静电场对南方4种针叶树种种子萌发的影响

马 静，陈智裕，邹显花，Mulualem Tigabu，桂智彬，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；3.西安电子科技大学，陕西 西安 710071)

静电场对南方4种针叶树种种子萌发的影响

马 静1，陈智裕1，邹显花1，Mulualem Tigabu2，桂智彬3，马祥庆1

(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；3.西安电子科技大学，陕西 西安 710071)

以南方4种针叶树种(杉木、马尾松、湿地松、火炬松)种子为研究对象，采取自主设计的高压静电种子处理装置，设置不同的电场强度(1.5、2.5、3.5、4.5、5.5 kV·cm-1)和处理时间(5、10 min)，及不经电场处理的对照组(CK)，探讨不同电场处理对杉木、马尾松、湿地松和火炬松干、湿种子萌发规律的影响。结果表明：对4种树种干种子施加不同电场强度处理后，只有马尾松干种子发芽势、发芽率和火炬松干种子发芽势在处理10 min时存在显著影响(P<0.05)，其它树种干种子发芽势和发芽率在各处理条件下均无显著影响(P>0.05)。而4种树种湿种子经不同电场强度处理后，除了杉木湿种子发芽势和马尾松湿种子发芽势和发芽率在不同处理时间下有显著影响(P<0.05)，其它各树种湿种子在各处理条件下均未达显著水平(P>0.05)。

针叶树种；高压静电场；种子萌发

Effect of Electrostatic Field on Germination of the Southern Four Coniferous Species Seed

种子萌发是种子植物生命周期中的重要阶段，也是对外界环境最敏感的时期。自从MURR，LE[1]发现模拟电场能够影响植物生长以来，有不少学者先后对20多个植物品种的种子展开大量研究，分析电场对种子萌发的影响[2]。大量研究表明：电场处理对于缩短植物种子萌发期和提高种子发芽率有重要作用[3]。最佳的电场处理条件能够有效缩短种子发芽周期及种子萌发效率[4]，有利于植物度过不良生长环境，提高造林成活率。方晶[5]与侯建华等[6]认为要提高干旱条件下植物种子的萌发率，必须要提高种子酶活性，不同强度高压电场能提高种子萌发期的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，从而加快种子萌发，提高种子成活率。张汝民等[7]与习岗等[8]报道高压脉冲电场和高压静电场处理种子后，其内部DNA转录和蛋白质合成均为种子萌发提供了必备条件。杨体强等[9-12]针对电场强度变化对柠条和油葵萌发指标与抗旱性影响的研究表明：电场处理对种子萌发期的影响存在有效时间，并能够增强种子萌发期和幼苗生长期对干旱胁迫的耐受性。但目前电场处理对植物种子萌发的影响研究主要集中于农作物和草本植物，有关木本植物的研究相对较少[13]，特别是对我国南方4种针叶树种杉木、马尾松、湿地松、火炬松的研究尚未见报道。目前杉木等树种的种子存在涩粒多、发芽率低等系列问题，影响到人工林的经营，成为当前生产上急需解决的重大课题。

有鉴于此，本试验以南方4种针叶树种杉木、马尾松、湿地松、火炬松种子为研究对象，采用自主设计的高压静电种子处理装置，对4种树种的干、湿种子进行不同的电场处理，研究不同电场强度和处理时间对4种树种干、湿种子发芽率的影响，以期为筛选不同树种种子发芽的最佳处理条件和降低育苗成本提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验选择我国南方4种针叶树种杉木、马尾松、湿地松、火炬松的种子为供试材料，种子由福建省闽林种苗园艺服务公司提供，其中杉木种子采自福建政和，马尾松、湿地松种子采自广西，火炬松种子由美国进口。

图1 匀强电场发生装置

利用GLOW28720高压静电发生器产生的匀强电场，自主设计高压静电种子处理装置，通过控制高压静电发生器来控制电场强度。装置由2个水平直径300 mm，厚度5 mm的圆形金属板构成的正、负电极，两极间分布着相互平行的3个长50 mm，直径10 mm的绝缘支柱(图1)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 本试验设计不同的电场强度(1.5、2.5、3.5、4.5、5.5 kV·cm-1)、处理时间(5、10 min)，及不经电场处理的对照组(CK)。分别挑选颗粒饱满、大小均一的4种树种的种子分成若干份，每份50粒，其中1份种子在40 ℃纯水中浸泡24 h制成湿种子。分别将干、湿种子单层平铺于圆盘中，根据试验设计进行电场。每个处理50粒种子，3次重复。

