人工老化和修复处理对小麦种子活力及生理特性的影响

丁忆然， 李卫华， 柴亚茹， 冯 宽， 赵 云， 张 辉， 洪雪梅

（1．石河子大学农学院， 新疆 石河子832000；2．石河子农业科学院作物所， 新疆 石河子832000）

小麦（Triticum aestivum L．）是世界上分布范围和栽培面积最广、总产量最多、总贸易额最大、营养价值较高的粮食作物之一。随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，作为我国北方地区的主要粮食作物，小麦的种植面积以及种子的需求量也相应地提高，而小麦种质资源的保存和储藏过程中品质及生活力的保持是影响小麦产量及品质的重要因素，如何使小麦种质资源保存的时间更长，使种子在储藏过程中保持较高品质及生活力是一个备受关注的问题。

种子老化（seed aging）不仅会影响种子的萌发、幼苗的发育和后期收获种子的产量及品质，还可能影响种质资源的贮藏和利用［1］。种子老化可分为2种，即自然老化和人工老化。人工老化是在人为控制下对种子进行老化处理（比如高温、高湿等条件），从而使种子发芽率、发芽势、种子活力迅速下降的过程，对于研究种子劣变规律是一种极为有效的方式［2］。目前，国内外有关种子老化的研究报道较多，但是对于种子老化体系仍研究得不够透彻。钟希琼等［3］对水稻种子进行老化并探讨老化水稻种子的种子活力与其生理性状之间的关系；张加强等［4］探究了人工加速老化的玉米种子活力及其部分生理指标的变化情况。然而，目前采用人工加速老化的方法对小麦种子活力及生理生化特性的研究较少，而对老化的小麦种子进行修复的研究也是寥寥无几。

种子修复指的是种子在自然老化或遭受外界恶劣条件后，其内部所进行的一系列功能、结构的修复过程，包括种子自身修复和人工辅助修复，目前，国内外对于种子自身修复提出了3种机制，分别是抗衰老保护系统、种子去毒系统和细胞修复机制［5］。在抗衰老保护系统机制中，Loïc Rajjou［6］认为，种子抵抗外界不良环境的第1层保护是种皮，种皮中所含的黄酮类物质不但可以作为种子抵抗外界病害的一道屏障，还可以消除细胞中的氧自由基。人工辅助修复主要有化学法、物理法、种子引发等。于泉林等的研究表明，种子在适宜浓度H2O2溶液的浸泡下，种皮能够被软化，种子的呼吸作用也加强了［7］；胡晓倩等［8］研究了赤霉素和钙离子浸种对小麦种子萌发及淀粉酶活力的影响；郝风等采用Vc、CaCl2、PEG 3种溶液对老化的莴笋种子进行处理，研究结果表明，这3种修复剂均有明显效果，并且 PEG 效果最好［9］；王泽霖等［10］用 CaCl2、抗坏血酸（As A）、赤霉素（GA3）溶液对不同老化程度的种子进行修复处理，测定种子生活力、活力和幼苗生长情况。目前，能有效提高种子活力的方法之一就是对老化种子进行修复处理，能作为修复剂的材料较多，但对于小麦老化种子修复的相关报道却很少见［11］。

本实验用人工老化的方式对小麦种子进行老化处理，对老化种子的活力和生理指标进行研究，进一步用500 mg／L As A、20%PEG 6000、500 mg／L GA3这3种溶液对老化后的种子进行修复处理，其目的是筛选出用以恢复小麦老化种子活力及生理指标的理想修复试剂及方法，加强小麦种质资源的贮藏效果，并提高生产过程中种子的品质。

1 材料与方法

1．1 材 料

供试材料为新疆主栽春小麦品种新春11号，由新疆石河子大学麦类作物研究所提供，2013年春种植于石河子大学农学院试验站，同年7月收获。种子放置一段时间，通过休眠后，对其进行人工加速老化处理和修复处理，并以未经任何处理的材料作为对照。分别测定小麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量。

1．2 处理方法

1．2．1 老化处理

将备好的小麦种子放入老化箱中，进行高温（T＝52．3℃）和高湿（RH＝80%）的老化处理，处理时间为24 h。处理结束后，将种子取出，在室温（25℃）下晾干备用（种子含水量达到13%以下）。

1．2．2 修复处理

将经老化处理后的小麦种子在室温下分别用500 mg／L抗坏血酸（As A）、20%聚乙二醇 6000（PEG 6000）、500 mg／L赤霉素（GA3）溶液浸泡24 h。处理结束后，用自来水将残留在种子表面的溶液洗净，晾干备用。对照组用蒸馏水处理。

1．2．3 发芽指标测定

在备好的小麦种子中，随机分别数取老化处理、修复处理和对照处理的种子50粒，3次重复。在培养皿中放置2层滤纸并充分润湿，将种子按一定距离摆放滤纸上，全部摆放完毕后，将培养皿放置在20℃恒温的光照培养箱中，每隔24 h记录发芽种子数，并在第7天测量所有发芽种子的幼苗长度（cm）。记录完毕后，按下列公式计算小麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数。

