種子處理技術對早播玉米出苗及生理特性的影響

侯 雯，杜 卓，張鳳云，吳子溫，王 麗，路運才

（1黑龍江大學現代農業與生態環境學院，哈爾濱 150080；2黑龍江大學圖書館，哈爾濱 150080）

0 引言

玉米是一種在全球廣泛種植的作物[1]，也是中國重要的糧飼兼用型作物，種植面積超2400 hm2[2]，總產量居全球前三[3]。東北三省為中國春玉米主栽區，在玉米整個生長發育過程中時常遭受如低溫、干旱、澇漬、臺風、鹽堿等逆境脅迫[4]。其中，低溫是影響東北春玉米生產的主要農業氣象災害[5]。通常，玉米種子萌發的適宜溫度為26℃左右[6-7]，低溫會抑制種子發芽，甚至爛種，幼苗存活率降低。苗期低溫會造成內源激素系統紊亂，葉綠素合成受阻及葉片枯萎，生長代謝緩慢[8]，最終導致減產和品質下降。因此，獲得提高低溫條件下春玉米出苗率的技術和方法，研究其生理作用機制，對提升玉米防災減災能力具有重要的理論意義和應用價值。目前，種子引發與種子包衣等技術廣泛應用在作物上，緩解逆境脅迫下受到的傷害，如大麥[9]、棉花[10]、茄子[11]、番茄[12]等，種子引發大多采用植物生長調節劑，鈣鹽[13]、葡萄糖等物質。外源激素處理可提高低溫脅迫下玉米幼苗滲透保護物質含量，降低有害物質積累[14]。外源Ca2+能保持逆境下細胞膜穩定，通過改善抗氧化酶活性提高植物耐鹽性[15]、耐熱性[16]、耐寒性[17]、抗旱性[18]等。種衣劑既能對病原體和害蟲起到防治作用，又能增強作物種子對低溫等非生物脅迫的抗性，從而保障種子出苗率及植物生長發育[19]。近年來，超聲波作為一種物理處理策略，在生物科學研究領域已得到了廣泛應用。研究表明，農作物種子經超聲波處理后，其細胞結構遭到破壞，增加了細胞內容物通過細胞膜的穿透能力，提高了種子活力、促進種子萌發及幼苗生長、增強了植株抗逆能力及作物產量[20-21]。有關化控劑、種衣劑及超聲波處理種子改善作物抗逆性的研究已有報道，但是綜合利用多種化學物質及超聲波處理技術對玉米低溫脅迫的緩解效應尚無系統報道。本研究以‘先玉335’種子為材料，綜合設計浸種劑、超聲波處理及種子包衣處理，研究各種處理措施對低溫下玉米出苗率及相關生理性狀的影響，為玉米減災保產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2019—2020年在黑龍江大學呼蘭校區試驗田及植物生理生化實驗室進行。

1.2 試驗材料

供試材料玉米種子為‘先玉335’及玉米營養生長期植株葉片。

1.3 試驗地點氣溫

田間試驗在2019年4月15日—5月15日期間，最高溫為10～28℃，最低溫為-3～14℃，符合玉米形成低溫脅迫條件（數據信息來源http://tianqi.2345.com/wea_history/60424.htm）。

1.4 試驗方法

1.4.1 溶液配制

（1）BR溶液：稱取油菜素內酯0.5 mg溶于1 L水中；谷胱甘肽溶液：稱取1.535 g谷胱甘肽溶于1 L水中；（2）褪黑素溶液：稱取0.2323 mg褪黑素溶于1 L水中；（3）復合溶液1：稱取CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、水楊酸鈉0.06 g、谷胱甘肽1.535 g、褪黑素0.2323 mg，溶于1 L 水中 ；（4）復合溶液 2：稱量 CaCl20.55 g、BR 0.5 mg、谷胱甘肽1.535 g、脯氨酸15 mg、葡萄糖9 mg，溶于1 L水中。

