高压静电场缓解玉米种子快速脱水伤害的生理机制

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玉米(Maize)是我国三大粮食作物之一,播种面积和产量居粮食作物之首。玉米在国家粮食安全战略中处于突出位置,在保障未来我国粮食供应需求方面起着重要作用。玉米种子质量的优劣直接影响玉米栽培的产量。当前,玉米种子生产基本实现了标准化生产。玉米种子在收获后大多采用工厂化高温(45℃)、快速(24-48 h)烘干的方法进行脱水干燥,而在种子进行高温、快速脱水时,由于种子的成熟度、种子的大小很难均匀一致,导致种子的含水量也不一致,当种子含水量相对较高时,对种子进行高温快速脱水处理必然对种子造成伤害。如何运用科学的种子处理技术,在种子进行快速脱水处理前对种子进行预处理,缓解高温快速脱水干燥对种子的伤害值得深入研究。本研究以生产上大面积推广种植的玉米品种先玉335的母本PH6WC、父本PH4CV和杂交种种子为研究材料,在种子进行高温快速脱水干燥前,用参数不同的高压静电场对种子进行预处理,筛选出高压静电场预处理缓解高温快速脱水对种子伤害的最佳电场处理条件,然后用最佳电场处理条件对种子进行预处理,测定种子萌发和早期幼苗生长过程中种子和幼苗的生理生化指标,分析电场预处理对种子和幼苗生理生化指标的影响,探明高压静电场预处理缓解高温快速脱水对种子伤害的生理生化机制。主要研究结果如下:1、采用二次通用旋转组合设计,在电场强度为1.2-6.8 k V/cm,处理时间为18-112min的范围内,对父本种子最佳处理条件为电场强度4.0 k V/cm,时间60 min。此条件预处理,种子的相对电导率比其直接高温快速脱水处理降低了2.07%(24 h);发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别比其直接高温快速脱水处理高94.74%、13.29%、18.16%和34.67%;对母本种子的最佳预处理条件也为电场强度4.0 k V/cm,时间60 min。此条件预处理,种子的相对电导率比其直接高温快速脱水处理降低了32.24%(24 h);发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别比其直接高温快速脱水处理高43.75%、13.68%、20.28%和42.96%;对杂交种的最佳预处理条件为电场强度6.0 k V/cm,处理时间60 min。此条件预处理,杂交种的相对电导率比其直接高温快速脱水处理降低了21.44%(24 h);电场预处理,杂交种的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别比其直接高温快速脱水处理高130.00%、3.62%、15.52%和21.91%。2、父本、母本种子用4.0 k V/cm,60 min,杂交种用6.0 k V/cm,60 min的高压静电场预处理,提高了种子萌发和早期幼苗生长过程中幼苗SOD、POD、CAT的活性和可溶性蛋白、可溶性糖的含量,降低了幼苗MDA和超氧阴离子(O2.-)的含量。3、考察种子的发芽率、发芽指数、活力指数3项指标发现,不同类型的种子在最适电场处理条件下缓解高温快速脱水伤害的效应也存在差异。相对来说,电场处理提升父本和母本活力的效应优于杂交种。4、高压静电场预处理缓解高温快速脱水干燥对种子伤害的机制是:(1)高压静电场预处理,减轻了高温快速脱水对种胚细胞膜的损伤。(2)高压静电场预处理,通过诱导种子保护酶活性增强、可溶性蛋白和可溶性糖的积累,增强种子的耐逆性。高压静电场处理可作为玉米种子加工的处理技术应用于玉米种子生产加工实践。
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