水楊酸修復老化玉米種子活力的研究

黃守程　劉愛榮　葉梅榮　錢立生

摘要：初步研究了水楊酸（salicylic acid， SA）對人工老化玉米（Zea mays L.）種子活力的修復作用。以人工老化的玉米種子為材料，采用0（CK）、0.01、0.10和1.00 mmol/L四個濃度的SA分別浸種6 h后，測定種子活力及幼苗生物量等相關指標。結果表明，與CK相比，除1.00 mmol/L SA處理顯著提高了種子浸出液電導率外，其他濃度SA浸種對其電導率無顯著影響；0.01和0.10 mmol/L SA處理能有效降低浸出液的可溶性糖含量，而1.00 mmol/L SA處理則引起可溶性糖含量上升；此外，0.01和0.10 mmol/L SA處理不會引起浸出液光密度（OD260 nm）增加，但1.00 mmol/L SA處理則導致其光密度增加。研究還發現不同濃度SA均能提高老化玉米種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數。0.10 mmol/L SA處理有利于幼苗鮮重和干重的增加，并提高幼苗葉綠素的含量，而其他濃度均無顯著影響。綜合分析認為，0.10 mmol/L SA浸種對老化玉米種子活力的修復作用最好，可作為生產實踐的參考。

關鍵詞：種子老化；玉米（Zea mays L.）；水楊酸；活力修復

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）08-1917-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.004

Abstract： Effects of salicylic acid （SA） on the vigor repair of artificial aging corn （Zea mays L.） seeds were studied in this work. The artificial aging corn seeds were soaked with different concentrations of SA （0，0.01，0.10 and 1.00 mmol/L） for 6 h and some vigor-related indicators were measured. The results indicated that， compared with the control， different concentrations of SA treatment had no influence on the electric conductivity except for 1.0 mmol/L SA.The content of soluble sugar decreased obviously when the seeds were treated with 0.01 and 0.10 mmol/L SA，whereas increased under 1.0 mmol/L SA treatment.In addition，0.01 and 0.10 mmol/L SA treatment did not result in the elevation of OD260 nm， while 1.00 mmol/L SA treatment led to significant increase of OD260 nm. We observed that all concentration SA treatments could improve the germination percentage，germination potential， germination index and vigor index of aging corn seeds. Furthermore， only 0.10 mmol/L SA treatments resulted in enhanced fresh weight，dry weight and chlorophyll content of seedlings. According to these findings， 0.10 mmol/L SA treatment could effectively improve the vigor of aging corn seed which could be taken as an important reference in production practice.

Key words： seed aging；corn（Zea mays L.）；salicylic acid；vigor repair

種子生理成熟后出現不可逆的質量下降變化稱為種子老化，是種子自然衰退的生理過程[1]。老化不僅影響種子品質和活力，還會影響后期幼苗的生長，導致弱苗，進而降低產量[2]。此外，老化還導致種質遺傳資源變異性減小，影響種質資源安全[3]。目前關于種子活力修復的措施較多，主要有化學方法和物理方法。其中化學方法包括種子引發技術（priming technology）[4]、營養元素調節[5]以及植物激素處理等[6]。研究表明，激素處理可以提高老化高羊茅種子在干旱條件下的抗氧化酶活性，提高種子活力[7]。水楊酸（salicylic acid，SA）是一種重要的植物內源激素，在植物的生長發育等方面具有多種生理作用[8]。李永潔等[9]研究發現SA處理能顯著提高黑果枸杞種子的萌發，陳貴華等[10]研究表明適宜濃度的SA浸種能增強老化菜豆種子發芽率和發芽勢，并提高幼苗的鮮重和干重。Chandan等[11]研究發現，向日葵種子經SA預處理后能在后期的人工加速老化過程中保持較高的活力，并具備良好的苗期生長性能。

