广东菜心种子中发芽生长检测方案(质构分析仪)

湖北农业科学Hubei Agricultural Sciences第52卷第3期2013年2月Vol. 52 No.3Feb.，2013 湖 北 农 业 科 学2013年596 加载压缩对广东菜心种子发芽生长的影响 刘晓辉，李 明，廖宜涛，廖庆喜 (华中农业大学工学院，武汉 430070) 摘要：针对速生蔬菜精量排种器对广东菜心种子产生的机械损伤进而影响种子发芽的实际问题，开展广东菜心种子不同载荷作用后种子发芽试验。应用质构仪进行菜心种子压缩破损处理，同时利用光学显微镜观察种子表观机械损伤特征，以判定种子机械损伤程度。结果表明，菜心种子压缩破损对其发芽率、发芽势、根长、苗高都具有极显著影响；发芽势与发芽率呈极显著正相关，发芽势与根长呈显著负相关；当菜心种子所受力小于6.41N或压缩变形量小于26.9%时，种子的发芽情况不受影响。试验为广东菜心排种器型孔结构设计和转速等参数的设定提供了参考依据，对降低种子破碎率，提高播种机作业质量具有重要意义。 关键词：广东菜心种子；压缩破损；发芽；生长 中图分类号：S634.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114(2013)03-0595-04 Effect of Compression Properties on Germination and Growth for FloweringChinese Cabbage Seeds LIU Xiao-hui，LI Ming，LIAO Yi-tao，LIAO Qing-xi (College of Engineering， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China) Abstract： In order to elucidating the communication mechanism between the mechanical damage caused by precision seederand germination of flowering Chinese cabbage seeds， the germination tests were developed with the seeds which were com-pressed in different force by food texture analyser. The compression damage degree was defined according to the apparentdamage characteristic in optical microscope， then the germination experiments of the damage seeds were carried out. The re-sults indicated that compression damage had significant influence on germination rate， germination vigor， length of radiclesand seedling. The germination vigor and germination rate had very significant positive correlation， while it showed negativecorrelation between germination vigor and the length of radicles. However， the germination hasn’t been influenced when theforce was less than 6.41 N or the compression deformation was less than 26.9 percent. This study could provide the reliablebasis to suction hole， rotate-speed of the seed metering device and so on， and the results is of great significance to reducethe damage percent of the seeder and increase the ability of the seeder to work. Key words： flowering Chinese cabbage seeds； compression damage； germination； growth 广东菜心为十字花科芸薹属植物。主薹与侧薹可食用，品质脆嫩，营养丰富，生长周期短，每年可收获9~10茬，经济效益非常高。近年来广东菜心种植范围由中国南部向北部发展，尤其在湖南、湖北等地的种植规模增长最为迅速，菜心种子发芽率、幼苗长势成为菜农们关注的热点。 菜心种子为双子叶无胚乳脂肪类种子，影响此 类种子发芽的主要因素有外部生态因素和内部生理因素，内部生理因素常见为种子成熟度、含水量、休眠、所受机械损伤和热和伤[2.3]，其中机械损伤是机械化播种过程中的常见现象。