種子處理技術(shù)對早播玉米出苗及生理特性的影響

侯 雯，杜 卓，張鳳云，吳子溫，王 麗，路運(yùn)才

（1黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2黑龍江大學(xué)圖書館，哈爾濱 150080）

0 引言

玉米是一種在全球廣泛種植的作物[1]，也是中國重要的糧飼兼用型作物，種植面積超2400 hm2[2]，總產(chǎn)量居全球前三[3]。東北三省為中國春玉米主栽區(qū)，在玉米整個生長發(fā)育過程中時常遭受如低溫、干旱、澇漬、臺風(fēng)、鹽堿等逆境脅迫[4]。其中，低溫是影響東北春玉米生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[5]。通常，玉米種子萌發(fā)的適宜溫度為26℃左右[6-7]，低溫會抑制種子發(fā)芽，甚至爛種，幼苗存活率降低。苗期低溫會造成內(nèi)源激素系統(tǒng)紊亂，葉綠素合成受阻及葉片枯萎，生長代謝緩慢[8]，最終導(dǎo)致減產(chǎn)和品質(zhì)下降。因此，獲得提高低溫條件下春玉米出苗率的技術(shù)和方法，研究其生理作用機(jī)制，對提升玉米防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。目前，種子引發(fā)與種子包衣等技術(shù)廣泛應(yīng)用在作物上，緩解逆境脅迫下受到的傷害，如大麥[9]、棉花[10]、茄子[11]、番茄[12]等，種子引發(fā)大多采用植物生長調(diào)節(jié)劑，鈣鹽[13]、葡萄糖等物質(zhì)。外源激素處理可提高低溫脅迫下玉米幼苗滲透保護(hù)物質(zhì)含量，降低有害物質(zhì)積累[14]。外源Ca2+能保持逆境下細(xì)胞膜穩(wěn)定，通過改善抗氧化酶活性提高植物耐鹽性[15]、耐熱性[16]、耐寒性[17]、抗旱性[18]等。種衣劑既能對病原體和害蟲起到防治作用，又能增強(qiáng)作物種子對低溫等非生物脅迫的抗性，從而保障種子出苗率及植物生長發(fā)育[19]。近年來，超聲波作為一種物理處理策略，在生物科學(xué)研究領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。研究表明，農(nóng)作物種子經(jīng)超聲波處理后，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，增加了細(xì)胞內(nèi)容物通過細(xì)胞膜的穿透能力，提高了種子活力、促進(jìn)種子萌發(fā)及幼苗生長、增強(qiáng)了植株抗逆能力及作物產(chǎn)量[20-21]。有關(guān)化控劑、種衣劑及超聲波處理種子改善作物抗逆性的研究已有報道，但是綜合利用多種化學(xué)物質(zhì)及超聲波處理技術(shù)對玉米低溫脅迫的緩解效應(yīng)尚無系統(tǒng)報道。本研究以‘先玉335’種子為材料，綜合設(shè)計浸種劑、超聲波處理及種子包衣處理，研究各種處理措施對低溫下玉米出苗率及相關(guān)生理性狀的影響，為玉米減災(zāi)保產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點(diǎn)

試驗于2019—2020年在黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)試驗田及植物生理生化實驗室進(jìn)行。

1.2 試驗材料

供試材料玉米種子為‘先玉335’及玉米營養(yǎng)生長期植株葉片。

1.3 試驗地點(diǎn)氣溫

田間試驗在2019年4月15日—5月15日期間，最高溫為10～28℃，最低溫為-3～14℃，符合玉米形成低溫脅迫條件（數(shù)據(jù)信息來源http://tianqi.2345.com/wea_history/60424.htm）。

1.4 試驗方法

1.4.1 溶液配制

（1）BR溶液：稱取油菜素內(nèi)酯0.5 mg溶于1 L水中；谷胱甘肽溶液：稱取1.535 g谷胱甘肽溶于1 L水中；（2）褪黑素溶液：稱取0.2323 mg褪黑素溶于1 L水中；（3）復(fù)合溶液1：稱取CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、水楊酸鈉0.06 g、谷胱甘肽1.535 g、褪黑素0.2323 mg，溶于1 L 水中 ；（4）復(fù)合溶液 2：稱量 CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、谷胱甘肽1.535 g、脯氨酸15 mg、葡萄糖9 mg，溶于1 L水中。

