不同消毒剂对藜麦种子表面消毒效果和萌发影响综合评价.pdf
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1、doi:10.3969/j.issn.2095-1736.2023.04.083不同消毒剂对藜麦种子表面消毒效果和萌发影响综合评价朱丽丽1,2,张业猛1,2,李万才5,赵亚利6,陈志国1,3,4(1.中国科学院西北高原生物研究所,西宁 810008;2.中国科学院大学,北京 100049;3.中国科学院高原生物适应与进化重点实验室,西宁 810008;4.青海省作物分子育种重点实验室,西宁 810008;5.互助县种子站,海东 810500;6.乐都区种子站,海东 810700)摘 要 为明确种子表面消毒剂对藜麦的效应,以青藜 11 号和青藜 12 号藜麦种子为实验材料,选择 5 种常用消毒剂
2、(KMnO4、H2O2、NaClO、HgCl2和 75%乙醇),配制不同浓度(0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和 3%)和设置不同消毒时间(1、5、10、15、20、25 和 30 min),采用 L49(4172)正交试验,以种子萌发、幼苗生长、胚破裂率、异常发芽率和发霉率等为考察指标,综合分析不同消毒剂处理方法对藜麦种子的消毒效果和对种子萌发伤害。结果表明:消毒剂种类对藜麦种子消毒效果的差异较为明显,其中 KMnO4和 NaClO 的消毒效果较好,HgCl2处理的藜麦种子污染率最小,但其对种子和幼苗的毒害作用较大,导致多数种子破裂和不正常发芽,不宜使用;H2O2处理对种子
3、破坏较小,但消毒不彻底,污染率较高,达不到较为理想的消毒效果。依据隶属函数法筛选结果得出 2.5%KMnO4处理15 min 为藜麦种子的最佳消毒方法。关键词 藜麦种子;消毒;萌发;主成分分析;隶属函数法中图分类号 S565.9文献标识码 A文章编号 2095-1736(2023)04-0083-07Comprehensive evaluation of the effect of different disinfectants on the surface disinfection of quinoa seeds and their germinationZHU Lili1,2,ZHANG
4、Yemeng1,2,LI Wancai5,ZHAO Yali6,CHEN Zhiguo1,3,4 1.Northwest Plateau Institute of Biology Chinese Academy of Sciences Xining 810008 China 2.ChineseAcademy of Sciences University Beijing 100049 China 3.Key Laboratory of Plateau Biological Adaptation andEvolution Chinese Academy of Sciences Xining 810
5、008 China 4.Key Laboratory of Crop Molecular Breeding ofQinghai Province Xining 810008 China 5.Huzhu County Seed Station Haidong 810500 China 6.Ledu DistrictSeed Station Haidong 810700 China Abstract To clarify the effect of seed surface disinfectants on quinoa using Qingli No.11 and Qingli No.12 qu
6、inoa grains as experi-mental materials five commonly used disinfectants KMnO4 H2O2 NaClO HgCl2 and 75%alcohol were selected to prepare differ-ent concentrations 0.1%0.5%1%1.5%2%2.5%and 3%and set different disinfection time 1 5 10 15 20 25 and 30 min.L49 4172 orthogonal experiment was used to investi
7、gate the seed germination seedling growth embryo rupture rate abnor-mal germination rate and moldy rate.The disinfection effect of different disinfectants treatment methods on quinoa seeds was compre-hensively analyzed.The results showed that the types of disinfectants had obvious effects on the dis
8、infection effect of quinoa seeds.A-mong them KMnO4 and NaClO had better disinfection effects.The quinoa seeds treated with HgCl2 had the least pollution rate but it had a greater toxic effect on seeds and seedlings causing most seeds to break and germinate abnormally and should not be used.H2O2 trea
