum aestivum L.）是世界上重要的粮食作物之一，仅次于水稻的战略地位，全球有1/3以上的人口以小麦为主要口粮，近年来随着世界人口的加速增长，对小麦产量的需求逐步提高。

种子不仅包含植物全部的遗传信息，而且是农业生产的重要资料。种子活力是衡量种子质量的重要指标，是决定产量的重要因素。高活力的种子，发芽率高，出苗快速、整齐、健壮，而且抗逆性和生产力增强[1]，能够实现播量少、用工少、成本低、效益高的目标[2]；因此采用各种技术提高种子的活力具有重要实践意义[3-5]。

种子引发又称为种子渗透调节，是根据种子性质和吸水速率，在播种前通过控制种子吸水速率，使其停留在吸胀阶段，促进细胞膜、细胞器、DNA的修复和酶的活化，使之处于发芽的准备状态[6]，此过程有利于种子活力的提高，也有利于萌发期间各项生理活动顺利进行[7-8]。引发可加速种子发芽、提高种子抗逆性，打破种子休眠[9]。引发技术现已应用于小麦[10]、番茄[11]、豆类[12]、菠菜[13]及烟草[14]等作物。张珂等[15]研究发现，低镉条件下小麦种子萌发较好，而镉胁迫高时就会抑制种子的萌发。王瑛等[16]研究表明，1%双氧水浸种24 h对小麦种子活力的影响最为显著。李季平等[17]研究表明，在20%PEG-6000浸种8 h处理下对小麦种子活力影响较大。

本研究通过对2个冬小麦品种‘长7170’和‘长6388’的种子进行不同浓度、不同时间的双氧水和PEG协同引发处理，分析比较不同引发处理后小麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗长、根长等活力指标，探索最佳的协同引发技术，以期为种子引发技术在小麦生产上的应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

供试的2个冬小麦品种‘长7170’和‘长6388’，由山西农业大学农学院小麦育种组提供，为2021年6月收获的新种子。

1.2试验设计

1.2.1种子引发试验于2021年9—11月在山西农业大学农学院小麦育种实验室进行，每个品种挑选饱满、大小均匀一致的种子2200粒。试验设10个处理（表1），在温度15℃、相对湿度50%、黑暗条件下对小麦种子进行引发。将处理后的种子用蒸馏水冲洗表面残留的引发液，并用干净的滤纸吸干种子表面水分，自然晾干24 h。

1.2.2种子发芽试验按照农作物检验规程（GB/T 3543—1995）的标准发芽试验方法，用纸床发芽法。将直径为12 cm的培养皿和滤纸经120℃高温灭菌20 min，然后将晾干的种子选50粒放入底部有2层滤纸的培养皿中，腹沟向下，种胚朝上，每天定时补充水分，在恒温培养箱培养，在温度25℃、湿度80%、光照强度8000 lx（光照8 h，黑暗16 h）下进行种子发芽试验，3次重复。

1.2.3测量指标发芽试验的第3天开始每天记录发芽种子数。7天后将培养皿中的种子取出，每个处理选取具有代表性的5株幼苗，用滤纸擦干净表面水分，测量其苗长（SL）、根长（RL），计算发芽势（GE）、发芽率（GP）、发芽指数（GI）、活力指数（VI）、简易活力指数（SVI）。

1.3统计分析

运用SPSS 25进行描述性统计分析、方差分析、主成分分析和逐步回归分析，应用R语言的相关软件包作GGE双标图。

2结果与分析

2.1协同引发处理下小麦种子活力的各项指标表型值变异性分析

从表2可以看出，参试的2个小麦品种在协同引发处理下，活力指数和根重的变异系数超过了10%，说明这2个指标在处理间存在较大的差异。而其余发芽势、发芽率、发芽指数、苗长、根长、苗重、根重的变异系数均小于10%，说明这些指标在处理间的差异性较小。

2.2协同引发处理下小麦种子活力的各项指标方差分析

对各指标进行方差分析（表3），可以看出对于品种‘长7170’来说，除了发芽率之外其他所有指标都是处理3显著高于处理1；处理3的发芽指数、活力指数、根长、根重分别达到了68.44、647.55、7.85cm、0.0561g均显著高于处理2；处理3的发芽指数为68.44显著高于处理4、处理7和处理8；处理3的根重為0.0561g显著高于处理7、处理8、处理9和处理10。

对于品种‘长6388’来说（表4），处理3、处理4、处理11的发芽势（0.85、0.84、0.85）显著高于处理1；处理3的发芽率（0.96）显著高于处理1、处理9；处理3的发芽指数（66.66）显著高于处理1、2、8、9；处理3的苗长（8.95 cm）显著高于其他处理；处理3、处理4的活力指数分别为596.31、598.56均显著高于其他处理；处理3、处理4、处理5的简易活力指数分别为8.59、8.48、8.23均显著高于其他处理；处理3、处理11的根长为6.62 cm、6.46 cm均显著高于处理1、处理2；处理5的苗重（0.0573 g）显著高于处理1、处理2、处理4、处理11；处理7的根重（0.0487 g）显著高于其他处理。

