人工老化对水稻种子活力的影响

付坤

摘 要：【目的】研究人工老化对水稻种子活力的影响。【方法】在相对湿度为95%、温度为40℃的高温高湿环境内对水稻种子进行人工老化，比较不同老化时间下水稻种子发芽指标、幼苗形态指标及生理生化指标。【结果】在短期高温高湿老化处理下（0-1d），水稻种子各指标无明显变化。随着老化时间的延长，水稻种子活力不断降低，相对电导率、丙二醛含量升高，可溶性糖含量降低，SOD活性、POD活性先升高后降低，CAT活性持续降低。【结论】实际生产过程中，在高温高湿条件下，人工老化1天不会对水稻种子造成影响。

关键词：人工老化；
水稻种子；
活力；
影响

水稻作为一种常见的禾谷类作物，在亚洲各国种植极为广泛，是亚洲人最喜爱的一种主食，水稻增产增收一直备受人们关注[1]。水稻是我国主要粮食作物之一，其高产与种子活力密切相关[2]。种子活力直接决定着种子出苗及成苗的质量性状，活力越高其抗逆性越强，种子出苗速度、整齐度及发芽率越高，具备优质高产潜能，因而，种子活力会直接影响作物生长及最终产量[3]。近年来，随着水稻机械化生产水平的不断提升，高质量种子尤其是高活力种子对水稻优良群体形态及产量提高的作用愈发凸显[4]。

种子老化是指种子达到生理成熟时种子活力达到最高点，接着种子活力开始降低直至活力丧失甚至死亡的变化过程，是随着种子贮藏时间的增加而发生的一种自然不可逆过程[5]。水稻种子老化不仅会对种子萌发及幼苗生长造成影响，而且决定着植株后期生长、产量及品质[6]。因此，水稻种子的耐贮藏性是影响水稻种子质量的重要因素之一[7]。

老化方法包括自然老化和人工老化两种。自然老化是衡量大豆耐储藏性的直接指标，是利用种子在自然储藏或种质保存的条件下发芽力逐渐丧失的特征对其进行耐储藏性研究的方法，但是其历时较长，很难广泛应用于实际研究[8]。人工老化是在高温高湿作用下加快种子老化速度以研究其耐储藏性的方法[9]。近年来，已有部分学者研究了人工老化对种子活力的影响。张诗慧等[10]以白刺花种子为材料，采用高温、高湿人工加速老化的方法探究种子贮藏过程中生理生化指标及种子活力变化，发现老化处理6d的白刺花种子发芽势、发芽指数、活力指数和SOD活性显著升高（p＜0.05），丙二醛、可溶性蛋白含量显著下降（p＜0.05）；
幼苗长势以处理2d最优。祝煜中等[11]以甜玉米品种“农甜 88”和“农甜 99”为试验材料，研究了人工老化处理对甜玉米种子活力、生理特性和遗传多样性的影响，发现随老化时间的增加，2个甜玉米品种种子的活力以及DHA、POD活性逐渐降低，REC和MDA含量逐渐升高；
种子老化处理降低了种子遗传物质的多样性。目前，有关水稻种子人工老化的研究报道较少。基于此，本试验采用人工老化处理方法，研究不同老化时间对水稻种子活力及生理生化特性的影响，希望能够为延缓种子老化进程和延长种子寿命提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用水稻种子为稻花香1号，2020年11月购自当地种子公司。购买来的种子在4℃冰箱内储存，5个月后进行人工老化试验。在人工老化处理前，将种子置于室温下平衡24h。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理

在相对湿度为95%、温度为40℃的高温、高湿环境内对水稻种子进行人工老化。选取干净饱满的水稻种子置于网纱袋内，均匀放置于已平衡好的老化箱内，分别对种子处理1-8d，分期取出种子后，测量种子发芽指标、幼苗形态指标及生理生化指标。将贮藏于-20℃冰箱内未经老化处理的种子作为对照处理。

