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红花种子老化机制及其耐储性分析

作者:原创论文网 时间:2018-11-17 11:31 加入收藏

摘要

  Abstract:Safflower (Binhong 3) seed germinability, seedling fresh quality, relative water content, relative conductance rate were tested under 40 ℃ and 95% relative humidity artificial aging conditions. The results showed that under the increasing aging treatment time, the germination parameters (germination index, germination rate and germination potential) of safflower seeds decreased, while the bud length, root length, vigor index and seedling fresh quality also decreased. Relative water content, MGT (mean germination time) , sprout growth inhibition ratio and root growth inhibition ratio increased. During artificial aging, the increase of seed water content causes the cell membrane structure and function to change, which leads to the destruction of cell membrane, the increase of membrane permeability, the metabolic disorder of seed material, decreasing the seed vigor, deepening the seed aging and inhibiting the seed germination.

  Keyword:safflower; artificial aging; seedling growth; germination index;

  红花属于特种经济作物, 其兼具饲料、燃料、油料与药材价值, 整株也均具备应用价值。红花种子具有20%~30%含油率, 其具备良好适应性, 对盐碱、干旱以及低温均具备抵御能力, 无需严苛土壤条件, 容易栽植培养, 机械作业化程度高, 且种子富含优质油脂, 适用范围大[1,2,3,4]。种子作为植物个体发育的一个阶段, 是作物繁殖的关键环节。种子老化会对种子萌芽以及幼苗发育施加影响, 同时在储藏与利用种质资源上也可能存在影响[5,6]。种子老化是种子贮藏过程中普遍存在的一种现象, 且贮藏温度和湿度是影响种子贮藏寿命的2个关键因素[7]。就种子而言, 在了解其活力与田间出苗率时, 普遍会用到种子老化技术这一检测手段[8], 刘旭欢等[9]研究指出, 种子活力指数和主要农艺性状能够对各收获阶段的小麦种子经不同人工老化处理后的活力状况进行准确评价。不同收获期的小麦若对种子所施加的高湿高温胁迫时间较短, 则所导致的伤害不大, 随着此胁迫时间的延长, 伤害程度愈深, 劣变愈快。廖乐等[10]探究了人工老化对大麦种子萌发过程中发芽特性及部分酶活性的变化情况。王凤等[11]对4个大麦品种进行研究, 结果表明, 在老化时间持续积累下, 它们的发芽特性指标都在逐渐下降。然而, 目前采用人工老化方法对红花种子萌发和幼苗生长的研究并不常见[12]。

红花种子老化机制及其耐储性分析

  本试验以红花种子为材料, 采用高温高湿胁迫人工加速老化, 对红花种子发芽特性、幼苗发育、浸出液相对电导率状况展开探讨分析, 以期对红花种子老化机制及红花种子耐储性提供理论依据。

  1、材料和方法

  1.1、材料

  供试红花种子为宾红3号, 由新疆禾旺农业科技有限公司提供。

  1.2、方法

  试验采用人工气候箱高温高湿培养, 在伊犁州农业科学研究所实验楼进行。采用智能光照气候箱 (RTOP-1000Y2) 设置温度40℃、湿度95%, 培养箱外连接加湿器 (每天加满水) , 平衡0.5 d待培养箱内的温度稳定在 (40±0.5) ℃, 95%相对湿度时, 将种子装在纱网袋中置于培养箱架子上, 分别处理2, 4, 6, 8, 10 d后取出, 待种子水分含量达到贮藏标准后进行发芽试验。对照 (CK) 为未经过任何处理的种子, 每个处理重复3次。

  1.3、测定指标及方法

  1.3.1、发芽指标的测定

  取经过不同时间老化处理的红花种子, 用0.5%高锰酸钾溶液消毒20 min, 之后用蒸馏水充分冲洗, 再用滤纸吸干种子表皮的水分, 进行红花种子发芽试验。用15 cm×10 cm的发芽盒, 以滤纸为发芽床, 每发芽盒平铺2张滤纸, 加蒸馏水湿润且无流动的水为标准, 将消毒后的种子均匀放入发芽盒内, 每盒50粒, 3次重复。将发芽盒放入智能光照气候箱内 (温度设置25℃) , 每2 d更换一次滤纸并保持湿润, 每天记录发芽数。7 d后每发芽盒随机选取30株幼苗称量鲜质量;选取10株幼苗测量根长、茎长、芽长。

