人工老化處理和H2O2的修復作用對小麥種子幼苗生長的影響

陳向東，黃文碩，李奉原, 劉景云, 袁帥坤，馮靜毅，張自陽，劉明久，茹振鋼

(河南科技學院小麥中心/現(xiàn)代生物育種河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 新鄉(xiāng) 453003)

小麥是全球35%～40%人口的主食，也是人體所需能量、蛋白質(zhì)和膳食纖維的主要來源之一，同時還是最重要的貿(mào)易糧食和國際援助糧食[1]。種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎要素，優(yōu)質(zhì)種子也是確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效的前提。

種子成熟后，活力便開始下降，變化趨勢是從高到低，不可逆轉(zhuǎn)，這些不可逆變化的綜合效應稱為劣變或老化現(xiàn)象。種子老化是種子貯藏中普遍存在的一種現(xiàn)象。隨著儲藏時間的延長，種子自身緩慢的代謝，不可避免的發(fā)生老化現(xiàn)象，不但影響種子的萌發(fā)、幼苗生長及后期種子質(zhì)量[2]，而且其物理性狀、化學組成、生理性質(zhì)都會發(fā)生不同程度的變化[3]。目前，對種子老化的研究比較多[5-16]，近期的修復引發(fā)劑主要聚焦在MST、水楊酸、抗壞血酸、NaCl、PEG和GAs等[12-16]，但是利用H2O2修復老化小麥種子的研究較少。

為了闡明H2O2對小麥老化種子的修復作用，本試驗利用高溫、高濕方法加速種子老化，模擬自然老化過程[4]。選用不同生態(tài)區(qū)的不同筋力類型小麥品種，于45 ℃、相對濕度(RH)85%條件下進行3個時間梯度(0 d、3 d、6 d)的人工老化處理，用蒸餾水(ck)和0.01%、0.1%、1%和3%等4種濃度的H2O2處理老化種子，研究老化對幼苗生長的影響及H2O2對老化小麥種子的修復作用。這將為提高小麥種子的耐儲藏性以及為種質(zhì)資源的保存、開發(fā)、利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

本研究選用黃淮麥區(qū)和長江中下游麥區(qū)的7個主推小麥品種(強筋小麥品種：煙農(nóng)19和鄭麥9023；中筋小麥品種：矮抗58、濟麥22、周麥18、揚麥16；弱筋小麥品種：浙豐2號)，均由河南科技學院小麥中心提供。于2013—2014年種植于河南科技學院小麥中心校內(nèi)試驗地，收獲種子用于試驗。

1.2 方 法

1.2.1人工加速老化處理

試驗采取完全隨機區(qū)組設計。品種為A因素，老化天數(shù)為B因素，H2O2的濃度梯度(蒸餾水ck、0.01%、0.1%、1%和3%)為C因素。采用高溫、高濕的方法對小麥種子進行老化處理，利用LH-15 0 S種子老化箱(浙江托普)在(45±1)℃和RH為85%的條件下處理，處理時間分別為3 d和6 d。老化處理后，取放在室溫下風干到初始水分狀態(tài)，以0 d(未老化處理)的種子為對照。

1.2.2人工加速老化處理

不同老化處理的種子分別加入2 mL不同濃度的 H2O2溶液拌種，晾干備用。然后每100粒置于12cm×12 cm×5 cm的發(fā)芽盒中，發(fā)芽盒底部放有2層含飽和水分的濾紙，種子放在濾紙上，腹溝朝下，種胚朝上，3次重復。將發(fā)芽盒置于GTOP-1000人工智能氣候箱內(nèi)培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為19.8 ℃、RH 70%、12 h光照(5000 lx)條件下培養(yǎng)。要保持濾紙濕潤，且要保證每個盒內(nèi)添加的水量相等，7 d后將幼苗取出，稱量每盒100粒種子幼苗的鮮重并記錄。

1.2.3數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS statistics 17.0軟件和Microsoft Excel 軟件進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種種子的抗老化能力

7個小麥品種在未老化條件下與人工老化3 d和6 d條件下的鮮重多重比較結(jié)果見表1。經(jīng)過3 d和6 d老化處理后，與未老化的種子長成的幼苗相比，鮮重都呈降低趨勢，但不同品種的降低程度不同。老化3 d處理后，鄭麥9023、浙豐2號和揚麥16的鮮重無顯著變化，其他品種均不同程度顯著降低；老化6 d處理后，浙豐2號的鮮重降低不顯著，而其他品種均不同程度顯著降低。浙豐2號種子老化后幼苗生長鮮重影響比較小，表現(xiàn)較好的抗老化特性(表1)。

