人工老化對夏玉米登海605和魯單818的影響

王 平，李平海，閆保羅，侯 瑋，宗 燕，陳舉林

（泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 山東 泰安271000）

種子的老化是種子成熟后生活力逐漸減弱直至喪失的過程，是種子貯藏過程中普遍存在的，不僅影響種子萌發(fā)與幼苗的生長，也會影響到后期植株的產(chǎn)量與品質(zhì)［1－2］。因此，研究種子老化既對種子貯藏具有重要的意義，又對田間生長調(diào)控具有重要理論價值。

種子老化會使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除失衡，造成細(xì)胞內(nèi)氧自由基的積累，破壞細(xì)胞的完整性，導(dǎo)致種子失去活力［7］。前人研究表明，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等酶共同構(gòu)成了植物的活性氧清除系統(tǒng)，其中SOD在活性氧清除系統(tǒng)中起主要作用，專一性清除O2－，它可以將O2－歧化成 H2O2，然后 H2O2在POD和CAT催化下分解為H2O和O2［3－6］。 因 此，SOD、POD、CAT等酶的表達(dá)水平在一定程度上反映了植物的老化及抗老化能力，研究其在老化種子幼苗中的活性變化，對明確種子老化的生理生化機(jī)理具有重要意義。

前人就人工老化對玉米種子活力的研究多集中于種子活力和苗期性狀，對人工老化影響玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的研究較少［8］。本研究采用更接近于自然條件的高溫、高濕方法進(jìn)行人工老化處理［9］，對種子活力、萌發(fā)種子酶活性、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成展開研究，明確老化種子對玉米的影響及指導(dǎo)種子貯藏、選擇具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)計

1．1 試驗(yàn)材料

供試材料為玉米品種登海605和魯單818。

1．2 試驗(yàn)方法

取2個玉米品種的種子各2 500粒，均分為5等份，每份500粒，在干燥箱（溫度45℃、相對濕度100%）中分別處理0d（ck）、1d（T 1）、2d（T 2）、3d（T 3），老化種子置于室內(nèi)陰涼處風(fēng)干備用。

取處理種子，于2013年6月18日播種，播種方法為開溝條播，人工點(diǎn)播，每個小區(qū)長5m，寬2．4m，每小區(qū)種4行，行距60cm，小區(qū)采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。施有機(jī)肥2 500kg／667m2，復(fù)合肥140 kg／667m2，播種前旋耕整地。在大喇叭口期追施純氮9．2kg／667m2。田間管理同夏玉米一般大田。

1．3 測定指標(biāo)與方法

1．3．1 室內(nèi)種子活力測定

在發(fā)芽盒中鋪入厚度約為3cm的消毒沙子，用蒸餾水噴灑，使其水分均勻一致，然后放入30粒種子，再蓋上2cm濕沙，每個處理3次重復(fù)。將發(fā)芽盒放入25℃光照培養(yǎng)箱中，逐日統(tǒng)計正常發(fā)芽種子數(shù)，7d統(tǒng)計發(fā)芽率。計算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等4個指標(biāo)，計算如下：

發(fā)芽率（%）＝第7天正常發(fā)芽種子數(shù)／測定種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢（%）＝第4天正常發(fā)芽種子數(shù)／測定種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)＝∑（Gt／Dt），其中Gt表示第t日發(fā)芽數(shù)，Dt表示發(fā)芽天數(shù)，t≤7；

活力指數(shù)＝第7天正常發(fā)芽根苗干重／第7天正常發(fā)芽種子數(shù)×發(fā)芽指數(shù)。

1．3．2 酶活性測定

酶液制備參照李忠光（2002）等的方法，隨機(jī)選取30粒玉米種子，萌發(fā)時間24h，挑取種胚，以50 mmol／L，pH＝7．0的 Tris－HCl為緩沖液冰浴研磨提?。ǚN胚的質(zhì)量∶提取液為1∶5）。提取液于4℃條件下10 000r／min離心20min，取上清液在0～4℃下保存?zhèn)溆?。SOD活性采用NBT光還原法測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定；CAT活性采用紫外吸收法測定。

MDA含量測定參照李合生（2000）等的方法，略有變動。取萌發(fā)種子胚0．5g，加入10mL 10%三氯乙酸溶液，研磨至勻漿，3 000r／min離心10min。取上清液2mL，加入0．5%硫代巴比妥酸（TBA）溶液2 mL，沸水浴15min，然后離心15min。取上清液在450，532，600nm處的吸光值。計算MDA濃度，再計算出單位鮮重的MDA含量。

MDA濃度（μmol／L）＝6．45（A531－A600）－0．56 A450。

MDA含量＝MDA濃度×Vt／FW。

式中：A532、A600、A450分別表示532，600，450nm波長下的吸光值；Vt表示提取液體積（ml）；FW表示植物組織鮮重（g）。

1．4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)計算和繪圖采用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行，顯著性檢驗(yàn)（LSD法）用DPS 7．05統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2．1 種子活力變化

