人工老化和修復處理對小麥種子活力及生理特性的影響

丁憶然， 李衛(wèi)華， 柴亞茹， 馮 寬， 趙 云， 張 輝， 洪雪梅

（1．石河子大學農(nóng)學院， 新疆 石河子832000；2．石河子農(nóng)業(yè)科學院作物所， 新疆 石河子832000）

小麥（Triticum aestivum L．）是世界上分布范圍和栽培面積最廣、總產(chǎn)量最多、總貿(mào)易額最大、營養(yǎng)價值較高的糧食作物之一。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，作為我國北方地區(qū)的主要糧食作物，小麥的種植面積以及種子的需求量也相應地提高，而小麥種質(zhì)資源的保存和儲藏過程中品質(zhì)及生活力的保持是影響小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因素，如何使小麥種質(zhì)資源保存的時間更長，使種子在儲藏過程中保持較高品質(zhì)及生活力是一個備受關注的問題。

種子老化（seed aging）不僅會影響種子的萌發(fā)、幼苗的發(fā)育和后期收獲種子的產(chǎn)量及品質(zhì)，還可能影響種質(zhì)資源的貯藏和利用［1］。種子老化可分為2種，即自然老化和人工老化。人工老化是在人為控制下對種子進行老化處理（比如高溫、高濕等條件），從而使種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、種子活力迅速下降的過程，對于研究種子劣變規(guī)律是一種極為有效的方式［2］。目前，國內(nèi)外有關種子老化的研究報道較多，但是對于種子老化體系仍研究得不夠透徹。鐘希瓊等［3］對水稻種子進行老化并探討老化水稻種子的種子活力與其生理性狀之間的關系；張加強等［4］探究了人工加速老化的玉米種子活力及其部分生理指標的變化情況。然而，目前采用人工加速老化的方法對小麥種子活力及生理生化特性的研究較少，而對老化的小麥種子進行修復的研究也是寥寥無幾。

種子修復指的是種子在自然老化或遭受外界惡劣條件后，其內(nèi)部所進行的一系列功能、結構的修復過程，包括種子自身修復和人工輔助修復，目前，國內(nèi)外對于種子自身修復提出了3種機制，分別是抗衰老保護系統(tǒng)、種子去毒系統(tǒng)和細胞修復機制［5］。在抗衰老保護系統(tǒng)機制中，Lo?c Rajjou［6］認為，種子抵抗外界不良環(huán)境的第1層保護是種皮，種皮中所含的黃酮類物質(zhì)不但可以作為種子抵抗外界病害的一道屏障，還可以消除細胞中的氧自由基。人工輔助修復主要有化學法、物理法、種子引發(fā)等。于泉林等的研究表明，種子在適宜濃度H2O2溶液的浸泡下，種皮能夠被軟化，種子的呼吸作用也加強了［7］；胡曉倩等［8］研究了赤霉素和鈣離子浸種對小麥種子萌發(fā)及淀粉酶活力的影響；郝風等采用Vc、CaCl2、PEG 3種溶液對老化的萵筍種子進行處理，研究結果表明，這3種修復劑均有明顯效果，并且 PEG 效果最好［9］；王澤霖等［10］用 CaCl2、抗壞血酸（As A）、赤霉素（GA3）溶液對不同老化程度的種子進行修復處理，測定種子生活力、活力和幼苗生長情況。目前，能有效提高種子活力的方法之一就是對老化種子進行修復處理，能作為修復劑的材料較多，但對于小麥老化種子修復的相關報道卻很少見［11］。

本實驗用人工老化的方式對小麥種子進行老化處理，對老化種子的活力和生理指標進行研究，進一步用500 mg／L As A、20%PEG 6000、500 mg／L GA3這3種溶液對老化后的種子進行修復處理，其目的是篩選出用以恢復小麥老化種子活力及生理指標的理想修復試劑及方法，加強小麥種質(zhì)資源的貯藏效果，并提高生產(chǎn)過程中種子的品質(zhì)。

1 材料與方法

1．1 材 料

供試材料為新疆主栽春小麥品種新春11號，由新疆石河子大學麥類作物研究所提供，2013年春種植于石河子大學農(nóng)學院試驗站，同年7月收獲。種子放置一段時間，通過休眠后，對其進行人工加速老化處理和修復處理，并以未經(jīng)任何處理的材料作為對照。分別測定小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量。

