勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子的生物場(chǎng)效應(yīng)試驗(yàn)研究

陳立才,黃 芳,周 明,楊偉光,舒時(shí)富,賀 捷

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心,江西 南昌 330200)

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勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子的生物場(chǎng)效應(yīng)試驗(yàn)研究

陳立才1,黃 芳2,周 明1,楊偉光1,舒時(shí)富1,賀 捷1

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心,江西 南昌 330200)

摘要：研究了不同強(qiáng)度的勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)及其處理時(shí)間對(duì)2個(gè)水稻品種種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和α-淀粉酶活性的影響。結(jié)果表明:隨著高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水稻種子萌發(fā)期間的各項(xiàng)生理指標(biāo)均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)；用300 kV/m的高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子2 min具有最明顯的促進(jìn)作用，與未經(jīng)處理的對(duì)照相比，2個(gè)水稻品種種子的發(fā)芽率分別提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽勢(shì)分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)，α-淀粉酶活性分別提高了139.73%和130.28%。

關(guān)鍵詞：水稻；種子；勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng);發(fā)芽率;發(fā)芽勢(shì);α-淀粉酶活性

種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)資料,優(yōu)質(zhì)種子是獲取高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。水稻是我國(guó)種植面積最大、單產(chǎn)最高的糧食作物,負(fù)擔(dān)著保障糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定的重任[1-2]。在我國(guó)南方雙季稻區(qū)早稻播種時(shí),由于早春溫度較低,氣溫變化較大,因此農(nóng)作物種子特別是陳種生物活性較低,容易出現(xiàn)發(fā)芽率低、發(fā)芽不整齊、爛種等現(xiàn)象，這不僅會(huì)造成種子的大量浪費(fèi),更直接影響水稻的正常生產(chǎn)。

高壓靜電場(chǎng)處理種子技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的農(nóng)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)的原理是利用高壓靜電使物質(zhì)帶電,電場(chǎng)作為一個(gè)刺激因子對(duì)生物體內(nèi)生理活動(dòng)產(chǎn)生影響[3]。近年來,高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)的研究工作十分活躍,例如：蔡興旺、康敏等人采用靜電場(chǎng)處理黃瓜、茄子和番茄種子,提高了出苗數(shù)和產(chǎn)量[4-6]；高偉娜、張本華等人利用高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子,發(fā)現(xiàn)可以明顯提高種子的活力,促進(jìn)種子的萌發(fā)[7-9]。相關(guān)研究結(jié)果表明,利用高壓靜電場(chǎng)技術(shù),將高壓靜電場(chǎng)作用于作物種子,可改變種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高種子的生物活性,提高其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),促進(jìn)苗期生長(zhǎng)。但是,過強(qiáng)的靜電場(chǎng)或過長(zhǎng)的作用時(shí)間,對(duì)種子的活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽后生長(zhǎng)機(jī)能等會(huì)產(chǎn)生抑制作用[8,10]。由于各研究者采用的處理方法和試驗(yàn)條件不同,在勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)對(duì)種子生物活性的影響方面至今尚沒有得到一致的較為明確的結(jié)果,致使該技術(shù)難以大面積推廣應(yīng)用[7]。

