匀强高压静电场处理水稻种子的生物场效应试验研究

陈立才,黄 芳,周 明,杨伟光,舒时富,贺 捷

(1.江西省农业科学院 农业工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌县农技推广中心,江西 南昌 330200)



匀强高压静电场处理水稻种子的生物场效应试验研究

陈立才1,黄 芳2,周 明1,杨伟光1,舒时富1,贺 捷1

(1.江西省农业科学院 农业工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌县农技推广中心,江西 南昌 330200)

摘要：研究了不同强度的匀强高压静电场及其处理时间对2个水稻品种种子发芽率、发芽势和α-淀粉酶活性的影响。结果表明:随着高压静电场强度的增大和处理时间的延长，水稻种子萌发期间的各项生理指标均表现出先上升后下降的趋势；用300 kV/m的高压静电场处理水稻种子2 min具有最明显的促进作用，与未经处理的对照相比，2个水稻品种种子的发芽率分别提高了5.61和6.77个百分点，发芽势分别提高了7.89和6.31个百分点，α-淀粉酶活性分别提高了139.73%和130.28%。

关键词：水稻；种子；匀强高压静电场;发芽率;发芽势;α-淀粉酶活性

种子是农业生产中最重要的生产资料,优质种子是获取高产稳产的必要条件。水稻是我国种植面积最大、单产最高的粮食作物,负担着保障粮食安全与社会稳定的重任[1-2]。在我国南方双季稻区早稻播种时,由于早春温度较低,气温变化较大,因此农作物种子特别是陈种生物活性较低,容易出现发芽率低、发芽不整齐、烂种等现象，这不仅会造成种子的大量浪费,更直接影响水稻的正常生产。

高压静电场处理种子技术是近些年发展起来的一项新的农业技术。该技术的原理是利用高压静电使物质带电,电场作为一个刺激因子对生物体内生理活动产生影响[3]。近年来,高压静电场生物效应的研究工作十分活跃,例如：蔡兴旺、康敏等人采用静电场处理黄瓜、茄子和番茄种子,提高了出苗数和产量[4-6]；高伟娜、张本华等人利用高压静电场处理水稻种子,发现可以明显提高种子的活力,促进种子的萌发[7-9]。相关研究结果表明,利用高压静电场技术,将高压静电场作用于作物种子,可改变种子的内部结构,提高种子的生物活性,提高其发芽率和发芽势,促进苗期生长。但是,过强的静电场或过长的作用时间,对种子的活力、发芽率、发芽势、发芽后生长机能等会产生抑制作用[8,10]。由于各研究者采用的处理方法和试验条件不同,在匀强高压静电场对种子生物活性的影响方面至今尚没有得到一致的较为明确的结果,致使该技术难以大面积推广应用[7]。

笔者利用匀强高压静电场处理水稻种子,研究了不同场强和处理时间对水稻种子发芽率、发芽势和α-淀粉酶活性的影响规律,旨在为匀强高压静电场种子处理机械的研发提供理论依据和技术支撑,为保证农业稳产高产开辟新的种子处理途径。

1材料与方法

1.1试验材料

供试水稻品种为杂交籼早稻淦鑫202和杂交籼晚稻淦鑫699。匀强高压静电场种子处理仪为本课题组自行研制。高压静电场由220 V的交流电源经过GF-2B型高压静电发生器转化后获得,该电源可以在0～150 kV范围内连续调节,输出电流小于1 mA,仪器使用安全可靠,过载能力强。将高压静电电源与匀强高压静电场种子处理仪的两块铜板连接,形成高压静电场空间,输出为对地负高压。

1.2试验设计

设高压静电场强(E)和处理时间(T)两个因素,每个因素设5个水平，共组合成25个处理。其中电场场强设E1=150、E2=200、E3=250、E4=300和E5=350 kV/m 5个水平,处理时间设T1=1、T2=2、T3=3、T4=4和T5=5 min 5个水平。设不经任何处理的水稻种子为对照(CK)。在试验时,将种子均匀置于电场中,使种子广泛而充分地经受静电场的作用。因为电场两个极板的面积远远大于种子所占的面积,故可以忽略电场的边缘效应。

