水楊酸修復(fù)老化玉米種子活力的研究

黃守程　劉愛榮　葉梅榮　錢立生

摘要：初步研究了水楊酸（salicylic acid， SA）對(duì)人工老化玉米（Zea mays L.）種子活力的修復(fù)作用。以人工老化的玉米種子為材料，采用0（CK）、0.01、0.10和1.00 mmol/L四個(gè)濃度的SA分別浸種6 h后，測(cè)定種子活力及幼苗生物量等相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明，與CK相比，除1.00 mmol/L SA處理顯著提高了種子浸出液電導(dǎo)率外，其他濃度SA浸種對(duì)其電導(dǎo)率無顯著影響；0.01和0.10 mmol/L SA處理能有效降低浸出液的可溶性糖含量，而1.00 mmol/L SA處理則引起可溶性糖含量上升；此外，0.01和0.10 mmol/L SA處理不會(huì)引起浸出液光密度（OD260 nm）增加，但1.00 mmol/L SA處理則導(dǎo)致其光密度增加。研究還發(fā)現(xiàn)不同濃度SA均能提高老化玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。0.10 mmol/L SA處理有利于幼苗鮮重和干重的增加，并提高幼苗葉綠素的含量，而其他濃度均無顯著影響。綜合分析認(rèn)為，0.10 mmol/L SA浸種對(duì)老化玉米種子活力的修復(fù)作用最好，可作為生產(chǎn)實(shí)踐的參考。

關(guān)鍵詞：種子老化；玉米（Zea mays L.）；水楊酸；活力修復(fù)

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）08-1917-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.004

Abstract： Effects of salicylic acid （SA） on the vigor repair of artificial aging corn （Zea mays L.） seeds were studied in this work. The artificial aging corn seeds were soaked with different concentrations of SA （0，0.01，0.10 and 1.00 mmol/L） for 6 h and some vigor-related indicators were measured. The results indicated that， compared with the control， different concentrations of SA treatment had no influence on the electric conductivity except for 1.0 mmol/L SA.The content of soluble sugar decreased obviously when the seeds were treated with 0.01 and 0.10 mmol/L SA，whereas increased under 1.0 mmol/L SA treatment.In addition，0.01 and 0.10 mmol/L SA treatment did not result in the elevation of OD260 nm， while 1.00 mmol/L SA treatment led to significant increase of OD260 nm. We observed that all concentration SA treatments could improve the germination percentage，germination potential， germination index and vigor index of aging corn seeds. Furthermore， only 0.10 mmol/L SA treatments resulted in enhanced fresh weight，dry weight and chlorophyll content of seedlings. According to these findings， 0.10 mmol/L SA treatment could effectively improve the vigor of aging corn seed which could be taken as an important reference in production practice.

Key words： seed aging；corn（Zea mays L.）；salicylic acid；vigor repair

種子生理成熟后出現(xiàn)不可逆的質(zhì)量下降變化稱為種子老化，是種子自然衰退的生理過程[1]。老化不僅影響種子品質(zhì)和活力，還會(huì)影響后期幼苗的生長(zhǎng)，導(dǎo)致弱苗，進(jìn)而降低產(chǎn)量[2]。此外，老化還導(dǎo)致種質(zhì)遺傳資源變異性減小，影響種質(zhì)資源安全[3]。目前關(guān)于種子活力修復(fù)的措施較多，主要有化學(xué)方法和物理方法。其中化學(xué)方法包括種子引發(fā)技術(shù)（priming technology）[4]、營養(yǎng)元素調(diào)節(jié)[5]以及植物激素處理等[6]。研究表明，激素處理可以提高老化高羊茅種子在干旱條件下的抗氧化酶活性，提高種子活力[7]。水楊酸（salicylic acid，SA）是一種重要的植物內(nèi)源激素，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育等方面具有多種生理作用[8]。李永潔等[9]研究發(fā)現(xiàn)SA處理能顯著提高黑果枸杞種子的萌發(fā)，陳貴華等[10]研究表明適宜濃度的SA浸種能增強(qiáng)老化菜豆種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，并提高幼苗的鮮重和干重。Chandan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，向日葵種子經(jīng)SA預(yù)處理后能在后期的人工加速老化過程中保持較高的活力，并具備良好的苗期生長(zhǎng)性能。

