不同濃度H2O2處理對水稻陳種子活力及幼苗生理特性的影響

王艷玲+任艷芳 林肖+田丹 楊波 何俊瑜

摘要：為探明過氧化氫引發(fā)對水稻陳種子活力的影響，以貯藏2年的水稻種子為材料，分析不同濃度的H2O2（0.01、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00 mmol/L）進(jìn)行浸種處理對水稻陳種子萌發(fā)情況、電解質(zhì)外滲率、根系活力、幼苗生理特性的影響。結(jié)果表明，0.01～2.00 mmol/L H2O2引發(fā)處理可促進(jìn)水稻陳種子萌發(fā)，提高水稻陳種子活力，表現(xiàn)為提高發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)；促進(jìn)根和芽生長，提高根系活力和幼苗葉綠素含量，增強幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）的活性，而種子浸出液電導(dǎo)率、幼苗丙二醛（MDA）含量降低。5.0 mmol/L 的H2O2浸種后，種子活力、幼苗生長、根系活力、幼苗葉綠素含量、SOD、CAT、POD的活性下降，種子浸出液電導(dǎo)率和MDA含量增加?？梢娺m宜濃度的H2O2處理可以提高老化水稻種子的活力，促進(jìn)種子的生長發(fā)育，其中，以0.5 mmol/L H2O2效果最好。

關(guān)鍵詞：H2O2；水稻；陳種子；萌發(fā)；生理特性

中圖分類號： S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）13-0049-05[HS）][HT9.SS]

[HJ1.4mm]

收稿日期：2017-03-15

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31460100、41261095）。

作者簡介：王艷玲（1990—），女，山東榮成人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)生理生態(tài)研究。E-mail：979920219@qq.com。

通信作者：何俊瑜，博士，教授，主要從事環(huán)境生理生態(tài)研究。E-mail：junyuhe0303@sina.com。[HJ]

[ZK）]

[JP+1]水稻是我國主要糧食作物之一，有65%以上的人口以稻米為主食。目前，我國水稻種子企業(yè)眾多，但由于種業(yè)市場信息不對稱，多數(shù)種子企業(yè)生產(chǎn)的水稻種子，尤其是雜交水稻種子，都難以當(dāng)年銷完，滯銷、庫存積壓現(xiàn)象比較嚴(yán)重，從而產(chǎn)生了大量的隔年陳種[1]。水稻種子的耐貯性較差，常溫下貯藏半年至1年，高溫下貯藏3個月就會出現(xiàn)陳化現(xiàn)象，種子貯存越久，越易劣變陳化而喪失萌發(fā)力，造成種子活力下降，生產(chǎn)用種量增加，幼苗生長勢減弱，給水稻生產(chǎn)帶來巨大風(fēng)險[1]。此外，水稻制種成本高，產(chǎn)量年度間差異較大，或多或少會利用一定數(shù)量的陳種子?；盍Φ褪顷惙N子利用中面臨的最嚴(yán)重的問題之一[2]。據(jù)報道，美國每年由于谷物種子活力下降所造成的損失超過10億美元。在我國高溫多雨的南方，水稻種子貯藏困難，損失嚴(yán)重?？梢姡绾翁岣咚娟惙N子的活力，提高陳種利用率，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一個重要問題。[JP]

種子引發(fā)是提高種子活力的重要方法之一。引發(fā)可促進(jìn)種子萌發(fā)，且提高萌發(fā)整齊度，縮短出苗時間，提高幼苗素質(zhì)[3-4]。目前，許多種化學(xué)物質(zhì)，如多胺、稀土元素、聚乙二醇、氯化鈉等，已經(jīng)被用于陳年老化種子的引發(fā)[5-8]。然而，液體引發(fā)過程中，種子呼吸代謝旺盛，急劇消耗引發(fā)液中的溶解氧，易對種子造成低氧脅迫。