從表1可以看出，登海605種子老化1d時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)均維持在較高的水平。隨著老化時間的延長，各指標(biāo)顯著降低；老化2d時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)分別比對照降低7．74%、5．48%和11．4%；老化3d時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)分別比對照降低12．76%、13．38%和20．77%。魯單818在老化前期，各指標(biāo)數(shù)值也較高；老化2d時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)分別比對照降低3．35%、3．94%和6．35%；老化3d時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)分別比對照降低14．30%、12．1%和20．85%。與登海605相比，魯單818表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐貯性。

可見，人工老化處理能抑制玉米的種子活力，且隨老化時間延長抑制程度加重；不同品種種子耐老化能力存在差異，魯單818種子耐老化能力高于登海605。

表1 老化處理室內(nèi)發(fā)芽鑒定

2．2 MDA含量的變化

從圖1可以看出，老化處理1d，登海605和魯單818萌發(fā)種子MDA含量略有提高，但水平較低，分別比對照提高8．84%和3．47%；隨老化時間的延長，2個玉米種子MDA含量呈升高趨勢。老化2d時，登海605和魯單818種子MDA含量比對照分別提高22．98%和13．01%；老化3d時，登海605和魯單818種子MDA含量比對照分別提高54．82%和48．27%。

相關(guān)分析表明，2個品種種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與MDA含量之間均達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)。說明人工老化能破壞種子膜完整性，質(zhì)膜透性增大，種子活力和發(fā)芽能力降低；不同品種種子的膜脂過氧化程度不同，登海605受傷害程度大于魯單818。

圖1 老化處理對玉米抗氧化酶活性和MDA含量的影響

2．3 抗氧化酶活性的變化

從圖1可看出，隨老化時間的延長，玉米萌發(fā)種子抗氧化酶的變化趨勢呈現(xiàn)較大差異。登海605和魯單818的SOD活性，老化處理1d分別比對照降低0．1%和8．79%；之后隨著老化時間的延長逐漸升高，在老化處理3d時，分別比對照升高6．49%和6．5%。登海605和魯單818的POD活性，在老化處理1d時達(dá)到最大值，分別比對照升高17．84%和8．73%，之后逐漸下降，在老化處理3d時，分別比對照降低23．37%和7．44%。登海605和魯單818的CAT活性隨著老化時間的延長，呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，老化處理3d時，分別比對照降低32．87%和22．42%。不同品種間比較發(fā)現(xiàn)，登海605的抗氧化酶活性均高于魯單818。

2．4 田間生長狀況

由表2可以看出，在老化前期，登海605和魯單818出苗率、苗高表現(xiàn)較高；老化2d時，分別比對照下降7．41%、10．97%和4．60%、10．55%；老化3d時，分別比對 照 下 降 40．84%、21．06% 和 23．94%、9．31%。品種間比較發(fā)現(xiàn)，魯單818的出苗率和苗高在各處理均高于登海605。

在老化前期，登海605和魯單818拔節(jié)期、喇叭口期、開花期、成熟期干重均表現(xiàn)較高，之后迅速降低。老化 2d時，分別比對照下降 10．45%、5．49%、15．44%、3．94%和3．77%、3．00%、15．18%、4．53%；老化3d時，分別比對照下降17．91%、23．92%、23．36%、9．25%和11．32%、18．00%、23．25%、9．98%。品種間比較發(fā)現(xiàn)，魯單818的各時期干重均低于登海605，但是魯單818受老化處理的影響程度低于登海605。

老化處理降低了各生育時期的干物質(zhì)積累量，但提高了花后干物質(zhì)積累量和貢獻(xiàn)率。老化處理1，2，3d，登海605和魯單818花后干物質(zhì)積累量分別提高2．85%、4．61%、1．26% 和 1．81%、4．75%、0．72% ；花 后積累干物質(zhì)對成熟期干物質(zhì)的貢獻(xiàn)率則分別提高3．52%、8．9% 、11．58% 和 3．1%、8．99%、11．88%。 在各處理?xiàng)l件下，登海605的花后積累干物質(zhì)對總干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)大于魯單818。

表2 種子老化處理后的田間表現(xiàn)

表3 老化處理對不同品種玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2．5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異

由表3可以看出，玉米的產(chǎn)量受到老化處理的影響，登海605老化處理1，2，3d后產(chǎn)量分別下降7．68%、14．85%、42．90%；魯單818老化處理1d和處理2d產(chǎn)量差異較小，老化處理3d后產(chǎn)量迅速降低，下降16．68%。分析產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，2個品種的穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長均隨老化處理時間的延長而降低，2個品種的千粒重隨老化時間的延長略有升高。穗粗則表現(xiàn)出品種間差異，登海605穗粗隨老化處理時間的延長而降低，而魯單818穗粗隨老化時間的延長略有升高。相較于登海605，魯單818具有更好的抗逆境能力。