提高老化種子活力是種質保存和提高后期作物產量的重要措施。玉米是世界第二大重要的谷類作物，中國玉米年產量約1.28億t，約占糧食總產量的1/4，而玉米種子老化給農業生產造成了較為嚴重的經濟損失[12]。目前關于玉米種子老化過程中生理生化特性的研究較為充分[13-15]，而關于SA修復老化玉米種子的研究尚未見報道。本研究初步探討了SA浸種處理對人工加速老化的玉米種子活力修復的作用，旨在為農業生產中老化種子的修復提供一定的參考，并為進一步研究其機制提供依據。

1 材料與方法

1.1 種子人工加速老化處理

本試驗選用鄭單958玉米種子作為材料。將余海兵等[16]的方法略作修改對種子進行人工老化。在干燥器底部加2.5 cm的水層，在白瓷板上鋪一層干凈的紗布，然后將玉米種子均勻地放在紗布上，最后干燥器嚴密加封并放入密封的恒溫箱中，在溫度為（43±2） ℃、相對濕度為85%的條件下處理5 d后，取出已被老化的玉米種子，放在（33±2） ℃的干燥箱中干燥至原來的含水量，備用。

1.2 SA浸種處理及發芽試驗

將老化的玉米種子先用0.1%升汞表面消毒30 min，然后用蒸餾水沖洗干凈。設置4個濃度處理，即分別用0（蒸餾水處理作為CK）、0.01、0.10、1.00 mmol/L SA浸種6 h。浸種處理后用蒸餾水沖洗5次以上，洗凈種子表面的殘留SA，在室溫條件下自然晾干后備用。

參照國際種子檢驗規程進行種子發芽試驗。將每組種子用等量的蒸餾水浸泡24 h后，將每組種子的浸泡液分別收集起來備用。采用培養皿紙上發芽法，將各處理的種子放在鋪有三層濾紙的培養皿中，每皿50粒種子，設3次重復。在25 ℃條件下進行發芽試驗，每天定時加水并記錄發芽種子數至第8天為止，第6天統計發芽勢，第8天統計發芽率。

1.3 發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數測定[17]

發芽勢GP=G6 /N×100%，發芽率GR=G8 /N×100%，發芽指數GI=∑Gt/Dt，活力指數VI=∑Gt/Dt×S。式中，G6為第6天時的總發芽數；G8為第8天時的總發芽數；N為供試種子的總粒數；Gt為發芽開始后第t天的發芽數；Dt為相應的發芽天數；S為幼苗鮮重（g）。

1.4 種子浸出液電導率、可溶性糖、OD值、鮮重及干重測定

浸出液電導率、可溶性糖、OD260 nm值測定采用顏啟傳等[17]的方法進行。種子發芽的第8天稱量幼苗鮮重，105 ℃烘干至恒重后稱量干重。

1.5 數據處理與分析

數據處理采用Microsoft Excel軟件進行，單因素方差分析采用SPSS數據處理系統進行。

2 結果與分析

2.1 SA處理對老化玉米種子浸出液電導率、可溶性糖和光密度的影響

由表1可知，與CK相比，0.01和0.10 mmol/L SA處理對浸出液電導率無顯著影響，但1.00 mmol/L SA處理卻顯著提高了浸出液的電導率；0.01和0.10 mmol/L SA處理可極顯著降低種子浸出液可溶性糖含量，分別較對照下降了47.8%和56.2%，而1.00 mmol/L SA處理引起浸出液可溶性糖含量顯著上升，較CK提高了16.5%。此外，SA處理后，種子浸出液光密度值（OD260 nm）隨SA濃度增加呈現出一定的上升趨勢，但僅1.00 mmol/L SA處理導致OD260 nm顯著增加，而其他濃度SA處理后OD260 nm變化不顯著。