9、tment has less damage to the seeds but the pollution rate is high and the ideal disinfection effect cannot be achieved.Ac-38第 40 卷第 4 期2023 年 8 月生 物 学 杂 志JOURNAL OF BIOLOGY Vol.40 No.4Aug.2023收稿日期:2022-07-06;最后修回日期:2022-08-05基金项目:青海省重点研发与转化计划项目(2020-NK-122);中国科学院种子创新研究院项目(INASEED)作者简介:朱丽丽,硕士研究生,主要从事
10、作物遗传育种研究,E-mail:2636143756 通信作者:陈志国,研究员,博士生导师,主要从事作物遗传育种研究,E-mail:zgchen cording to the screening results of membership function method it was concluded that 2.5%KMnO4 treatment for 15 min was the best disinfection method for quinoa seeds.Keywords quinoa seed disinfection germination principal compo
11、nent analysis membership function method 藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)是苋科藜属一年生双子叶植物,种子富含蛋白质、氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素、矿物质和膳食纤维等,低脂、低糖及零胆固醇,被联合国粮食及农业组织(FAO)认定为可满足人体基本营养需求的唯一一种单体植物,推荐为适宜人类的完美全营养食品,在食品领域具有广阔的发展前景1。目前,全球气候持续变暖、极端天气事件发生频率和强度增加,加重了粮食不安全性,而藜麦具有耐寒、耐旱、耐盐碱和耐瘠薄等生物学特性,因此,成为未来最具潜力的作物之一2-3。在种子萌发实验中,必须先对种子表面
12、进行消毒处理,否则种子在实验过程中发霉,对实验结果造成严重的影响。种子萌发期是植物生长过程中对外界环境最敏感的时期,代磊等4研究了消毒剂种类、浓度及处理方式对白及种子发芽率的影响,发现消毒剂种类是影响消毒效果的重要因素;郭丽等5对野生薄皮木种子消毒处理发现,HgCl2的污染率远远低于 NaClO 和H2O2;刘昊等6研究表明,同一浓度和处理时间下的几种消毒剂中,NaClO 对番茄种子具有较好的消毒效果;田金丽等7在籽用南瓜种子的消毒处理中发现,H2O2有一定的抑菌效果但不明显;晏家祥等8利用包括KMnO4和 NaClO 在内的5 种消毒剂对毛红椿种子进行消毒发现,NaClO 对幼苗的生长有一定
13、的抑制作用,KMnO4能够促进种子发芽,因此,不同消毒剂对不同作物适用的效果不一致。对藜麦种子发芽试验表面消毒方法还未见文献报道。研究表明,藜麦种子萌发期和苗期对药剂极其敏感,选择适宜藜麦的种子表面消毒剂和剂量,开展藜麦种子消毒方法研究,对建立藜麦种子检验相关标准,对藜麦育种和良种繁育至关重要9。因此,需要开展藜麦萌发特性研究。截至目前,虽然在藜 麦 萌 发 研 究 中 涉 及 实 验 前 种 子 表 面 消毒9-15,但采用的消毒方法各异,且仍然存在种子发霉现象。这与采用的消毒剂和消毒方法达不到好效果有很大关系,因此,本实验采用几种常用的消毒剂,利用两个藜麦品种进行消毒处理,旨在找出针对藜麦
14、籽粒表面消毒效果最佳的方法。1 材料与方法1.1 材料和设计以青藜 11 号和青藜 12 号(均为本实验室新认定品种)籽粒为实验材料,采用高锰酸钾(KMnO4)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(NaClO)、氯化汞(HgCl2)和75%乙醇等 5 种常用种子消毒剂,分别设置 0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和 3%等 7 个浓度梯度,每个浓度分别设置 1、5、10、15、20、25 和 30 min 等 7 个时间梯度;其中 75%乙醇仅进行 7 个时间梯度处理,以蒸馏水冲洗为对照,正交表为 L49(4172),见表 1。表 1 正交试验设计表Table 1 Orthogon
15、al experimental design table编号Number因子 1Factor 1因子 2Factor 2因子 3Factor 3编号Number因子 1Factor 1因子 2Factor 2因子 3Factor 31111303262123313313135323434147333555152343676164353727176363138117373259122384371013439442111464045412151414661326342471142754341215216444241622145436172334644118245474531925748465202
