低频电流对杉木种子萌发及其生理活性的影响

康淑琴，马 静，吴鹏飞，Mulualem Tigabu，马祥庆

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.瑞典农业大学，瑞典 乌普萨拉)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)是我国南方主要的用材林造林树种之一，在我国林业生产中占重要地位[1]。大量研究表明：杉木种子空粒和涩粒子多[2-3]，存在种子发芽率低，出苗不齐等问题，影响了杉木人工造林[4-6]。因此，如何促进杉木种子萌发，提高种子发芽率，降低育苗成本，成为当前林业生产中急需解决的重要课题。

近年来，利用电流对种子诱变和生理的影响研究成为大家关注的焦点。MURR[7]、黄洪云等[8]、谭丞等[9]研究表明：植物种子在电处理下均会改变种子的发芽势、发芽指数，影响种子酶活性，从而提高种子的抗逆性。徐江[10]、杨翠翠[11]研究认为：在电晕场处理下，植物种子种皮的通透性改变，外渗液电导率降低；种子萌发期的酶活性(SOD、POD)提高以及MDA的降低。庞嘉等[12]、温增莲等[13]利用介电以及电喷雾萃取及电离质谱法来分析目标种子，提升种子各项活力指标，进而分选出优良种子。张作伟等[14]利用二次通用旋转设计优化高压电场来处理高粱(Sorghumbicolor)种子，使得膜内外电场改变，促进能量ATP的形成以及酶活性的改变，获取最佳的电处理条件。王淑惠等[15]对小麦(Triticumaestivum)种子进行适宜的电场强度处理后发现：处理后小麦苗高、叶片数、总根数、分蘖数等指标均优于未处理的小麦。李明刚[16]对苡米(Coixlacryma-jobi)施加0.3～0.5 A的低频电流，处理后苡米种子发芽率、活力和幼苗的生长状况均有提高。林宏翔[17]对经低频电流处理后的小麦种子增产量分析显示：施加电流0.4 A时，小麦的分蘖、结穗、成熟等生理过程均比未处理的提前2～4 d，株高增量90 cm左右。董汇泽[18]设计不同的低频电流强度和处理时间对辣椒种子进行处理后发现，电流强度是使种子发芽势改变的主要原因。王洪生[19]也报道了低频电流处理对种子抗病能力有明显提高，当电流过大则会破坏种子内部细胞结构，影响代谢过程，抑制种子萌发。目前有关电处理对种子萌发影响的研究多集中在草本植物，有关电处理对木本植物种子影响的研究较少。鉴于此，本研究以杉木种子为研究对象，利用自主设计的低频电流发生装置，设置不同低频电流、不同时间处理杉木种子，比较不同电处理杉木种子发芽势与发芽指数的差异，分析在最佳萌发条件下电处理对杉木种子的SOD、POD、CAT活性及MDA含量的影响，以筛选出提升杉木种子发芽率的电处理的最适条件，为杉木育苗提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验杉木种子购自福建省闽林种苗园艺服务公司，为同一家系杉木产的种子。利用DCJS1001D稳压器，进行自主设计低频电流，制作一个PVC材质的长方体容器，其两端利用可通电的铝片进行封口，将移动变阻器、电流表、以及稳压器和导电管串联，具体见图1。

图1 低频电流装置

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 用清水冲洗种子10～15 min，捡出水面漂浮的空粒和杂物，取出种子晾干，将种子均匀混合，分成150份，每份50粒。将分好的种子置于40 ℃的纯水中浸泡1 d后装入长方形导管中。

在大量前期试验基础上，设计不同电流(60、120、180、240、300 μA)和不同电流处理时间(1、5、10、15 min)。利用自行设置的低频电流装置对种子进行处理，并设未处理对照组(CK)，每组重复5次。处理后将种子移至放有滤纸的玻璃培养皿中，加入能够满足种子发芽的去离子水，在人工气候箱中进行培养。根据林木种子发芽率测定的技术规范，将人工气候箱温度、湿度设置为(25±1) ℃、(50±5)%进行培养。记录每天发芽的种子数，直至种子发芽结束(大概10 d左右)。并测定不同处理种子的SOD、POD、CAT活性及MDA含量。

1.2.2 测定方法 发芽势(%)=Gj/G×100%，发芽指数(%)=∑(Gt/Dt)，式中：Gj为7 d内发芽种子数；G为供试种子数；Gt为每7 d内的发芽数；Dt为发芽天数。

酶活性测定方法[20-22]：采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[23]，采用愈创木酚比色法测定过氧化物酶(POD)活性[24]，采用紫外吸收法测定适宜处理条件下过氧化氢酶(CAT)活性[25]，采用硫代巴比妥酸法测定适宜处理条件下丙二醛含量[26]。

1.3 统计分析

利用Microsoft Excel 2007、SPSS 17.0等软件对数据进行处理和统计分析、LSD检验法进行方差分析和多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 低频电流处理对杉木种子发芽势的影响

由表1看出，不同低频电流与处理时间对杉木种子发芽势均有不同程度的影响。当电流为60 μA时，杉木种子的发芽势最高，比未处理种子提高11.11%；而当电流为300 μA，处理时间为5 min时，种子的发芽势最低，比未处理种子的发芽势降低44.44%。

在相同处理时间条件下，不同低频电流处理杉木种子的发芽势先随着电流的增加而升高，随后随电流的升高而降低。相同低频电流条件下，不同处理时间的种子发芽势存在差异，电流为60 μA和120 μA的处理组中种子的发芽势先随着处理时间的增加而升高，随后随处理时间的升高而降低。

