水稻種子高溫高濕人工加速老化試驗方法研究

張 瑛滕 斌吳敬德吳躍進宣 紅朱學桂

(安徽省農業科學院水稻研究所 安徽省水稻遺傳育種重點試驗室1,合肥 230031)

(中國科學院安徽省離子束生物工程學重點試驗室2,合肥 230031)

水稻種子高溫高濕人工加速老化試驗方法研究

張 瑛1滕 斌1吳敬德1吳躍進2宣 紅1朱學桂1

(安徽省農業科學院水稻研究所 安徽省水稻遺傳育種重點試驗室1,合肥 230031)

(中國科學院安徽省離子束生物工程學重點試驗室2,合肥 230031)

人工加速老化方法準確與否直接影響稻谷耐儲藏機制研究的深入開展。研究發現,新收獲的水稻種子高溫高濕人工加速老化試驗結果重復之間存在顯著的差異性,這種差異不僅與溫度、濕度,而且與人工氣候箱不同層數、老化種子質量有關。利用自然儲藏 3～6個月和 -20℃冰箱冷凍 10 d、烘箱 45℃烘 7 d的冷凍烘干方法對人工加速老化試驗前的種子進行處理后,則人工加速老化種子發芽率變化不再與人工氣候箱不同層數、老化種子質量有關,而僅與溫度、濕度有關。由此推斷,新收獲的水稻種子高溫高濕人工加速老化試驗結果重復之間的差異性可通過一定時間的自然儲藏或利用冷凍烘干方法消除。

水稻 種子 人工加速老化

稻谷儲藏過程中米質劣變、發芽率下降一直是困擾生產、儲運和經營部門而又難以克服的問題,由此造成我國糧食儲藏損失平均達 3.05%,每年損失糧食近 50億 kg[1];而稻谷作為種子在儲藏過程中因活力下降每年也造成巨大的經濟損失,并且還會影響幼苗的生長狀況。因此,稻谷的耐貯性已被人們日益關注[2-7]。

研究稻谷耐貯性的方法主要包括自然老化和人工加速老化[8-9]。其中,種子在自然儲藏或種質庫保存的條件下,發芽力逐漸喪失,稱之為自然老化。董國軍等[8]認為自然老化非常緩慢,難以在較短的時間內測定種子活力,在品種改良中進行耐儲藏種質篩選時難以應用。而人工加速老化是研究種子劣變和壽命機制的常用且有效的方法,可克服常溫下自然老化所需時間較長的不足,使種子活力差別在較短時間內表現出來,因而廣泛應用于種子耐貯性的研究[8-12]。

人工加速老化主要原理是人工創造利于種子老化的條件,加速其劣變過程,使種子活力差別加大,然后測定種子某些生理生化變化,揭示這些變化與種子生活力及活力之間的相互關系,了解種子劣變的內在機理。老化處理的程度不同,種子劣變程度也不同[7]。人工老化的方法分為兩種,一種是化學法,即利用甲醇 (乙醇)浸種法[12];另一種是高溫高濕加速老化法,即根據劣質種子在惡劣的儲藏條件下容易迅速失去發芽力的原理,采用不同的高溫高濕,人工加速種子的老化一定時間后,測定老化種子發芽率。高溫高濕加速老化法是一種最為常用的人工加速老化方法[7]。

然而,人工施加的老化環境畢竟與自然條件有很大的差異,人工老化與自然老化的相關程度是應用人工老化研究水稻耐貯性問題的關鍵[7]。如何解決高溫高濕人工加速老化結果穩定性的問題尚未見報道。

本試驗利用新收獲和儲藏過程中的水稻種子,對水稻種子高溫高濕人工加速老化方法的穩定性開展研究。

1 材料與方法

1.1 材料

秈稻 X479、X467、X360、X495、X474、X370、X468、儲藏優 1號、汕優 63、X480、X505和粳稻雙優66收獲于 2007年 10月;秈稻汕優 63、W013、S-269、555-S、皖稻 153、S-747收獲于 2008年 10月。上述材料新鮮、無霉變和腐爛的樣品,并曬干至12.7%的安全水分以下。

1.2 試驗器材

ZRX-258D智能人工氣候箱:杭州錢江設備有限公司;LRH-400-GS人工氣候箱 (發芽箱):廣東省醫療器械廠;試驗均用透氣的紗網袋作為老化袋。

1.3 試驗方法

1.3.1 人工加速老化方法穩定性試驗

分別取秈稻材料 X479、X360、X495、X474、X370、X468、儲藏優 1號、X480、X505各 20 g進行溫度 42℃,濕度 87.5%的 20 d人工加速老化試驗,老化試驗設 2次重復,每1個重復的發芽率再進行2次各4個樣的發芽率測定。

