玉米杂交种老化过程中种子活力及生理特性的变化研究

(辽东学院农学院， 辽宁 丹东 118003)

种子老化是种子活力的自然衰退渐进劣变过程，种子活力是种子质量的重要指标，是种用价值的重要组成部分，与种子的田间出苗和种质资源的保存密切相关[1-2]。种子活力与种子的发育、贮藏、寿命、劣变等生理过程紧密联系。种子在生理成熟时，种子活力达最高，其后种子活力逐渐降低或死亡[3]。

近年来，种子市场中种子的生产量远大于消耗量，造成大量种子必须进行长期贮藏[4]，尽管在低温低湿贮藏库中可以延长种子的寿命，维持种子活力，但种子老化是普遍存在的，种子发生老化和劣变，活力就会下降，生理生化特性就会发生改变[5-6]，且不同的玉米品种之间耐老化的能力差异较大。种子老化是缓慢发生的渐变过程，而人工加速老化可代替种子自然老化的过程[3]，借此研究种子老化后种子活力及生理特性的变化。目前对玉米种子人工老化处理的方法，应用较多为高温高湿法[7-10]和50%甲醇老化法[11]，在高温高湿法中有不同的处理温度和相对湿度，如陈婧等[7]用40 ℃高温，相对湿度100%的方法对糯玉米种子进行老化处理；杨伟飞等[8]用45 ℃高温，100%相对湿度对郑单958种子进行人工老化处理；Bin Wang等[9]用45 ℃高温，85%相对湿度对玉米种子进行人工老化处理；李春雷等[10]用50 ℃高温，相对湿度95%的条件处理郑单958和先玉335的种子。本研究以辽宁省大面积栽培的3个玉米品种为试材，在45 ℃高温、相对湿度100%的条件下加速种子老化，研究这3个玉米杂交种种子老化后，种子活力和生理特性的变化，进而明确这3个玉米杂交种种子的耐老化能力，为种子的贮藏和种质资源的保存提供理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

以丹玉405、新丹336、宏硕737这3个玉米杂交种为试验材料，以各品种未经人工加速老化的种子作为对照。

1.2 试验方法

采用高温高湿人工加速老化法，温度45 ℃，湿度 100%RH，置于LH-1509型老化箱中进行老化处理。老化时间设6个梯度：0(ck)、2、4、6、8、10 d，每个品种每个老化时间均老化3 000粒种子。

1.3 发芽试验及活力测定

3个玉米杂交种经不同天数老化处理后，根据《国家种子检验规程》(GB/T 3543.4)的技术规定，进行玉米标准发芽试验，采用纸间(BP)发芽床，发芽温度25 ℃，置于RTOP-1000 Y型智能人工气候箱中进行发芽试验，发芽试验时50粒一组并设8组重复，发芽过程中，每天记录正常发芽种子数，第4天计算发芽势，第7天计算发芽率，发芽后将幼苗取出，清水洗净，测量芽长和根长，计算发芽指数和活力指数。

表1 玉米杂交种老化过程中种子活力的变化

品种老化时间/d发芽势/%发芽率/%发芽指数活力指数0(ck)92.10aA±0.2098.60aA±0.1014.23aA±0.02175.83aA±0.03291.90aA±0.4498.37aA±0.1514.22aA±0.01163.58bB±0.02485.77bB±0.1585.07bB±0.1512.36bB±0.02141.06cC±0.84丹玉405678.93cC±0.1561.53cC±0.258.94cC±0.0571.39dD±0.69853.17dD±0.0661.13dC±0.218.78dD±0.0971.29dD±0.641032.63eE±0.1545.77eD±0.157.23eE±0.0260.40eE±0.100(ck)89.60aA±0.2098.77aA±0.1514.23aA±0.01183.69aA±0.03288.60bB±0.4496.03bB±0.2113.96bB±0.01165.63bB±0.05新丹336478.37cC±0.3183.27cC±0.2111.90cC±0.02134.51cC±0.03676.73dD±0.2160.40dD±0.108.35dD±0.0462.42dD±0.04852.43eE±0.1560.00eD±0.267.89eE±0.0262.12eE±0.171030.30fF±0.2035.37fE±0.156.22fF±0.0151.60fF±0.100(ck)91.27aA±0.1598.63aA±0.3814.22aA±0.01181.39aA±0.04291.13aA±0.3597.87aB±0.6014.20aA±0.02164.54bB±0.05宏硕737485.30bB±0.2685.70cB±0.1012.41bB±0.04138.61cC±0.02678.40cC±0.2663.50dC±0.309.39cC±0.0674.27dD±0.05853.63dD±0.2162.53eC±0.259.37cC±0.0273.97eD±0.121032.33eE±0.2142.40fD±0.266.83dD±0.0262.37fE±0.31

