超聲波處理秈稻種子對發(fā)芽過程及其幼苗抗性的影響

孫秀梅 潘哲宇 張兵 孫秀云

摘要 以常規(guī)秈稻桂香占和華航31為試驗材料，通過人工氣候箱培養(yǎng)，研究了超聲波處理秈稻干種子和濕種子對發(fā)芽特性、淀粉酶活性和幼苗抗性的影響。結(jié)果表明，超聲波處理干種子和濕種子均提高了種子的發(fā)芽速率和發(fā)芽率，其中均以超聲波處理濕種子發(fā)芽速率最快。超聲波處理可加快秈稻種子萌發(fā)代謝生理生化進程，吸水速度和淀粉酶活性在萌發(fā)初期均高于對照。超聲波處理秈稻種子可降低MDA的含量，提高幼苗的SOD、POD活性，增加了游離脯氨酸和可溶性糖的含量。

關(guān)鍵詞 超聲波;秈稻;發(fā)芽;抗性

中圖分類號 S 511.2+1? 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）12-0047-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Ultrasound on Seed Germination and Seedling Resistance

SUN Xiu-mei1，PAN Zhe-yu2，ZHANG Bing3 et al

（1.Bayannur Green Industry Development Center，Bayannur，Inner Mongolia 015000;2.College of Plant Protection，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712199;3.Bayannur Agriculture and Husbandry Bureau，Bayannur，Inner Mongolia 015000）

Abstract Effects of ultrasound on seed germination，amylase activity and seedling resistance of Indica were studied by using the ultrasonic treatment to dry seeds and wet seeds of Guixiangzhan and Huahang 31 in the simulation experiment in phytotron.Results showed that ultrasonic treatment on dry seeds and wet seeds of Guixiangzan and Huahuang 31 significantly improved the germination speed and the germination rate.And ultrasonic treatment for wet seeds could get the highest germination speed.Ultrasonic treatment could accelerate the physiological and biochemical processes of metabolism.The water-absorption speed and amylase activity of ultrasound treatment on dry seeds and wet seeds were greatly higher than the control.After ultrasonic treatment on seeds，the activities of SOD and POD in seedling all increased，the contents of MDA in seedling decreased，the content free proline and soluble sugar in seedling all increased.

Key words Ultrasound;Indica;Germination;Resistance

種子處理是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，種子處理一方面可以減少在生長、收獲、貯藏過程中所造成的種子活力下降，使其活力得到一定的恢復(fù);另一方面能殺滅種子所攜帶的病菌、提高種子發(fā)芽率、防治苗期病蟲害、增加幼苗營養(yǎng)、促進生長發(fā)育，從而實現(xiàn)苗全、苗齊、苗壯和增加作物產(chǎn)量的目的[1-2]。目前，超聲波作為一種無公害的物理處理手段在生物科學(xué)領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，有研究表明少量超聲波處理能刺激細胞分裂，但中量和大量的超聲波能抑制細胞分裂或死亡[3-6]，其優(yōu)點不斷被認識，逐漸成為種子處理的重要方法之一。水稻種子經(jīng)過超聲波處理后，可以提高種子活力，促進種子的萌發(fā)，提高發(fā)芽勢和發(fā)芽率[4-13]，但目前對超聲波處理后的種子變化缺乏深入的研究。鑒于此，筆者以超聲波處理的干種子和濕種子為試驗材料，研究種子經(jīng)過超聲波處理后在萌發(fā)初期淀粉酶活性、種子吸水動態(tài)的變化，考察水稻幼苗的抗性，旨在為超聲波處理作物種子提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試水稻品種為常規(guī)秈稻桂香占和華航31，種子為2012年自留種。

1.2 試驗處理 試驗設(shè)不超聲波處理（CK）、濕種子超聲波處理（WUT）和干種子超聲波處理（DUT）3個處理。超聲波處理方法：種子風(fēng)選后，分別放入超聲波種子處理器（20 kHZ，220 W 廣州新棟力超聲電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)）中超聲波處理5 min。處理后的種子采用不浸種催芽直接播種在裝有3.5 kg石英砂的陶瓷盤（50 cm×35 cm）中，于人工氣候箱中培養(yǎng)，溫度設(shè)為25（±1）℃，光照時間為晝/夜12 h/12 h，適時噴水保持石英砂濕潤，3次重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 發(fā)芽率測定。在播種后第3、4、5、6天時每個重復(fù)調(diào)查100粒種子的發(fā)芽數(shù)。

