种子处理技术对早播玉米出苗及生理特性的影响

侯 雯，杜 卓，张凤云，吴子温，王 丽，路运才

（1黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080；2黑龙江大学图书馆，哈尔滨 150080）

0 引言

玉米是一种在全球广泛种植的作物[1]，也是中国重要的粮饲兼用型作物，种植面积超2400 hm2[2]，总产量居全球前三[3]。东北三省为中国春玉米主栽区，在玉米整个生长发育过程中时常遭受如低温、干旱、涝渍、台风、盐碱等逆境胁迫[4]。其中，低温是影响东北春玉米生产的主要农业气象灾害[5]。通常，玉米种子萌发的适宜温度为26℃左右[6-7]，低温会抑制种子发芽，甚至烂种，幼苗存活率降低。苗期低温会造成内源激素系统紊乱，叶绿素合成受阻及叶片枯萎，生长代谢缓慢[8]，最终导致减产和品质下降。因此，获得提高低温条件下春玉米出苗率的技术和方法，研究其生理作用机制，对提升玉米防灾减灾能力具有重要的理论意义和应用价值。目前，种子引发与种子包衣等技术广泛应用在作物上，缓解逆境胁迫下受到的伤害，如大麦[9]、棉花[10]、茄子[11]、番茄[12]等，种子引发大多采用植物生长调节剂，钙盐[13]、葡萄糖等物质。外源激素处理可提高低温胁迫下玉米幼苗渗透保护物质含量，降低有害物质积累[14]。外源Ca2+能保持逆境下细胞膜稳定，通过改善抗氧化酶活性提高植物耐盐性[15]、耐热性[16]、耐寒性[17]、抗旱性[18]等。种衣剂既能对病原体和害虫起到防治作用，又能增强作物种子对低温等非生物胁迫的抗性，从而保障种子出苗率及植物生长发育[19]。近年来，超声波作为一种物理处理策略，在生物科学研究领域已得到了广泛应用。研究表明，农作物种子经超声波处理后，其细胞结构遭到破坏，增加了细胞内容物通过细胞膜的穿透能力，提高了种子活力、促进种子萌发及幼苗生长、增强了植株抗逆能力及作物产量[20-21]。有关化控剂、种衣剂及超声波处理种子改善作物抗逆性的研究已有报道，但是综合利用多种化学物质及超声波处理技术对玉米低温胁迫的缓解效应尚无系统报道。本研究以‘先玉335’种子为材料，综合设计浸种剂、超声波处理及种子包衣处理，研究各种处理措施对低温下玉米出苗率及相关生理性状的影响，为玉米减灾保产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

试验于2019—2020年在黑龙江大学呼兰校区试验田及植物生理生化实验室进行。

1.2 试验材料

供试材料玉米种子为‘先玉335’及玉米营养生长期植株叶片。

1.3 试验地点气温

田间试验在2019年4月15日—5月15日期间，最高温为10～28℃，最低温为-3～14℃，符合玉米形成低温胁迫条件（数据信息来源http://tianqi.2345.com/wea_history/60424.htm）。

1.4 试验方法

1.4.1 溶液配制

（1）BR溶液：称取油菜素内酯0.5 mg溶于1 L水中；谷胱甘肽溶液：称取1.535 g谷胱甘肽溶于1 L水中；（2）褪黑素溶液：称取0.2323 mg褪黑素溶于1 L水中；（3）复合溶液1：称取CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、水杨酸钠0.06 g、谷胱甘肽1.535 g、褪黑素0.2323 mg，溶于1 L 水中 ；（4）复合溶液 2：称量 CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、谷胱甘肽1.535 g、脯氨酸15 mg、葡萄糖9 mg，溶于1 L水中。

1.4.2 试验设计 对玉米种子进行浸种及超声波处理，共设计16个组别（见表1），种子风干后，一半进行种衣剂包衣处理，剩余部分作为对照。2019年4月15日，在黑龙江大学呼兰校区试验田播种，5月15日调查出苗率。2019年6月25日，采集九叶一心时期的玉米叶片，-80℃保存用于测定生理指标。

表1 种子处理设计

1.4.3 测定项目与方法

（1）出苗率统计

在播种后1个月，即2019年5月15日统计早播玉米各处理种子的出苗数，计算出苗率见公式为(1)。

式中，Et表示播种t天后的出苗数，N表示播种种子总粒数。

（2）叶绿素(SPAD)测定

使用SPAD-502Plus手持式叶绿素计测定SPAD值，3次重复。

（3）可溶性糖、可溶性蛋白测定

采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用紫外吸收法测定可溶性蛋白含量[22]，3次生物学重复。

（4）过氧化酶活性测定

参照赵平[23]方法测定过氧化物酶活性，3次重复。

2 结果与分析

2.1 种子处理对早播玉米出苗率的影响

从表2可知，种子包衣处理组出苗率均显著高于相应的不包衣组，T1～T15处理组与CK间差异显著，其出苗率分别比CK增加了148.42%、141.97%、161.32%、161.32%、141.97%、150.03%、140.35%、148.41%、141.97%、154.87%、129.07%、141.96%、148.41%、138.74%、143.58%，但T1至T15处理组间差异不显著。未包衣种子，通过生长调节剂、复合溶液与超声处理后出苗率也明显高于CK，T1～T15处理组的出苗率分别比CK增加了59.69%、22.23%、51.20%、30.49%、19.15%、50.02%、40.20%、30.11%、43.02%、47.07%、47.28%、46.49%、34.79%、27.46%、42.23%。