1.2.2 发芽试验

随机选择经人工老化处理的水稻种子，置于45℃温水内浸种12h后置于发芽盒（蛭石基质）内进行发芽试验，每个处理设置3个重复，每个重复50粒种子，于人工培养箱内培养（温度为25℃，每天光照时间为8h）。在发芽试验开始后，每日透气30min，及时为种子补入充足的水分。21d后结束发芽试验，注意将发霉种子剔除，观察发芽种子数。

1.2.3 测量指标及方法

（1）发芽指标

在发芽试验结束后，按照下式计算水稻种子发芽率、发芽指数、活力指数。

发芽率Gr（%）=（ΣGt/NT）×100%

发芽势Ge（%）=高峰时发芽种子数/种子总粒数×100%

发芽指数Gi=Σ（Gt/Dt）

活力指数Vi=S×Gi

上式中，Gt为在第t天发芽的种子数；
NT为50（每个重复种子总数）；
S为幼苗平均干质量。

（2）幼苗形态指标

在发芽试验结束后，每个重复随机选择10株幼苗（老化时间较长时，幼苗萌发数量较少，以实际测量株数为准进行形态指标测量），采用直尺测量水稻幼苗苗高、根长等指标。

（3）生理生化指标

各处理分别采用老化处理后的水稻种子50粒，参照屈煜莹等[12]的方法测量水稻种子相对电导率；
采用蒽酮法[13]测量可溶性糖含量；
硫代巴比妥酸法[14]测量丙二醛含量；
考马斯亮蓝法测量可溶性蛋白含量；
参照蔡庆生主编的《植物生理学实验》[15]一书中的方法测量超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性。

1.3 数据处理

采用Excel 2007软件对试验数据进行整理，SPSS20.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 人工老化对水稻种子发芽指标的影响

不同人工老化时间对水稻种子各发芽指标的影响，见表1。

由表1可知，在人工老化条件下，水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈现出逐渐降低趋势。在老化初期（即老化1-4天时间内），水稻种子发芽率降低较为缓慢，由0d的89.61%逐渐降低至老化4d的57.82%，随着老化时间的进一步延长，发芽率快速降低，在老化8d时水稻种子发芽率仅1.62%，其中，老化0d和老化1d水稻种子发芽率差异不显著，老化1d和老化2d水稻种子发芽率差异不显著，老化7d和老化8d水稻种子发芽率差异不显著；
从水稻种子发芽势情况来看，在老化1d时，水稻种子发芽势与0d时无明显差异，这表明老化1d对水稻种子的发芽势不存在显著影响，随着老化时间的逐渐延长，水稻种子发芽势开始降低，由76.67%降低至5.67%；
在本试验条件下，水稻种子发芽指数在27.41%-68.23%之间，其中，老化0d时水稻种子发芽指数最高，而老化8d时水稻种子发芽指数最低，老化0d、1d、2d时水稻种子发芽指数差异不显著，老化2d、3d、4d时水稻种子发芽指数差异不显著，老化5d、6d、7d、8d时水稻种子发芽指数差异不显著；
从不同老化时间下水稻种子活力指数情况来看，各老化处理水稻种子活力指数均低于未老化处理，相较于老化0d，老化1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、8d水稻种子活力指数分别降低了11.60%、34.02%、35.82%、47.94%、59.79%、86.08%、92.01%、95.62%。