菜心种子粒径为1.2~2.0 mm，属小粒径作物种子，采用机械化播种特别是气力式精量播种十分必要。实施精量播种的核心技术是排种器，气力式排种器排种过程一般包括 ( 收稿日期：2012-04-05 ) ( 基金项目：国家油菜产业技术体系建设项目(CARS-13)；中央高校基本科研业务费项目(2011PY021)；国家科技支撑计划项目(2010BAD01B06) ) ( 作者简介：刘晓辉(1987-)，女，河南许昌人，在读硕士研究生，研究方向为现代农业装备设计与测控，(电话)15071218972(电子信箱) ) ( liuxiaohui87@163.com；通讯作者，廖庆喜(1968-)，男，湖北江陵人，教授，博士生导师，主要从事油菜机械化生产技术与装备等 方 面的研究，(电子信箱)li a oqx@mail.hza u .edu.cn。 ) 充种、吸种、清种、投种、导种等环节[4]，每个环节种子均受到机械力作用。当所受力或力矩超过种子的生物屈服极限时导致种子受载变形乃至破损而影响种子发芽，引起田间缺苗、断条等现象的发生。因此破碎率是衡量播种机工作性能的重要指标之一，应限定在1.5%以下[5]. 国内外部分学者开展了玉米、大豆、水稻谷粒等大中粒径种子破碎机理及不同破损对其发芽规律影响的研究[6-8]，目前关于机械损伤对菜心类小粒径种子发芽及幼苗长势影响的研究鲜见报道。试验应用光学显微镜观察菜心种子机械损伤(以压缩损伤为例)情况，并对损伤菜心种子进行发芽试验，研究机械损伤对其发芽的影响，为排种器对小粒径作物种子造成的不同机械破损提供后续研究依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料与仪器 选取广东乾农农业科技发展有限公司生产的油青12号早菜心种子作为研究对象，粒径1.4~1.6mm，含水率5.94%，千粒重 2.03 g，滑动摩擦角(接触面为钢板)9.1°~12.7°，休止角21.4°~26.8o[9，10]。 试验仪器有游标卡尺，用于分选菜心种子；质构仪由美国FTC公司生产，用于试验材料的压缩损伤；生化培养箱采用德国Binder BF 系列生化培养箱，用于菜心种子发芽试验。 1.2 压缩处理 从粒径1.4~1.6 mm 的种子群中随机取样2000粒，400粒为一组，共5组，分别记为A、B、C、D、E组。采用质构仪对广东菜心种子进行单粒压缩处理[11，12]。其中A组种子不压缩作为对照组，对B、C、D、E组种子进行压缩处理，最大压缩量分别为0.3、0.5、0.8、1.0 mm。质构仪加载速率5 mm/min，最大工作压力设定为100N。 1.3 发芽试验 A、B、C、D、E组种子分别设4次重复，每次重复100粒。各组种子均匀放置在培养皿发芽床上，粒距4.5 mm，发芽床参考文献[13]制作。 将培养皿置于培养箱中，箱内温度23℃、光照1000lx。每天观察种子发芽情况并作记录。正常发芽种子幼根和幼芽达到种子直径长，非正常发芽种子幼根出现明显萎缩、中间呈纤维状幼根、幼芽呈水肿状且无根毛[14]，第三天统计发芽势，第七天统计发芽率，测量每棵苗的根长及苗高，计算活力指数，探讨压缩破损对广东菜心种子发芽的影响[15，16]。 式中：M为发芽势时间内的正常发芽数；Mz为规定时间内全部正常发芽数；M为组内种子数；G为在时间t内的发芽数；D，为发芽时间，即从出现第一棵苗到出现最后一棵苗的时间；S为平均根长(mm)。 2 结果与分析 2.1 压缩处理结果 图1为广东菜心种子压力-位移曲线，曲线可以分为 os sa 和 ab 段。os段载荷随种子变形量的增加而增加，满足线性关系，为弹性变形阶段，菜心种子没有明显变化(图2a)；压力继续增加，达到第一个峰值点s时，种子压缩变形量近似不变，压力急剧下降， sa 段称为屈服阶段，此阶段种子种皮挤破或种胚出现不规则裂纹，外观特征见图2b；经历屈服阶段后曲线进入 ab 段，种子裂缝之间的间隙随压头位移的增加而被压实，压力随变形量的增加缓慢增加，被称为压实阶段，种胚中的子叶继续被压裂、压碎、压扁，在种子压扁处有油脂渗出，外观特征见图2c和图2d；当质构仪压头达到预先设定的最大压缩量即达到b点时，质构仪压头以50 mm/s 的速度卸载，种子变形速率减小，曲线进入卸载阶段。 位移//mm 图1 菜心种子压力-位移曲线 统计分析每粒种子的受力与变形过程得出种子形变参数(表1)。由表1可知，压缩量为0.3 mm的B组种子处于弹性阶段，压缩量为0.5 mm 的C组种子处于屈服阶段和压实阶段的交叉处，压缩量为 0.8 mm 和1.0mm 的D、E组种子于于压实阶段。 2.2 发芽率变化趋势 图3所示为压缩破损处理后菜心种子发芽率统计结果。由图3可知，菜心种子发芽率组间存在明显差异，B组种子在1~2d时发芽率最大，A组种子在2d后发芽率超过B组，3d后A、B两组种子 图2 光学显微镜下的种子照片 表1 菜心种子压缩形变参数 项目 破碎力 破碎位移 屈服位移 变形比例 弹性模量 N mm mm % MPa 均值 6.41 0.43 0.034 26.9 13.2 发芽率差异不大； C、D、E组种子第二天开始发芽，发芽率远低于A、B组；E组种子在第三天开始大量霉变，霉变由破碎未发芽种子蔓延到已发芽种子，导致种子发芽率先增后降。 