人工加速老化對鮮食玉米種子生理生化特性的影響

王亞飛，韓鵬，李嬌，劉新月，段會軍*

（1.河北農業大學，華北作物種質資源研究與利用教育部重點實驗室，河北 保定 071001；2.河北省農業技術推廣總站，河北石家莊 050000）

種子活力在生理成熟期達到最高，其后開始老化，在老化過程中種子不僅外在發生一系列變化，內部也相應地進行著連鎖的生理生化變化，老化會使種子的構造和活性受到破壞[1～3]。老化、劣變是種子活力下降的主要原因或機制所在，因此，衡量種子品質的一個重要指標就是種子活力[4，5]。

目前國內外有關種子老化及劣變的研究報道很多。劉月輝等[6]研究了辣椒種子老化過程中生理生化的變化，發現隨著老化程度的加重，種子的各項發芽指標均逐漸降低，辣椒種子老化過程中種子活力降低可能是由于細胞膜系統受損和有毒物質積累造成的。劉明久[7]采用人工老化的方法研究了玉米雜交種的老化機理，結果顯示，不同玉米品種的耐老化能力存在明顯差異，老化處理后種子活力降低，浸出液電導率升高，其中淀粉酶活性降低是種子活力降低的生理原因之一。祝煜中等[8]研究發現，隨著老化時間的增加，2個甜玉米品種的種子活力以及DHA和POD活性均逐漸降低，老化處理6 d后，農甜88種子發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、DHA活性和POD活性的降幅均低于農甜99，農甜88種子的耐老化能力強于農甜99。種子活力從強盛經歷衰弱，直至最后死亡，是一個從量變到質變的復雜過程。種子貯藏后出現的一系列活力下降現象，例如種子萌發延遲、生長勢降低、發芽力消失等，往往首先在生化反應上展現出來[9，10]。在可預測的條件下進行人工老化處理，獲得程度不同的老化種子，這種做法通常被用在種子活力測定上[11]。前人研究表明，人工加速老化處理后，普通玉米種子的發芽率以及SOD和POD酶活性均出現降低[12]，但不同品種的抗老化能力存在差異[13，14]。前人對普通玉米種子的老化進行了大量研究[15，16]，但是對鮮食玉米種子老化過程中發芽率以及生理生化的變化研究較少。為了明確人工加速老化條件下鮮食玉米種子生理生化活性的變化規律，以3個不同類型的鮮食玉米種子為試材進行可控制的加速老化處理，獲得不同老化程度的種子，根據種子活力以及SOD和POD活性的變化分析影響鮮食玉米種子活力下降的內在原因，進而為減慢種子衰老速度、增強種子活力水平提供研究依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試鮮食玉米品種為彩甜糯2號（甜加糯類型）、京科糯2000（糯玉米類型） 和美珍206（甜玉米類型），種子均由河北農業大學農學院玉米育種室提供。化學試劑有0.1 mol/L Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液（pH值7.8）、0.1 mol/L NaH2PO4溶液、130 mmol/L甲硫氨酸Met溶液、7.5×10-4μmol/L氮藍四唑NBT溶液、100μmol/L EDTA-Na2溶液，20μmol/L核黃素溶液、0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH值6.0）、愈創木酚，均在4℃冰箱中保存，備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 將玉米種子置于相對濕度90%的種子老化箱中，分別在溫度40、50和60℃下，處理時間均設0、2、4、6和8 d；以未老化處理的種子為對照（CK）。將老化處理后的種子在4℃下貯藏，備用。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 發芽率。每處理隨機取50粒種子，置于溫度20℃、光照周期12 h（光照）/12 h（黑暗）的發芽箱內進行標準發芽試驗，3次重復。測定第8天時的發芽率（8 d的總發芽數/供試種子總數×100%）。

1.2.2.2 酶活性。每處理分別取玉米種子15粒，用粉碎機粉碎，單獨封裝后在4℃下貯藏，用于酶活性測定。

酶活性測定方法。取試樣0.5 g于冰浴研缽中，加入pH值7.8的50 mmol/L磷酸緩沖液1 mL，充分研磨到無粗纖維為止；再加入上述磷酸緩沖液1 mL研勻，倒入10 mL離心管中，再用3 mL磷酸緩沖液1次或分次洗凈研缽，并倒入離心管。然后取適量在溫度2～4℃、轉速10 000 r/min下離心20 min，上清液即為酶提取液。采用氮藍四唑光化還原法測定SOD活性[17]；采用愈創木酚法測定POD活性[17]。計算酶活性，以每分鐘OD值變化0.01為1個酶活性單位（U）。