過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）是一種強氧化劑，浸種可使種皮軟化，促進(jìn)種皮的通氣透水性；同時H2O2分解能提供較多的O2，使氧和水能順利透過種皮到達(dá)種胚，并進(jìn)一步激活種子內(nèi)部酶的活性[9]。近年來，大量研究表明，H2O2作為植物體內(nèi)的一種信號分子，廣泛參與植物生長發(fā)育的調(diào)控及脅迫的應(yīng)答[10-11]。Xue等報道，外源H2O2通過細(xì)胞信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)誘導(dǎo)綠豆幼苗不定根形成[12]。H2O2可促進(jìn)GA合成，促進(jìn)ABA分解并抑制其合成，從而促進(jìn)種子快速發(fā)芽[13]。目前，H2O2可以提高陳種子發(fā)芽，并在茄子、大豆、小麥、甘藍(lán)等植物中得到初步應(yīng)用[9，14-15]，但是具體的濃度范圍在不同物種間差異較大。本研究用已貯存2年的水稻種子為材料，研究不同濃度H2O2引發(fā)處理后水稻陳種子的發(fā)芽特性、幼苗生長、根系活力、抗氧化酶活性、MDA含量的變化，篩選出能提高水稻萌發(fā)的最佳濃度，研究H2O2促進(jìn)水稻陳種子萌發(fā)的生理機制，旨在為開發(fā)利用水稻陳種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試水稻（Oryza sativa L.）陳種為貯存2年的吉優(yōu)9號，由貴州神農(nóng)種業(yè)公司提供。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)0.01、0.10、0.50、1.00、2.00、5.0 mmol/L H2O2 6個濃度，以蒸餾水為對照（CK）。

選取籽粒飽滿、大小一致、貯藏2年的水稻種子，經(jīng) 0.5% 的次氯酸鈉浸泡表面消毒10 min，滅菌蒸餾水沖洗3遍后，于不同濃度H2O2和蒸餾水（CK）中黑暗條件下浸種 24 h，溫度為（28±1）℃。然后用蒸餾水反復(fù)沖洗，分別放在墊有2層濾紙和適量蒸餾水的培養(yǎng)皿（直徑90 mm）中，每皿50粒種子，每處理重復(fù)5次，于28 ℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光—暗周期為12 h—12 h。在水稻種子發(fā)芽期間逐日統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，以胚芽長超過種子長度的50%為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[16]。7 d 后，取樣進(jìn)行各項指標(biāo)測定。

[BT2+*5]1.3測定項目及方法

1.3.1萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的計算參照何俊瑜等的方法[17]。

[JZ]發(fā)芽勢=（3 d內(nèi)種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

[JZ]發(fā)芽率=（7 d內(nèi)種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

[HS1*2][JZ]發(fā)芽指數(shù)=∑（Gt/Dt）；

[HS1*2][JZ]活力指數(shù)（VI）=∑（Gt/Dt）×S=GI×S。

式中：Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)，S為單株幼苗平均干質(zhì)量。endprint

1.3.2根、芽長度及干質(zhì)量

7 d發(fā)芽結(jié)束后，取幼苗用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干表面水分。隨機取10株用直尺測量胚芽、胚根長度，隨后將根和芽在105 ℃下殺青15 min后，置于70 ℃烘箱烘干至恒質(zhì)量，測定干質(zhì)量。

1.3.3種子外滲液相對電導(dǎo)率

選取不同處理的萌發(fā)種子50粒，將其浸沒于裝有去離子水的錐形瓶中，定容至20 mL，放在室溫下12 h（每4 h搖動1次），用DDS-11A電導(dǎo)儀測定電導(dǎo)值S1，然后將錐形瓶放置于沸水浴中15 min，取出后定容至20 mL，冷卻后用電導(dǎo)儀測定其電導(dǎo)值S2。相對電導(dǎo)率=S1/S2×100%[18]。

1.3.4根系活力

采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[18]測定幼苗根系活力。

1.3.5葉綠素含量

用無水丙酮提取法[18]測定葉綠素含量。

1.3.6MDA含量及SOD、POD、CAT活性的測定

MDA含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[18]。SOD、CAT、POD活性的測定采用周國強等的方法[19]，以D560 nm下抑制NBT還原的50%所需的酶量為SOD的1個酶活單位（U/g）；在一級反應(yīng)范圍內(nèi)，分別以1 min內(nèi)D470 nm和D240 nm變化0.1為POD和CAT的1個酶活單位，用U/g表示。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度H2O2處理對水稻陳種子萌發(fā)的影響

不同濃度H2O2對貯藏2年水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響見表1。除5.0 mmol/L H2O2處理外，0.01～2.0 mmol/L H2O2處理后的種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)均高于對照，且隨著H2O2處理濃度不斷加大，供試水稻陳種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)先升高后降低，其中以0.5 mmol/L H2O2浸種對萌發(fā)的促進(jìn)效果最明顯，發(fā)芽勢增加36.47%，發(fā)芽率提高46.15%，發(fā)芽指數(shù)提高55.72%，活力指數(shù)提高103.44%。當(dāng)用5.0 mmol/L H2O2處理時，水稻陳種子的萌發(fā)受到抑制，種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)明顯下降。說明適當(dāng)濃度的H2O2浸種對水稻陳種子萌發(fā)起積極作用。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，H2O2對發(fā)芽率的影響大于其對發(fā)芽勢的影響，說明H2O2提高種子發(fā)芽率主要是通過促進(jìn)發(fā)育遲緩、活力不足種子的發(fā)芽。