1.4.2 試驗設計 對玉米種子進行浸種及超聲波處理，共設計16個組別（見表1），種子風干后，一半進行種衣劑包衣處理，剩余部分作為對照。2019年4月15日，在黑龍江大學呼蘭校區試驗田播種，5月15日調查出苗率。2019年6月25日，采集九葉一心時期的玉米葉片，-80℃保存用于測定生理指標。

表1 種子處理設計

1.4.3 測定項目與方法

（1）出苗率統計

在播種后1個月，即2019年5月15日統計早播玉米各處理種子的出苗數，計算出苗率見公式為(1)。

式中，Et表示播種t天后的出苗數，N表示播種種子總粒數。

（2）葉綠素(SPAD)測定

使用SPAD-502Plus手持式葉綠素計測定SPAD值，3次重復。

（3）可溶性糖、可溶性蛋白測定

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用紫外吸收法測定可溶性蛋白含量[22]，3次生物學重復。

（4）過氧化酶活性測定

參照趙平[23]方法測定過氧化物酶活性，3次重復。

2 結果與分析

2.1 種子處理對早播玉米出苗率的影響

從表2可知，種子包衣處理組出苗率均顯著高于相應的不包衣組，T1～T15處理組與CK間差異顯著，其出苗率分別比CK增加了148.42%、141.97%、161.32%、161.32%、141.97%、150.03%、140.35%、148.41%、141.97%、154.87%、129.07%、141.96%、148.41%、138.74%、143.58%，但T1至T15處理組間差異不顯著。未包衣種子，通過生長調節劑、復合溶液與超聲處理后出苗率也明顯高于CK，T1～T15處理組的出苗率分別比CK增加了59.69%、22.23%、51.20%、30.49%、19.15%、50.02%、40.20%、30.11%、43.02%、47.07%、47.28%、46.49%、34.79%、27.46%、42.23%。

表2 不同處理對早播玉米出苗率的影響

2.2 種子處理對早播玉米葉綠素生物合成的影響

如圖1所示，經浸種與超聲波處理的各組別，其SPAD值均明顯高于CK。未包衣T1～T15處理組的SPAD值分別比CK增加了7.72%、9.97%、14.33%、18.02%、14.23%、15.85%、11.81%、16.17%、14.19%、13.53%、11.22%、18.09%、12.34%、13.80%及14.85%，CK與未包衣處理組間差異顯著，T1～T15各處理之間無差異顯著。經浸種及超聲波處理后進行種子包衣的15個處理組的SPAD值也明顯高于CK，T1～T15處理組的SPAD值分別比CK增加了22.58%、23.64%、24.36%、19.87%、15.05%、10.10%、21.26%、15.25%、14.46%、12.28%、13.40%、20.53%、14.06%、13.93%，且CK與其他處理組差異顯著，種子包衣處理效果明顯好于未包衣處理。

圖1 不同處理對早播玉米葉綠素SPAD值的影響

2.3 種子處理對早播玉米可溶性糖含量的影響

如圖 2所示，在未包衣處理中，T4、T5、T7、T9、T10、T11、T12處理組的可溶性糖含量顯著高于CK，分別增加了11.72%、7.53%、7.47%、10.26%、13.05%、13.30%、17.43%。在種子包衣的處理下T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15可溶性糖含量均高于對照組，分別增加了25.26%、26.72%、19.91%、2.00%、0.85%、27.02%、34.24%、18.21%、16.82%、16.94%、11.84%、25.62%和18.28%，且T2、T3、T4、T7、T8、T9、T10、T12、T13、T14和T15處理組均與CK間差異顯著。

圖2 不同處理對早播玉米可溶性糖的影響

2.4 種子處理對早播玉米可溶性蛋白含量的影響

如圖3所示，包衣進行的處理組T5、T7、T8、T10可溶性蛋白含量均高于對照組CK，增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%，其中T5、T7、T8、T10與CK差異顯著，T5和T8之間差異不顯著，T7和T10之間差異不顯著，T1、T3、T4、T6、T11與CK無顯著差異。未包衣處理組T4、T14、T15的可溶性蛋白含量均高于CK，分別增加了2.47%、4.01%、1.36%，T4、T14、T15之間無顯著差異，T4、T15與CK之間無顯著差異。