筆者利用勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子,研究了不同場(chǎng)強(qiáng)和處理時(shí)間對(duì)水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和α-淀粉酶活性的影響規(guī)律,旨在為勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)種子處理機(jī)械的研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐,為保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)開辟新的種子處理途徑。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試水稻品種為雜交秈早稻淦鑫202和雜交秈晚稻淦鑫699。勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)種子處理儀為本課題組自行研制。高壓靜電場(chǎng)由220 V的交流電源經(jīng)過GF-2B型高壓靜電發(fā)生器轉(zhuǎn)化后獲得,該電源可以在0～150 kV范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié),輸出電流小于1 mA,儀器使用安全可靠,過載能力強(qiáng)。將高壓靜電電源與勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)種子處理儀的兩塊銅板連接,形成高壓靜電場(chǎng)空間,輸出為對(duì)地負(fù)高壓。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)(E)和處理時(shí)間(T)兩個(gè)因素,每個(gè)因素設(shè)5個(gè)水平，共組合成25個(gè)處理。其中電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)設(shè)E1=150、E2=200、E3=250、E4=300和E5=350 kV/m 5個(gè)水平,處理時(shí)間設(shè)T1=1、T2=2、T3=3、T4=4和T5=5 min 5個(gè)水平。設(shè)不經(jīng)任何處理的水稻種子為對(duì)照(CK)。在試驗(yàn)時(shí),將種子均勻置于電場(chǎng)中,使種子廣泛而充分地經(jīng)受靜電場(chǎng)的作用。因?yàn)殡妶?chǎng)兩個(gè)極板的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于種子所占的面積,故可以忽略電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的測(cè)定根據(jù)GB 5520─85種子發(fā)芽試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),分別將經(jīng)過電場(chǎng)處理的種子及未經(jīng)處理的對(duì)照種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn),每天記錄發(fā)芽數(shù),4次重復(fù),通過下面公式計(jì)算種子的發(fā)芽率(GR)和發(fā)芽勢(shì)(GP)：GR(%)=M1/M×100%;GP(%)=M2/M×100%。式中：M1為正常發(fā)芽種子數(shù);M2為前3 d發(fā)芽種子數(shù);M為供試種子總數(shù)。

1.3.2α-淀粉酶活性的測(cè)定在種子萌發(fā)第3天,隨機(jī)選取2.0 g發(fā)芽的種子(芽長(zhǎng)約為0.5 cm),采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法[10]測(cè)定α-淀粉酶的活性,3次重復(fù)。

2結(jié)果與分析

2.1勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)種子發(fā)芽率的影響

經(jīng)勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理后種子的發(fā)芽率結(jié)果見表1。由表1可以看出：2個(gè)供試品種經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后得到了相同的趨勢(shì),除E5T4、E5T5和E5T3處理外,其他各處理種子的發(fā)芽率都明顯高于CK的；2個(gè)供試品種經(jīng)E4T2處理后的發(fā)芽率分別為91.52%和92.94%,分別比CK提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn)。

2.2勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2可以看出,高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)2個(gè)供試水稻品種種子的發(fā)芽勢(shì)有明顯的影響,其中經(jīng)E4T2處理后2個(gè)供試品種的發(fā)芽勢(shì)分別為85.45%和87.03%,比CK分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)。

注：表中數(shù)據(jù)均為重復(fù)試驗(yàn)的平均值，下同。

因此,水稻種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)會(huì)受到勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)和處理時(shí)間的同時(shí)影響,當(dāng)這兩個(gè)因素均處于適宜水平時(shí),可以明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)；在25個(gè)處理中，以處理E4T2的效果最好，可以提高發(fā)芽率5.61～6.77個(gè)百分點(diǎn),提高發(fā)芽勢(shì)6.31～7.89個(gè)百分點(diǎn)。

2.3勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)對(duì)種子α-淀粉酶活性的影響

由圖1、圖2可以看出：勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)2個(gè)供試水稻品種種子的α-淀粉酶活性有明顯的影響,在E1和E2的場(chǎng)強(qiáng)下,α-淀粉酶活性隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì),隨著場(chǎng)強(qiáng)的逐漸增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)；在E5較高電場(chǎng)強(qiáng)度下,α-淀粉酶活性呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)；在所有處理組合中，E4T2提高種子α-淀粉酶活性的效果最明顯，經(jīng)E4T2處理后2個(gè)供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%。說明用適當(dāng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)對(duì)水稻種子進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的處理可以提高種子的α-淀粉酶活性。

