勻強高壓靜電場處理水稻種子的生物場效應試驗研究

陳立才,黃 芳,周 明,楊偉光,舒時富,賀 捷

(1.江西省農業科學院 農業工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農技推廣中心,江西 南昌 330200)

?

勻強高壓靜電場處理水稻種子的生物場效應試驗研究

陳立才1,黃 芳2,周 明1,楊偉光1,舒時富1,賀 捷1

(1.江西省農業科學院 農業工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農技推廣中心,江西 南昌 330200)

摘要：研究了不同強度的勻強高壓靜電場及其處理時間對2個水稻品種種子發芽率、發芽勢和α-淀粉酶活性的影響。結果表明:隨著高壓靜電場強度的增大和處理時間的延長，水稻種子萌發期間的各項生理指標均表現出先上升后下降的趨勢；用300 kV/m的高壓靜電場處理水稻種子2 min具有最明顯的促進作用，與未經處理的對照相比，2個水稻品種種子的發芽率分別提高了5.61和6.77個百分點，發芽勢分別提高了7.89和6.31個百分點，α-淀粉酶活性分別提高了139.73%和130.28%。

關鍵詞：水稻；種子；勻強高壓靜電場;發芽率;發芽勢;α-淀粉酶活性

種子是農業生產中最重要的生產資料,優質種子是獲取高產穩產的必要條件。水稻是我國種植面積最大、單產最高的糧食作物,負擔著保障糧食安全與社會穩定的重任[1-2]。在我國南方雙季稻區早稻播種時,由于早春溫度較低,氣溫變化較大,因此農作物種子特別是陳種生物活性較低,容易出現發芽率低、發芽不整齊、爛種等現象，這不僅會造成種子的大量浪費,更直接影響水稻的正常生產。

高壓靜電場處理種子技術是近些年發展起來的一項新的農業技術。該技術的原理是利用高壓靜電使物質帶電,電場作為一個刺激因子對生物體內生理活動產生影響[3]。近年來,高壓靜電場生物效應的研究工作十分活躍,例如：蔡興旺、康敏等人采用靜電場處理黃瓜、茄子和番茄種子,提高了出苗數和產量[4-6]；高偉娜、張本華等人利用高壓靜電場處理水稻種子,發現可以明顯提高種子的活力,促進種子的萌發[7-9]。相關研究結果表明,利用高壓靜電場技術,將高壓靜電場作用于作物種子,可改變種子的內部結構,提高種子的生物活性,提高其發芽率和發芽勢,促進苗期生長。但是,過強的靜電場或過長的作用時間,對種子的活力、發芽率、發芽勢、發芽后生長機能等會產生抑制作用[8,10]。由于各研究者采用的處理方法和試驗條件不同,在勻強高壓靜電場對種子生物活性的影響方面至今尚沒有得到一致的較為明確的結果,致使該技術難以大面積推廣應用[7]。

筆者利用勻強高壓靜電場處理水稻種子,研究了不同場強和處理時間對水稻種子發芽率、發芽勢和α-淀粉酶活性的影響規律,旨在為勻強高壓靜電場種子處理機械的研發提供理論依據和技術支撐,為保證農業穩產高產開辟新的種子處理途徑。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試水稻品種為雜交秈早稻淦鑫202和雜交秈晚稻淦鑫699。勻強高壓靜電場種子處理儀為本課題組自行研制。高壓靜電場由220 V的交流電源經過GF-2B型高壓靜電發生器轉化后獲得,該電源可以在0～150 kV范圍內連續調節,輸出電流小于1 mA,儀器使用安全可靠,過載能力強。將高壓靜電電源與勻強高壓靜電場種子處理儀的兩塊銅板連接,形成高壓靜電場空間,輸出為對地負高壓。

1.2試驗設計

設高壓靜電場強(E)和處理時間(T)兩個因素,每個因素設5個水平，共組合成25個處理。其中電場場強設E1=150、E2=200、E3=250、E4=300和E5=350 kV/m 5個水平,處理時間設T1=1、T2=2、T3=3、T4=4和T5=5 min 5個水平。設不經任何處理的水稻種子為對照(CK)。在試驗時,將種子均勻置于電場中,使種子廣泛而充分地經受靜電場的作用。因為電場兩個極板的面積遠遠大于種子所占的面積,故可以忽略電場的邊緣效應。