2.3协同引发处理下小麦种子活力的各项指标相关性分析

对不同处理下种子活力的各项指标进行相关性分析（表5）。可以看出2個参试品种多数种子活力指标间存在不同程度的相关，尤其‘长7170’的根长与苗长、简易活力指数、苗重和活力指数之间达到了极显著正相关水平；‘长6388’的发芽势与根长、发芽指数与简易活力指数和苗重之间达到了极显著正相关水平，发芽势与苗长和简易活力指数、发芽率与发芽指数和简易活力指数、发芽指数与苗长之间达到了显著正相关水平。

2.4协同引发处理下小麦种子活力的各项指标主成分分析

参试小麦种子活力的各项指标的主成分分析结果见表6。‘长7170’的前3个的主成分累计贡献率达到了89.73%，已基本代表了种子活力相关指标的信息。根据特征值和贡献率可知，第一主成分其主要相关的指标有苗长、活力指数、简易活力指数、根长、苗重；第二主成分主要相关的指标有发芽势、发芽指数、根重；第三主成分其主要相关的指标有发芽率。‘长6388’的前3个的主成分累计贡献率达到了87.56%，可以反映相关性状提供的大部分信息。根据特征值和贡献率可知，第一主成分的发芽势、发芽指数、苗长、活力指数、简易活力指数、苗重表现出较高的载荷量；第二主成分的根重表现出较高的载荷量；第三主成分的发芽率、根长表现出较高的载荷量。

2.5小麦种子活力性状的综合评价值（D）

利用综合指标的因子值，得到各主成分的因子值即C（X），通过公式（6）计算得到各主成分的隶属函数U（X），依据各主成分的贡献率，通过公式（7）计算得到各主成分的权重W，通过公式（8）计算得到综合评价D值，D值越大，表明该处理的种子活力越强。从表7可以看出参试的2个材料都是在0.25% H2O2浸泡6 h+10% PEG浸泡4 h的协同引发下的效果最好。

2.6种子活力相关性状的GGE双标图分析

小麦品种的种子活力指标与处理的相关性见图1、图2。从图中可以看出，效果最好的是处理3，即0.25% H2O2浸泡6 h和10%PEG浸泡4 h的协同引发。‘长7170’的处理3主要在发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、根重6个性状表现较好；‘长6388’主要在发芽势、发芽率、发芽指数、苗长、活力指数、简易活力指数、苗重、根长这8个性状表现较好。2个品种都在发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长上表现比较好。

3讨论

种子成熟后随着储存时间和储存环境的影响，种子成熟后受储存时间和储存环境的影响，细胞膜系统受到不同程度的损伤，种子活力会发生不可逆转的变化[18]，活力低的种子播种后会出现出苗不整齐、苗弱等现象，对农业生产造成很大的损失。渗透调节是一种增强种子活力的一种技术，首先是由英国科学家Heydecker提出来的[19]，是为了在不良条件下提高种子的出苗整齐度，进一步提高作物的产量，最大程度的降低农业生产的成本。汪少敏等[20]研究表明，低浓度的碘溶液（浓度为0.0001%～0.001%）能够显著提高水稻种子的活性、提早发芽时间、提高种子萌发的同步性和发芽率，对种子萌发具有积极的作用。王铁兵等[21]发现水杨酸、赤霉素和聚乙二醇均能改善老化种子萌发和幼苗生长状况，能够促进幼苗生长，提高抗氧化酶活性、修复老化膜损伤，降低了种子浸出液的电导率及丙二醛含量，使种子细胞内容物质外渗减少。本试验结果表明，PEG和H2O2协同引发能够提高小麦种子的活力，但是引发效果与两种引发剂的浓度配比以及引发时长密切相关。2个参试小麦品种所得最佳的处理时间和处理浓度相同，皆为在0.25% H2O2浸泡6 h和10% PEG浸泡4 h的协同引发下的种子活力最强。根据GGE双标图结果显示，2个品种在最佳处理上表现较好的指标存在差异，这可能是跟品种自身的基因型有关；2个品种都在发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和根长上表现良好，这对促进小麦种子萌发、提高种子活力具有重要意义；在今后试验研究中，应引入更多小麦品种使用双氧水和PEG协同引发处理，以找出针对大部分小麦品种可以大面积推广的最佳浓度和处理时间。

4结论

2个小麦品种‘长7170’和‘长6388’在11个协同引发组合的综合评价D值的排序结果显示，均在0.25% H2O2浸泡6 h+10%PEG浸泡4 h的协同引发下种子活力表现出最强（D值分别为0.9482、0.8293）。GGE双标图分析表明，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和根长可以作为小麦种子活力鉴定的主要指标。

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