收稿日期:2008-05-28
基金项目:西北农林科技大学人才基金(01140406)项目资助。
作者简介:张玲丽(1970-),女,陕西省凤翔人;博士,副教授,研究方
向:作物遗传育种;E 2mail:zhanglingli@ 。
通讯作者:宋喜悦(1969-),男(满族),博士,副教授,研究方向:小麦
遗传育种;E 2mail:s pelta@ 。
不同类型小麦品种人工老化处理后种子活力特性的研究
张玲丽, 郭月霞, 宋喜悦
(西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌712100)
摘要:选用陕西关中3种不同类型的小麦品种为材料,采用人工加速老化处理法,对不同类型小麦种子活力差异的生理生化特性及其对老化处理的响应进行了研究。
结果表明,与标准条件下的活力测定相比,人工加速老化法更能反映不同类型小麦种子间活力的遗传差异。
杂交种西杂1号和农家种蚂蚱麦老化处理种子的发芽势、活力指数、脱氢酶和淀粉酶活性等的降低幅度显著小于常规育成品种小偃22,且西杂1号老化种子浸出液电导率和MDA 含量的增长幅度显著小于小偃22。
关键词: 小麦;种子;人工加速老化处理;活力特性
中图分类号: S 512.0; Q 945.35 文献标志码: A 文章编号: 1001-4705(2008)1020052204
Study on Seed V igour Characteristics in A rtificially Aged
W heat Seeds of D ifferent Types
ZHANG L i n g 2li ,GU O Y ue 2x i a ,S O NG X i 2yue
(College of Agr onomy,North west Sci 2Tech University of Agriculture and Forestry,Yangling Shanxi 712100,China )Abstract:Seed vigour and physi ol ogy changes of hybrid variety,landrace and mordern i m p r oved variety of wheat (T riticum aestivum L.)were deter m ined before and after the artificially accelerated ageing testing .The results indicated that seed vigour decreased in the foll o wing order:Xiza number 1(hybrid variety )<Mazh 2
a mai (landrace )<Xiaoyan 22(mordern i m p r oved variety ).The ger m inati on quality of seeds (ger m inati on percent,ger m inati on potential,ger m inati on index and activity index )and physi ol ogy changes (dehydr ogenase activity,a mylase activity and MDA content )decreased with artificially accelerated ageing testing,but electrical conductivity was increased .The ger m inati on potential,activity index,activities of dehydr ogenase and a mylase were good para meters for detecting vigour artificially aged seed l ots .
Key words: wheat;seed;artificially accelerated ageing testing;vigour characteristic
种子活力是衡量种子质量的重要指标,一直以来
备受人们的关注[1～4]。
国际种子检验协会(I ST A,2003)把种子活力的概念定义为:在广泛的田间条件下,决定种子或种子批在发芽和出苗期间的活性强度
和那些种子特性的综合表现[4]。
种子活力水平的高低主要是由遗传因子和外界因素决定的,但遗传因子
在很大程度上决定种子活力[5]。
因此,可以根据种子活力的理论和技术,通过育种手段选择亲本,培育高活力品种。
人工加速老化法是一种测定种子活力和预测种子田间出苗率的最常用方法之一,目前I ST A 已在大豆、棉花、玉米、小麦、花生等作物上建立了人工加速老
