玉米雜交種老化過程中種子活力及生理特性的變化研究

(遼東學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 遼寧 丹東 118003)

種子老化是種子活力的自然衰退漸進劣變過程，種子活力是種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，是種用價值的重要組成部分，與種子的田間出苗和種質(zhì)資源的保存密切相關(guān)[1-2]。種子活力與種子的發(fā)育、貯藏、壽命、劣變等生理過程緊密聯(lián)系。種子在生理成熟時，種子活力達最高，其后種子活力逐漸降低或死亡[3]。

近年來，種子市場中種子的生產(chǎn)量遠大于消耗量，造成大量種子必須進行長期貯藏[4]，盡管在低溫低濕貯藏庫中可以延長種子的壽命，維持種子活力，但種子老化是普遍存在的，種子發(fā)生老化和劣變，活力就會下降，生理生化特性就會發(fā)生改變[5-6]，且不同的玉米品種之間耐老化的能力差異較大。種子老化是緩慢發(fā)生的漸變過程，而人工加速老化可代替種子自然老化的過程[3]，借此研究種子老化后種子活力及生理特性的變化。目前對玉米種子人工老化處理的方法，應(yīng)用較多為高溫高濕法[7-10]和50%甲醇老化法[11]，在高溫高濕法中有不同的處理溫度和相對濕度，如陳婧等[7]用40 ℃高溫，相對濕度100%的方法對糯玉米種子進行老化處理；楊偉飛等[8]用45 ℃高溫，100%相對濕度對鄭單958種子進行人工老化處理；Bin Wang等[9]用45 ℃高溫，85%相對濕度對玉米種子進行人工老化處理；李春雷等[10]用50 ℃高溫，相對濕度95%的條件處理鄭單958和先玉335的種子。本研究以遼寧省大面積栽培的3個玉米品種為試材，在45 ℃高溫、相對濕度100%的條件下加速種子老化，研究這3個玉米雜交種種子老化后，種子活力和生理特性的變化，進而明確這3個玉米雜交種種子的耐老化能力，為種子的貯藏和種質(zhì)資源的保存提供理論依據(jù)。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

以丹玉405、新丹336、宏碩737這3個玉米雜交種為試驗材料，以各品種未經(jīng)人工加速老化的種子作為對照。

1.2 試驗方法

采用高溫高濕人工加速老化法，溫度45 ℃，濕度 100%RH，置于LH-1509型老化箱中進行老化處理。老化時間設(shè)6個梯度：0(ck)、2、4、6、8、10 d，每個品種每個老化時間均老化3 000粒種子。

1.3 發(fā)芽試驗及活力測定

3個玉米雜交種經(jīng)不同天數(shù)老化處理后，根據(jù)《國家種子檢驗規(guī)程》(GB/T 3543.4)的技術(shù)規(guī)定，進行玉米標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗，采用紙間(BP)發(fā)芽床，發(fā)芽溫度25 ℃，置于RTOP-1000 Y型智能人工氣候箱中進行發(fā)芽試驗，發(fā)芽試驗時50粒一組并設(shè)8組重復(fù)，發(fā)芽過程中，每天記錄正常發(fā)芽種子數(shù)，第4天計算發(fā)芽勢，第7天計算發(fā)芽率，發(fā)芽后將幼苗取出，清水洗凈，測量芽長和根長，計算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

表1 玉米雜交種老化過程中種子活力的變化

品種老化時間/d發(fā)芽勢/%發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)0(ck)92.10aA±0.2098.60aA±0.1014.23aA±0.02175.83aA±0.03291.90aA±0.4498.37aA±0.1514.22aA±0.01163.58bB±0.02485.77bB±0.1585.07bB±0.1512.36bB±0.02141.06cC±0.84丹玉405678.93cC±0.1561.53cC±0.258.94cC±0.0571.39dD±0.69853.17dD±0.0661.13dC±0.218.78dD±0.0971.29dD±0.641032.63eE±0.1545.77eD±0.157.23eE±0.0260.40eE±0.100(ck)89.60aA±0.2098.77aA±0.1514.23aA±0.01183.69aA±0.03288.60bB±0.4496.03bB±0.2113.96bB±0.01165.63bB±0.05新丹336478.37cC±0.3183.27cC±0.2111.90cC±0.02134.51cC±0.03676.73dD±0.2160.40dD±0.108.35dD±0.0462.42dD±0.04852.43eE±0.1560.00eD±0.267.89eE±0.0262.12eE±0.171030.30fF±0.2035.37fE±0.156.22fF±0.0151.60fF±0.100(ck)91.27aA±0.1598.63aA±0.3814.22aA±0.01181.39aA±0.04291.13aA±0.3597.87aB±0.6014.20aA±0.02164.54bB±0.05宏碩737485.30bB±0.2685.70cB±0.1012.41bB±0.04138.61cC±0.02678.40cC±0.2663.50dC±0.309.39cC±0.0674.27dD±0.05853.63dD±0.2162.53eC±0.259.37cC±0.0273.97eD±0.121032.33eE±0.2142.40fD±0.266.83dD±0.0262.37fE±0.31