1．2 處理方法

1．2．1 老化處理

將備好的小麥種子放入老化箱中，進行高溫（T＝52．3℃）和高濕（RH＝80%）的老化處理，處理時間為24 h。處理結束后，將種子取出，在室溫（25℃）下晾干備用（種子含水量達到13%以下）。

1．2．2 修復處理

將經(jīng)老化處理后的小麥種子在室溫下分別用500 mg／L抗壞血酸（As A）、20%聚乙二醇 6000（PEG 6000）、500 mg／L赤霉素（GA3）溶液浸泡24 h。處理結束后，用自來水將殘留在種子表面的溶液洗凈，晾干備用。對照組用蒸餾水處理。

1．2．3 發(fā)芽指標測定

在備好的小麥種子中，隨機分別數(shù)取老化處理、修復處理和對照處理的種子50粒，3次重復。在培養(yǎng)皿中放置2層濾紙并充分潤濕，將種子按一定距離擺放濾紙上，全部擺放完畢后，將培養(yǎng)皿放置在20℃恒溫的光照培養(yǎng)箱中，每隔24 h記錄發(fā)芽種子數(shù)，并在第7天測量所有發(fā)芽種子的幼苗長度（cm）。記錄完畢后，按下列公式計算小麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。

發(fā)芽勢（%）＝初次正常發(fā)芽籽粒粒數(shù)／供檢籽?？偭?shù)×100%；

發(fā)芽率（%）＝末次正常發(fā)芽籽粒粒數(shù)／供檢籽粒總粒數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑（G t／D t）；

活力指數(shù)（VI）＝S×GI。

式中，D t為發(fā)芽日數(shù)，G t為與D t相對應的每天發(fā)芽種子數(shù)，S為發(fā)芽第7天正常幼苗長度（cm）。

1．2．4 種子活力測定

采用胡晉［12］TTC改進法進行種子活力的測定。

1．2．5 過氧化物酶（POD）活性測定

參照龔富生等［13］《植物生理學實驗》中測定過氧化物酶活性的方法——愈創(chuàng)木酚法進行測定。

1．2．6 丙二醛（MDA）含量測定

參照郝再彬等［14］《植物生理學實驗》中測定丙二醛的含量的方法——TBA比色法進行測定。

1．2．7 數(shù)據(jù)分析與處理

所記錄的數(shù)據(jù)，采用Excel與SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2．1 老化處理對小麥種子活力及生理特性的影響

2．1．1 老化對小麥種子發(fā)芽指標及種子活力的影響

經(jīng)老化處理后，小麥種子的發(fā)芽勢下降2．26%，發(fā)芽率下降2．67%，種子活力（TTC還原強度）下降7．29%，這三者雖都有所下降，但未達到顯著水平（p＜0．05）（表1）。老化處理后種子的活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)均極顯著地下降，這與劉明久等［15］對玉米種子老化處理的研究結果相一致。

2．1．2 人工老化處理對小麥種子生理指標的影響

MDA的含量直接反映出植物個體遭受外界不良環(huán)境后，細胞內(nèi)有害物質(zhì)的積累程度，其含量越高說明細胞膜受到的損害越嚴重。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)老化處理小麥種子的MDA含量極顯著高于相應對照種子的含量（表2），本結果與張玲麗等［16］研究結果一致。

由表2可看出，老化處理雖使小麥籽粒POD酶活性下降，但未達到顯著水平。

表1 人工老化處理過程中小麥種子發(fā)芽情況和活力指數(shù)變化

表2 人工老化處理對小麥種子丙二醛（MDA）含量和過氧化物酶（POD）的影響

2．2 修復處理對小麥種子活力及生理特性的影響

2．2．1 修復處理對小麥種子發(fā)芽指標及種子活力的影響

由表3可以看出，不同修復劑之間的修復效果存在差異，GA3并沒有使發(fā)芽率和發(fā)芽勢提高，反而使其顯著下降；PEG修復處理能顯著提高老化種子的發(fā)芽指數(shù)；As A修復處理和GA3修復處理使老化種子的發(fā)芽指數(shù)在一定程度上有所恢復，但與未經(jīng)處理的種子差異并不顯著。