種子發(fā)芽率（%）=發(fā)芽數(shù)/供試種籽粒數(shù)×100

1.3.2 相對吸水率和相對吸水量測定。采用質(zhì)量級法進行測定。在萌發(fā)試驗前稱量每個重復(fù)100粒種子的質(zhì)量，分別于置床12、24、36和48 h后取出種子用吸水紙擦凈稱量。

相對吸水量=[（Wt-W）/W]×100%

相對吸水率（mg/h）=（Wt-W）/t×103

式中，Wt為吸干表面水分后種子的質(zhì)量;W為風(fēng)干種子的質(zhì)量;t為種子置床吸水時間[14]。

1.3.3 淀粉酶的測定。分別在播種后第1、3、5天選萌動或發(fā)芽種子，放入-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。?，5-二硝基水楊酸（DNS）測定淀粉酶活性，以每毫克蛋白每5 min形成的麥芽糖毫克數(shù)表示其活性[15]。

1.3.4 抗氧化酶活性測定。播種后14 d時，取幼苗保存于-80 ℃?zhèn)溆?，SOD采用NBT光化學(xué)還原法測定（以抑制NBT光化學(xué)還原的50%作為1個酶活單位）;POD用愈創(chuàng)木酚法測定（以每分鐘吸光度變化值表示酶活性大?。?采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量[16]。

1.3.5 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的測定。在種子播種后14 d時，取水稻幼苗保存于-80 ℃?zhèn)溆?，采用茚三酮顯色法測定游離脯氨酸[15]和蒽酮比色法測定可溶性糖的含量[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010處理試驗數(shù)據(jù);采用Statistics 8.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析;采用Origin 8.1繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波處理水稻種子對萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，超聲波處理干種子和濕種子的發(fā)芽率均高于對照。超聲波處理的桂香占干種子和濕種子在處理后3、4和5 d時發(fā)芽率分別達到了28.33%、67.67%、97.00%和31.00%、71.67%、96.67%，分別比CK顯著提高55.00%、17.48%、5.85%和41.65%、10.95%、6.21%。超聲波處理華航31濕種子和干種子的發(fā)芽率與桂香占表現(xiàn)一致，在種子處理后3、4和5 d時分別比對照顯著提高了54.16%、18.63%、1.18%和41.67%、34.31%、4.31%，說明超聲波處理干種子和濕種子都能促使秈稻種子的發(fā)芽，提高其發(fā)芽速率。

2.2 超聲波處理對水稻種子相對吸水量和相對吸水效率的影響 超聲波處理對水稻種子相對吸水量的影響結(jié)果（圖2）表明，超聲波處理的干種子和濕種子的相對吸水量均高于對照。DUT、WUT處理的桂香占種子相對吸水量在種子處理后12、24 h與CK相當(dāng)，在處理后36、48 h相對吸水量分別達到了35.04%、33.89%和42.71%、42.21%，分別比CK提高了6.58%、2.91%和6.31%、4.78%。DUT、WUT處理對華航31種子相對吸水率的影響與桂香占一致，在處理后36、48 h相對吸水量分別比CK提高了10.59%、2.31%和23.78%、20.82%。

超聲波處理對水稻種子相對吸水率的影響結(jié)果（圖3）表明，超聲波處理的干種子和濕種子相對吸水率在處理后36、48 h均高于對照。WUT、DUT處理的桂香占種子的相對吸水率在種子處理后12、24 h與CK相當(dāng)，在種子處理后36、48 h相對吸水效率分別達到了78.74、76.95和95.97、95.83 mg/h，分別比CK提高了7.21%、4.78%和6.94%和6.79%。WUT、DUT處理對華航31種子的相對吸水效率的影響與桂香占一致，在處理后36、48 h相對吸水效率分別比CK提高了6.88%、2.58%和22.63%、21.12%。