1.2.2 种子发芽势和发芽率的测定 将上述不同电场强度处理的4种树种的干、湿种子，放在铺有单层滤纸的9 cm玻璃培养皿内，加入适量超纯水湿润滤纸，满足发芽所需的水分需求。按照林木种子发芽率测定的规范，将培养皿放在温度(25±1)℃、湿度(50±5)%、无光照的人工气候培养箱中，每天统计发芽种子个数，直到种子发芽结束(连续观察10 d后无种子发芽，则视为发芽已结束)，由此计算每种树种种子的发芽势和发芽率。发芽势(%)=Gj/G×100%，发芽率(%)=Gi/G×100%，式中：Gj为规定时间内发芽种子数；G为供试种子数；Gi为种子发芽结束时的发芽种子总数。

1.3 统计分析

数据以平均值±标准误的形式表示，用SPSS 17.0软件的One-way ANOVA、LSD检验法分别进行方差分析和多重比较，显著水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 电场处理对4种树种干种子发芽势和发芽率的影响

由表1可知，经电场处理5 min后，除了杉木、湿地松、火炬松在电场强度4.5 kV·cm-1条件下，干种子的发芽率均小于对照外，其余树种干种子发芽势、发芽率均出现增加的趋势。不同电场强度对4种树种干种子发芽势和发芽率均无显著影响(P>0.05)。表明只有在一定剂量的静电场作用下才能促进种子的萌发，否则会抑制种子的萌发生长[14]。

由表2可看出，不同电场强度处理10 min后，除火炬松干种子发芽率低于对照外，其它干种子发芽势和发芽率随电场强度增加均表现出先增加后降低的趋势。马尾松干种子的发芽势、发芽率最大值均出现在E为3.5 kV·cm-1时，分别比对照提高28.1%、34.5%。火炬松干种子的发芽势最大值出现在E为2.5、3.5 kV·cm-1时，均比对照提高33.9%。不同电场强度对马尾松干种子发芽势、发芽率和火炬松干种子发芽势存在显著影响(P<0.05)；对其它树种干种子发芽势和发芽率均无显著影响(P>0.05)。但4种树种干种子发芽势、发芽率在E为5.5 kV·cm-1时均低于对照。

表1 不同电场强度处理5 min对4种树种干种子发芽势和发芽率的影响

*：同一行中不同字母为不同处理与对照间差异达显著水平(P<0.05)。下同。

表2 不同电场强度处理10 min对4种树种干种子发芽势和发芽率的影响

2.2 电场处理对4种树种湿种子发芽势和发芽率的影响

由表3可看出，处理5 min时，不同电场强度对杉木、马尾松湿种子的发芽势有显著影响(P<0.05)，对发芽率无显著影响(P>0.05)。杉木湿种子的发芽势随电场强度的增加无明显规律，最大值出现在E为1.5 kV·cm-1时，比对照提高51.4%；最小值出现在E为5.5 kV·cm-1，比对照降低5.7%。马尾松湿种子发芽势随电场强度增加呈先增加后减小的趋势，最大值出现在E为3.5 kV·cm-1时，比对照提高30.6%。这可能是静电场使干种子内酶的活性增加或提前激活。而湿地松、火炬松的湿种子发芽势和发芽率略高于对照，但未达显著水平(P>0.05)。表明相同的电场强度对湿种子效果好于干种子。

由表4可看出，处理10 min时，不同电场强度对马尾松湿种子发芽势、发芽率均有显著影响(P<0.05)。马尾松湿种子发芽势、发芽率随电场强度增加表现出先增加后降低的趋势，湿种子发芽势最大值出现在E为2.5 kV·cm-1，比对照提高35.5%；湿种子发芽率最大值出现在E为3.5 kV·cm-1时，比对照提高19.2%，最小值出现在E为5.5 kV·cm-1时，比对照降低5.5%。而杉木、湿地松和火炬松湿种子经电场处理10 min后发芽势和发芽率与处理5 min时相比，均出现不同程度的降低。这可能是静电场影响了种子细胞膜的通透性，加速了物质能量运输，提高种子活力。而过高的电场强度和较长的处理时间会降低湿种子发芽率。