  1.3.2、电导率测定

  采用电导率仪测定电导率。取各处理种子20粒, 蒸馏水冲洗干净、晾干, 置于小烧杯中, 加入去离子水20 m L, 3次重复。分别用雷磁电导率仪DDSJ-308A型测定电导率。

  1.4、数据处理

  试验数据采用Excel 2016, SPSS 18.0软件进行统计分析。

  2、结果与分析

  2.1、人工老化处理对红花种子萌发特性和活力指数的影响

  由表1可知, 人工老化时间对试验材料的活力指数、萌发具有影响。随人工老化处理时间延长, 试验材料发芽率表现出降低趋势, 在第1~2天, 人工老化处理与对照相比发芽率差异不显着。对试验材料连续4 d人工老化处理后, 发芽率呈明显降低现象, 在连续处理10 d后, 人工老化处理较对照发芽率降低32%。说明随着人工老化时间的延长, 种子细胞膜被破坏, 膜透性增加, 种子内部物质的新陈代谢紊乱, 降低了种子活力, 加深了种子的老化程度, 并且抑制种子萌发。

表1 人工老化处理对红花种子萌发和活力指数的影响
表1 人工老化处理对红花种子萌发和活力指数的影响

  不同人工老化处理时间对红花种子发芽势的影响与发芽率的变化规律相同, 均表现为下降趋势, 各处理的发芽势均与对照呈显着差异, 老化处理至10 d时, 同对照相比, 发芽势降低40百分点。说明, 对人工老化处理的敏感程度而言, 试验材料的发芽势较发芽率更敏感。

  试验材料活力指数、发芽指数这2项指标都表现为随老化处理时间延长而呈逐渐降低, 具体下降状况受到老化处理时间影响。老化处理至第10天时发芽指数和活力指数分别下降53.86%, 68.55%。各处理的发芽指数和活力指数均与对照呈显着差异。

  2.2、人工老化处理对红花种子萌发指标和幼苗生长的影响

  由表2可知, 人工老化时间对红花幼苗鲜质量、相对含水量、芽生长抑制率、根生长抑制率都有影响。随着人工老化时间的延长, 红花幼苗鲜质量逐渐降低;而人工老化处理1~4 d对幼苗鲜质量影响不明显, 鲜质量仍可达到17.5 mg;人工老化处理6 d开始幼苗鲜质量明显下降, 且与对照间呈显着性差异。

表2 人工老化处理对红花种子幼苗鲜质量和萌发指标的影响
表2 人工老化处理对红花种子幼苗鲜质量和萌发指标的影响

  红花种子相对含水量随着老化天数的增加逐渐升高, 老化处理0~8 d间差异显着, 8~10 d间的差异不显着;红花种子的芽生长抑制率和根生长抑制率的变化规律相同, 均随着人工老化处理时间的延长而增加, 除2, 4 d处理外, 其他各处理间芽生长抑制率和根生长抑制率均呈显着性差异且各处理对根的抑制均高于对芽的抑制。综上所述, 在种子含水量升高的情况下, 细胞膜功能与结构有所改变, 抑制了根和芽的萌发, 降低了种子活力, 使得种子老化进程加剧。

  由图1可知, 在人工老化时间增加时, 试验材料的幼苗、芽与根长度均稍显降低, 老化至10 d幼苗长由76.40 mm降到36.01 mm, 根长由38.05 mm降到15.43 mm, 芽长由21.38 mm降到10.17 mm, 与对照相比, 幼苗长、根长、芽长分别下降52.87%, 59.45%, 52.43%。而随着人工老化时间延长, 平均发芽时间 (MGT) 呈上升趋势, 老化2, 4, 6, 8, 10 d的种子平均发芽时间较对照分别上升了11.69%, 18.73%, 21.84%, 27.14%和30.37%, 说明老化处理延长了红花种子发芽时间, 降低了种子发芽整齐度, 抑制了幼苗生长进程。

