水稻种子高温高湿人工加速老化试验方法研究

张 瑛滕 斌吴敬德吴跃进宣 红朱学桂

(安徽省农业科学院水稻研究所 安徽省水稻遗传育种重点试验室1,合肥 230031)

(中国科学院安徽省离子束生物工程学重点试验室2,合肥 230031)

水稻种子高温高湿人工加速老化试验方法研究

张 瑛1滕 斌1吴敬德1吴跃进2宣 红1朱学桂1

(安徽省农业科学院水稻研究所 安徽省水稻遗传育种重点试验室1,合肥 230031)

(中国科学院安徽省离子束生物工程学重点试验室2,合肥 230031)

人工加速老化方法准确与否直接影响稻谷耐储藏机制研究的深入开展。研究发现,新收获的水稻种子高温高湿人工加速老化试验结果重复之间存在显著的差异性,这种差异不仅与温度、湿度,而且与人工气候箱不同层数、老化种子质量有关。利用自然储藏 3～6个月和 -20℃冰箱冷冻 10 d、烘箱 45℃烘 7 d的冷冻烘干方法对人工加速老化试验前的种子进行处理后,则人工加速老化种子发芽率变化不再与人工气候箱不同层数、老化种子质量有关,而仅与温度、湿度有关。由此推断,新收获的水稻种子高温高湿人工加速老化试验结果重复之间的差异性可通过一定时间的自然储藏或利用冷冻烘干方法消除。

水稻 种子 人工加速老化

稻谷储藏过程中米质劣变、发芽率下降一直是困扰生产、储运和经营部门而又难以克服的问题,由此造成我国粮食储藏损失平均达 3.05%,每年损失粮食近 50亿 kg[1];而稻谷作为种子在储藏过程中因活力下降每年也造成巨大的经济损失,并且还会影响幼苗的生长状况。因此,稻谷的耐贮性已被人们日益关注[2-7]。

研究稻谷耐贮性的方法主要包括自然老化和人工加速老化[8-9]。其中,种子在自然储藏或种质库保存的条件下,发芽力逐渐丧失,称之为自然老化。董国军等[8]认为自然老化非常缓慢,难以在较短的时间内测定种子活力,在品种改良中进行耐储藏种质筛选时难以应用。而人工加速老化是研究种子劣变和寿命机制的常用且有效的方法,可克服常温下自然老化所需时间较长的不足,使种子活力差别在较短时间内表现出来,因而广泛应用于种子耐贮性的研究[8-12]。

人工加速老化主要原理是人工创造利于种子老化的条件,加速其劣变过程,使种子活力差别加大,然后测定种子某些生理生化变化,揭示这些变化与种子生活力及活力之间的相互关系,了解种子劣变的内在机理。老化处理的程度不同,种子劣变程度也不同[7]。人工老化的方法分为两种,一种是化学法,即利用甲醇 (乙醇)浸种法[12];另一种是高温高湿加速老化法,即根据劣质种子在恶劣的储藏条件下容易迅速失去发芽力的原理,采用不同的高温高湿,人工加速种子的老化一定时间后,测定老化种子发芽率。高温高湿加速老化法是一种最为常用的人工加速老化方法[7]。

然而,人工施加的老化环境毕竟与自然条件有很大的差异,人工老化与自然老化的相关程度是应用人工老化研究水稻耐贮性问题的关键[7]。如何解决高温高湿人工加速老化结果稳定性的问题尚未见报道。

本试验利用新收获和储藏过程中的水稻种子,对水稻种子高温高湿人工加速老化方法的稳定性开展研究。

1 材料与方法

1.1 材料

籼稻 X479、X467、X360、X495、X474、X370、X468、储藏优 1号、汕优 63、X480、X505和粳稻双优66收获于 2007年 10月;籼稻汕优 63、W013、S-269、555-S、皖稻 153、S-747收获于 2008年 10月。上述材料新鲜、无霉变和腐烂的样品,并晒干至12.7%的安全水分以下。

1.2 试验器材

ZRX-258D智能人工气候箱:杭州钱江设备有限公司;LRH-400-GS人工气候箱 (发芽箱):广东省医疗器械厂;试验均用透气的纱网袋作为老化袋。

1.3 试验方法

1.3.1 人工加速老化方法稳定性试验

分别取籼稻材料 X479、X360、X495、X474、X370、X468、储藏优 1号、X480、X505各 20 g进行温度 42℃,湿度 87.5%的 20 d人工加速老化试验,老化试验设 2次重复,每1个重复的发芽率再进行2次各4个样的发芽率测定。