1.3.2 人工氣候箱層數不同對人工加速老化結果影響試驗

取秈稻儲藏優 1號與粳稻雙優 66各 20 g每層 4個均勻平置于氣候箱 1、2、3、4層數,排成薄層以保持種子與氣候箱內空氣充分接觸,老化設 2次重復,進行溫度 42℃,濕度 87.5%的 10 d、20 d人工加速老化試驗。

1.3.3 種子質量對人工加速老化結果的影響試驗

取秈稻儲藏優1號與晚粳稻雙優66分別設定為10、20、40、60 g置于紗網袋內,平放于人工氣候箱相同的第 3層形成能上下透氣的薄層以保持種子與氣候箱內空氣充分接觸,老化設 2次重復,進行溫度42℃,濕度 87.5%的 10 d、20 d人工加速老化試驗。

1.3.4 自然儲藏處理對人工加速老化結果的影響試驗

取粳稻雙優 66分別用透氣的紗網袋放入密封圓桶內自然儲藏3個月和6個月后,再按表 1的設計對種子質量和人工氣候箱層數安排,進行溫度 42℃,濕度 87.5%的 10 d人工加速老化試驗:質量為10、20、40、60 g分別放入 4層的人工氣候箱,每層 4種樣品,如表 1所示。

表1 人工加速老化試驗安排

1.3.5 冷凍烘干對人工加速老化結果的影響

取汕優 63、W013、S-269、555-S、皖稻 153、S-747各 20 g設計 2組試驗,一組為未冷凍烘干的材料直接進行人工加速老化試驗,另一組則分別經過 -20℃冰箱冷凍 10 d和烘箱 45℃烘 7 d的冷凍烘干后再進行人工加速老化試驗。溫度 42℃,濕度87.5%的 30 d人工加速老化試驗分 0、20、25、30 d定期取樣,老化設 2次重復,定期取樣。

1.3.6 發芽試驗

發芽試驗根據國標 GB/T 5520—1985。用雙層濾紙卷紙法,4次重復,每次重復取 100粒飽滿的稻谷,置于 30℃發芽箱中進行發芽試驗。

2 結果與分析

2.1 人工加速老化發芽率結果存在的差異和不穩定性

從表 2可以看出,發芽率平均值大于 50%有 8個材料,50%至 20%之間有 1個材料,小于 20%有 2個材料,品種間差異明顯。但從重復的平均值差異來看,部分材料發芽率存在較大差異,如 X480為58.6%和 97%,X479為 88.5%和 30.1%,X495為81.25%和 36.1%,X370為 35%和 3.6%,重復之間相差數倍,其他如 X467、X360、X505、X468,發芽率重復之間也相差 20%以上,僅有 3個材料儲藏優 1號、汕優 63、X474差異不大。從表 3對重復平均值方差分析可以進一步看出,重復平均值間差異 F值達到 12.728,而不同材料間的差異 F值僅為5.005。因此,本試驗人工加速老化試驗的發芽率結果重復存在較大差異,大大影響人工加速老化結果的穩定性。

表 2 20 d人工加速老化發芽率試驗

表 3 20 d人工加速老化發芽率重復平均值方差分析

2.2 人工氣候箱層數不同對人工加速老化結果的影響

從表 4中可以看出,對于不耐儲藏的粳稻品種雙優 66,在 10 d的人工加速老化結果的1到 4層中,發芽率分別從 93.75%和 86.75%下降至 58.25%和53.75%,在 20 d的人工加速老化結果的 1到 4層中,總的發芽率下降很大,但趨勢依然存在,分別從1.25%和 3.5%下降至 0.25%和 0.5%;而對于十分耐儲藏的秈稻雜交稻儲藏優 1號,在 10 d的人工加速老化結果的 1到 4層中,則發芽率沒有明顯的變化,而在 20 d的人工加速老化結果的 1到 4層中,則明顯有層數的影響,發芽率分別從94.5%和93.75%下降至75.5%和 83.75%。因此,可以確定人工氣候箱不同層數為影響人工加速老化結果的差異性的因素之一。

表 4 不同層數的 10 d、20 d的加速老化過程中水稻種子的發芽率的差異

2.3 種子質量對人工加速老化結果的影響

圖 1 秈稻材料儲藏優1號的不同質量的人工加速 20天的發芽率變化

從圖 1、圖 2中,我們可以看出,對于不耐儲藏的粳稻品種雙優 66的 10 d的人工加速老化結果,隨種子質量變化,發芽率變化趨勢明顯,種子質量從10 g增加至 60 g時,發芽率從 81.25%下降到 21.75%;而對于十分耐儲藏的秈稻雜交稻儲藏優 1號的 20 d的人工加速老化結果,種子質量對發芽率變化影響明顯,種子質量從 10 g增加至 60 g時,發芽率從68%下降到 46.5%。因此,可以確定種子質量也是影響人工加速老化結果的差異性的因素之一。

