不同浓度H2O2处理对水稻陈种子活力及幼苗生理特性的影响

王艳玲+任艳芳 林肖+田丹 杨波 何俊瑜

摘要：为探明过氧化氢引发对水稻陈种子活力的影响，以贮藏2年的水稻种子为材料，分析不同浓度的H2O2（0.01、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00 mmol/L）进行浸种处理对水稻陈种子萌发情况、电解质外渗率、根系活力、幼苗生理特性的影响。结果表明，0.01～2.00 mmol/L H2O2引发处理可促进水稻陈种子萌发，提高水稻陈种子活力，表现为提高发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数；促进根和芽生长，提高根系活力和幼苗叶绿素含量，增强幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）的活性，而种子浸出液电导率、幼苗丙二醛（MDA）含量降低。5.0 mmol/L 的H2O2浸种后，种子活力、幼苗生长、根系活力、幼苗叶绿素含量、SOD、CAT、POD的活性下降，种子浸出液电导率和MDA含量增加。可见适宜浓度的H2O2处理可以提高老化水稻种子的活力，促进种子的生长发育，其中，以0.5 mmol/L H2O2效果最好。

关键词：H2O2；水稻；陈种子；萌发；生理特性

中图分类号： S511.01文献标志码： A[HK]

文章编号：1002-1302（2017）13-0049-05[HS）][HT9.SS]

[HJ1.4mm]

收稿日期：2017-03-15

基金项目：国家自然科学基金（编号：31460100、41261095）。

作者简介：王艳玲（1990—），女，山东荣成人，硕士研究生，主要从事植物营养生理生态研究。E-mail：979920219@qq.com。

通信作者：何俊瑜，博士，教授，主要从事环境生理生态研究。E-mail：junyuhe0303@sina.com。[HJ]

[ZK）]

[JP+1]水稻是我国主要粮食作物之一，有65%以上的人口以稻米为主食。目前，我国水稻种子企业众多，但由于种业市场信息不对称，多数种子企业生产的水稻种子，尤其是杂交水稻种子，都难以当年销完，滞销、库存积压现象比较严重，从而产生了大量的隔年陈种[1]。水稻种子的耐贮性较差，常温下贮藏半年至1年，高温下贮藏3个月就会出现陈化现象，种子贮存越久，越易劣变陈化而丧失萌发力，造成种子活力下降，生产用种量增加，幼苗生长势减弱，给水稻生产带来巨大风险[1]。此外，水稻制种成本高，产量年度间差异较大，或多或少会利用一定数量的陈种子。活力低是陈种子利用中面临的最严重的问题之一[2]。據报道，美国每年由于谷物种子活力下降所造成的损失超过10亿美元。在我国高温多雨的南方，水稻种子贮藏困难，损失严重。可见，如何提高水稻陈种子的活力，提高陈种利用率，是农业生产上的一个重要问题。[JP]

种子引发是提高种子活力的重要方法之一。引发可促进种子萌发，且提高萌发整齐度，缩短出苗时间，提高幼苗素质[3-4]。目前，许多种化学物质，如多胺、稀土元素、聚乙二醇、氯化钠等，已经被用于陈年老化种子的引发[5-8]。然而，液体引发过程中，种子呼吸代谢旺盛，急剧消耗引发液中的溶解氧，易对种子造成低氧胁迫。

过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）是一种强氧化剂，浸种可使种皮软化，促进种皮的通气透水性；同时H2O2分解能提供较多的O2，使氧和水能顺利透过种皮到达种胚，并进一步激活种子内部酶的活性[9]。近年来，大量研究表明，H2O2作为植物体内的一种信号分子，广泛参与植物生长发育的调控及胁迫的应答[10-11]。Xue等报道，外源H2O2通过细胞信号系统调节相关基因表达诱导绿豆幼苗不定根形成[12]。H2O2可促进GA合成，促进ABA分解并抑制其合成，从而促进种子快速发芽[13]。目前，H2O2可以提高陈种子发芽，并在茄子、大豆、小麦、甘蓝等植物中得到初步应用[9，14-15]，但是具体的浓度范围在不同物种间差异较大。本研究用已贮存2年的水稻种子为材料，研究不同浓度H2O2引发处理后水稻陈种子的发芽特性、幼苗生长、根系活力、抗氧化酶活性、MDA含量的变化，筛选出能提高水稻萌发的最佳浓度，研究H2O2促进水稻陈种子萌发的生理机制，旨在为开发利用水稻陈种提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