化法测定种子活力的操作标准[6]。
而应用人工加速
老化法对小麦种子活力的研究相对较少
[7]。
本研究
以关中地区小麦农家品种、现代常规育成品种和杂交种3种类型小麦品种为材料,利用人工加速老化法处理种子,通过对种子活力有关的各项生理生化指标的比较分析,研究不同类型小麦品种种子活力水平差异的生理生化基础,为进一步开展小麦活力的遗传研究提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
选用陕西关中3种不同类型的小麦品种为材料:农家品种蚂蚱麦、当前推广的常规育成品种小偃22和杂交种西杂1号。
供试样品均为2006年6月收获的种子。
1.2 人工加速老化处理
参照Ha mp t on 等方法[6]
,将种子置于高温、高湿
条件下(T =41℃,RH =100%)进行老化处理72h 。
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25・
待老化处理完成后,取出种子,晾3～4d,使种子含水
量降至原状态后再进行各项指标的测定,并以未经老化处理的材料作为对照。
1.3 测定项目1.3.1 发芽测定随机取50粒种子,4次重复,摆放在两层充分湿润的滤纸上,放置在20℃恒温的光照培养箱中,每隔24h 记录发芽种子数,并在第7天测定全部发芽种子的幼苗长度(c m ),按下列公式计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数。
发芽势(%)=(第4天发芽种子数/检测种子总数)×100%;
发芽率(%)=(第4天发芽种子数/检测种子总数)×100%;
发芽指数=∑(t 时间内发芽数/相应时间发芽日数);
活力指数=发芽指数×第7天幼苗长度。
1.3.2 种子浸出液的电导率测定
每处理50粒净种子,2次重复,分别称重,用去离子水洗净种子表面,再用滤纸吸干种子表面浮水,
将种子放入装有80m l 去离子水的三角瓶中,用保鲜膜封口,另设一洁净三角瓶内加去离子水作为对照,静置于20℃恒温培养箱,分别在浸种后2、4、8、12、24、36、48h 用DDS 2307型电导仪测种子浸出液电导率。
1.3.3 种子脱氢酶活性测定采用TT C 定量法测定[8]。
取小麦种子50粒,称重,用30℃恒温水浸泡4h 后,放入具塞试管中,加入1%TT C 溶液10m l 与35℃恒温箱中染色3h,取出种
子用蒸馏水冲洗,吸干种子表面的水分,加10m l 80%丙酮研磨,5000r/m in 离心10m in,取上清液用752型分光光度计测定490nm 下的OD 值。
以每克种子提取液的OD 值作为脱氢酶的相对活性。
1.3.4 丙二醛含量的测定
采用硫代巴比妥酸(T BA )显色法测定[9]
,重复2
次。
1.3.5 种子萌发时淀粉酶活性的测定
参照李合生[10]
的方法进行α2、β2淀粉酶活性的测
定,重复2次。
2 结果与分析
2.1 发芽特性的比较
由表1可以看出,3种类型小麦种子的活力水平和发芽特性存在一定差异。
不同类型对照材料间发芽率和活力指数差异不显著,但发芽势有一定的差异,即
西杂1号种子的发芽势显著高于蚂蚱麦和小偃22种
子的发芽势。
同时,人工加速老化处理种子与对照相比较,3个材料的发芽率、发芽势、活力指数均呈下降趋势,其中活力指数的下降幅度最大,变化率为7.4%～24.4%;其次为发芽势,其变化率为3.3%～9.0%;发芽率的变化相对较小,其变化率为1.6%～3.6%。
这表明,在加速老化处理过程中,种子活力的衰退先于种子生活力,表现为发芽速率明显减慢,出苗不整齐,生活力降低。
表1 人工老化处理对不同类型小麦品种种子的
发芽特性的影响
品种名称品种类型 发芽率(%) 发芽势(%) 活力指数 处理ck 处理ck 处理ck 蚂蚱麦农家品种95.2a 98.0a 87.0ab 93.0a 170.7a 204.3a 小偃22常规育成品种95.0a 98.5a 82.5a 91.7a 156.9b 207.5a 西杂1号
育成的杂交种
97.4a
99.0a
95.0b
96.2b
203.5c 219.8a
注:同列中标以不同小写字母的数值在5%水平上差异显著(LS D
法)。
下同。
从表1还可以看出,杂交种西杂1号人工加速老化处理种子的发芽率、发芽势及活力指数的下降幅度最小,其发芽势和活力指数显著高于其他两个参试品种;而参试品种小偃22人工加速老化处理后的种子其发芽势和活力指数下降的幅度最大。
・
35・
表2 人工老化处理对种子脱氢酶和淀粉酶活性的影响
品种名称
脱氢酶活性
(OD
490
)
α2淀粉酶活性
[mg/(g・m in)]
β2淀粉酶活性
[mg/(g・m in)]
(α+β)2淀粉酶活性
[mg/(g・m in)] 处理ck处理ck处理ck处理ck