1.3.2 人工气候箱层数不同对人工加速老化结果影响试验

取籼稻储藏优 1号与粳稻双优 66各 20 g每层 4个均匀平置于气候箱 1、2、3、4层数,排成薄层以保持种子与气候箱内空气充分接触,老化设 2次重复,进行温度 42℃,湿度 87.5%的 10 d、20 d人工加速老化试验。

1.3.3 种子质量对人工加速老化结果的影响试验

取籼稻储藏优1号与晚粳稻双优66分别设定为10、20、40、60 g置于纱网袋内,平放于人工气候箱相同的第 3层形成能上下透气的薄层以保持种子与气候箱内空气充分接触,老化设 2次重复,进行温度42℃,湿度 87.5%的 10 d、20 d人工加速老化试验。

1.3.4 自然储藏处理对人工加速老化结果的影响试验

取粳稻双优 66分别用透气的纱网袋放入密封圆桶内自然储藏3个月和6个月后,再按表 1的设计对种子质量和人工气候箱层数安排,进行温度 42℃,湿度 87.5%的 10 d人工加速老化试验:质量为10、20、40、60 g分别放入 4层的人工气候箱,每层 4种样品,如表 1所示。

表1 人工加速老化试验安排

1.3.5 冷冻烘干对人工加速老化结果的影响

取汕优 63、W013、S-269、555-S、皖稻 153、S-747各 20 g设计 2组试验,一组为未冷冻烘干的材料直接进行人工加速老化试验,另一组则分别经过 -20℃冰箱冷冻 10 d和烘箱 45℃烘 7 d的冷冻烘干后再进行人工加速老化试验。温度 42℃,湿度87.5%的 30 d人工加速老化试验分 0、20、25、30 d定期取样,老化设 2次重复,定期取样。

1.3.6 发芽试验

发芽试验根据国标 GB/T 5520—1985。用双层滤纸卷纸法,4次重复,每次重复取 100粒饱满的稻谷,置于 30℃发芽箱中进行发芽试验。

2 结果与分析

2.1 人工加速老化发芽率结果存在的差异和不稳定性

从表 2可以看出,发芽率平均值大于 50%有 8个材料,50%至 20%之间有 1个材料,小于 20%有 2个材料,品种间差异明显。但从重复的平均值差异来看,部分材料发芽率存在较大差异,如 X480为58.6%和 97%,X479为 88.5%和 30.1%,X495为81.25%和 36.1%,X370为 35%和 3.6%,重复之间相差数倍,其他如 X467、X360、X505、X468,发芽率重复之间也相差 20%以上,仅有 3个材料储藏优 1号、汕优 63、X474差异不大。从表 3对重复平均值方差分析可以进一步看出,重复平均值间差异 F值达到 12.728,而不同材料间的差异 F值仅为5.005。因此,本试验人工加速老化试验的发芽率结果重复存在较大差异,大大影响人工加速老化结果的稳定性。

表 2 20 d人工加速老化发芽率试验

表 3 20 d人工加速老化发芽率重复平均值方差分析

2.2 人工气候箱层数不同对人工加速老化结果的影响

从表 4中可以看出,对于不耐储藏的粳稻品种双优 66,在 10 d的人工加速老化结果的1到 4层中,发芽率分别从 93.75%和 86.75%下降至 58.25%和53.75%,在 20 d的人工加速老化结果的 1到 4层中,总的发芽率下降很大,但趋势依然存在,分别从1.25%和 3.5%下降至 0.25%和 0.5%;而对于十分耐储藏的籼稻杂交稻储藏优 1号,在 10 d的人工加速老化结果的 1到 4层中,则发芽率没有明显的变化,而在 20 d的人工加速老化结果的 1到 4层中,则明显有层数的影响,发芽率分别从94.5%和93.75%下降至75.5%和 83.75%。因此,可以确定人工气候箱不同层数为影响人工加速老化结果的差异性的因素之一。

表 4 不同层数的 10 d、20 d的加速老化过程中水稻种子的发芽率的差异

2.3 种子质量对人工加速老化结果的影响

图 1 籼稻材料储藏优1号的不同质量的人工加速 20天的发芽率变化

从图 1、图 2中,我们可以看出,对于不耐储藏的粳稻品种双优 66的 10 d的人工加速老化结果,随种子质量变化,发芽率变化趋势明显,种子质量从10 g增加至 60 g时,发芽率从 81.25%下降到 21.75%;而对于十分耐储藏的籼稻杂交稻储藏优 1号的 20 d的人工加速老化结果,种子质量对发芽率变化影响明显,种子质量从 10 g增加至 60 g时,发芽率从68%下降到 46.5%。因此,可以确定种子质量也是影响人工加速老化结果的差异性的因素之一。