表3 不同电场强度处理5 min对4种树种湿种子发芽势和发芽率的影响

表4 不同电场强度处理10 min对4种树种湿种子发芽势和发芽率的影响

3 结论与讨论

匀强高压静电场提高种子萌发技术是近几年来的一项新手段，其生物效应是重要的研究领域。关于其作用原理一方面认为是利用匀强高压静电场现象促使种子内部电荷定向移动，加快物质运输、能量转换和信息传递，促进蛋白及有机质的合成，降低抑制物对种子萌发的限制[15-16]；另一方面改变膜修复性能和膜通透性，减少细胞液等物质外渗，增大萌发所需物质的进入[17]。郑林[18]对杉木的研究发现：经电场处理后种子的脱氢酶得到了活化，电导率明显降低，电场强度越大，种子萌发却受到抑制。这与本试验中在电场强度E为4.5 kV·cm-1、处理时间为5 min时，杉木、湿地松、火炬松干种子的发芽率以及在电场强度E为5.5 kV·cm-1、处理时间为10 min时，4种树种干种子发芽势和发芽率均低于对照的现象一致。另一方面匀强高压静电场能够与环境协同作用，电离空气产生高浓度的离子雾、臭氧和氮氧化合物，与种子表面的水分结合形成具有强腐蚀作用的化合物，破坏种子外壳，刺激处于休眠状态的胚芽萌发[19]。桂智彬等[20]利用直流电场处理油松种子，研究表明电场力改变了种皮种仁微结构，宏观上使得种子提前萌发，与对照种相比发芽势和发芽率得到明显提升。本试验中电场强度E为3.5 kV·cm-1，处理10 min时，对马尾松干、湿种子发芽势和发芽率均产生显著影响(P<0.05)，其中对湿种子的影响比干种子更为明显。这与曹永军等[21]的研究结果相类似。

但杉木、火炬松和湿地松干、湿种子发芽率在本次试验中与对照相比没有显著差异(P>0.05)。这与陈立才[22]采用高压电场处理不同水稻品种种子所得的结果相类似，其种子发芽势和发芽率均随着电场强度的改变呈现缓慢增加或降低的趋势。这可能是电场对种子作用过程中，并没有对种子内部ATP的合成、淀粉酶的活化和膜电位的改变造成显著影响。也可能是本次试验所设计的匀强电场强度尚未达到改变其发芽率所需的条件，因此有必要通过优化静电场处理措施、设计不同梯度的处理条件，以便更深入探讨静电场处理对种子萌发的影响，从而为选择适合林木种子的最佳处理条件提供科学依据。

[1]MURR，L E.Mechanism of plant-cell damage in an electrostatic field[J].Nature，1964，206：1305-1306.

[2]包斯琴高娃，马占新.电场作用条件与作物种子生长的相关性[J].植物学报，2010，45(3)：384-391.

[3]迟燕平，殷涌光，李婷婷，等.高压脉冲电场对番茄陈种子萌发的生物学效应[J].北方园艺，2008(4)：38-40.

[4]刘翔宇，杨体强，朱海英，等.高压电场处理柠条种子对萌发与幼苗抗旱性影响的有效时间[J].种子，2014，33(8)：8-11.

[5]方晶.高压电场对干旱胁迫下黄瓜种子萌发的影响[J].北方园艺，2014(13)：41-43.

[6]侯建华，杨体强，那日，等.电场处理油葵种子在干旱胁迫下萌发及酶活性的变化[J].中国油料作物学报，2003，25(1)：40-44.

[7]张汝民，高岩，史绣华.静电场处理对花棒种子萌发过程中核酸、蛋白质代谢的影响[J].干旱区资源与环境，1996，10(4)：87-90.

[8]习岗，高宇，刘锴，等.极低频高压脉冲电场对玉米种子萌发影响的频率差异[J].高电压技术，2014，40(4)：1242-1248.

