加载压缩对广东菜心种子发芽生长的影响
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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6.41 N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
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[1]。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、所受机械损伤和热损伤[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1.4～1.6 mm，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°～26.8°[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2 000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100 N。
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1 000 lx。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]。
发芽势=×100%
发芽率=×100%
活力指数（VI）=S×∑（Gt/Dt）
式中：M1为发芽势时间内的正常发芽数；M2为规定时间内全部正常发芽数；M为组内种子数；Gt 为在时间t内的发芽数；Dt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。
统计分析每粒种子的受力与变形过程得出种子形变参数。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1.0 mm的D、E组种子处于压实阶段。
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1～2 d时发芽率最大，A组种子在2 d后发芽率超过B组，3 d后A、B两组种子发芽率差异不大； 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。
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16 106，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D、E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。
2.3.2 压缩破损对广东菜心种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
-0.614 2，其P=0.011 4
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6.41 N，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6.41 N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.
[2] 张 华，刘自珠.菜薹（菜心）的市场需求与育种现状[J].中国蔬菜，2010（3）：10-12.
[3] 韦存虚，李爱民，张永泰，等. 白芥和甘蓝型油菜属间杂种后代种子结构比较[J]. 作物学报，2009，35（6）：1139-1145.
[4] 廖庆喜，黄吉星，刘 光，等. 油菜播种机槽孔轮式精量排种器设计与试验[J]. 农业机械学报，2011，42（2）：63-66.
[5] JB/T 10293-2001，单粒（精密）播种机技术条件[S].
[6] 高连兴，李晓峰，接 鑫，等.大豆内部机械损伤对发芽的影响[J].农业机械学报，2010，41（10）：63-67.
[7] 李耀明，王显仁，徐立章，等.水稻谷粒的挤压力学性能研究[J]. 农业机械学报，2007，38（11）：56-59.
[8] 李心平，高连兴.种子玉米籽粒果柄断裂机理试验研究[J].农业工程学报，2007，23（11）：47-51.
[9] 黄吉星，廖庆喜，刘 光.油菜籽压缩特性试验研究[J]. 农机化研究，2011（3）：162-165.
[10] KARAJ S， M？譈LLER J. Determination of physical， mechanical and chemical properties of seeds and kernels of Jatropha curcas L.[J]. Industrial Crops and Products，2010，32（2）：129-138.
[11] 张洪霞，孙 伟，黄 燕，等.加载速度对稻米籽粒挤压力学特性影响的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2007，19（5）：35-37.
[12] SAIEDIRAD M H， TABATABAEEFAR A， BORGHEI A， et al. Effects of moisture content， seed size， loading rate and seed orientation on force and energy required for fracturing cumin seed （Cuminum cyminum Linn.） under quasi-static loading[J]. Journal of Food Engineering，2008，86（4）：565-572.
[13] 王爱国，曹 竤，陈智宏.种子发芽试验的新方法[J].草业科学，2002，19（2）：31-32.
[14] 陶宗娅，邹 琦.种子的吸胀冷害和吸胀伤害[J].植物生理学通讯，2000，36（4）：368-376.
[15] DISSANAYAKE P， GEORGE D L， GUPTA M L. Effect of light， gibberellic acid and abscisic acid on germination of guayule （Parthenium argentatum Gray） seed[J]. Industrial Crops and Products，2010，32（2）：111-117.
[16] 赵 勇，陈 桢，王科举，等.泡桐、杨树叶水浸液对作物种子萌发的化感作用[J].农业工程学报，2010，26（增刊）：400-405.
[17] 左春柽，陈晓光，马成林.物理新技术处理种子方法的研究[J].农业工程学报，1993，9（2）：63-68.