提高老化種子活力是種質(zhì)保存和提高后期作物產(chǎn)量的重要措施。玉米是世界第二大重要的谷類作物，中國玉米年產(chǎn)量約1.28億t，約占糧食總產(chǎn)量的1/4，而玉米種子老化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[12]。目前關(guān)于玉米種子老化過程中生理生化特性的研究較為充分[13-15]，而關(guān)于SA修復(fù)老化玉米種子的研究尚未見報(bào)道。本研究初步探討了SA浸種處理對(duì)人工加速老化的玉米種子活力修復(fù)的作用，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中老化種子的修復(fù)提供一定的參考，并為進(jìn)一步研究其機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子人工加速老化處理

本試驗(yàn)選用鄭單958玉米種子作為材料。將余海兵等[16]的方法略作修改對(duì)種子進(jìn)行人工老化。在干燥器底部加2.5 cm的水層，在白瓷板上鋪一層干凈的紗布，然后將玉米種子均勻地放在紗布上，最后干燥器嚴(yán)密加封并放入密封的恒溫箱中，在溫度為（43±2） ℃、相對(duì)濕度為85%的條件下處理5 d后，取出已被老化的玉米種子，放在（33±2） ℃的干燥箱中干燥至原來的含水量，備用。

1.2 SA浸種處理及發(fā)芽試驗(yàn)

將老化的玉米種子先用0.1%升汞表面消毒30 min，然后用蒸餾水沖洗干凈。設(shè)置4個(gè)濃度處理，即分別用0（蒸餾水處理作為CK）、0.01、0.10、1.00 mmol/L SA浸種6 h。浸種處理后用蒸餾水沖洗5次以上，洗凈種子表面的殘留SA，在室溫條件下自然晾干后備用。

參照國際種子檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)。將每組種子用等量的蒸餾水浸泡24 h后，將每組種子的浸泡液分別收集起來備用。采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，將各處理的種子放在鋪有三層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，設(shè)3次重復(fù)。在25 ℃條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每天定時(shí)加水并記錄發(fā)芽種子數(shù)至第8天為止，第6天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第8天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

1.3 發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)測(cè)定[17]

發(fā)芽勢(shì)GP=G6 /N×100%，發(fā)芽率GR=G8 /N×100%，發(fā)芽指數(shù)GI=∑Gt/Dt，活力指數(shù)VI=∑Gt/Dt×S。式中，G6為第6天時(shí)的總發(fā)芽數(shù)；G8為第8天時(shí)的總發(fā)芽數(shù)；N為供試種子的總粒數(shù)；Gt為發(fā)芽開始后第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗鮮重（g）。

1.4 種子浸出液電導(dǎo)率、可溶性糖、OD值、鮮重及干重測(cè)定

浸出液電導(dǎo)率、可溶性糖、OD260 nm值測(cè)定采用顏啟傳等[17]的方法進(jìn)行。種子發(fā)芽的第8天稱量幼苗鮮重，105 ℃烘干至恒重后稱量干重。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行，單因素方差分析采用SPSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA處理對(duì)老化玉米種子浸出液電導(dǎo)率、可溶性糖和光密度的影響

由表1可知，與CK相比，0.01和0.10 mmol/L SA處理對(duì)浸出液電導(dǎo)率無顯著影響，但1.00 mmol/L SA處理卻顯著提高了浸出液的電導(dǎo)率；0.01和0.10 mmol/L SA處理可極顯著降低種子浸出液可溶性糖含量，分別較對(duì)照下降了47.8%和56.2%，而1.00 mmol/L SA處理引起浸出液可溶性糖含量顯著上升，較CK提高了16.5%。此外，SA處理后，種子浸出液光密度值（OD260 nm）隨SA濃度增加呈現(xiàn)出一定的上升趨勢(shì)，但僅1.00 mmol/L SA處理導(dǎo)致OD260 nm顯著增加，而其他濃度SA處理后OD260 nm變化不顯著。

2.2 SA處理對(duì)老化玉米種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響

由表2可知，與CK相比，0.01和0.10 mmol/L SA處理均能顯著或極顯著提高老化玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，其中發(fā)芽率分別較CK提高了10.3%和16.7%，發(fā)芽勢(shì)分別提高了13.5%和20.3%，而發(fā)芽指數(shù)分別提高了14.3%和22.6%；0.10 mmol/L SA處理后，種子活力指數(shù)極顯著提高，較CK提高了49.8%。