一◆一未压缩 时间//d 图3不同压缩量下种子发芽率 2.3 压缩破损对菜心种子发芽生长的影响 2.3.1 广东菜心种子发芽生长统计分析 由表2可知，随着压缩破损程度的增加，发芽率和发芽势由88.5%和80.5%逐渐递减。从形态指标上看，经5种压缩处理后，种子发芽后的幼苗长势存在差异， 苗高随压缩量的增加而降低，根长从大到小为B、A、C、D、E；各组内根长、苗高标准差分别为0.5~1.6、0.4~1.9 mm，表明对种子群进行相同处理时，种子群差异不明显。 处于弹性阶段的B组种子受到机械力小于生物屈服极限，可消除种子休眠，促进种子前期萌芽，此现象与部分学者的研究结果一致17]，活力指数达到16106，高于对照组，试验中B组个别种子在受力过程中种胚受损，使其发芽率略低于对照组，且各项发芽指标标准差高于对照组；处于屈服与压实阶段交叉处的C组种子有明显的机械损伤，该组种子各项发芽指标均远低于对照组，破损位置的不确定性使标准差高于对照组；处于压实阶段的DE组种子出现了较严重的变形和组织结构破损，导致种胚碎裂、压实、子叶细胞内油脂溢出，严重影响种子各项发芽指标，且试验过程中伴随着严重霉变，阻滞了组内种子发芽和幼苗生长。 表2 广东菜心种子发芽生长结果 压缩处理发芽芽//% 发芽率//%根长//mm 苗高//mm 活力指数 A 80.5±1.8 88.5±2.1 24.8±0.5 29.1±0.9 15376 B 77.5±3.3 85.8±2.4 26.3±1.6 27.6±1.9 16106 C 14.0±2.9 33.5±4.8 18.9±1.2 15.9±1.3 1877 D 8.25±2.2 23.3±2.5 14.5±0.8 11.5±0.4 927 E 9.5±1.2 2.0±1.4 9.4±0.6 4.2±1.7 207 2.3.2 压缩破损对广东菜心科子各发芽指标的影响为研究压缩破损情况对菜心种子发芽的影响程度和各发芽指标的相关性，运用 SAS 软件对试验结果进行相关分析和方差分析，结果见表3和表4。 由表3可知，发芽势和发芽率的偏相关系数r(1.2)=0.782 1，其 P=0.000 3<0.01，表明发芽势与发芽率之间呈极显著正相关，即菜心种子发芽势的高低在一定程度上可以反映出其发芽率高低；r(1，3)=-0.6142，其 P=0.0114<0.05，表明发芽势与根长之间呈显著负相关，主要原因为发芽势高表明种子萌芽早、生长快，子叶中的营养成分主要用于胚芽的生长，而运往胚根处的营养成分不足，胚根生长缓慢，试验中B组样品平均根长大于对照组A组。 由表4方差分析可知，综合考虑广东菜心种子各发芽指标性状及其内部关联性，不同压缩破损对 表3发芽指标偏相关系数矩阵(n=15) 发芽指标 Y(发芽势) Y(发芽率) Y(根长) Y(苗高) Y(发芽势) 1.0000 0.7821(0.0003) -0.6142(0.0114) 0.0284(0.9169) Y(发芽率) 0.782 1(0.0003) 1.0000 -0.4150(0.1100) 0.0623(0.8188) Ys(根长) -0.6142(0.0114) -0.415(0.1100) 1.000 0 0.3699(0.1585) Y4(苗高) 0.0284(0.9169) 0.0623(0.8188) 0.369 9(0.1585) 1.0000 表4 发芽指标方差分析 发芽指标 自由度 均方 F P 发芽势 4 5924.8 268.1 <0.01 发芽率 4 4959.7 517.5 <0.01 根长 4 403.1 53.1 <0.01 苗高 4 175.2 97.4 <0.01 菜心种子发芽指标影响程度极显著。 经试验研究与分析，播种机具在设计过程中应尽可能使播种后的种子群处于B组状态，避免D、E组状态的发生，即在设计排种器型孔结构形式、清种和护种装置结构形式、设定工作负压及排种器工作转速时，应保证菜心种子所受载荷小于 6.41N，种子变形比例小于 26.9%；种子的霉变影响自身发芽，阻止其他正常种子发芽，因此播种机具在设计过程中尽可能降低破损的同时，需考虑对已破损种子进行清选或其他处理。 3 小结 应用光学显微镜观察压缩破损种子的表观机械损伤特征、分析被压缩种子的变形指标和压缩曲线，针对破损菜心种子开展发芽试验研究，结果表明，当广东菜心种子受载小于6.41N或压缩变形比例小于26.9%时，发芽率不受影响，活力指数有所上升。此研究结果为广东菜心小粒径种子排种器型孔结构设计、清种和护种装置结构形式、设定排种器转速等工作参数提供了依据。 加载压缩与广东菜心种子发芽生长特性有直接关联。当种子变形比例达到31.2%时，发芽率为33.5%，当变形比例达到62.5%时，发芽率只有2%，且出现大量霉变。即种子破损程度过大，种子不能发芽，出现大量霉变，扩散到已发芽种子，极易造成病芽、幼芽初期死亡等现象，严重制约着广东菜心的生产，因此播种机具在设计过程中应在避免种子发生破损的同时，考虑对已破损种子进行清选或其他处理，降低种子破损对种子发芽及幼苗长势的影响。 ( 参考文献： ) ( [1 ] 邓彩联，黄健新，肖妙玲，等.广东菜心优质高产栽培技术[J].当 代蔬菜，2006(12)：27. ) ( 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