表1 低频电流与处理时间对杉木种子发芽势的影响

*：同一行中不同小写字母为不同处理时间存在显著差异(P<0.05)；同一列中不同大写字母为不同电流强度存在显著差异(P<0.05)；下同。

2.2 低频电流处理对杉木种子发芽指数的影响

不同低频电流与处理时间对杉木种子发芽指数有不同影响。从表2看出，当电流为120 μA，处理时间为5 min时，杉木的发芽指数最高，比对照提升168%；当电流为300 μA，处理时间为5 min时，发芽指数受到抑制最明显，比对照降低42.55%；经LSD多重比较(P<0.05)，两者与对照均存在显著差异。随着电流的增加与处理时间的加长，杉木发芽指数大体呈现出先增加后降低的趋势，随着电流频度的增高，低频电流对杉木种子萌发的影响不明显。

相同低频电流、不同处理时间条件下，在电流60 μA和120 μA时，杉木种子发芽指数随着时间的增加呈先增加后降低的趋势。相同处理时间、不同低频电流处理下，杉木种子发芽指数随着电流的增加，发芽指数呈先增加后降低的趋势。在电流处理为120 μA，处理时间为1 min与15 min时出现杉木种子发芽指数受抑制现象，种子发芽势均有不同程度的下降。尤其是处理电流为240 μA时，受抑制最为明显(P<0.05)，处理时间1、5、10、15 min分别比对照降低25.1%、40.42%、17.44%、34.46%。

表2 不同低频电流与处理时间对杉木种子发芽指数的影响

2.3 低频电流处理对杉木种子酶活性的影响

鉴于电流强度60 μA，处理时间为5 min处理组的发芽势提高11.11%，发芽指数提高32.34%，因此选择发芽势最佳的处理组进行杉木种子酶活性的测定。

电流强度60 μA，处理时间为5 min的杉木种子内SOD、POD、CAT活性及MDA含量比对照均有不同程度的变化。从图2看出，低频电流处理对杉木种子的酶活性有较大影响。与对照相比，杉木种子SOD活性提高5.16%，POD活性提高39.88%，CAT活性提高11.76%；种子MDA含量比对照减少53.77%。说明低频电流处理可提高种子SOD、POD、CAT活性，有利于杉木种子的萌发。

图2 低频电流(60 μA，处理5 min)处理下杉木种子SOD、POD、CAT活性及MDA含量

3 讨论

低频电流处理种子技术在1960年就广泛应用于我国农业生产中，对多种作物种子均有提高其发芽状况和增产的效果。本研究发现：在电流60～120 μA范围内，电流处理对杉木种子的发芽势、发芽指数有显著的影响，但随着电流频度的进一步增加及处理时间的增长对杉木种子的萌发影响不显著，这与前人的研究结果相似。谢晓宇等[27]利用电流对苦参种子进行处理后，苦参幼苗在电流强度为2.0 A时形态指标均达到最高，苦参种子的发芽势最高，比对照增加了66.67%。申阳[28]利用低频交流电处理种子，处理较对照水稻空壳率降低3.6%。耿守杰等[29]对玉米种子施加不同电流，促进玉米的发芽，增加玉米的产量。

大量研究表明：低频电流处理对植物种子生理活性也有影响。庞嘉等[12]研究电晕场处理与介电分选对杂交水稻种子活力的影响表明：水稻种子在场强200 kV·m-1，处理时间4 min时，种子的发芽势和发芽率比对照分别提高47.22%和23.53%；在电晕场处理下水稻种子的电导率及幼苗的丙二醛(MDA)含量均降低，脯氨酸含量与过氧化物酶(POD)活性均升高。本研究发现低频电流处理能够提高种子SOD、POD、CAT活性，并降低其MDA含量。这可能与电流处理后种子萌发期间存在大量游离氢离子和氧离子，提高了种子内营养物质利用，加快呼吸代谢，产生大量的H2O2，促使CAT活性增加有关；电流处理后MDA含量最大，可能是由于细胞膜通透性降低，导致细胞膜过氧化作用减弱，抑制了MDA的积累。杉木种子发芽率低可能与种子内超氧自由基(O2-)含量较高，种子内营养物质少、种子吸水能力低等有关。由于杉木种子直径小，强电流穿击力对种子内细胞膜、基因链等破坏性大，从而促进活性酶修复细胞、呼吸代谢速率、基因表达等生理过程，打破种子休眠，促进种子提前萌发。这些酶活性的提高也与电离出的正负离子不断撞击种子，使种子接收大量的能量，促使酶催化反应的进行有关[30]。

4 结论

本文以我国南方主要造林树种杉木的种子为对象，研究不同低频电流强度和处理时间对杉木种子萌芽的影响，其中，电流强度60 μA处理5 min的杉木种子的发芽势最高，电流强度120 μA处理5 min的发芽指数最高；低频电流处理提高了杉木种子的SOD、POD和CAT活性，降低了种子MDA含量，有利于杉木种子萌发。

本研究结果表明，发芽率与发芽势从0 μA到180 μA的低频电流处理下，呈先上升后下降的趋势，根据这一结果，不仅可以进行低频电流对杉木种子的处理更小的梯度的划分进行研究，还可以将其应用于提高其他南方造林树种种子萌发状况。因此探索低频电流对杉木种子萌发及其生理活性的影响是有必要的，也有利于提高我国南方主要造林树种种子品质。