2.3 SA處理對(duì)玉米幼苗鮮重、干重以及葉綠素含量的影響

由表3可知，老化的玉米種子經(jīng)0.10 mmol/L SA浸種處理后，幼苗的鮮重、干重和葉綠素含量均顯著增加，分別較CK提高了22.1%、25.8%和50.5%。相關(guān)性分析表明，鮮重與干重、葉綠素含量呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)性，干重與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)（表4）。

3 小結(jié)與討論

細(xì)胞膜的完整性對(duì)于維持細(xì)胞正常的功能至關(guān)重要。種子老化過程中ROS積累引起膜脂過氧化，破壞細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物滲漏增加[14]，這是細(xì)胞受到傷害的標(biāo)志之一。本試驗(yàn)中，0.01和0.10 mmol/L SA處理沒有對(duì)老化種子浸出液的電導(dǎo)率和OD260 nm產(chǎn)生顯著影響，而1.00 mmol/L SA處理卻導(dǎo)致電導(dǎo)率以及OD260 nm增加，這表明較高濃度的SA處理會(huì)引起細(xì)胞膜的滲漏，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)以及遺傳物質(zhì)的外流。研究發(fā)現(xiàn)，老化種子浸出液的可溶性糖含量升高[18]。本試驗(yàn)中，0.01和0.10 mmol/L SA處理使老化種子浸出液可溶性糖含量極顯著下降，而1.00 mmol/L SA處理卻顯著提高了可溶性糖含量，這可能是由于適宜濃度的SA能夠促進(jìn)種子對(duì)可溶性糖的吸收與利用。此外，研究發(fā)現(xiàn)1.00 mmol/L SA處理顯著增加浸出液可溶性糖含量，這表明較高濃度SA處理可能加劇了老化種子的細(xì)胞膜損傷，破壞了細(xì)胞膜的完整性。

種子活力是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)。種子老化會(huì)導(dǎo)致發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)降低[13]，這可能是由于老化種子細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶（POD，CAT和APX等）活性下降[12]，導(dǎo)致活性氧積累[19]。本試驗(yàn)中，0.01和0.10 mmol/L SA處理均能顯著或極顯著提高人工加速老化玉米種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，且0.10 mmol/L SA處理極顯著提高種子的活力指數(shù)，這與陳貴化等[10]的研究結(jié)果一致。Chen等[20]研究指出，種子老化過程中氧化脅迫相關(guān)基因顯著表達(dá)上調(diào)，活性氧（ROS）與種子老化過程密切相關(guān)。SA作為一種重要的信號(hào)分子，調(diào)控植物ROS的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[21]，如SA處理抑制杏果實(shí)O2-·和H2O2的含量[22]。據(jù)此，推測(cè)SA提高老化種子活力可能與其促進(jìn)抗氧化酶活性、降低種子活性氧水平有關(guān)。同時(shí)，ROS水平的降低也有助于減輕其對(duì)細(xì)胞膜的傷害，從而對(duì)維持細(xì)胞膜的完整性具有重要作用。

種子老化對(duì)后期營養(yǎng)體的生長(zhǎng)也有重要影響。有研究表明，適宜濃度的SA處理能顯著提高老化菜豆種子幼苗的鮮重及干重[10]。本試驗(yàn)中，0.10 mmol/L SA處理能顯著提高幼苗的鮮重、干重以及葉綠素含量，由于鮮重與干重具有較強(qiáng)的正相關(guān)性（r=0.925），表明鮮重的增加是由于幼苗干物質(zhì)積累所致；另外，干重與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，這表明干重的增加是由于適宜濃度的SA處理能夠促進(jìn)老化種子苗期的光合作用，從而促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)。

綜上所述，適宜濃度的SA處理不會(huì)對(duì)老化玉米種子的細(xì)胞膜造成損傷，可促進(jìn)種子對(duì)糖的吸收與利用，提高老化玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，并促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)，其中，0.10 mmol/L SA處理對(duì)提高老化玉米種子活力的效果最好。該研究結(jié)果可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用SA修復(fù)老化玉米種子活力提供一定的依據(jù)。

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