表2 不同处理对早播玉米出苗率的影响

2.2 种子处理对早播玉米叶绿素生物合成的影响

如图1所示，经浸种与超声波处理的各组别，其SPAD值均明显高于CK。未包衣T1～T15处理组的SPAD值分别比CK增加了7.72%、9.97%、14.33%、18.02%、14.23%、15.85%、11.81%、16.17%、14.19%、13.53%、11.22%、18.09%、12.34%、13.80%及14.85%，CK与未包衣处理组间差异显著，T1～T15各处理之间无差异显著。经浸种及超声波处理后进行种子包衣的15个处理组的SPAD值也明显高于CK，T1～T15处理组的SPAD值分别比CK增加了22.58%、23.64%、24.36%、19.87%、15.05%、10.10%、21.26%、15.25%、14.46%、12.28%、13.40%、20.53%、14.06%、13.93%，且CK与其他处理组差异显著，种子包衣处理效果明显好于未包衣处理。

图1 不同处理对早播玉米叶绿素SPAD值的影响

2.3 种子处理对早播玉米可溶性糖含量的影响

如图 2所示，在未包衣处理中，T4、T5、T7、T9、T10、T11、T12处理组的可溶性糖含量显著高于CK，分别增加了11.72%、7.53%、7.47%、10.26%、13.05%、13.30%、17.43%。在种子包衣的处理下T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15可溶性糖含量均高于对照组，分别增加了25.26%、26.72%、19.91%、2.00%、0.85%、27.02%、34.24%、18.21%、16.82%、16.94%、11.84%、25.62%和18.28%，且T2、T3、T4、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15处理组均与CK间差异显著。

图2 不同处理对早播玉米可溶性糖的影响

2.4 种子处理对早播玉米可溶性蛋白含量的影响

如图3所示，包衣进行的处理组T5、T7、T8、T10可溶性蛋白含量均高于对照组CK，增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%，其中T5、T7、T8、T10与CK差异显著，T5和T8之间差异不显著，T7和T10之间差异不显著，T1、T3、T4、T6、T11与CK无显著差异。未包衣处理组T4、T14、T15的可溶性蛋白含量均高于CK，分别增加了2.47%、4.01%、1.36%，T4、T14、T15之间无显著差异，T4、T15与CK之间无显著差异。

图3 不同处理对早播玉米可溶性蛋白含量的影响

2.5 种子处理对早播玉米过氧化物酶活性的影响

如图4所示，未包衣处理组T8、T9、T11、T12的过氧化物酶活性均高于对照组CK，分别增加了11.28%、12.61%、16.35%、2.02%，且T8、T9和T11与CK差异显著，T12与CK差异不显著。种子包衣处理组T1、T2、T3、T10、T14和T15的过氧化物酶活性含量均显著高于CK，分别增加了32.18%、28.21%、26.37%、40.70%、19.23%、18.88%，且与CK差异显著，T1、T2、T3处理组间差异不显著，T14与T15差异不显著，T10处理组过氧化物酶活性明显高于其他处理组，与其它处理组之间差异显著。

图4 不同处理对早播玉米过氧化物酶活性的影响

3 讨论

早播玉米由于田间温度较低，严重影响了种子萌发及出苗。在营养生长阶段，长时间低温胁迫会影响玉米叶片叶绿素的生物合成，导致光合作用效率下降。本研究表明，通过浸种、超声波及种衣包衣处理能够有效缓解早播玉米受到的低温伤害，提高了玉米出苗率，增强了叶绿素生物合成效率。以咯菌腈为主要成分的种子包衣处理缓解低温损伤效果明显，促进了玉米植株生长，与李防洲[24]对棉花、胡伟凤[25]在超声波处理水稻及孙彤彤等[26]对黄瓜的研究相符。

在低温环境中，植物体生物代谢相关酶系统易于遭到破坏，蛋白质合成受阻致使含量下降。本试验结果表明，T7与T10种衣剂处理后可溶性蛋白与对照组差异显著，与CK相比增加了21.72%、19.16%，不包衣处理T14与CK相比差异显著，增加了4.01%。综合利用浸种剂、超声波及种衣剂处理可以增强玉米植株蛋白质合成，但效果并不显著，与徐小蓉等[18]在干旱胁迫中的研究相符。

早播玉米在低温胁迫下，植株生长发育受到抑制，膜系统遭到破坏，植株抗氧化系统效率降低，从而产生过多的活性氧，破坏了代谢平衡。本试验结果表明，对玉米种子进行种衣剂包衣及浸种剂处理后提高了过氧化物酶活性，清除了过多的活性氧，植株抗低温能力增强，与史中飞等[27]对油菜、侯雯等[28]对玉米及赵娜[29]在高温下褪黑素对黄瓜幼苗生长的影响等相关报道一致。因此，不同浸种剂、超声波及种衣剂处理玉米种子为进一步研究玉米抗低温提供了依据。

4 结论

（1）当温度较低时玉米种子受到低温胁迫，抑制了玉米种子的萌发，降低了种子发芽速度，从而降低了出苗率。通过利用浸种剂、超声波及种衣剂并设计多种配方对玉米种子进行处理，可以缓解低温灾害对玉米的影响，显著提高出苗率。

（2）早播玉米受到低温胁迫，叶绿素合成受阻，SPAD值下降。浸种剂、超声波与包衣处理在不同程度上提高了SPAD值，促进叶绿素生物合成。

（3）可溶性糖和可溶性蛋白是植物代谢及基因表达的重要因子，早播玉米受到低温胁迫时可溶性糖含量增高，T4、T5、T7、T9、T10、T12包衣与未包衣处理下可溶性糖含量均升高，其中包衣处理效果明显。可溶性蛋白在包衣处理下T5、T7、T8、T10与CK相比增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%。

（4）当玉米受到低温胁迫后随时间的延长POD活性降低，经浸种、超声波及包衣处理后，POD活性上升，提高了玉米的抗氧化能力。