16、624947721274505-122215515-223227525-324232535-425344545-526356555-627361565-728373CKddH2O-水洗 5 次29314 注:因子1:15 分别代表 KMnO4、H2O2、NaClO、HgCl2和75%乙醇等 5 个消毒剂;因子 2:1 7 分别代表 0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和 3%等 7 个浓度;因子 3:17 分别代表 1、5、10、15、20、25和 30 min 等 7 个处理时间。参试品种为 2021 年收获的新种子。人工挑选籽粒饱满、大小均匀、无病虫害、无机械损伤的种子,根据
17、表 1 设计分别处理后,用蒸馏水反复冲洗 5 次,再放入消毒过的发芽盒。每个发芽盒铺放两张发芽纸,倒入10 mL 的蒸馏水将发芽纸浸湿,每个发芽盒放置 150粒种子,3 次重复。标记好发芽盒后,放入恒温培养箱。培养箱条件设置:光照 25 16 h/黑暗 20 8 h,48第 40 卷第 4 期2023 年 8 月生 物 学 杂 志JOURNAL OF BIOLOGY Vol.40 No.4Aug.2023湿度为 70%。24 h 后开始第一次观测,记录种子萌发情况,发芽期间每天定时观测,进行发芽数、发霉种子数、不正常发芽数和畸形种子数统计,同时给发芽盒适量补充蒸馏水,以保证发芽床湿润,及时将发
18、霉的种子除去。实验共 7 d,第 8 天每个处理随机选择 10 株,进行幼苗早期生长指标测量。1.2 方法(1)种子萌发指标测定。发芽开始后每天进行发芽数、发霉种子数、不正常发芽数和破裂(畸形)种子数的调查,计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。由于藜麦极易发芽,为统一发芽标准,以胚芽长短大于2 mm 作为发芽指标9。发芽率 GR=第 7 天发芽种子数/供试种子总数100%发芽势 GE=第 3 天发芽种子数/供试种子总数100%发芽指数 GI=(Gt/Dt)活力指数 VI=SGI胚破裂率 ERR=第 8 天破裂种子数/供试种子总数100%异常发芽率 WGR=第 8 天不正常部位发芽数/供试种
19、子总数100%发霉率 MR=霉变种子总数/供试种子总数100%其中,S:第 7 天正常幼苗平均鲜重;Gt:在第 t 天的发芽个数;Dt:发芽的天数。(2)早期幼苗生长指标的测量。7 d 后萌发结束,从每个处理中随机选取 10 株幼苗,用直尺测量幼苗长度,用电子分析天平称量幼苗鲜重,计算根长、芽长和鲜重。根长(RL):根和芽接点处到最长根尖的长度;芽长(BL):子叶与根之间的长度;鲜重(FW):种子的胚根和胚芽以及幼叶部分的重量,不包括种子生根发芽后脱落的种皮部分。(3)为避免藜麦种子间的差异对结果产生影响,进行综合评价时均采用各指标的相对值16-17。相对性状指标=不同处理下各性状测定值/对照
20、各性状测定值1.3 各指标隶属函数值隶属函数评估法是根据模糊数学的原理,利用隶属函数进行综合评估,在多指标测定基础上对植株特性进行综合性评价,本文参考文献18-21的方法。1.4 数据分析方法采用 Excel 2003 进行数据处理和隶属函数值计算,SPSS 23.0 软件进行主成分分析和相关性分析,运用 OriginPro 9.1 绘制柱形图,并使用 R 语言绘制相关性热图。2 结果与分析112 为 KMnO4;13 24 为 H2O2;25 37 为 NaClO;38 49 为HgCl2;5056 为 75%乙醇;59 为对照。图 1 不同处理藜麦种子萌发指标和早期幼苗生长指标Figure
21、 1 Differences of germination indicators and early seedlinggrowth indicators under different treatments2.1不同处理下各萌发指标和早期幼苗生长指标的变化 由图1 可知,HgCl2处理中,除43 号(0.1%5 min)以外,两个藜麦品种籽粒的各萌发指标和早期幼苗生长指标与对照相比都明显偏低,说明 HgCl2对藜麦籽粒有较强的抑制(毒害)作用,对种子萌发不利。在浓度较小、处理时间较短时,则不会对种子造成太大的危58第 40 卷第 4 期2023 年 8 月生 物 学 杂 志JOURNAL OF
22、 BIOLOGY Vol.40 No.4Aug.2023害;其他 4 种消毒剂处理下的各项指标与对照无太大差异。在 3 项早期幼苗生长指标中,两个藜麦品种籽粒的芽长在各处理间的变化不大,而根长和鲜重变化较大,说明不同消毒处理易对藜麦幼苗根的生长产生抑制作用,后期鲜重的差异可能也是由于根的差异造成的,这是因为藜麦在萌发时胚根先于胚芽生长外露,而胚芽(子叶)被种皮包裹,对其产生的毒害作用相对胚根较小。在不同处理下,同一指标在两个藜麦品种间也有一定差异,这可能是品种间的基因型差异造成的。2.2 不同处理下各负向指标及消毒效果的变化实验表明,各种消毒剂处理还会导致胚的破裂和异常萌发(不正常部位萌发、子
23、叶过早长出且胚根较短),见图 2、图 3。NaClO、HgCl2和 75%乙醇处理比 KMnO4和 H2O2更易导致藜麦种子破裂,特别在处理时间较长时,说明在对藜麦种子进行表面消毒时不可浸泡太长时间。异常发芽率除 HgCl2外,在其他消毒剂间的差异并不大,说明 HgCl2极易导致藜麦种子萌发异常。这可能是因为较强毒性和过长时间的浸泡破坏了种子的发芽孔,并使得种皮变软,从而导致种皮极易破裂,子叶过早从破裂部位长出,胚根生长受到抑制或从其他部位突破种皮。两个 藜 麦 品 种 的 发 霉 率 除 17 号(1%H2O2 10 min)和 24 号(1%H2O2 5 min)外,其他处理均比对照低,说
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