[HTK]2.2不同濃度H2O2處理對水稻陳種子萌發(fā)后幼苗根長、芽長、根質(zhì)量、芽質(zhì)量的影響[HT]

從圖1可以看出，不同濃度H2O2浸種處理下，水稻陳種子萌發(fā)后幼苗根和芽生長總體趨勢大致相同。與CK相比，各處理的幼苗芽、根長度和干質(zhì)量隨著H2O2處理濃度的升高先增加后降低，表現(xiàn)出一定的濃度效應(yīng)。其中 0.5 mmol/L H2O2處理下，根長、芽長、根干質(zhì)量和芽干質(zhì)量分別比對照提高22.22%、13.16%、34.38%、26.67%，處理間差異顯著。5.0 mmol/L H2O2會導(dǎo)致水稻根長、芽長、根質(zhì)量和芽質(zhì)量分別下降11.11%、5.26%、9.38%、6.67%。表明一定濃度的H2O2處理對水稻幼苗發(fā)根和根的生長有一定的促進(jìn)作用，高濃度H2O2處理則表現(xiàn)為抑制作用。

2.3不同濃度H2O2處理對水稻陳種子浸出液電導(dǎo)率的影響[HT]

種子外滲液相對電導(dǎo)率反映了種子質(zhì)膜透性，在一定程度上可以說明細(xì)胞膜的完整性，電導(dǎo)率大則膜完整性差，受損傷嚴(yán)重，反之則膜完整性好，其數(shù)值與種子活力呈負(fù)相關(guān)[20]。一般認(rèn)為，種子活力與質(zhì)膜透性呈負(fù)相關(guān)[6]。從圖2可以看出，經(jīng)0.01～2.00 mmol/L H2O2處理的水稻陳種子浸出液電導(dǎo)率比對照降低了4.21%～38.38%，其中0.5 mmol/L H2O2處理的浸出液電導(dǎo)率最低。5.0 mmol/L H2O2處理卻提高了水稻陳種子浸出液電導(dǎo)率。這與其對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根芽生長的影響基本表現(xiàn)一致。表明一定濃度H2O2處理可以減少水稻陳種子膜系統(tǒng)的滲漏，降低通透性，進(jìn)而提高種子活力。

2.4不同濃度H2O2處理對水稻陳種子萌發(fā)后幼苗根系活力的影響[HT]

TTC還原力是衡量作物根系活力的一個指標(biāo)，與植物根呼吸呈正相關(guān)[21]。從圖3可以看出，不同濃度H2O2對水稻幼苗根系活力有明顯影響，且幼苗根系活力在一定濃度范圍內(nèi)隨濃度的增加而增大，但超過一定濃度后，幼苗根系活力呈下降趨勢。說明H2O2在一定濃度范圍內(nèi)能促進(jìn)水稻陳種子萌發(fā)后幼苗的根系活力，其中，0.5 mmol/L H2O2處理效果最明顯，根系活力比對照提高35.22%，處理間差異明顯。根系活力的提高，表明增強了根中的能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，最終促進(jìn)水稻幼苗生長。5.0 mmol/L H2O2處理明顯抑制水稻陳種子萌發(fā)后幼苗的根系活力，根系活力比對照下降1388%。表明較低濃度H2O2處理可提高根系活力，但濃度過高時則抑制根系活力。

[FK（W11][TPWYL3.tif][FK）]

[HTK]2.5不同濃度H2O2處理對水稻陳種子萌發(fā)后幼苗葉綠素含量的影響[HT]

葉綠素是光合作用的主要色素，在一定范圍內(nèi)，葉綠素含量與光合強度呈正相關(guān)[16]。從圖4可以看出，較低濃度H2O2（≤2.0 mmol/L）處理，水稻幼苗葉綠素含量有所增加，葉綠素含量比對照增加1.19%～14.29%，而較高濃度H2O2（5.0 mmol/L）處理，水稻幼苗葉綠素含量低于對照，比對照降低7.74%。表明較低濃度H2O2處理對水稻幼苗葉綠素合成有刺激作用，這將有利于幼苗的光合作用，促進(jìn)幼苗生長；但較高濃度H2O2處理對水稻幼苗葉綠素合成表現(xiàn)出一定的抑制作用。endprint