供试水稻（Oryza sativa L.）陈种为贮存2年的吉优9号，由贵州神农种业公司提供。

1.2试验设计

试验设0.01、0.10、0.50、1.00、2.00、5.0 mmol/L H2O2 6个浓度，以蒸馏水为对照（CK）。

选取籽粒饱满、大小一致、贮藏2年的水稻种子，经 0.5% 的次氯酸钠浸泡表面消毒10 min，灭菌蒸馏水冲洗3遍后，于不同浓度H2O2和蒸馏水（CK）中黑暗条件下浸种 24 h，温度为（28±1）℃。然后用蒸馏水反复冲洗，分别放在垫有2层滤纸和适量蒸馏水的培养皿（直径90 mm）中，每皿50粒种子，每处理重复5次，于28 ℃光照培养箱中培养，光—暗周期为12 h—12 h。在水稻种子发芽期间逐日统计发芽种子数，以胚芽长超过种子长度的50%为发芽标准[16]。7 d 后，取样进行各项指标测定。

[BT2+*5]1.3测定项目及方法

1.3.1萌发指标

发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数的计算参照何俊瑜等的方法[17]。

[JZ]发芽势=（3 d内种子发芽总数/供试种子数）×100%；

[JZ]发芽率=（7 d内种子发芽总数/供试种子数）×100%；

[HS1*2][JZ]发芽指数=∑（Gt/Dt）；

[HS1*2][JZ]活力指数（VI）=∑（Gt/Dt）×S=GI×S。

式中：Gt为t日的发芽数，Dt为相应的发芽日数，S为单株幼苗平均干质量。endprint

1.3.2根、芽长度及干质量

7 d发芽结束后，取幼苗用蒸馏水冲洗干净，用滤纸吸干表面水分。随机取10株用直尺测量胚芽、胚根长度，随后将根和芽在105 ℃下杀青15 min后，置于70 ℃烘箱烘干至恒质量，测定干质量。

1.3.3种子外渗液相对电导率

选取不同处理的萌发种子50粒，将其浸没于装有去离子水的锥形瓶中，定容至20 mL，放在室温下12 h（每4 h摇动1次），用DDS-11A电导仪测定电导值S1，然后将锥形瓶放置于沸水浴中15 min，取出后定容至20 mL，冷却后用电导仪测定其电导值S2。相对电导率=S1/S2×100%[18]。

1.3.4根系活力

采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[18]测定幼苗根系活力。

1.3.5叶绿素含量

用无水丙酮提取法[18]测定叶绿素含量。

1.3.6MDA含量及SOD、POD、CAT活性的测定

MDA含量测定采用硫代巴比妥酸比色法[18]。SOD、CAT、POD活性的测定采用周国强等的方法[19]，以D560 nm下抑制NBT还原的50%所需的酶量为SOD的1个酶活单位（U/g）；在一级反应范围内，分别以1 min内D470 nm和D240 nm变化0.1为POD和CAT的1个酶活单位，用U/g表示。

1.4数据处理

采用SPSS 16.0统计软件进行数据分析。

2结果与分析

2.1不同浓度H2O2处理对水稻陈种子萌发的影响

不同浓度H2O2对贮藏2年水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数的影响见表1。除5.0 mmol/L H2O2处理外，0.01～2.0 mmol/L H2O2处理后的种子发芽势、发芽率、活力指数均高于对照，且随着H2O2处理浓度不断加大，供试水稻陈种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数先升高后降低，其中以0.5 mmol/L H2O2浸种对萌发的促进效果最明显，发芽势增加36.47%，发芽率提高46.15%，发芽指数提高55.72%，活力指数提高103.44%。当用5.0 mmol/L H2O2处理时，水稻陈种子的萌发受到抑制，种子发芽指数和活力指数明显下降。说明适当浓度的H2O2浸种对水稻陈种子萌发起积极作用。进一步分析发现，H2O2对发芽率的影响大于其对发芽势的影响，说明H2O2提高种子发芽率主要是通过促进发育迟缓、活力不足种子的发芽。