3結(jié)論與討論

前人就高壓靜電場(chǎng)對(duì)水稻種子生理指標(biāo)的影響進(jìn)行了較多的研究,李一等[12]研究發(fā)現(xiàn),采用1000 min·kV/m高壓靜電場(chǎng)處理能顯著提高水稻陳種的活力,對(duì)其發(fā)芽后的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。王清元等[13]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)強(qiáng)度的高壓靜電場(chǎng)和處理時(shí)間可以明顯提高水稻種子的活力,但過高的場(chǎng)強(qiáng)和過長(zhǎng)的處理時(shí)間會(huì)有明顯的抑制作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明:選擇適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)強(qiáng)度及處理時(shí)間可明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)；當(dāng)處理組合為300 kV/m+2 min時(shí),可明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),與對(duì)照相比，2個(gè)供試品種的發(fā)芽率分別提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn),發(fā)芽勢(shì)分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)。可以認(rèn)為,勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理能誘導(dǎo)或啟動(dòng)種子體內(nèi)攜帶的某種信息,促使發(fā)生一定的反應(yīng)而激活種子的內(nèi)部潛力,從而促進(jìn)種子的萌發(fā)。但本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過高的場(chǎng)強(qiáng)或過長(zhǎng)的處理時(shí)間會(huì)抑制種子的發(fā)芽，如在處理組合為350 kV/m+4 min和350 kV/m+5 min時(shí),種子發(fā)芽受到了明顯抑制。說明高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子存在一個(gè)稱為閾值的臨界場(chǎng)強(qiáng)。這與王清元等[13]的研究結(jié)果相似。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明,隨著電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間的改變,水稻種子萌發(fā)期α-淀粉酶的生物活性在前期有明顯的上升,在后期有所下降。本試驗(yàn)的最佳處理組合為300 kV/m+2 min,在此條件下2個(gè)供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為350 kV/m時(shí),各處理時(shí)間下種子的α-淀粉酶活性均受到了抑制。這與勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)對(duì)種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)影響的趨勢(shì)相近。說明在適當(dāng)勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)和處理時(shí)間作用下,種子生理活動(dòng)會(huì)發(fā)生變化,酶活力會(huì)明顯提高,種子萌發(fā)率及種子萌發(fā)對(duì)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率會(huì)提高[14-15]。

因?yàn)椴捎玫膭驈?qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理方法和試驗(yàn)條件不同,本試驗(yàn)得到的對(duì)水稻種子生物特性影響的最佳處理結(jié)果與前人的研究結(jié)果并不完全一致；另外，用勻強(qiáng)高壓靜電場(chǎng)處理水稻種子是否會(huì)對(duì)大田生產(chǎn)帶來增產(chǎn)效果,還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Study on Biological Field Effect of Uniform High-voltage Electrostatic Field on Rice Seeds

CHEN Li-cai1, HUANG Fang2, ZHOU Ming1, YANG Wei-guang1, SHU Shi-fu1, HE Jie1

(1. Institute of Agricultural Engineering, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;2. Agricultural Techniques Popularization Centre of Nanchang County in Jiangxi Province, Nanchang 330200, China)

Abstract：The influence of two rice cultivars on the germination rate, the germination potential, and α-amylase activity in different uniform high-voltage electrostatic field and different time treatments. The results indicated that with the increasing of high-voltage electrostatic field intensity and the extension of different processing time, the each physiological indexes of rice seed germination period showed a trend of first rising then falling. The rice seed had a conspicuous promoting effect under the uniform high-voltage electrostatic field of 300 kV/m and in 2 min treatment, compared with the untreated controls, the germination rate were improved 5.61 and 6.77 percentage points, the germination potential were improved 7.89 and 6.31 percentage points, the α-amylase activity were improved by 139.73% and 130.28%, respectively.

Key words：Rice; Seed; Uniform high-voltage electrostatic field; Germination rate; Germination potential; α-amylase activity

收稿日期：2015-10-28

基金項(xiàng)目：江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金(青年基金)項(xiàng)目(2012CQN015);南昌市對(duì)外科技合作與成果轉(zhuǎn)化推廣計(jì)劃項(xiàng)目(2013HZCG002);江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化與示范基金項(xiàng)目(2014CZH002);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460320)。

作者簡(jiǎn)介：陳立才(1985─),男,山東濰坊人,助理研究員,碩士,主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程研究。

中圖分類號(hào)：S511.041

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-8581(2016)05-0028-03