表1 不同品種種子不同老化處理時間幼苗鮮重比較分析 單位：g

為比較不同品種鮮重降低幅度，將未老化處理(0 d)的品種鮮重減去老化3 d后和老化6 d的鮮重，并做多重比較(表1)。周麥18和矮抗58鮮重降低量極顯著高于其他品種；老化處理6 d后，揚麥16鮮重降低幅度最為明顯，其次是矮抗58、鄭麥9023和周麥18，極顯著高于其他品種(表2)。

2.2 不同濃度的雙氧水對老化3 d和6 d種子的修復性比較分析

7個品種種子在老化3 d和6 d后，分別用4種濃度的H2O2處理，然后在人工智能氣候箱中培養(yǎng)，比較不同濃度的H2O2處理對幼苗鮮重的修復作用(表2)。除了揚麥16老化種子經(jīng)H2O2處理后，幼苗鮮重變化不明顯外，其他品種鮮重都有明顯的修復作用。

表2 不同濃度雙氧水對7個品種幼苗鮮重的影響

0.01%的H2O2對濟麥22和周麥18老化種子的幼苗生長鮮重有明顯的修復作用；0.10%的H2O2能顯著提高矮抗58、煙農(nóng)19、鄭麥9023、浙豐2號老化種子的幼苗生長鮮重。尤其是對于浙豐2號，老化處理后變化不明顯，但是經(jīng)不同濃度的H2O2處理后，發(fā)現(xiàn)0.01%的H2O2有明顯的抑制作用，而0.10%的H2O2又顯著提高了幼苗的鮮重。揚麥16老化3 d的種子經(jīng)0.01%的H2O2處理后也有顯著的抑制作用。

3 討 論

3.1 不同品種種子的抗老化能力

自然條件下小麥種子老化時間相對較長，研究種子老化特征較困難。研究表明，利用人工加速老化的方法模擬小麥種子的自然老化過程，提高小麥種子老化的速度是可行的[9-11]。人工老化可模擬自然狀態(tài)下種子貯藏過程中的變化規(guī)律,老化時間影響種子活力的大小,種子發(fā)芽后幼苗的干重或鮮重可作為檢驗種子活力大小的重要指標[17]。本研究設置的老化3 d和6 d的處理，篩選出抗老化特性明顯的品種浙豐2號，進一步試驗需要更長時間的老化處理以發(fā)現(xiàn)其特殊的衰退老化規(guī)律，另外可利用人工老化的方法篩選更多抗老化的品種資源。種子經(jīng)人工老化處理后能萌發(fā)生長的幼苗在長勢上劣于未處理種子的幼苗[18]；同時，小麥種子活力并不是以等速率遞減，在老化初期0～4 d內(nèi)下降較慢，4 d后開始快速下降[13]。小麥種子在人工老化0～4 d內(nèi)，種子各項發(fā)芽指標均有小幅度下降，老化6 d小麥種子各項發(fā)芽指標開始迅速下降。本研究得到了相似的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)品種老化3 d后鮮重開始顯著降低，而鄭麥9023、浙豐2號和揚麥16在老化3 d后鮮重無顯著變化；除了浙豐2號，老化6 d后其余品種鮮重均顯著降低，揚麥16和矮抗58降低幅度最為明顯。

3.2 不同濃度的雙氧水對老化種子的修復性

不同品種人工老化程度不同，修復效果也不同。對于老化影響嚴重的小麥品種(如揚麥16)，H2O2無明顯的修復作用。以小麥品種豐抗8號為材料，設置0.2%～3%的濃度梯度范圍修復試驗，發(fā)現(xiàn)外源H2O2濃度低于0.4%時，對小麥種子萌發(fā)有促進作用；H2O2濃度超過0.4%時，則抑制種子萌發(fā)，其抑制程度隨著H2O2濃度的增大而加強[19]。李金亭等通過營養(yǎng)液水培方法研究了外源雙氧水對鹽脅迫下小麥幼苗生理指標的影響，發(fā)現(xiàn)外源H2O2能緩解鹽脅迫對小麥幼苗生長的抑制效應[20]。本研究選用的當前生產(chǎn)上主推的不同生態(tài)類型的小麥品種，設置了更大范圍(0.01%～3%)的濃度試驗，發(fā)現(xiàn)0.01%～0.1%H2O2有較好的修復作用，尤其是0.1%H2O2表現(xiàn)出較好的修復或提升小麥幼苗生長作用。浙豐2號老化后幼苗鮮重沒有顯著降低，但是通過0.1% H2O2處理能顯著增加幼苗生長量，這表明適當濃度的H2O2不僅能修復小麥種子因老化造成的幼苗生長量下降，而且可以顯著提高正常生長狀態(tài)幼苗的生物量。