发芽势（%）＝初次正常发芽籽粒粒数／供检籽粒总粒数×100%；

发芽率（%）＝末次正常发芽籽粒粒数／供检籽粒总粒数×100%；

发芽指数（GI）＝∑（G t／D t）；

活力指数（VI）＝S×GI。

式中，D t为发芽日数，G t为与D t相对应的每天发芽种子数，S为发芽第7天正常幼苗长度（cm）。

1．2．4 种子活力测定

采用胡晋［12］TTC改进法进行种子活力的测定。

1．2．5 过氧化物酶（POD）活性测定

参照龚富生等［13］《植物生理学实验》中测定过氧化物酶活性的方法——愈创木酚法进行测定。

1．2．6 丙二醛（MDA）含量测定

参照郝再彬等［14］《植物生理学实验》中测定丙二醛的含量的方法——TBA比色法进行测定。

1．2．7 数据分析与处理

所记录的数据，采用Excel与SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2．1 老化处理对小麦种子活力及生理特性的影响

2．1．1 老化对小麦种子发芽指标及种子活力的影响

经老化处理后，小麦种子的发芽势下降2．26%，发芽率下降2．67%，种子活力（TTC还原强度）下降7．29%，这三者虽都有所下降，但未达到显著水平（p＜0．05）（表1）。老化处理后种子的活力指数和发芽指数均极显著地下降，这与刘明久等［15］对玉米种子老化处理的研究结果相一致。

2．1．2 人工老化处理对小麦种子生理指标的影响

MDA的含量直接反映出植物个体遭受外界不良环境后，细胞内有害物质的积累程度，其含量越高说明细胞膜受到的损害越严重。本研究发现，经老化处理小麦种子的MDA含量极显著高于相应对照种子的含量（表2），本结果与张玲丽等［16］研究结果一致。

由表2可看出，老化处理虽使小麦籽粒POD酶活性下降，但未达到显著水平。

表1 人工老化处理过程中小麦种子发芽情况和活力指数变化

表2 人工老化处理对小麦种子丙二醛（MDA）含量和过氧化物酶（POD）的影响

2．2 修复处理对小麦种子活力及生理特性的影响

2．2．1 修复处理对小麦种子发芽指标及种子活力的影响

由表3可以看出，不同修复剂之间的修复效果存在差异，GA3并没有使发芽率和发芽势提高，反而使其显著下降；PEG修复处理能显著提高老化种子的发芽指数；As A修复处理和GA3修复处理使老化种子的发芽指数在一定程度上有所恢复，但与未经处理的种子差异并不显著。

GA3修复处理对活力指数的修复效果最好，达到了未经老化处理种子的活力指数水平。As A对老化种子活力指数有一定修复功能，但未达到未经处理的种子活力指数水平，仍有显著差异。PEG修复处理极显著地提高了种子活力，且明显高于其它处理种子的活力。

2．2．2 修复处理对小麦种子生理特性的影响

根据表4的数据分析，As A和GA3修复处理使老化种子的MDA含量显著降低，分别较老化种子下降36．96%和33．62%，但未达到未经处理种子的MDA含量。PEG修复处理不但没有降低老化种子的MDA含量，反而使MDA含量升高了13．15%，但差异不显著（p＞0．05）。As A、PEG、GA3修复处理对POD酶活性有一定程度的提高，分别较老化处理种子POD酶活性提高 34．95%、61．26%、59．89%，但 差异均不显著。

表3 修复处理过程中小麦种子发芽情况和活力指数变化

表4 修复处理对小麦种子丙二醛（MDA）含量和过氧化物酶（POD）活性的影响

3 讨 论

小麦种质资源的保存温度一般在15℃左右，种子含水量通常在12．5%以下。但在贮藏过程中，种子仍会出现老化现象，种子活力及生理特性发生改变［17－18］。目前，国内外的研究人员对种子老化进行了大量的研究，并根据已有的数据结果探讨出了老化种子生理指标变化规律［19］，但是对于种子老化体系的研究仍发展较缓慢。种子在老化过程中，细胞膜结构会受到不同程度的损伤，并且随着老化的继续，种子活力呈下降趋势，直接影响出苗效果，给农业生产带来极大影响［20］。本研究结果表明，小麦种子老化处理之后，种子的发芽势下降2．26%，发芽率下降2．67%，种子活力（TTC还原强度）下降7．29%。老化过程中，种子的发芽率、发芽势、发芽指标、种子活力逐渐下降的同时，并伴随着种子内丙二醛含量上升、过氧化物酶的活性下降。在本实验中，老化处理虽使POD酶活性下降，但未达到显著水平，这与刘建军等关于玉米种子老化过程中抗氧化酶活性的变化规律的研究结果相一致［21］。