2.2 人工老化对水稻幼苗形态指标的影响

人工老化对水稻幼苗形态指标的影响，见表2。

由表2可知，随着人工老化时间的延长，水稻幼苗苗高呈逐渐降低趋势，由老化0d的9.20cm逐渐降低至老化8d的7.06cm，其中，老化0d、1d、2d、3d处理水稻苗高差异不显著，老化1d、2d、3d、4d、5d、6d处理水稻苗高差异不显著，老化5d、6d、7d水稻苗高差异不显著；
从水稻幼苗根长情况来看，在本试验条件下各处理水稻幼苗根长在6.08-8.38cm之间，以老化0d处理水稻根长为最长，老化8d水稻幼苗根长为最小，老化1d处理水稻幼苗根长与老化0d处理差异不显著，老化7d处理水稻幼苗根长与老化8d处理差异不显著；
从水稻幼苗苗重情况来看，在老化初期，水稻幼苗苗重呈缓慢降低趋势，由0.057g逐渐降低至0.035g，其中，老化0d处理与老化1d处理水稻幼苗苗重差异不显著，老化2d、老化3d、老化4d处理水稻幼苗苗重差异不显著，从老化5d到老化6d，水稻幼苗苗重显著降低，由0.035g降低至0.013g。

2.3 人工老化对水稻幼苗生理生化指标的影响

人工老化对水稻渗透调节物质含量的影响，见表3。

由表3可知，不同老化时间下水稻种子电导率、可溶性糖含量、丙二醛含量差异显著，可溶性蛋白质含量差异不显著。具体而言，随着老化时间的增加，水稻种子相对电导率、丙二醛含量呈现出逐渐增长的趋势，可溶性糖含量呈现出逐渐降低趋势。从相对电导率情况来看，老化7d处理最高，达到了65.66%，但与老化8d水稻种子相对电导率差异不显著；
老化0d处理最低，仅49.75%，与老化1d、老化2d处理差异不显著，其余处理水稻种子相对电导率居中。从水稻种子可溶性糖含量情况来看，在老化时间小于2d内时，水稻种子可溶性糖含量差异不显著，维持在9.35-9.72mg/g之间，随着老化时间的延长，可溶性糖含量有所降低，老化时间在3-5d时，水稻种子可溶性糖含量维持在8.33-8.62mg/g之间，三者差异不显著。在老化时间为6-8d时，水稻种子可溶性糖含量差异不显著，维持在7.03-7.40mg/g之间。在本试验条件下，水稻种子可溶性蛋白质含量维持在4.33-5.83mg/g之间，这表明老化时间对水稻种子可溶性蛋白质含量不存在显著影响。从水稻种子丙二醛含量情况来看，随着老化时间的延长，丙二醛含量明显增加，老化8d、7d、6d、5d、4d、3d、2d、1d处理水稻种子丙二醛含量分别较对照增加了70.43%、64.79%、56.33%、52.43%、37.97%、31.19%、15.66%、3.96%，其中，老化0d、老化1d处理水稻种子丙二醛含量差异不显著，老化2d、3d、4d、5d处理水稻种子丙二醛含量差异不显著，老化4d、5d、6d、7d、8d处理水稻种子丙二醛含量差异不显著。

2.4 人工老化对水稻种子酶活性的影响

不同人工老化时间对水稻种子酶活性的影响，见表4。

由表4可知，不同老化时间对水稻种子SOD活性、POD活性、CAT活性均存在显著影响。具体而言，随着老化时间的延长，水稻种子SOD活性呈现出先升高、后降低的趋势，由老化0d处理的175.37U/g逐渐升高至老化4d处理的275.79U/g，老化时间的进一步增加，不会导致SOD活性的进一步增加，反而会导致SOD活性的降低，最终SOD活性降低为老化8d处理的180.78U/g，其中，老化0d、1d、2d、8d处理水稻种子SOD活性差异不显著，老化3d、4d、5d、6d处理水稻种子SOD活性差异不显著，老化3d、5d、6d、7d处理水稻种子SOD活性差异不显著；
从水稻种子POD活性情况来看，其由高到低排序依次为老化3d、2d、1d、0d、4d、5d、6d、7d、8d，其中，老化3d处理水稻种子POD活性为126.35U/g，老化8d处理水稻种子POD活性仅64.05U/g，老化3d、2d、1d、0d四个处理水稻种子POD活性差异不显著，老化1d、0d、4d处理水稻种子POD活性差异不显著，老化5d、6d、7d、8d处理水稻种子POD活性差异不显著；
随着老化时间的延长，水稻种子CAT活性呈逐渐降低趋势，老化1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d、8d处理水稻CAT活性分别较老化0d处理降低了97.94%、93.04%、91.56%、82.01%、73.67%、66.28%、64.35%、55.29%，其中，老化0d、1d、2d、3d四个处理水稻种子CAT活性差异不显著。