1.4.2 試驗設(shè)計 對玉米種子進(jìn)行浸種及超聲波處理，共設(shè)計16個組別（見表1），種子風(fēng)干后，一半進(jìn)行種衣劑包衣處理，剩余部分作為對照。2019年4月15日，在黑龍江大學(xué)呼蘭校區(qū)試驗田播種，5月15日調(diào)查出苗率。2019年6月25日，采集九葉一心時期的玉米葉片，-80℃保存用于測定生理指標(biāo)。

表1 種子處理設(shè)計

1.4.3 測定項目與方法

（1）出苗率統(tǒng)計

在播種后1個月，即2019年5月15日統(tǒng)計早播玉米各處理種子的出苗數(shù)，計算出苗率見公式為(1)。

式中，Et表示播種t天后的出苗數(shù)，N表示播種種子總粒數(shù)。

（2）葉綠素(SPAD)測定

使用SPAD-502Plus手持式葉綠素計測定SPAD值，3次重復(fù)。

（3）可溶性糖、可溶性蛋白測定

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用紫外吸收法測定可溶性蛋白含量[22]，3次生物學(xué)重復(fù)。

（4）過氧化酶活性測定

參照趙平[23]方法測定過氧化物酶活性，3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子處理對早播玉米出苗率的影響

從表2可知，種子包衣處理組出苗率均顯著高于相應(yīng)的不包衣組，T1～T15處理組與CK間差異顯著，其出苗率分別比CK增加了148.42%、141.97%、161.32%、161.32%、141.97%、150.03%、140.35%、148.41%、141.97%、154.87%、129.07%、141.96%、148.41%、138.74%、143.58%，但T1至T15處理組間差異不顯著。未包衣種子，通過生長調(diào)節(jié)劑、復(fù)合溶液與超聲處理后出苗率也明顯高于CK，T1～T15處理組的出苗率分別比CK增加了59.69%、22.23%、51.20%、30.49%、19.15%、50.02%、40.20%、30.11%、43.02%、47.07%、47.28%、46.49%、34.79%、27.46%、42.23%。

表2 不同處理對早播玉米出苗率的影響

2.2 種子處理對早播玉米葉綠素生物合成的影響

如圖1所示，經(jīng)浸種與超聲波處理的各組別，其SPAD值均明顯高于CK。未包衣T1～T15處理組的SPAD值分別比CK增加了7.72%、9.97%、14.33%、18.02%、14.23%、15.85%、11.81%、16.17%、14.19%、13.53%、11.22%、18.09%、12.34%、13.80%及14.85%，CK與未包衣處理組間差異顯著，T1～T15各處理之間無差異顯著。經(jīng)浸種及超聲波處理后進(jìn)行種子包衣的15個處理組的SPAD值也明顯高于CK，T1～T15處理組的SPAD值分別比CK增加了22.58%、23.64%、24.36%、19.87%、15.05%、10.10%、21.26%、15.25%、14.46%、12.28%、13.40%、20.53%、14.06%、13.93%，且CK與其他處理組差異顯著，種子包衣處理效果明顯好于未包衣處理。

圖1 不同處理對早播玉米葉綠素SPAD值的影響

2.3 種子處理對早播玉米可溶性糖含量的影響

如圖 2所示，在未包衣處理中，T4、T5、T7、T9、T10、T11、T12處理組的可溶性糖含量顯著高于CK，分別增加了11.72%、7.53%、7.47%、10.26%、13.05%、13.30%、17.43%。在種子包衣的處理下T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15可溶性糖含量均高于對照組，分別增加了25.26%、26.72%、19.91%、2.00%、0.85%、27.02%、34.24%、18.21%、16.82%、16.94%、11.84%、25.62%和18.28%，且T2、T3、T4、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15處理組均與CK間差異顯著。

圖2 不同處理對早播玉米可溶性糖的影響

2.4 種子處理對早播玉米可溶性蛋白含量的影響

如圖3所示，包衣進(jìn)行的處理組T5、T7、T8、T10可溶性蛋白含量均高于對照組CK，增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%，其中T5、T7、T8、T10與CK差異顯著，T5和T8之間差異不顯著，T7和T10之間差異不顯著，T1、T3、T4、T6、T11與CK無顯著差異。未包衣處理組T4、T14、T15的可溶性蛋白含量均高于CK，分別增加了2.47%、4.01%、1.36%，T4、T14、T15之間無顯著差異，T4、T15與CK之間無顯著差異。