图1 人工老化处理对红花幼苗生长的影响
图1 人工老化处理对红花幼苗生长的影响

  2.3、人工老化处理对红花种子浸出液相对电导率的影响

  对经过老化处理的种子实施各时间条件下的浸泡, 然后对相应的电导率进行测定, 结果表明, 红花种子相对电导率的影响因素除了老化时间, 还有浸泡时间 (表3) 。在浸泡时间延长下, 各老化处理时间条件对应的电导率呈现差异性, 此差异表现在浸泡时间增加下愈加明显。人工老化1~4 d种子浸出液相对电导率与对照相比差异不显着, 6 d后各处理与对照间差异显着。

表3 人工老化处理对红花种子浸出液相对电导率的影响
表3 人工老化处理对红花种子浸出液相对电导率的影响

  2.4、不同老化程度红花种子活力指标间的相关分析

  从表4可以看出, 平均发芽时间、幼苗鲜质量、根生长抑制率、芽生长抑制率、相对含水量、相对电导率均与发芽指标间存在显着相关关系。其中, 幼苗鲜质量与发芽指标呈显着性正相关, 其余指标与发芽指标间均呈显着性负相关, 说明这些指标是可较准确判断红花种子劣变阶段的指标。最强相关性表现在发芽指数与平均发芽时间, 活力指数与根、芽生长抑制率, 发芽率与相对含水量间, 其相关系数均达到0.96。

表4 人工老化处理的红花种子活力指标间的相关系数
表4 人工老化处理的红花种子活力指标间的相关系数

  3、讨论

  有研究表明, 种子在老化过程中, 细胞膜结构受到破坏, 膜透性增加, 并随老化时间延长, 种子活力呈下降趋势, 这直接给幼苗的建成和农业生产带来极大影响[13,14]。大部分研究人员认为, 就种子老化机制而言, 不受条件影响, 即不管是高温高湿处理, 抑或自然状态均相同, 仅在劣变速度上存在区别, 鉴于此, 当对自然老化种子生理生化特征进行研究时, 能通过研究人工老化种子来实现[15,16]。姚侠妹等[17]研究表明, 采取人工老化技术来处理植物种子, 对自然状况下种子老化劣变反应加以模拟, 能减少试验用时, 只经过几日即能测出种子活力, 此方法可行且简便。当实施高温高湿人工老化处理时, 在处理时间持续增加下, 种子内部表现出愈加明显的生理生化反应, 待处理时间够长时, 种子会丧失掉绝大部分的抗氧化功能与活力, 直至不可逆转性死亡。

  本研究表明, 在人工老化处理时间延长下, 红花种子的发芽势、发芽率、幼苗鲜质量、活力指数、发芽指数、根长和芽长均下降, 可见, 在人工老化处理下, 种子生活力与活力均显着下降;同时, 红花种子的相对电导率与相对含水量则表现为升高, 可见, 受到本试验处理影响, 细胞膜结构发生变化, 致使膜透性增加所致, 这与前人的研究结果相符[18,19,20,21,22,23]。

  总之, 当对红花种子施以高温 (40℃) 高湿 (95%相对湿度) 老化处理时, 其活力大幅度下降, 使其老化加剧。待经过不同时间的人工老化处理, 其质膜结构受损, 汇聚大量有害成分, 种子内部物质丧失正常的新陈代谢, 从而抑制种子萌发。在对人工老化处理敏感程度上, 发芽势指标更为明显;而人工老化处理1~4 d对幼苗生长影响不明显, 自人工老化处理6 d始, 幼苗鲜质量出现明显降低;在活力指标上, 各老化处理时间条件下的红花种子表现出显着相关性, 说明这些指标是可较准确判断红花种子劣变阶段的指标。

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