3 讨论

在种子生理成熟后，其活力开始降低，种子萌发状况是种子活力水平的重要反馈指标之一。本研究发现，在老化过程中，水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数均呈现出逐渐降低的趋势，这与朱世东等[16]的研究结果相一致，这表明在经过人工老化后水稻种子的活力有所衰退。

在经过老化处理后，不同作物种子其幼苗所发生的变化存在着一定差异。王玉娇等[17]发现，在对春小麦种子进行老化处理后，幼苗的生长发育有所延缓，同时幼苗根系受到伤害；
何学青等[18]发现，老化对柳枝稷幼苗的生长没有显著影响，同时可提升幼苗根冠比。本研究发现，经过老化处理的水稻幼苗发生了变化。老化时间较长时，水稻幼苗苗长、根长、苗重均小于对照，这说明水稻种子在老化后，其幼苗生长受到了一定影响。

本研究发现，随着老化时间的增加，水稻种子相对电导率、丙二醛含量呈现出逐渐增长的趋势，可溶性糖含量呈现出逐渐降低趋势。这主要是由于在种子老化过程中，细胞膜极容易受到活性氧的攻击而造成脂质过氧化反应，这会导致细胞膜受损，同时产生大量的脂质自由基及有毒产物丙二醛，丙二醛能够与抗氧化酶相结合以降低抗氧化酶活性，导致消除自由基能力的减弱，因自由基的积累而导致生物膜受损的进一步加速，致使大量膜内无机物质及矿物质外渗，最终造成浸出液电导率的升高[19]。

SOD、POD、CAT是植物细胞重要的抗氧化酶，抗氧化酶可消除自由基以及过氧化物，使自由基的产生及消除处于平衡状态。本研究发现，随着老化时间的延长，SOD活性及POD活性呈现出先升高、后降低的趋势，这可能是由于在高温、高湿条件下，种子产生了大量的自由基，SOD、POD产生了应激反应，通过迅速提升活性以清除自由基，随着老化时间的延长，大量活性氧产生，抗氧化酶无法及时清除活性氧，导致细胞内过氧化物的产生及消除平衡遭到破坏，最终SOD、POD活性开始降低。

4 结论

综上所述，在短期高温高湿老化处理下（1d以内），水稻种子活力指标无明显变化。随着老化时间的延长，水稻种子活力不断降低，相对电导率、丙二醛含量升高，可溶性糖含量降低，SOD活性、POD活性先升高后降低，CAT活性持续降低。因此，在高温、高湿条件下，人工老化1天不会对水稻种子造成影响。

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习近平《 论“三农”工作》

把乡村振兴战略这篇大文章做好⑨

（二〇一八年九月二十一日）

要始终把解决好“三农”问题作为全党工作重中之重。我们一直强调，对“三农“要多予少取放活，但实际工作中“三农”工作“说起来重要、千起来次要、忙起来不要”的问题还比较突出。我们要扭转这种倾向，在资金投入、要素配置、公共服务、干部配备等方面采取有力举措，加快补齐农业农村发展短板，不断缩小城乡差距，让农业成为有奔头的产业，让农民成为有吸引力的职业，让农村成为安居乐业的家园。

——节选自习近平同志主持中共十九届中央政治局第八次集体学习时讲话，《论“三农”工作》，中央文献出版社，2022年6月第1版

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