圖3 不同處理對早播玉米可溶性蛋白含量的影響

2.5 種子處理對早播玉米過氧化物酶活性的影響

如圖4所示，未包衣處理組T8、T9、T11、T12的過氧化物酶活性均高于對照組CK，分別增加了11.28%、12.61%、16.35%、2.02%，且T8、T9和T11與CK差異顯著，T12與CK差異不顯著。種子包衣處理組T1、T2、T3、T10、T14和T15的過氧化物酶活性含量均顯著高于CK，分別增加了32.18%、28.21%、26.37%、40.70%、19.23%、18.88%，且與CK差異顯著，T1、T2、T3處理組間差異不顯著，T14與T15差異不顯著，T10處理組過氧化物酶活性明顯高于其他處理組，與其它處理組之間差異顯著。

圖4 不同處理對早播玉米過氧化物酶活性的影響

3 討論

早播玉米由于田間溫度較低，嚴(yán)重影響了種子萌發(fā)及出苗。在營養(yǎng)生長階段，長時間低溫脅迫會影響玉米葉片葉綠素的生物合成，導(dǎo)致光合作用效率下降。本研究表明，通過浸種、超聲波及種衣包衣處理能夠有效緩解早播玉米受到的低溫傷害，提高了玉米出苗率，增強(qiáng)了葉綠素生物合成效率。以咯菌腈為主要成分的種子包衣處理緩解低溫?fù)p傷效果明顯，促進(jìn)了玉米植株生長，與李防洲[24]對棉花、胡偉鳳[25]在超聲波處理水稻及孫彤彤等[26]對黃瓜的研究相符。

在低溫環(huán)境中，植物體生物代謝相關(guān)酶系統(tǒng)易于遭到破壞，蛋白質(zhì)合成受阻致使含量下降。本試驗結(jié)果表明，T7與T10種衣劑處理后可溶性蛋白與對照組差異顯著，與CK相比增加了21.72%、19.16%，不包衣處理T14與CK相比差異顯著，增加了4.01%。綜合利用浸種劑、超聲波及種衣劑處理可以增強(qiáng)玉米植株蛋白質(zhì)合成，但效果并不顯著，與徐小蓉等[18]在干旱脅迫中的研究相符。

早播玉米在低溫脅迫下，植株生長發(fā)育受到抑制，膜系統(tǒng)遭到破壞，植株抗氧化系統(tǒng)效率降低，從而產(chǎn)生過多的活性氧，破壞了代謝平衡。本試驗結(jié)果表明，對玉米種子進(jìn)行種衣劑包衣及浸種劑處理后提高了過氧化物酶活性，清除了過多的活性氧，植株抗低溫能力增強(qiáng)，與史中飛等[27]對油菜、侯雯等[28]對玉米及趙娜[29]在高溫下褪黑素對黃瓜幼苗生長的影響等相關(guān)報道一致。因此，不同浸種劑、超聲波及種衣劑處理玉米種子為進(jìn)一步研究玉米抗低溫提供了依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)溫度較低時玉米種子受到低溫脅迫，抑制了玉米種子的萌發(fā)，降低了種子發(fā)芽速度，從而降低了出苗率。通過利用浸種劑、超聲波及種衣劑并設(shè)計多種配方對玉米種子進(jìn)行處理，可以緩解低溫災(zāi)害對玉米的影響，顯著提高出苗率。

（2）早播玉米受到低溫脅迫，葉綠素合成受阻，SPAD值下降。浸種劑、超聲波與包衣處理在不同程度上提高了SPAD值，促進(jìn)葉綠素生物合成。

（3）可溶性糖和可溶性蛋白是植物代謝及基因表達(dá)的重要因子，早播玉米受到低溫脅迫時可溶性糖含量增高，T4、T5、T7、T9、T10、T12包衣與未包衣處理下可溶性糖含量均升高，其中包衣處理效果明顯。可溶性蛋白在包衣處理下T5、T7、T8、T10與CK相比增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%。

（4）當(dāng)玉米受到低溫脅迫后隨時間的延長POD活性降低，經(jīng)浸種、超聲波及包衣處理后，POD活性上升，提高了玉米的抗氧化能力。