注：同一品種同列中不同大、小寫字母分別表示在0.01和0.05水平上差異顯著。

發(fā)芽勢(%)=(G4/N)×100%；

發(fā)芽率(%)=(G7/N)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)=GI×S。

式中：G4為發(fā)芽第4天的總發(fā)芽數(shù)；G7為發(fā)芽7 d的總發(fā)芽數(shù)；N為供試種子總數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù)；Gt為與Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)；GI為發(fā)芽指數(shù)；S為平均根長(cm)。

1.4 生理生化指標(biāo)的測定

采用TTC(2，3，5-氯化三苯基四氮唑，簡稱四唑)法測定胚活力，參考馬平安[12]的胚活力定量測定法進行測定；用DDS-307型電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率；采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定丙二醛(MDA)濃度，再計算出單位鮮重的MDA含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2007軟件和DPSv 8.01統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米雜交種老化過程中種子活力的變化

經(jīng)高溫高濕老化處理后，3個玉米雜交種老化不同天數(shù)種子活力的各項發(fā)芽指標(biāo)如表1所示，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈現(xiàn)下降的趨勢，丹玉405的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)在老化4 d時出現(xiàn)極顯著下降，而活力指數(shù)在老化2 d時就出現(xiàn)極顯著下降，在老化10 d時，丹玉405的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與其對照相比分別下降了64.57%、53.58%、49.19%、65.65%；新丹336的4項指標(biāo)均在老化2 d時出現(xiàn)極顯著下降，在老化10 d時，新丹336的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與其對照相比分別下降了66.18%、64.19%、56.29%、71.91%；宏碩737的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)在老化4 d時出現(xiàn)極顯著下降，而活力指數(shù)在老化2 d時就出現(xiàn)極顯著下降，在老化10 d時，宏碩737的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與其對照相比分別下降了64.58%、57.01%、51.97%、65.62%。

2.2 玉米雜交種老化過程中生理指標(biāo)的變化

3個玉米雜交種經(jīng)不同天數(shù)的老化處理后，進行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗，測定玉米種子的脫氫酶活性、相對電導(dǎo)率、MDA含量3項生理活力指標(biāo)，經(jīng)過F測驗，由表2可以看出：3個玉米雜交種之間脫氫酶活性和相對電導(dǎo)率達顯著差異，而MDA含量達極顯著差異；同一品種隨著處理天數(shù)的延長，3項指標(biāo)均表現(xiàn)極顯著差異。

表2 玉米雜交種老化處理后的生理指標(biāo)F測驗

生理指標(biāo)F值品種間 處理天數(shù)間品種×處理天數(shù)間脫氫酶活性6.1648*28.2057**417.8777**相對電導(dǎo)率4.8917*26.8252** 18.4131**MDA含量2.7023**31.6669**367.5085*

注：“*”表示在0.05水平上差異顯著，“**”表示在0.01水平上差異顯著。

2.2.1玉米雜交種老化過程中脫氫酶活性的變化

玉米種胚和糊粉層中均含有脫氫酶，TTC作為指示劑參與細胞的還原反應(yīng)，可從脫氫酶中接受氫離子，產(chǎn)生紅色穩(wěn)定的TTCH，種子中脫氫酶活力的高低與種子的生活力呈正相關(guān)，采用TTC法測定種胚中脫氫酶活性，3個玉米雜交種脫氫酶活性的變化如圖1所示。

由圖1可知，隨著老化過程的進行，玉米雜交種中脫氫酶活性逐漸下降，老化8 d后脫氫酶活性下降趨于緩慢，老化處理10 d的玉米種子中脫氫酶活性達最低點，此時新丹336、宏碩737和丹玉405的脫氫酶活性分別下降了71.05%、68.75%、67.21%。由此可知，3個玉米雜交種老化處理10 d后種子中脫氫酶活性下降趨勢表現(xiàn)為新丹336>宏碩737>丹玉405，因此3個品種中丹玉405的耐老化能力最強。