[9]杨体强，朱海英，袁德正，等.电场对油葵种子萌发影响的有效时间[J].核农学报，2013，27(6)：879-883.

[10]杨体强，朱海英，华宏旭，等.电场对柠条(Caraganakorshinskii)种子萌发和幼苗抗旱性的影响[J].中国沙漠，2013，33(6)：1717-1722.

[11]杨体强，高雄，侯建华，等.电场处理油葵种子对其萌发期水分胁迫敏感性的影响[J].中国油料作物学报，2005，27(4)：45-49.

[12]杨体强，袁德正，孟立志，等.盐胁迫下电场处理对花葵种子发芽率的影响[J].中国油料作物学报，2007，29(1)：93-95.

[13]高伟娜，顾小清.高压静电场对植物生物学效应的研究进展[J].现代生物医学进展，2006，6(7)：60-62.

[14]倪伟星.林木种子静电处理研究进展报告[J].林业勘察设计，2008(1)：53-57.

[15]谢菊芳，易伟松，熊钢，等.高压静电场对植物细胞跨膜电位的影响及机理初探[J].武汉科技学院学报，2002，15(3)：16-18.

[16]周正立，贾晓军.静电场与化学处理在提高林木种子活力上的应用[J].塔里木农垦大学学报，2000，12(4)：53-56.

[17]郑林，朱世威.高压静电场对马尾松，黑松种子活力的影响[J].集美大学学报：自然科学版，1998，3(1)：32-36.

[18]郑林.静电场处理对杉木等树种种子活力影响研究[J].福建林学院学报，1996，16(3)：219-223.

[19]杨炳政，坎杂，王丽红.高压静电场在介电选种中的作用[J].新疆农机化，2006(5)：27-28.

[20]桂智彬，吴圣地.直流电场处理树种在陕西飞播造林效果[J].水土保持通报，1997，17(2)：23-26.

[21]曹永军，习岗，杨初平，等.不同电场对大豆种子萌发的影响[J].应用与环境生物学报，2004，10(6)：690-694.

[22]陈立才.匀强高压静电场处理水稻种子的生物场效应分析[D].南昌：江西农业大学，2011.

MA Jing1，CHEN Zhi-yu1，ZOU Xian-hua1，Mulualem Tigabu2，GUI Zhi-bin3，MA Xiang-qing1

(1.CollegeofForestry，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，Fujian，China；

2.SwedishUniversityofAgriculturalSciences，SwedenUppsala；3.XidianUniversity，Xi′an710071，Shanxi，China)

The research object is the South 4 coniferous species(fir，pine，slash pine，loblolly pine)seeds，apply for high-voltage electrostatic seed processing device independent design，set different electric field strength(1.5，2.5，3.5，4.5，5.5 kV·cm-1)and processing time(5，10 min)，and not by the electric field treated control group(CK)，to explore different electric field treatment on fir，pine，slash pine and loblolly pine dry and wet laws affecting seed germination.The results show that After four kinds of different species of dry seed applied electric field strength，only Masson pine dry seeds germination rate and loblolly pine dry seed germination potential significant impact on treatment(P<0.05)exists 10 min，the other species of seed germination potential and dry rate of no significant impact(P>0.05)in each treatment condition.The four kinds of tree seeds after wet processing different electric field strength，in addition to the wet fir and Masson pine seed germination energy and germination rates have a significant effect (P<0.05) at different processing time，other tree species in the wet seed treatment under the conditions did not reach significant levels(P>0.05).

coniferous species；high-voltage static electricity field；seed germination

2014-12-29；

2015-01-19

福建省科技重大专项(2012NZ0001)；福建省科技厅重点项目(K53NI903A)；福建农林大学部级创新平台资助；福建省教育厅项目(JA13094)

马静(1989—)，女(回族)，宁夏回族自治区中卫人，福建农林大学林学院硕士研究生，从事林木种子方面的研究。E-mail：czyyma@163.com。

马祥庆(1966—)，男，福建建瓯人，福建农林大学林学院教授，博士生导师，从事森林培养研究。E-mail：lxymxq@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.026

S723.1+31.1

A

1002-7351(2015)01-0115-05