表4 相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

種子活力喪失一是外因直接作用或間接影響，二是內(nèi)部的演變過程。二者密切聯(lián)系，外界因素誘發(fā)內(nèi)在變化［10］。本試驗(yàn)中，經(jīng)人工老化處理后，玉米種子活力表現(xiàn)開始緩慢降低，處理2d后迅速下降的變化趨勢，登海605和魯單818間比較發(fā)現(xiàn)，登海605種子活力隨老化時間的下降速度高于魯單818，表現(xiàn)出極大的基因型差異，這與前人研究結(jié)果類似。張海艷發(fā)現(xiàn)，老化處理后京科糯2000種子活力較萊農(nóng)糯6號喪失快［11］。張加強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)，種子活力和活力指標(biāo)均隨老化時間的延長而下降，比較發(fā)現(xiàn)昌7－2、鄭單958下降速度較農(nóng)大108慢，存在基因型差異［6］。種子生活力下降并不是以等速率遞減，而是漸進(jìn)式的，開始的較長一段時間內(nèi)，種子活力緩慢下降，然后迅速下降，最后下降速度降低，緩慢下降至生活力完全喪失。

前人研究發(fā)現(xiàn)，隨著老化程度的加深，SOD、POD、CAT等氧化還原酶活性持續(xù)下降，MDA含量卻呈增加趨勢。劉建軍則認(rèn)為，延長老化時間提高了SOD活性，但降低了POD、CAT和APX等酶的活性［7］。POD、CAT和APX等酶活性的降低，減弱了其清除過氧化物的能力，造成活性氧的積累，最終導(dǎo)致膜脂質(zhì)過氧化，對細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷，致使種子活力降低，甚至死亡［12－14］。本研究發(fā)現(xiàn)，老化處理對不同抗氧化酶的影響存在較大差異，SOD呈現(xiàn)先降低后升高、POD和CAT呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，MDA含量則逐漸增加。種子老化導(dǎo)致抗氧化酶活性降低，抗氧化能力減弱，而氧化為產(chǎn)物MDA含量增加，使得自由基產(chǎn)生消除平衡被打破，不斷積累的自由基導(dǎo)致膜脂過氧化，最終降低種子活力［15－16］。

玉米產(chǎn)量決定于干物質(zhì)積累，并受經(jīng)濟(jì)系數(shù)制約，即干物質(zhì)積累越多，籽粒產(chǎn)量也就越高［17－19］。前人研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量與田間測定活力指數(shù)和室內(nèi)發(fā)芽活力指數(shù)間均存在顯著正相關(guān)［20］。種子活力影響發(fā)芽期間的生理生化過程，進(jìn)而影響種子萌發(fā)、出苗的過程及出苗后形成壯苗、旺苗的能力，導(dǎo)致田間苗情差異，進(jìn)而影響生長發(fā)育進(jìn)程，最終影響產(chǎn)量形成［21］。本研究發(fā)現(xiàn)，登海605和魯單818在拔節(jié)期、喇叭口期、開花期、成熟期的干重受老化處理而降低，均表現(xiàn)為前期降低緩慢，老化處理2d以后迅速降低，品種間比較發(fā)現(xiàn)，登海605具有更強(qiáng)的干物質(zhì)積累能力，但是對老化處理也更敏感。在正常種植條件下，登海605獲得最高產(chǎn)量11 422．0kg／hm2，高于魯單818的10 710．9kg／hm2，但是老化處理登海605的產(chǎn)量迅速降低，低于魯單818。相關(guān)性分析結(jié)果（表4）表明，老化時間與產(chǎn)量、發(fā)芽勢、發(fā)芽率、POD活性呈顯著負(fù)相關(guān)，與MDA含量呈顯著相關(guān)。產(chǎn)量與發(fā)芽勢、發(fā)芽率、POD活性呈顯著正相關(guān)，與MDA含量呈顯著負(fù)相關(guān)。這與前人研究結(jié)果一致，活力高的種子，其POD活性也應(yīng)較高［6］。本試驗(yàn)條件下，POD活性與發(fā)芽勢、發(fā)芽率呈顯著相關(guān)，與活力指數(shù)相關(guān)性不顯著。

可見，發(fā)芽率和發(fā)芽勢與田間產(chǎn)量的形成顯著相關(guān)，人工老化處理降低玉米品種的種子活力、田間長勢、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成，呈現(xiàn)出老化前期緩慢降低、隨著老化時間的延長迅速降低的變化趨勢，且存在顯著的基因型差異，不同品種對人工老化的耐受程度不同。

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