1.3试验方法

1.3.1发芽率和发芽势的测定根据GB 5520─85种子发芽试验标准,分别将经过电场处理的种子及未经处理的对照种子进行发芽试验,每天记录发芽数,4次重复,通过下面公式计算种子的发芽率(GR)和发芽势(GP)：GR(%)=M1/M×100%;GP(%)=M2/M×100%。式中：M1为正常发芽种子数;M2为前3 d发芽种子数;M为供试种子总数。

1.3.2α-淀粉酶活性的测定在种子萌发第3天,随机选取2.0 g发芽的种子(芽长约为0.5 cm),采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法[10]测定α-淀粉酶的活性,3次重复。

2结果与分析

2.1匀强高压静电场处理对种子发芽率的影响

经匀强高压静电场处理后种子的发芽率结果见表1。由表1可以看出：2个供试品种经高压静电场处理后得到了相同的趋势,除E5T4、E5T5和E5T3处理外,其他各处理种子的发芽率都明显高于CK的；2个供试品种经E4T2处理后的发芽率分别为91.52%和92.94%,分别比CK提高了5.61和6.77个百分点。

2.2匀强高压静电场处理对种子发芽势的影响

由表2可以看出,高压静电场处理对2个供试水稻品种种子的发芽势有明显的影响,其中经E4T2处理后2个供试品种的发芽势分别为85.45%和87.03%,比CK分别提高了7.89和6.31个百分点。

注：表中数据均为重复试验的平均值，下同。

因此,水稻种子的发芽率和发芽势会受到匀强高压静电场场强和处理时间的同时影响,当这两个因素均处于适宜水平时,可以明显提高种子的发芽率和发芽势；在25个处理中，以处理E4T2的效果最好，可以提高发芽率5.61～6.77个百分点,提高发芽势6.31～7.89个百分点。

2.3匀强高压静电场对种子α-淀粉酶活性的影响

由图1、图2可以看出：匀强高压静电场处理对2个供试水稻品种种子的α-淀粉酶活性有明显的影响,在E1和E2的场强下,α-淀粉酶活性随处理时间的延长呈逐渐增强的趋势,随着场强的逐渐增大呈现先增加后降低的趋势；在E5较高电场强度下,α-淀粉酶活性呈现出下降的趋势；在所有处理组合中，E4T2提高种子α-淀粉酶活性的效果最明显，经E4T2处理后2个供试品种的α-淀粉酶活性分别为85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分别提高了139.73%和130.28%。说明用适当强度的匀强高压静电场对水稻种子进行适当时间的处理可以提高种子的α-淀粉酶活性。

3结论与讨论

前人就高压静电场对水稻种子生理指标的影响进行了较多的研究,李一等[12]研究发现,采用1000 min·kV/m高压静电场处理能显著提高水稻陈种的活力,对其发芽后的生长有明显的促进作用。王清元等[13]研究发现适当强度的高压静电场和处理时间可以明显提高水稻种子的活力,但过高的场强和过长的处理时间会有明显的抑制作用。本试验结果表明:选择适当的电场强度及处理时间可明显提高种子的发芽率和发芽势；当处理组合为300 kV/m+2 min时,可明显提高种子的发芽率和发芽势,与对照相比，2个供试品种的发芽率分别提高了5.61和6.77个百分点,发芽势分别提高了7.89和6.31个百分点。可以认为,匀强高压静电场处理能诱导或启动种子体内携带的某种信息,促使发生一定的反应而激活种子的内部潜力,从而促进种子的萌发。但本试验发现，过高的场强或过长的处理时间会抑制种子的发芽，如在处理组合为350 kV/m+4 min和350 kV/m+5 min时,种子发芽受到了明显抑制。说明高压静电场处理水稻种子存在一个称为阈值的临界场强。这与王清元等[13]的研究结果相似。

本试验结果还表明,随着电场强度和处理时间的改变,水稻种子萌发期α-淀粉酶的生物活性在前期有明显的上升,在后期有所下降。本试验的最佳处理组合为300 kV/m+2 min,在此条件下2个供试品种的α-淀粉酶活性分别为85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分别提高了139.73%和130.28%；当电场强度为350 kV/m时,各处理时间下种子的α-淀粉酶活性均受到了抑制。这与匀强高压静电场对种子发芽率和发芽势影响的趋势相近。说明在适当匀强高压静电场和处理时间作用下,种子生理活动会发生变化,酶活力会明显提高,种子萌发率及种子萌发对体内营养物质的利用率会提高[14-15]。

因为采用的匀强高压静电场处理方法和试验条件不同,本试验得到的对水稻种子生物特性影响的最佳处理结果与前人的研究结果并不完全一致；另外，用匀强高压静电场处理水稻种子是否会对大田生产带来增产效果,还有待进一步试验验证。

参考文献:

[1] 李艳大,叶厚专,舒时富,等.适合机械化作业的双季稻株型性状研究[J].中国农机化学报,2013,34(4):71-77.