式中，A0為對照組吸光值；A1為待測樣品吸光值；Vt為樣液總體積（mL）；Fw為樣品鮮重（g）；V1為測定時樣品用量（mL）。

式中，ΔA470為反應中的吸光值變化；W為樣品鮮重（g）；t為反應時間（min）；Vt為提取酶液的總體積（mL）；Vs為測定用酶液的體積（mL）。

2 結果與分析

2.1 人工老化處理對鮮食玉米種子發芽率的影響

隨著老化時間的延長，3個玉米品種的種子發芽率均呈下降趨勢；同一品種，老化處理溫度越高，發芽率下降速度越快（圖1）。不同品種老化速度受溫度影響存在差異，其中，40℃條件下，發芽率下降速度順序為美珍206＞彩甜糯2號＞京科糯2000；50℃條件下，美珍206發芽率下降速度最快；60℃條件下，3個品種的發芽率下降速度基本一致。說明不同品種耐高溫能力存在差異。

2.2 人工老化處理對鮮食玉米種子SOD和POD活性的影響

2.2.1 對SOD活性的影響 隨著老化時間的延長，3個玉米品種的種子SOD活性均呈下降趨勢；同一品種，老化處理溫度越高，SOD活性下降速度越快（圖2）。3種溫度老化處理2 d內，SOD活性均下降最快；此后隨著老化處理時間的延長，SOD活性下降趨于平緩。3種溫度老化處理下，不同品種的SOD活性順序一致，即京科糯2000＞彩甜糯2號＞美珍206。

2.2.2 對POD活性的影響 隨著老化時間的延長，3個玉米品種的種子POD活性均呈下降趨勢；同一品種，老化處理溫度越高，POD活性下降速度越快（圖3）。3種溫度老化處理2 d內，POD活性均下降最快；處理2～8 d，隨著老化溫度的升高，POD活性下降不明顯。40℃條件下，3個品種的POD活性下降趨勢相差不大；50℃條件下，處理2 d內POD活性下降速度順序為美珍206＞彩甜糯2號＞京科糯2000，處理第2～8天3個品種的POD活性下降速度無明顯差異；60℃條件下，3個品種的POD活性差別不大。說明在一定溫度范圍內糯玉米的抗衰老能力強于甜玉米，溫度過高或過低時差異不明顯。

圖1 不同溫度和老化時間對鮮食玉米種子發芽率的影響Fig.1 Effects of different temperature and aging time on the germination rate of fresh corn seeds

圖2 不同溫度和老化時間對鮮食玉米種子SOD活性的影響Fig.2 Effects of different temperature and aging time on SOD activity of fresh corn seeds

圖3 不同溫度和老化時間對鮮食玉米種子POD活性的影響Fig.3 Effects of different temperature and aging time on POD activity of fresh corn seeds

3 結論與討論

判斷種子質量時，雖然在發芽率水平上有時看不出種子潛在活力的變化情況，但老化、劣變造成的活力組分變動以及活力水平障礙卻可以反映在發芽速率上[18]。本研究結果表明，種子老化早期，且處理溫度較低時，種子發芽率下降不明顯，但是種子的發芽速率已經變緩，在老化程度加劇的同時，種子發芽率也出現顯著的下降趨勢，直至完全喪失生命力。這與馬平安[19]的研究結果相似。說明溫度和處理時間對種子活力影響較大，不同品種種子的抗衰老能力有所差異。

本研究結果表明，隨著老化時間的延長，種子的SOD和POD活性均呈下降趨勢。這與李雪峰[20]的研究結果相似。相同溫度下，3個品種的種子SOD和POD活性變化趨勢基本一致，均隨老化處理時間的延長而逐漸降低。說明人工加速老化處理對種子SOD和POD活性的破壞程度隨老化時間的延長而加劇，從而導致酶活性的逐漸喪失。同一品種老化處理溫度越高，短時間內SOD和POD活性下降速度越快；隨著老化時間的延長，不同溫度處理的SOD和POD活性均下降趨緩。說明人工加速老化處理對種子SOD和POD活破的壞程度在短時間內隨著溫度的升高而加劇，從而導致酶活性逐漸喪失。