圖 2 粳稻材料雙優66不同質量加速老化 10天的發芽率變化

2.4 自然儲藏處理對人工加速老化結果的影響

從表 5中,我們可以看出,對于不耐儲藏的粳稻品種雙優 66自然儲藏 3月后的 10 d的人工加速老化結果,不同層數、質量之間,種子發芽率依然存在較大的差異,最高達到 93%,而最低為33.25%;但自然儲藏 6月后,這種發芽率差異則大為降低,60%以上只有 3個,最高為 72.5%,低于 50%的只有 1個,其余 12個材料均在 50%～60%之間。因此,從以上結果,可以推斷,通過一定的自然儲藏時間能消除種子質量及人工氣候箱層數等影響人工加速老化結果穩定性的因素。

表5 雙優 66材料 10 d人工加速老化試驗

2.5 冷凍烘干對人工加速老化結果的影響

從表 6可以看出,對于未冷凍烘干水稻種子材料人工加速老化過程中發芽率重復:汕優 63,20 d為14%和 69%,25 d為 37%和 0%;對于 S-269,20 d為 40%和 81.25%,25 d為 17%和 65.25%,30 d為17.75%和 49.75%;另外,如 555-S,20 d為64.75%和 2%;皖稻 153的 25 d為 35.25%和60.5%;S-747,25 d為 8.75%和 23.25%,30 d為53.25%和23.5%;而穩定性較好的只有W013的 20、25、30 d,皖稻 153的 20 d、30 d,555-S的 25 d、30 d,S-747的 20 d等表現發芽率重復差異不大。該結果表明,部分材料在人工加速老化不同時間后均存在發芽率重復差異較大的現象。

然而,從表 7中,可以看出,經過 -20℃冰箱冷凍 10 d和烘箱 45℃烘 7 d冷凍烘干后,人工加速老化結果的穩定性大大加強,老化重復間差異不明顯。因此,我們可以推斷,冷凍烘干等方法能消除種子質量及人工氣候箱層數等影響人工加速老化結果的因素。

表6 未冷凍烘干材料的人工加速老化試驗

表7 冷凍烘干后人工加速老化試驗

3 討論與結論

人工加速老化與自然老化結果差異性是當前研究的“熱點”問題。曾大力等[2]和董國軍等[8]研究認為人工加速老化與自然老化結果基本一致,可以用人工加速老化代替自然老化研究種子衰老問題。但是任淦等[13]和宋美等[7]則認為人工加速老化與自然老化存在顯著差異,分別由不同基因所控制,因此人工加速老化不能代替自然老化。然而,如何解決高溫高濕人工加速老化結果穩定性的問題尚未見報道。

本試驗研究發現,即使是成熟的種子中,人工加速老化結果也存在差異和不穩定性 (見表 2、表 3)。通過研究發現,種子質量及人工氣候箱層數對人工加速老化結果的影響明顯(見表 4、圖 1、圖 2)。通過自然儲藏 3個月和 6個月(表 5)和 -20℃冰箱冷凍10 d、烘箱 45℃烘 7 d(表 6、表 7)的冷凍烘干方法能消除種子質量及人工氣候箱層數等影響人工加速老化結果的因素,處理后的種子人工加速老化發芽率不再與人工氣候箱不同層數、老化種子質量有關,而僅與溫度、濕度有關。本試驗人工加速老化方法的探索和人工加速老化機理的初步分析,對促進稻谷耐儲藏機制的深入研究具有極其重要的理論和實踐意義。

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Study on Accelerated Aging Test of Rice Seedswith High Temperature and Humidity

Zhang Ying1Teng Ben1Wu Jingde1Wu Yuejin2Xuan Hong1Zhu Xuegui1
(AnhuiAcademy ofAgricultural Sciences,KeyLaboratory of Rice Genetics&Breeding ofAnhui Province,Institute of Rice Research1,Hefei 230031)
(KeyLaboratory of Ion Beam Bioengineering,Institute of Pla sma Physics,Chinese Academy of Sciences2,Hefei 230031)

Artificial accelerated aging test is thought to be a practicalway to study the storability of rice seeds, but there have been reports about the repeatability of the method.It was found that there were significant differences among the accelerated aging results of duplications for newly harvest rice seeds,and these differences were not only correlated with temperature and humidity,but also with the layer of climate-box and seed weight.However,it was further found that these differences disappeared when the testmaterialwas stored for 6 months in nor mal condition or was put into refrigeratorof-20℃for10 d then dried in oven 45℃for7 d before the accelerated aging test.Results: Certain duration of natural storage or freeze-drying treatment before the accelerated aging test for rice seedswould be useful to eli minating the differences in results among the duplications and improve the repeatability of the method.

rice,seeds,accelerated aging test

S38 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)10-0008-05

973計劃 (2008CB117003),國家科技支撐計劃 (2006 BAD01A01-5),安徽省優秀青年基金 (08040106802)

2009-10-10

張瑛,男,1968年出生,博士,副研究員,植物生理生化