1.3試驗方法

1.3.1發芽率和發芽勢的測定根據GB 5520─85種子發芽試驗標準,分別將經過電場處理的種子及未經處理的對照種子進行發芽試驗,每天記錄發芽數,4次重復,通過下面公式計算種子的發芽率(GR)和發芽勢(GP)：GR(%)=M1/M×100%;GP(%)=M2/M×100%。式中：M1為正常發芽種子數;M2為前3 d發芽種子數;M為供試種子總數。

1.3.2α-淀粉酶活性的測定在種子萌發第3天,隨機選取2.0 g發芽的種子(芽長約為0.5 cm),采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法[10]測定α-淀粉酶的活性,3次重復。

2結果與分析

2.1勻強高壓靜電場處理對種子發芽率的影響

經勻強高壓靜電場處理后種子的發芽率結果見表1。由表1可以看出：2個供試品種經高壓靜電場處理后得到了相同的趨勢,除E5T4、E5T5和E5T3處理外,其他各處理種子的發芽率都明顯高于CK的；2個供試品種經E4T2處理后的發芽率分別為91.52%和92.94%,分別比CK提高了5.61和6.77個百分點。

2.2勻強高壓靜電場處理對種子發芽勢的影響

由表2可以看出,高壓靜電場處理對2個供試水稻品種種子的發芽勢有明顯的影響,其中經E4T2處理后2個供試品種的發芽勢分別為85.45%和87.03%,比CK分別提高了7.89和6.31個百分點。

注：表中數據均為重復試驗的平均值，下同。

因此,水稻種子的發芽率和發芽勢會受到勻強高壓靜電場場強和處理時間的同時影響,當這兩個因素均處于適宜水平時,可以明顯提高種子的發芽率和發芽勢；在25個處理中，以處理E4T2的效果最好，可以提高發芽率5.61～6.77個百分點,提高發芽勢6.31～7.89個百分點。

2.3勻強高壓靜電場對種子α-淀粉酶活性的影響

由圖1、圖2可以看出：勻強高壓靜電場處理對2個供試水稻品種種子的α-淀粉酶活性有明顯的影響,在E1和E2的場強下,α-淀粉酶活性隨處理時間的延長呈逐漸增強的趨勢,隨著場強的逐漸增大呈現先增加后降低的趨勢；在E5較高電場強度下,α-淀粉酶活性呈現出下降的趨勢；在所有處理組合中，E4T2提高種子α-淀粉酶活性的效果最明顯，經E4T2處理后2個供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%。說明用適當強度的勻強高壓靜電場對水稻種子進行適當時間的處理可以提高種子的α-淀粉酶活性。

3結論與討論

前人就高壓靜電場對水稻種子生理指標的影響進行了較多的研究,李一等[12]研究發現,采用1000 min·kV/m高壓靜電場處理能顯著提高水稻陳種的活力,對其發芽后的生長有明顯的促進作用。王清元等[13]研究發現適當強度的高壓靜電場和處理時間可以明顯提高水稻種子的活力,但過高的場強和過長的處理時間會有明顯的抑制作用。本試驗結果表明:選擇適當的電場強度及處理時間可明顯提高種子的發芽率和發芽勢；當處理組合為300 kV/m+2 min時,可明顯提高種子的發芽率和發芽勢,與對照相比，2個供試品種的發芽率分別提高了5.61和6.77個百分點,發芽勢分別提高了7.89和6.31個百分點。可以認為,勻強高壓靜電場處理能誘導或啟動種子體內攜帶的某種信息,促使發生一定的反應而激活種子的內部潛力,從而促進種子的萌發。但本試驗發現，過高的場強或過長的處理時間會抑制種子的發芽，如在處理組合為350 kV/m+4 min和350 kV/m+5 min時,種子發芽受到了明顯抑制。說明高壓靜電場處理水稻種子存在一個稱為閾值的臨界場強。這與王清元等[13]的研究結果相似。

本試驗結果還表明,隨著電場強度和處理時間的改變,水稻種子萌發期α-淀粉酶的生物活性在前期有明顯的上升,在后期有所下降。本試驗的最佳處理組合為300 kV/m+2 min,在此條件下2個供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%；當電場強度為350 kV/m時,各處理時間下種子的α-淀粉酶活性均受到了抑制。這與勻強高壓靜電場對種子發芽率和發芽勢影響的趨勢相近。說明在適當勻強高壓靜電場和處理時間作用下,種子生理活動會發生變化,酶活力會明顯提高,種子萌發率及種子萌發對體內營養物質的利用率會提高[14-15]。

因為采用的勻強高壓靜電場處理方法和試驗條件不同,本試驗得到的對水稻種子生物特性影響的最佳處理結果與前人的研究結果并不完全一致；另外，用勻強高壓靜電場處理水稻種子是否會對大田生產帶來增產效果,還有待進一步試驗驗證。

參考文獻:

[1] 李艷大,葉厚專,舒時富,等.適合機械化作業的雙季稻株型性狀研究[J].中國農機化學報,2013,34(4):71-77.