注：不同小寫字母表示同一品種不同處理天數(shù)存在 顯著性差異p<0.05。下同。圖1 玉米雜交種老化過程中脫氫酶活性的變化

2.2.2玉米雜交種老化過程中相對電導(dǎo)率的變化

種子老化過程中種子內(nèi)部的膜系統(tǒng)受到破壞，常表現(xiàn)為細胞膜透性增大，細胞內(nèi)部分電解質(zhì)外滲，使外液電導(dǎo)率增大。對老化后的3個玉米雜交種進行電導(dǎo)率測定(見圖2)。隨著老化過程的進行，3個玉米雜交種的相對電導(dǎo)率均逐漸增大，老化第4天以前相對電導(dǎo)率上升緩慢；老化處理4～8 d時相對電導(dǎo)率逐漸增加，老化處理8～10 d相對電導(dǎo)率迅速增加。至老化處理10 d后，丹玉405、新丹336和宏碩737的相對電導(dǎo)率與對照相比分別增加了17.27%、30.77%和30.84%。由此可以看出,丹玉405的膜透性增加幅度明顯低于新丹336和宏碩737。

圖2 玉米雜交種老化過程中相對電導(dǎo)率的變化

2.2.3玉米雜交種老化過程中MDA含量的變化

采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定MDA含量，經(jīng)高溫高濕老化處理后測得3個玉米雜交種的MDA含量變化(如圖3所示)。

圖3 玉米雜交種老化過程中MDA含量的變化

由圖3可知，尚未進行高溫高濕處理時3個玉米雜交種的MDA含量表現(xiàn)為丹玉405<宏碩737<新丹336，隨著老化過程的進行MDA含量也迅速增加，特別是老化6～8 d時MDA的含量增加速率明顯加快，至老化8 d時丹玉405、宏碩737、新丹336的MDA含量與未老化的對照相比分別增加了2.23倍、1.44倍、0.67倍；老化至8～10 d時，3個供試品種中MDA含量雖也有所上升，但增幅卻很小。

3 結(jié)論與討論

3.1 玉米雜交種老化對種子活力的影響

種子活力是種子發(fā)芽和出苗、幼苗生長的潛勢、植株抗逆能力和生產(chǎn)潛力的總和，高活力種子具有明顯的生長優(yōu)勢和生產(chǎn)潛力[2]。種子活力是一項綜合性指標(biāo)，而種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)是反映種子活力的重要指標(biāo)[1,3,13-14]。本研究表明，3個玉米雜交種經(jīng)高溫高濕老化處理后，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈現(xiàn)下降的趨勢，這與楊建肖的研究結(jié)論一致[1]，由此可知種子老化后使種子活力下降，這可能導(dǎo)致田間出苗率降低、出苗緩慢及幼苗的健壯程度降低，進而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。試驗中研究的3個玉米品種的4項活力指標(biāo)下降趨勢為新丹336>宏碩737>丹玉405，由此可知丹玉405的抗老化能力強于宏碩737和新丹336，說明不同品種的玉米雜交種抗老化抗劣變的能力不同。

3.2 玉米雜交種老化對種子生理指標(biāo)的影響

種子中脫氫酶活力的高低與種子的生活力呈正相關(guān)，隨著老化過程的進行，玉米雜交種中脫氫酶活性逐漸下降，3個玉米雜交種老化10 d后丹玉405種子中脫氫酶活性下降趨勢最小。

本研究中3個玉米雜交種的種子浸出液電導(dǎo)率隨老化程度的加深而升高，這是由于膜的結(jié)構(gòu)破壞、功能受損使膜透性增大，3個玉米雜交種經(jīng)高溫高濕處理后丹玉405的膜透性增加幅度明顯低于新丹336和宏碩737。

MDA含量的高低反映了膜脂過氧化作用的水平和對細胞膜的損傷程度，是常用的膜脂過氧化作用的指標(biāo)。這是因為隨著種子的老化和劣變，常常會發(fā)生膜脂過氧化作用，而MDA就是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，它可以與核酸、蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，改變這些大分子物質(zhì)的構(gòu)型，或使蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而喪失功能。本研究中3個試驗材料隨著老化程度的加深，MDA含量逐漸增加，且不同的品種MDA含量增加的比例不同，說明品種間膜脂過氧化作用存在差異，這與代小偉等[15]的研究結(jié)果相同。

種子老化是種子活力的自然衰退，在種子貯藏過程中經(jīng)常會發(fā)生，能引起種子顏色的改變及生理生化特性的變化，且不同的品種間存在一定的差異，本研究中丹玉405的種子抗老化能力最強，在種子貯藏過程中利于保持種子活力。關(guān)于種子的老化國內(nèi)外已有很多專家學(xué)者進行了大量的研究[16-17]，但是仍沒有從根本上揭示老化的機理[18]，因此可以從分子生物學(xué)的角度進一步深入研究種子老化機制。