图 2 粳稻材料双优66不同质量加速老化 10天的发芽率变化

2.4 自然储藏处理对人工加速老化结果的影响

从表 5中,我们可以看出,对于不耐储藏的粳稻品种双优 66自然储藏 3月后的 10 d的人工加速老化结果,不同层数、质量之间,种子发芽率依然存在较大的差异,最高达到 93%,而最低为33.25%;但自然储藏 6月后,这种发芽率差异则大为降低,60%以上只有 3个,最高为 72.5%,低于 50%的只有 1个,其余 12个材料均在 50%～60%之间。因此,从以上结果,可以推断,通过一定的自然储藏时间能消除种子质量及人工气候箱层数等影响人工加速老化结果稳定性的因素。

表5 双优 66材料 10 d人工加速老化试验

2.5 冷冻烘干对人工加速老化结果的影响

从表 6可以看出,对于未冷冻烘干水稻种子材料人工加速老化过程中发芽率重复:汕优 63,20 d为14%和 69%,25 d为 37%和 0%;对于 S-269,20 d为 40%和 81.25%,25 d为 17%和 65.25%,30 d为17.75%和 49.75%;另外,如 555-S,20 d为64.75%和 2%;皖稻 153的 25 d为 35.25%和60.5%;S-747,25 d为 8.75%和 23.25%,30 d为53.25%和23.5%;而稳定性较好的只有W013的 20、25、30 d,皖稻 153的 20 d、30 d,555-S的 25 d、30 d,S-747的 20 d等表现发芽率重复差异不大。该结果表明,部分材料在人工加速老化不同时间后均存在发芽率重复差异较大的现象。

然而,从表 7中,可以看出,经过 -20℃冰箱冷冻 10 d和烘箱 45℃烘 7 d冷冻烘干后,人工加速老化结果的稳定性大大加强,老化重复间差异不明显。因此,我们可以推断,冷冻烘干等方法能消除种子质量及人工气候箱层数等影响人工加速老化结果的因素。

表6 未冷冻烘干材料的人工加速老化试验

表7 冷冻烘干后人工加速老化试验

3 讨论与结论

人工加速老化与自然老化结果差异性是当前研究的“热点”问题。曾大力等[2]和董国军等[8]研究认为人工加速老化与自然老化结果基本一致,可以用人工加速老化代替自然老化研究种子衰老问题。但是任淦等[13]和宋美等[7]则认为人工加速老化与自然老化存在显著差异,分别由不同基因所控制,因此人工加速老化不能代替自然老化。然而,如何解决高温高湿人工加速老化结果稳定性的问题尚未见报道。

本试验研究发现,即使是成熟的种子中,人工加速老化结果也存在差异和不稳定性 (见表 2、表 3)。通过研究发现,种子质量及人工气候箱层数对人工加速老化结果的影响明显(见表 4、图 1、图 2)。通过自然储藏 3个月和 6个月(表 5)和 -20℃冰箱冷冻10 d、烘箱 45℃烘 7 d(表 6、表 7)的冷冻烘干方法能消除种子质量及人工气候箱层数等影响人工加速老化结果的因素,处理后的种子人工加速老化发芽率不再与人工气候箱不同层数、老化种子质量有关,而仅与温度、湿度有关。本试验人工加速老化方法的探索和人工加速老化机理的初步分析,对促进稻谷耐储藏机制的深入研究具有极其重要的理论和实践意义。

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Study on Accelerated Aging Test of Rice Seedswith High Temperature and Humidity

Zhang Ying1Teng Ben1Wu Jingde1Wu Yuejin2Xuan Hong1Zhu Xuegui1
(AnhuiAcademy ofAgricultural Sciences,KeyLaboratory of Rice Genetics&Breeding ofAnhui Province,Institute of Rice Research1,Hefei 230031)
(KeyLaboratory of Ion Beam Bioengineering,Institute of Pla sma Physics,Chinese Academy of Sciences2,Hefei 230031)

Artificial accelerated aging test is thought to be a practicalway to study the storability of rice seeds, but there have been reports about the repeatability of the method.It was found that there were significant differences among the accelerated aging results of duplications for newly harvest rice seeds,and these differences were not only correlated with temperature and humidity,but also with the layer of climate-box and seed weight.However,it was further found that these differences disappeared when the testmaterialwas stored for 6 months in nor mal condition or was put into refrigeratorof-20℃for10 d then dried in oven 45℃for7 d before the accelerated aging test.Results: Certain duration of natural storage or freeze-drying treatment before the accelerated aging test for rice seedswould be useful to eli minating the differences in results among the duplications and improve the repeatability of the method.

rice,seeds,accelerated aging test

S38 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)10-0008-05

973计划 (2008CB117003),国家科技支撑计划 (2006 BAD01A01-5),安徽省优秀青年基金 (08040106802)

2009-10-10

张瑛,男,1968年出生,博士,副研究员,植物生理生化