蚂蚱麦0.35b0.43a0.35a0.43a0.47a0.51a0.72a0.94a 小偃220.27a0.38a0.53b0.62b0.65b0.56a0.91a 1.18a 西杂1号0.40c0.45a0.63c0.83c0.79c 1.00b 1.32b 1.54b
2.2 种子浸出液电导率的比较
图1、2分别为对照和人工加速老化处理材料的种子浸出液电导率。
从图1、2中可以看出,随着浸种时间的延长,3个供试品种处理种子和相应对照种子的电导率均表现为增高趋势,但老化处理种子的电导率随浸种时间的延长而增长幅度明显高于相应对照材料的电导率。
不同类型材料间种子浸出液电导率存在较大的差异,尤其在浸种12～48h差异较大:在此期间,杂交种西杂1号老化处理种子较对照的电导率平均增幅为51.8%;而常规品种小偃22老化处理种子较对照的电导率平均增高116.7%;农家品种蚂蚱麦老化处理种子较对照的电导率平均增幅介于前两个品种之间,为99.1%。
这表明,杂交种西杂1号种子细胞膜不仅在常规贮藏条件下具有较好的完整性,且老化处理种子膜系统的损伤较小,因此种子细胞内的矿物质等外渗率低,测得的电导率较低。
相比较而言,常规育成品种小偃22在相同的高温高湿条件下,其膜系统损伤严重,导致膜内物质的大量外渗,引起电导率升高较快。
2.3 种子丙二醛(MDA)含量的比较
丙二醛是脂质过氧化的产物,其含量可以表示脂质过氧化的程度,而且丙二醛本身对植物细胞具有明显的毒害作用[11]。
从图3中可以看出,3份参试材料间对照种子的MDA含量差异不大,但经老化处理种子的MDA含量都远远高于相应对照种子的。
同时发现,3个材料间老化处理种子的MDA含量差异较大,小偃22和蚂蚱麦老化处理种子的MDA含量较高,分别为0.55、0.53μmol/L,而杂交种西杂1号老化处理种子的MDA含量最低,为0.39μmol/L。
说明西杂1号种子耐老化能力强、衰老慢,在同样的高温、高湿胁迫下膜脂过氧化程度低。
2.4 种子脱氢酶活性的比较
脱氢酶活性是测定种子活力的重要指标,它能准确快速地反应种子胚细胞的还原能力。
从表2中可以看出,不同类型材料对照间脱氢酶活性差异不显著,但人工加速老化处理种子的脱氢酶活性均低于相应对照种子的,且老化处理的材料间脱氢酶活性存在较大的遗传差异:西杂1号和蚂蚱麦处理种子的脱氢酶活性均显著高于小偃22处理种子的。
图3 人工加速老化处理种子的丙二醛(MDA)含量的变化
2.5 种子淀粉酶活性的比较
小麦种子为典型的淀粉质种子,其淀粉酶活性也是反映种子活力的重要指标。
从表2可以看出,无论是α2淀粉酶、β2淀粉酶,还是(α+β)2总淀粉酶,3个材料间存在较大的差异,且所有材料人工加速老化处理种子的酶活性均低于对照种子的酶活性。
其中,西杂1号对照和处理种子的α2淀粉酶、β2淀粉酶以及总淀粉酶活性均显著高于蚂蚱麦、小偃22种子的酶活性;而蚂蚱麦对照及处理种子的淀粉酶活性在3个品种中为最低。
3 讨 论
研究同一作物不同材料间种子老化及劣变的遗传差异等问题,重要的是如何方便地获得可用来比较的老化种子。
利用高温高湿人工加速老化的方法,可以在相同处理条件下、较短时间内得到老化程度不同的种子。
许多研究认为,种子在高温高湿条件下老化与自然条件下老化的机制是一致的,只是劣变的速度大大提高了[12～14],能使研究者在相当短的时间内进行研究。
因此,利用人工加速老化技术对于了解种子老化劣变的生理生化变化及其机理有很大的潜力。
本研究结果表明,人工加速老化条件下(逆境条件下)不同类型小麦间存在较大的种子活力差异,不同类型小麦种子对逆境的耐受性差异明显。
育成的杂
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4
5
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交种西杂1号人工老化处理种子与其他两种类型品种相比,具有较高的发芽率、发芽势、活力指数以及较高的脱氢酶和淀粉酶活性,而种子浸出液电导率和MDA 含量则显著较低。
农家种蚂蚱麦虽在种子电导率、MDA含量以及淀粉酶活性上,与常规育成品种小偃22差异不大,但在发芽势、活力指数、脱氢酶活性等指标上,则显著地高于小偃22。
这表明,育成的杂交种西杂1号、农家种蚂蚱麦对人工老化处理的耐力明显高于育成的常规品种小偃22,表现出较高的种子活力和对逆境较强的适应能力。
这可能与不同类型品种群体内的遗传特性有较大的关系,即与杂交种群体内的杂种优势、农家种群体内的异质性及常规育成品种群体内的同质性等有关,这为进一步开展小麦种子活力的遗传研究提供了一定的参考依据。
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(上接第51页)
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