注：同一品种同列中不同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平上差异显著。

发芽势(%)=(G4/N)×100%；

发芽率(%)=(G7/N)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)；

活力指数=GI×S。

式中：G4为发芽第4天的总发芽数；G7为发芽7 d的总发芽数；N为供试种子总数；Dt为发芽天数；Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数；GI为发芽指数；S为平均根长(cm)。

1.4 生理生化指标的测定

采用TTC(2，3，5-氯化三苯基四氮唑，简称四唑)法测定胚活力，参考马平安[12]的胚活力定量测定法进行测定；用DDS-307型电导率仪测定电导率；采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)浓度，再计算出单位鲜重的MDA含量。

1.5 数据分析

数据的统计分析采用Microsoft Excel 2007软件和DPSv 8.01统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 玉米杂交种老化过程中种子活力的变化

经高温高湿老化处理后，3个玉米杂交种老化不同天数种子活力的各项发芽指标如表1所示，种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均呈现下降的趋势，丹玉405的发芽势、发芽率和发芽指数在老化4 d时出现极显著下降，而活力指数在老化2 d时就出现极显著下降，在老化10 d时，丹玉405的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数与其对照相比分别下降了64.57%、53.58%、49.19%、65.65%；新丹336的4项指标均在老化2 d时出现极显著下降，在老化10 d时，新丹336的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数与其对照相比分别下降了66.18%、64.19%、56.29%、71.91%；宏硕737的发芽势、发芽率和发芽指数在老化4 d时出现极显著下降，而活力指数在老化2 d时就出现极显著下降，在老化10 d时，宏硕737的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数与其对照相比分别下降了64.58%、57.01%、51.97%、65.62%。

2.2 玉米杂交种老化过程中生理指标的变化

3个玉米杂交种经不同天数的老化处理后，进行标准发芽试验，测定玉米种子的脱氢酶活性、相对电导率、MDA含量3项生理活力指标，经过F测验，由表2可以看出：3个玉米杂交种之间脱氢酶活性和相对电导率达显著差异，而MDA含量达极显著差异；同一品种随着处理天数的延长，3项指标均表现极显著差异。

表2 玉米杂交种老化处理后的生理指标F测验

生理指标F值品种间 处理天数间品种×处理天数间脱氢酶活性6.1648*28.2057**417.8777**相对电导率4.8917*26.8252** 18.4131**MDA含量2.7023**31.6669**367.5085*

注：“*”表示在0.05水平上差异显著，“**”表示在0.01水平上差异显著。

2.2.1玉米杂交种老化过程中脱氢酶活性的变化

玉米种胚和糊粉层中均含有脱氢酶，TTC作为指示剂参与细胞的还原反应，可从脱氢酶中接受氢离子，产生红色稳定的TTCH，种子中脱氢酶活力的高低与种子的生活力呈正相关，采用TTC法测定种胚中脱氢酶活性，3个玉米杂交种脱氢酶活性的变化如图1所示。

由图1可知，随着老化过程的进行，玉米杂交种中脱氢酶活性逐渐下降，老化8 d后脱氢酶活性下降趋于缓慢，老化处理10 d的玉米种子中脱氢酶活性达最低点，此时新丹336、宏硕737和丹玉405的脱氢酶活性分别下降了71.05%、68.75%、67.21%。由此可知，3个玉米杂交种老化处理10 d后种子中脱氢酶活性下降趋势表现为新丹336>宏硕737>丹玉405，因此3个品种中丹玉405的耐老化能力最强。