圖3 不同處理對早播玉米可溶性蛋白含量的影響

2.5 種子處理對早播玉米過氧化物酶活性的影響

如圖4所示，未包衣處理組T8、T9、T11、T12的過氧化物酶活性均高于對照組CK，分別增加了11.28%、12.61%、16.35%、2.02%，且T8、T9和T11與CK差異顯著，T12與CK差異不顯著。種子包衣處理組T1、T2、T3、T10、T14和T15的過氧化物酶活性含量均顯著高于CK，分別增加了32.18%、28.21%、26.37%、40.70%、19.23%、18.88%，且與CK差異顯著，T1、T2、T3處理組間差異不顯著，T14與T15差異不顯著，T10處理組過氧化物酶活性明顯高于其他處理組，與其它處理組之間差異顯著。

圖4 不同處理對早播玉米過氧化物酶活性的影響

3 討論

早播玉米由于田間溫度較低，嚴重影響了種子萌發及出苗。在營養生長階段，長時間低溫脅迫會影響玉米葉片葉綠素的生物合成，導致光合作用效率下降。本研究表明，通過浸種、超聲波及種衣包衣處理能夠有效緩解早播玉米受到的低溫傷害，提高了玉米出苗率，增強了葉綠素生物合成效率。以咯菌腈為主要成分的種子包衣處理緩解低溫損傷效果明顯，促進了玉米植株生長，與李防洲[24]對棉花、胡偉鳳[25]在超聲波處理水稻及孫彤彤等[26]對黃瓜的研究相符。

在低溫環境中，植物體生物代謝相關酶系統易于遭到破壞，蛋白質合成受阻致使含量下降。本試驗結果表明，T7與T10種衣劑處理后可溶性蛋白與對照組差異顯著，與CK相比增加了21.72%、19.16%，不包衣處理T14與CK相比差異顯著，增加了4.01%。綜合利用浸種劑、超聲波及種衣劑處理可以增強玉米植株蛋白質合成，但效果并不顯著，與徐小蓉等[18]在干旱脅迫中的研究相符。

早播玉米在低溫脅迫下，植株生長發育受到抑制，膜系統遭到破壞，植株抗氧化系統效率降低，從而產生過多的活性氧，破壞了代謝平衡。本試驗結果表明，對玉米種子進行種衣劑包衣及浸種劑處理后提高了過氧化物酶活性，清除了過多的活性氧，植株抗低溫能力增強，與史中飛等[27]對油菜、侯雯等[28]對玉米及趙娜[29]在高溫下褪黑素對黃瓜幼苗生長的影響等相關報道一致。因此，不同浸種劑、超聲波及種衣劑處理玉米種子為進一步研究玉米抗低溫提供了依據。

4 結論

（1）當溫度較低時玉米種子受到低溫脅迫，抑制了玉米種子的萌發，降低了種子發芽速度，從而降低了出苗率。通過利用浸種劑、超聲波及種衣劑并設計多種配方對玉米種子進行處理，可以緩解低溫災害對玉米的影響，顯著提高出苗率。

（2）早播玉米受到低溫脅迫，葉綠素合成受阻，SPAD值下降。浸種劑、超聲波與包衣處理在不同程度上提高了SPAD值，促進葉綠素生物合成。

（3）可溶性糖和可溶性蛋白是植物代謝及基因表達的重要因子，早播玉米受到低溫脅迫時可溶性糖含量增高，T4、T5、T7、T9、T10、T12包衣與未包衣處理下可溶性糖含量均升高，其中包衣處理效果明顯。可溶性蛋白在包衣處理下T5、T7、T8、T10與CK相比增加了8.60%、21.72%、9.70%、19.16%。

（4）當玉米受到低溫脅迫后隨時間的延長POD活性降低，經浸種、超聲波及包衣處理后，POD活性上升，提高了玉米的抗氧化能力。