2.2 SA處理對老化玉米種子發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數的影響

由表2可知，與CK相比，0.01和0.10 mmol/L SA處理均能顯著或極顯著提高老化玉米種子的發芽率、發芽勢、發芽指數，其中發芽率分別較CK提高了10.3%和16.7%，發芽勢分別提高了13.5%和20.3%，而發芽指數分別提高了14.3%和22.6%；0.10 mmol/L SA處理后，種子活力指數極顯著提高，較CK提高了49.8%。

2.3 SA處理對玉米幼苗鮮重、干重以及葉綠素含量的影響

由表3可知，老化的玉米種子經0.10 mmol/L SA浸種處理后，幼苗的鮮重、干重和葉綠素含量均顯著增加，分別較CK提高了22.1%、25.8%和50.5%。相關性分析表明，鮮重與干重、葉綠素含量呈現較強的正相關性，干重與葉綠素含量呈顯著正相關（表4）。

3 小結與討論

細胞膜的完整性對于維持細胞正常的功能至關重要。種子老化過程中ROS積累引起膜脂過氧化，破壞細胞膜的完整性，導致細胞內含物滲漏增加[14]，這是細胞受到傷害的標志之一。本試驗中，0.01和0.10 mmol/L SA處理沒有對老化種子浸出液的電導率和OD260 nm產生顯著影響，而1.00 mmol/L SA處理卻導致電導率以及OD260 nm增加，這表明較高濃度的SA處理會引起細胞膜的滲漏，導致細胞內電解質以及遺傳物質的外流。研究發現，老化種子浸出液的可溶性糖含量升高[18]。本試驗中，0.01和0.10 mmol/L SA處理使老化種子浸出液可溶性糖含量極顯著下降，而1.00 mmol/L SA處理卻顯著提高了可溶性糖含量，這可能是由于適宜濃度的SA能夠促進種子對可溶性糖的吸收與利用。此外，研究發現1.00 mmol/L SA處理顯著增加浸出液可溶性糖含量，這表明較高濃度SA處理可能加劇了老化種子的細胞膜損傷，破壞了細胞膜的完整性。

種子活力是衡量種子質量的重要指標。種子老化會導致發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數降低[13]，這可能是由于老化種子細胞內抗氧化酶（POD，CAT和APX等）活性下降[12]，導致活性氧積累[19]。本試驗中，0.01和0.10 mmol/L SA處理均能顯著或極顯著提高人工加速老化玉米種子的發芽勢、發芽率和發芽指數，且0.10 mmol/L SA處理極顯著提高種子的活力指數，這與陳貴化等[10]的研究結果一致。Chen等[20]研究指出，種子老化過程中氧化脅迫相關基因顯著表達上調，活性氧（ROS）與種子老化過程密切相關。SA作為一種重要的信號分子，調控植物ROS的信號轉導途徑[21]，如SA處理抑制杏果實O2-·和H2O2的含量[22]。據此，推測SA提高老化種子活力可能與其促進抗氧化酶活性、降低種子活性氧水平有關。同時，ROS水平的降低也有助于減輕其對細胞膜的傷害，從而對維持細胞膜的完整性具有重要作用。

種子老化對后期營養體的生長也有重要影響。有研究表明，適宜濃度的SA處理能顯著提高老化菜豆種子幼苗的鮮重及干重[10]。本試驗中，0.10 mmol/L SA處理能顯著提高幼苗的鮮重、干重以及葉綠素含量，由于鮮重與干重具有較強的正相關性（r=0.925），表明鮮重的增加是由于幼苗干物質積累所致；另外，干重與葉綠素含量呈顯著正相關，這表明干重的增加是由于適宜濃度的SA處理能夠促進老化種子苗期的光合作用，從而促進幼苗的生長。

綜上所述，適宜濃度的SA處理不會對老化玉米種子的細胞膜造成損傷，可促進種子對糖的吸收與利用，提高老化玉米種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數，并促進幼苗的生長，其中，0.10 mmol/L SA處理對提高老化玉米種子活力的效果最好。該研究結果可為農業生產中應用SA修復老化玉米種子活力提供一定的依據。

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