注：不同小写字母表示同一品种不同处理天数存在 显著性差异p<0.05。下同。图1 玉米杂交种老化过程中脱氢酶活性的变化

2.2.2玉米杂交种老化过程中相对电导率的变化

种子老化过程中种子内部的膜系统受到破坏，常表现为细胞膜透性增大，细胞内部分电解质外渗，使外液电导率增大。对老化后的3个玉米杂交种进行电导率测定(见图2)。随着老化过程的进行，3个玉米杂交种的相对电导率均逐渐增大，老化第4天以前相对电导率上升缓慢；老化处理4～8 d时相对电导率逐渐增加，老化处理8～10 d相对电导率迅速增加。至老化处理10 d后，丹玉405、新丹336和宏硕737的相对电导率与对照相比分别增加了17.27%、30.77%和30.84%。由此可以看出,丹玉405的膜透性增加幅度明显低于新丹336和宏硕737。

图2 玉米杂交种老化过程中相对电导率的变化

2.2.3玉米杂交种老化过程中MDA含量的变化

采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定MDA含量，经高温高湿老化处理后测得3个玉米杂交种的MDA含量变化(如图3所示)。

图3 玉米杂交种老化过程中MDA含量的变化

由图3可知，尚未进行高温高湿处理时3个玉米杂交种的MDA含量表现为丹玉405<宏硕737<新丹336，随着老化过程的进行MDA含量也迅速增加，特别是老化6～8 d时MDA的含量增加速率明显加快，至老化8 d时丹玉405、宏硕737、新丹336的MDA含量与未老化的对照相比分别增加了2.23倍、1.44倍、0.67倍；老化至8～10 d时，3个供试品种中MDA含量虽也有所上升，但增幅却很小。

3 结论与讨论

3.1 玉米杂交种老化对种子活力的影响

种子活力是种子发芽和出苗、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和，高活力种子具有明显的生长优势和生产潜力[2]。种子活力是一项综合性指标，而种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数是反映种子活力的重要指标[1,3,13-14]。本研究表明，3个玉米杂交种经高温高湿老化处理后，种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均呈现下降的趋势，这与杨建肖的研究结论一致[1]，由此可知种子老化后使种子活力下降，这可能导致田间出苗率降低、出苗缓慢及幼苗的健壮程度降低，进而影响作物产量和品质[2]。试验中研究的3个玉米品种的4项活力指标下降趋势为新丹336>宏硕737>丹玉405，由此可知丹玉405的抗老化能力强于宏硕737和新丹336，说明不同品种的玉米杂交种抗老化抗劣变的能力不同。

3.2 玉米杂交种老化对种子生理指标的影响

种子中脱氢酶活力的高低与种子的生活力呈正相关，随着老化过程的进行，玉米杂交种中脱氢酶活性逐渐下降，3个玉米杂交种老化10 d后丹玉405种子中脱氢酶活性下降趋势最小。

本研究中3个玉米杂交种的种子浸出液电导率随老化程度的加深而升高，这是由于膜的结构破坏、功能受损使膜透性增大，3个玉米杂交种经高温高湿处理后丹玉405的膜透性增加幅度明显低于新丹336和宏硕737。

MDA含量的高低反映了膜脂过氧化作用的水平和对细胞膜的损伤程度，是常用的膜脂过氧化作用的指标。这是因为随着种子的老化和劣变，常常会发生膜脂过氧化作用，而MDA就是膜脂过氧化作用的产物之一，它可以与核酸、蛋白质发生反应，改变这些大分子物质的构型，或使蛋白质发生交联反应，从而丧失功能。本研究中3个试验材料随着老化程度的加深，MDA含量逐渐增加，且不同的品种MDA含量增加的比例不同，说明品种间膜脂过氧化作用存在差异，这与代小伟等[15]的研究结果相同。

种子老化是种子活力的自然衰退，在种子贮藏过程中经常会发生，能引起种子颜色的改变及生理生化特性的变化，且不同的品种间存在一定的差异，本研究中丹玉405的种子抗老化能力最强，在种子贮藏过程中利于保持种子活力。关于种子的老化国内外已有很多专家学者进行了大量的研究[16-17]，但是仍没有从根本上揭示老化的机理[18]，因此可以从分子生物学的角度进一步深入研究种子老化机制。