[2] 叶厚专,李艳大,沈显华,等.不同机插行距对水稻产量的影响[J].中国农机化,2012(4):59-62.

[3] 黄大星,李丽群,蔡兴旺.高压静电技术在作物种子处理中的应用[J].农机化研究,2008(11):183-185.

[4] 蔡兴旺,王斌.茄子种高压静电场生物效应试验研究[J].种子,2003(1):16-17.

[5] 蔡兴旺,林昌华.高压静电场处理对黄瓜种子发芽的影响研究[J].种子,2002(6):16-17.

[6] 康敏,余登苑,柳学平,等.静电场对植物生长的生物效应研究[J].农业工程学报,1998(4):252-254.

[7] 高伟娜,顾小清,乔晓岚，等.高压静电场对老化水稻种子活力的影响[J].西北农业学报,2007,16(2):37-40.

[8] 张本华,王君玲,陈彬，等.高压静电处理对种子发芽率影响的试验研究[J].农机化研究,2006(5):139-140.

[9] 高伟娜,王贵学,张鹤，等.高压静电场对老化水稻种子幼苗根系的影响[J].西北农林科技大学学报：自然科学版,2006,34(11):83-86.

[10] 王振邦.高压静电场对绿豆种子活力影响的机理探讨[J].陕西教育学院学报,2004(2):111-113.

[11] 山东农学院，西北农学院.植物生理学实验指导[M].济南：山东科学技术出版社,1985:32-36,57-63.

[12] 李一,叶家明.高压静电场对水稻陈种生物学效应的研究[J].湖南农业大学学报,1996,22(5):421-426.

[13] 王清元,卢贵忠,赵玉清.高压静电场对水稻种子萌发的试验研究[J].云南农业大学学报,2005,20(1):147-150.

[14] 白希尧.静电处理种子的生物效应研究(二)[J].静电,1988,3(2):7-12.

[15] 韩德恩.静电场处理植物种子和植株的效应[J].湖北农业科学,1999(5):26-27.

(责任编辑:黄荣华)

Study on Biological Field Effect of Uniform High-voltage Electrostatic Field on Rice Seeds

CHEN Li-cai1, HUANG Fang2, ZHOU Ming1, YANG Wei-guang1, SHU Shi-fu1, HE Jie1

(1. Institute of Agricultural Engineering, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;2. Agricultural Techniques Popularization Centre of Nanchang County in Jiangxi Province, Nanchang 330200, China)

Abstract：The influence of two rice cultivars on the germination rate, the germination potential, and α-amylase activity in different uniform high-voltage electrostatic field and different time treatments. The results indicated that with the increasing of high-voltage electrostatic field intensity and the extension of different processing time, the each physiological indexes of rice seed germination period showed a trend of first rising then falling. The rice seed had a conspicuous promoting effect under the uniform high-voltage electrostatic field of 300 kV/m and in 2 min treatment, compared with the untreated controls, the germination rate were improved 5.61 and 6.77 percentage points, the germination potential were improved 7.89 and 6.31 percentage points, the α-amylase activity were improved by 139.73% and 130.28%, respectively.

Key words：Rice; Seed; Uniform high-voltage electrostatic field; Germination rate; Germination potential; α-amylase activity

收稿日期：2015-10-28

基金项目：江西省农业科学院创新基金(青年基金)项目(2012CQN015);南昌市对外科技合作与成果转化推广计划项目(2013HZCG002);江西省农业科学院科技成果转化与示范基金项目(2014CZH002);国家自然科学基金项目(31460320)。

作者简介：陈立才(1985─),男,山东潍坊人,助理研究员,硕士,主要从事农业机械化工程研究。

中图分类号：S511.041

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)05-0028-03