2.3 超聲波處理對水稻種子萌發(fā)中淀粉酶的影響 一般來說，水稻種子活力高、發(fā)芽快且發(fā)芽率高，而且淀粉酶活性高。從圖4a、b可以看出，超聲波處理水稻干種子和濕種子均提高了種子萌發(fā)中的總淀粉酶活性。在種子處理1、3、5 d時，DUT、WUT處理的桂香占種子α-總淀粉酶活性分別比CK顯著提高了17.41%、13.21%、28.72%和33.22%、37.36%、31.38%;DUT、WUT處理的華航31種子α-總淀粉酶活性分別比CK顯著提高了45.28%、20.07%、15.53%和52.41%、52.88%、16.27%。

超聲波處理對水稻種子α-淀粉酶活性的影響結(jié)果（圖4c、d）表明，超聲波處理水稻干種子和濕種子均顯著提高了種子α-淀粉酶的活性。在種子處理1、3、5 d時，DUT、WUT處理的桂香占種子總淀粉酶活性分別比CK顯著提高了2.49%、23.07%、28.39%和41.03%、43.95%、34.53%;DUT、WUT處理的華航31種子總淀粉酶活性分別比CK顯著提高了61.24%、35.09%、6.38%和74.68%、99.86%、18.04%。

2.4 超聲波處理對水稻幼苗抗性的影響

從表1可以看出，超聲波處理干種子和濕種子均可以提高水稻幼苗的SOD、POD活性，降低MDA的含量，增加游離脯氨酸和可溶性糖的含量。DUT、WUT處理GXZ種子后幼苗的SOD活性分別比CK顯著提高了3.87%、10.95%;HH31分別比CK顯著提高了28.12%、32.84%。DUT、WUT處理對水稻幼苗的POD活性的影響與SOD表現(xiàn)一致，均顯著高于CK。DUT、WUT處理的GXZ水稻幼苗的MDA含量分別比CK顯著降低了14.09%、20.54%，HH31則分別比CK顯著降低了29.90%、31.33%。WUT處理的GXZ、HH31幼苗的游離脯氨酸分別比其CK提高了40.83%、10.42%。WUT處理的GXZ、HH31幼苗的可溶性糖則分別比其CK提高了26.15%、15.86%。結(jié)果表明，超聲波處理水稻干種子和濕種子后有利于提高水稻幼苗的抗性。

3 結(jié)論與討論

（1）該研究結(jié)果顯示，超聲波處理干種子和濕種子都能加快種子的發(fā)芽速率并提高發(fā)芽率，其中濕種子的發(fā)芽速度最快，這可能與超聲波處理干種子和濕種子時介質(zhì)分別為空氣和水有關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)，超聲波是指頻率在20～106 kHz的機械波，波速一般為1 500 m/s，波長為0.01～10.00 cm，其波長遠大于分子尺寸[18-19]，說明超聲波不能直接對分子起作用，而是通過周圍環(huán)境間接影響分子，所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。因而超聲波處理干種子和濕種子后發(fā)芽效果不一，超聲波處理后水分子與空氣的不同作用仍有待進一步研究。

（2）試驗結(jié)果顯示，超聲波處理干種子和濕種子的相對吸水量和相對吸水率均高于對照，另外超聲波處理干種子和濕種子后的總淀粉酶和α-淀粉酶活性均高于對照，這可能是超聲波處理加快種子萌發(fā)重要原因之一。因為經(jīng)過超聲波處理后的種子吸水加速，酶活性增強，胚乳代謝啟動，胚呼吸作用增強，總淀粉酶和α-淀粉酶活性迅速增強，淀粉首先被分解為簡單的有機物，被運送到生長的胚中，作為幼胚生長的營養(yǎng)物質(zhì)。但超聲波處理對種子膜的通透性、呼吸速率等的影響還有待進一步的研究。

（3）超聲波處理干種子和濕種子均提高了水稻幼苗的SOD、POD活性，降低與MDA的含量，增加了游離脯氨酸和可溶性糖的含量，說明超聲波處理可以調(diào)節(jié)水稻幼苗細胞膜保護酶類的活性，而防止膜脂過氧化，維持膜的完整性，有利于提高秧苗的素質(zhì)，為培育壯秧提供了一個新的途徑。

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