种子的老化现象不可避免，但可以通过种子修复来提高老化种子活力，本实验采用500 mg／L As A、20%PEG 6000、500 mg／L GA33种溶液进行修复处理，测定种子发芽指标、种子活力、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量变化情况。在对小麦种子发芽指标及种子活力进行修复处理时，采用的3种修复剂对种子活力的影响极显著，明显高于其他指标的处理。PEG渗调剂有利于细胞膜的自我修复，以减少营养物质的渗漏［22－23］。本实验利用500 mg／L抗坏血酸（As A）对老化种子进行修复，使种子的发芽势、发芽率、活力指数、POD酶活性分别提高1．94%、0．60%、34．35%、12．56%、34．95%，使 MDA 含 量 下 降36．96%，但却使种子活力有所下降。据研究，As A作为一种抗氧化物质，其作用是将细胞中的活性氧清除，以延缓细胞衰老［24］。李珍珍等［25］的研究验证了这一点，在采用抗坏血酸处理人工老化的小麦种子后，发现细胞膜的结构变得更加稳定，细胞内丙二醛的含量明显降低。

本研究结果表明，3种溶液对老化种子的修复情况并不完全一致，可能是不同浓度的溶液对老化种子的修复作用并不相同，还有待进一步研究。此外，本实验中采取的高温、高湿（T＝52．3℃，RH＝80%）的老化处理24 h，可能对小麦种子的老化程度不够明显，有可能对实验结果造成一定的影响。若想筛选出适宜小麦种子的修复剂，还需进一步试验研究。

［1］汤菊香，李明军，李广领．甲醇老化处理对小麦种子生理特性影响的研究［J］．河南师范大学学报（自然科学版），2005（3）：164－166．

［2］董鸿运，班青，乔玉玲．杉木、马尾松种子人工老化过程中某些生理生化变化规律的研究［J］．种子，1987，6（2）：14－18．

［3］钟希琼，林丽超，上官国莲．水稻老化种子活力与生理性状关系的研究［J］．佛山科学技术学院学报（自然科学版），2003，21（1）：64－66．

［4］张加强，田树云，李晓辉．人工老化过程中玉米种子活力与一些生理指标变化的研究［J］．种子，2007，26（6）：46－48．

［5］黄情，李云霞，魏先杰，等．种子劣变与修复［J］．种子，2013，32（4）：40－44．

［6］Loïc R，Isabelle D．Seed longevity：Survival and maintenance of high germination ability of dry seeds［J］．Comptes rendus Biologies，2008，331（10）：796－805．

［7］于泉林，武宝悦．GA3、H2O2处理对三种蔬菜劣变种子活力的影响［J］．种子，2003，22（5）：73－75．

［8］胡晓倩，牛耀虎．赤霉素和钙离子浸种对小麦种子萌发及淀粉酶活力的影响［J］．黄山学院学报，2009，11（5）：38－42．

［9］郝风，康月琼．提高莴笋种子活力的研究［J］．西南农业学报，2004，17（3）：352－355．

［10］王泽霖，曲波，林凤．玉米冀玉8号种子人工老化与修复［J］．种子，2012，31（5）：34－39．

［11］徐吉铭．土壤成分与烟叶常规化学成分的相关分析研究［J］．安徽农学通报，2013（7）：34－35．

［12］胡晋．对种子活力测定方法——TTC定量法的改进［J］．种子，1986，5（6）：71－72．

［13］龚富生，张嘉宝．植物生理学实验［M］．北京：气象出版社，1995．

［14］郝再彬，苍晶，徐仲．植物生理学实验［M］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004．

［15］刘明久，王铁固，陈士林，等．玉米种子人工老化过程中生理特性与种子活力的变化［J］．核农学报，2008，22（4）：510－513．

［16］张玲丽，郭月霞，宋喜悦．不同类型小麦品种人工老化处理后种子活力特性研究［J］．种子，2008，27（10）：52－55．

［17］Specht C E，Keller E R J，Freytag U，et al．Survey of seed germinability after Longterm storage in the Gatersleben genebank［J］．Plant Genetic News letter，1997，111：64－68．

［18］Specht C E，Keller E R J，Freytag U，et al．Survey of seed germinability after Longterm storage in the Gatersleben genebank（part 2）［J］．Plant Genetic News letter，1998（115）：39－43．

［19］张自阳，姜小苓，卢春瑞，等．PEG引发处理对人工老化小麦种子活力及幼苗生长的影响［J］．河南科技学院学报（自然科学版），2013（1）：1－5．

［20］杨永青，汪晓峰．种子活力与生物膜的研究现状［J］．植物学通报，2004，21（6）：641－648．

［21］刘建军，马俊华，孟俊文，等．玉米种子老化过程中抗氧化酶活性的变化［J］．山西农业科学，2013，41（9）：907－910，918．

［22］杨永青，汪晓峰，郑光华，等．渗透调节增强大豆种子活力［J］．植物生理与分子生物学学报，2003，29（6）：555－560．

［23］Daniela A，Kent J B，John D H．Osmotic priming of tomato seeds：effects on germination，field emergence，seedling growth，and fruit yield［J］．Horticulture Science，1987，112（3）：427－432．

［24］Davey M W，Montagu M V，Inze D，et al．Plant L－ascorbic acid：chemistry，function，metabolism，bioavailability and effects of Processing［J］．Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80（7）：825－860．

［25］李珍珍，韩阳．抗坏血酸对小麦种子老化及幼苗脂质过氧化的影响［J］．辽宁大学学报（自然科学版），2000，27（2）：170－172．