[HTK]2.2不同浓度H2O2处理对水稻陈种子萌发后幼苗根长、芽长、根质量、芽质量的影响[HT]

从图1可以看出，不同浓度H2O2浸种处理下，水稻陈种子萌发后幼苗根和芽生长总体趋势大致相同。与CK相比，各处理的幼苗芽、根长度和干质量随着H2O2处理浓度的升高先增加后降低，表现出一定的浓度效应。其中 0.5 mmol/L H2O2处理下，根长、芽长、根干质量和芽干质量分别比对照提高22.22%、13.16%、34.38%、26.67%，处理间差异显著。5.0 mmol/L H2O2会导致水稻根长、芽长、根质量和芽质量分别下降11.11%、5.26%、9.38%、6.67%。表明一定浓度的H2O2处理对水稻幼苗发根和根的生长有一定的促进作用，高浓度H2O2处理则表现为抑制作用。

2.3不同浓度H2O2处理对水稻陈种子浸出液电导率的影响[HT]

种子外渗液相对电导率反映了种子质膜透性，在一定程度上可以说明细胞膜的完整性，电导率大则膜完整性差，受损伤严重，反之则膜完整性好，其数值与种子活力呈负相关[20]。一般认为，种子活力与质膜透性呈负相关[6]。从图2可以看出，经0.01～2.00 mmol/L H2O2处理的水稻陈种子浸出液电导率比对照降低了4.21%～38.38%，其中0.5 mmol/L H2O2处理的浸出液电导率最低。5.0 mmol/L H2O2处理却提高了水稻陈种子浸出液电导率。这与其对发芽率、发芽指数、活力指数、根芽生长的影响基本表现一致。表明一定浓度H2O2处理可以减少水稻陈种子膜系统的渗漏，降低通透性，进而提高种子活力。

2.4不同浓度H2O2处理对水稻陈种子萌发后幼苗根系活力的影响[HT]

TTC还原力是衡量作物根系活力的一个指标，与植物根呼吸呈正相关[21]。从图3可以看出，不同浓度H2O2对水稻幼苗根系活力有明显影响，且幼苗根系活力在一定浓度范围内随浓度的增加而增大，但超过一定浓度后，幼苗根系活力呈下降趋势。说明H2O2在一定浓度范围內能促进水稻陈种子萌发后幼苗的根系活力，其中，0.5 mmol/L H2O2处理效果最明显，根系活力比对照提高35.22%，处理间差异明显。根系活力的提高，表明增强了根中的能量转化和物质转化过程，最终促进水稻幼苗生长。5.0 mmol/L H2O2处理明显抑制水稻陈种子萌发后幼苗的根系活力，根系活力比对照下降1388%。表明较低浓度H2O2处理可提高根系活力，但浓度过高时则抑制根系活力。

[FK（W11][TPWYL3.tif][FK）]

[HTK]2.5不同浓度H2O2处理对水稻陈种子萌发后幼苗叶绿素含量的影响[HT]

叶绿素是光合作用的主要色素，在一定范围内，叶绿素含量与光合强度呈正相关[16]。从图4可以看出，较低浓度H2O2（≤2.0 mmol/L）处理，水稻幼苗叶绿素含量有所增加，叶绿素含量比对照增加1.19%～14.29%，而较高浓度H2O2（5.0 mmol/L）处理，水稻幼苗叶绿素含量低于对照，比对照降低7.74%。表明较低浓度H2O2处理对水稻幼苗叶绿素合成有刺激作用，这将有利于幼苗的光合作用，促进幼苗生长；但较高浓度H2O2处理对水稻幼苗叶绿素合成表现出一定的抑制作用。endprint