GA3修復處理對活力指數(shù)的修復效果最好，達到了未經(jīng)老化處理種子的活力指數(shù)水平。As A對老化種子活力指數(shù)有一定修復功能，但未達到未經(jīng)處理的種子活力指數(shù)水平，仍有顯著差異。PEG修復處理極顯著地提高了種子活力，且明顯高于其它處理種子的活力。

2．2．2 修復處理對小麥種子生理特性的影響

根據(jù)表4的數(shù)據(jù)分析，As A和GA3修復處理使老化種子的MDA含量顯著降低，分別較老化種子下降36．96%和33．62%，但未達到未經(jīng)處理種子的MDA含量。PEG修復處理不但沒有降低老化種子的MDA含量，反而使MDA含量升高了13．15%，但差異不顯著（p＞0．05）。As A、PEG、GA3修復處理對POD酶活性有一定程度的提高，分別較老化處理種子POD酶活性提高 34．95%、61．26%、59．89%，但 差異均不顯著。

表3 修復處理過程中小麥種子發(fā)芽情況和活力指數(shù)變化

表4 修復處理對小麥種子丙二醛（MDA）含量和過氧化物酶（POD）活性的影響

3 討 論

小麥種質(zhì)資源的保存溫度一般在15℃左右，種子含水量通常在12．5%以下。但在貯藏過程中，種子仍會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，種子活力及生理特性發(fā)生改變［17－18］。目前，國內(nèi)外的研究人員對種子老化進行了大量的研究，并根據(jù)已有的數(shù)據(jù)結果探討出了老化種子生理指標變化規(guī)律［19］，但是對于種子老化體系的研究仍發(fā)展較緩慢。種子在老化過程中，細胞膜結構會受到不同程度的損傷，并且隨著老化的繼續(xù)，種子活力呈下降趨勢，直接影響出苗效果，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大影響［20］。本研究結果表明，小麥種子老化處理之后，種子的發(fā)芽勢下降2．26%，發(fā)芽率下降2．67%，種子活力（TTC還原強度）下降7．29%。老化過程中，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指標、種子活力逐漸下降的同時，并伴隨著種子內(nèi)丙二醛含量上升、過氧化物酶的活性下降。在本實驗中，老化處理雖使POD酶活性下降，但未達到顯著水平，這與劉建軍等關于玉米種子老化過程中抗氧化酶活性的變化規(guī)律的研究結果相一致［21］。

種子的老化現(xiàn)象不可避免，但可以通過種子修復來提高老化種子活力，本實驗采用500 mg／L As A、20%PEG 6000、500 mg／L GA33種溶液進行修復處理，測定種子發(fā)芽指標、種子活力、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量變化情況。在對小麥種子發(fā)芽指標及種子活力進行修復處理時，采用的3種修復劑對種子活力的影響極顯著，明顯高于其他指標的處理。PEG滲調(diào)劑有利于細胞膜的自我修復，以減少營養(yǎng)物質(zhì)的滲漏［22－23］。本實驗利用500 mg／L抗壞血酸（As A）對老化種子進行修復，使種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)、POD酶活性分別提高1．94%、0．60%、34．35%、12．56%、34．95%，使 MDA 含 量 下 降36．96%，但卻使種子活力有所下降。據(jù)研究，As A作為一種抗氧化物質(zhì)，其作用是將細胞中的活性氧清除，以延緩細胞衰老［24］。李珍珍等［25］的研究驗證了這一點，在采用抗壞血酸處理人工老化的小麥種子后，發(fā)現(xiàn)細胞膜的結構變得更加穩(wěn)定，細胞內(nèi)丙二醛的含量明顯降低。

本研究結果表明，3種溶液對老化種子的修復情況并不完全一致，可能是不同濃度的溶液對老化種子的修復作用并不相同，還有待進一步研究。此外，本實驗中采取的高溫、高濕（T＝52．3℃，RH＝80%）的老化處理24 h，可能對小麥種子的老化程度不夠明顯，有可能對實驗結果造成一定的影響。若想篩選出適宜小麥種子的修復劑，還需進一步試驗研究。

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