[2] 葉厚專,李艷大,沈顯華,等.不同機插行距對水稻產量的影響[J].中國農機化,2012(4):59-62.

[3] 黃大星,李麗群,蔡興旺.高壓靜電技術在作物種子處理中的應用[J].農機化研究,2008(11):183-185.

[4] 蔡興旺,王斌.茄子種高壓靜電場生物效應試驗研究[J].種子,2003(1):16-17.

[5] 蔡興旺,林昌華.高壓靜電場處理對黃瓜種子發芽的影響研究[J].種子,2002(6):16-17.

[6] 康敏,余登苑,柳學平,等.靜電場對植物生長的生物效應研究[J].農業工程學報,1998(4):252-254.

[7] 高偉娜,顧小清,喬曉嵐，等.高壓靜電場對老化水稻種子活力的影響[J].西北農業學報,2007,16(2):37-40.

[8] 張本華,王君玲,陳彬，等.高壓靜電處理對種子發芽率影響的試驗研究[J].農機化研究,2006(5):139-140.

[9] 高偉娜,王貴學,張鶴，等.高壓靜電場對老化水稻種子幼苗根系的影響[J].西北農林科技大學學報：自然科學版,2006,34(11):83-86.

[10] 王振邦.高壓靜電場對綠豆種子活力影響的機理探討[J].陜西教育學院學報,2004(2):111-113.

[11] 山東農學院，西北農學院.植物生理學實驗指導[M].濟南：山東科學技術出版社,1985:32-36,57-63.

[12] 李一,葉家明.高壓靜電場對水稻陳種生物學效應的研究[J].湖南農業大學學報,1996,22(5):421-426.

[13] 王清元,盧貴忠,趙玉清.高壓靜電場對水稻種子萌發的試驗研究[J].云南農業大學學報,2005,20(1):147-150.

[14] 白希堯.靜電處理種子的生物效應研究(二)[J].靜電,1988,3(2):7-12.

[15] 韓德恩.靜電場處理植物種子和植株的效應[J].湖北農業科學,1999(5):26-27.

(責任編輯:黃榮華)

Study on Biological Field Effect of Uniform High-voltage Electrostatic Field on Rice Seeds

CHEN Li-cai1, HUANG Fang2, ZHOU Ming1, YANG Wei-guang1, SHU Shi-fu1, HE Jie1

(1. Institute of Agricultural Engineering, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;2. Agricultural Techniques Popularization Centre of Nanchang County in Jiangxi Province, Nanchang 330200, China)

Abstract：The influence of two rice cultivars on the germination rate, the germination potential, and α-amylase activity in different uniform high-voltage electrostatic field and different time treatments. The results indicated that with the increasing of high-voltage electrostatic field intensity and the extension of different processing time, the each physiological indexes of rice seed germination period showed a trend of first rising then falling. The rice seed had a conspicuous promoting effect under the uniform high-voltage electrostatic field of 300 kV/m and in 2 min treatment, compared with the untreated controls, the germination rate were improved 5.61 and 6.77 percentage points, the germination potential were improved 7.89 and 6.31 percentage points, the α-amylase activity were improved by 139.73% and 130.28%, respectively.

Key words：Rice; Seed; Uniform high-voltage electrostatic field; Germination rate; Germination potential; α-amylase activity

收稿日期：2015-10-28

基金項目：江西省農業科學院創新基金(青年基金)項目(2012CQN015);南昌市對外科技合作與成果轉化推廣計劃項目(2013HZCG002);江西省農業科學院科技成果轉化與示范基金項目(2014CZH002);國家自然科學基金項目(31460320)。

作者簡介：陳立才(1985─),男,山東濰坊人,助理研究員,碩士,主要從事農業機械化工程研究。

中圖分類號：S511.041

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0028-03