康淑琴，馬 靜，吳鵬飛，Mulualem Tigabu，馬祥慶

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002； 2.瑞典農(nóng)業(yè)大學(xué)，瑞典 烏普薩拉)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)是我國(guó)南方主要的用材林造林樹種之一，在我國(guó)林業(yè)生產(chǎn)中占重要地位[1]。大量研究表明：杉木種子空粒和澀粒子多[2-3]，存在種子發(fā)芽率低，出苗不齊等問(wèn)題，影響了杉木人工造林[4-6]。因此，如何促進(jìn)杉木種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，降低育苗成本，成為當(dāng)前林業(yè)生產(chǎn)中急需解決的重要課題。

近年來(lái)，利用電流對(duì)種子誘變和生理的影響研究成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。MURR[7]、黃洪云等[8]、譚丞等[9]研究表明：植物種子在電處理下均會(huì)改變種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，影響種子酶活性，從而提高種子的抗逆性。徐江[10]、楊翠翠[11]研究認(rèn)為：在電暈場(chǎng)處理下，植物種子種皮的通透性改變，外滲液電導(dǎo)率降低；種子萌發(fā)期的酶活性(SOD、POD)提高以及MDA的降低。龐嘉等[12]、溫增蓮等[13]利用介電以及電噴霧萃取及電離質(zhì)譜法來(lái)分析目標(biāo)種子，提升種子各項(xiàng)活力指標(biāo)，進(jìn)而分選出優(yōu)良種子。張作偉等[14]利用二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化高壓電場(chǎng)來(lái)處理高粱(Sorghumbicolor)種子，使得膜內(nèi)外電場(chǎng)改變，促進(jìn)能量ATP的形成以及酶活性的改變，獲取最佳的電處理?xiàng)l件。王淑惠等[15]對(duì)小麥(Triticumaestivum)種子進(jìn)行適宜的電場(chǎng)強(qiáng)度處理后發(fā)現(xiàn)：處理后小麥苗高、葉片數(shù)、總根數(shù)、分蘗數(shù)等指標(biāo)均優(yōu)于未處理的小麥。李明剛[16]對(duì)苡米(Coixlacryma-jobi)施加0.3～0.5 A的低頻電流，處理后苡米種子發(fā)芽率、活力和幼苗的生長(zhǎng)狀況均有提高。林宏翔[17]對(duì)經(jīng)低頻電流處理后的小麥種子增產(chǎn)量分析顯示：施加電流0.4 A時(shí)，小麥的分蘗、結(jié)穗、成熟等生理過(guò)程均比未處理的提前2～4 d，株高增量90 cm左右。董匯澤[18]設(shè)計(jì)不同的低頻電流強(qiáng)度和處理時(shí)間對(duì)辣椒種子進(jìn)行處理后發(fā)現(xiàn)，電流強(qiáng)度是使種子發(fā)芽勢(shì)改變的主要原因。王洪生[19]也報(bào)道了低頻電流處理對(duì)種子抗病能力有明顯提高，當(dāng)電流過(guò)大則會(huì)破壞種子內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)，影響代謝過(guò)程，抑制種子萌發(fā)。目前有關(guān)電處理對(duì)種子萌發(fā)影響的研究多集中在草本植物，有關(guān)電處理對(duì)木本植物種子影響的研究較少。鑒于此，本研究以杉木種子為研究對(duì)象，利用自主設(shè)計(jì)的低頻電流發(fā)生裝置，設(shè)置不同低頻電流、不同時(shí)間處理杉木種子，比較不同電處理杉木種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)的差異，分析在最佳萌發(fā)條件下電處理對(duì)杉木種子的SOD、POD、CAT活性及MDA含量的影響，以篩選出提升杉木種子發(fā)芽率的電處理的最適條件，為杉木育苗提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)杉木種子購(gòu)自福建省閩林種苗園藝服務(wù)公司，為同一家系杉木產(chǎn)的種子。利用DCJS1001D穩(wěn)壓器，進(jìn)行自主設(shè)計(jì)低頻電流，制作一個(gè)PVC材質(zhì)的長(zhǎng)方體容器，其兩端利用可通電的鋁片進(jìn)行封口，將移動(dòng)變阻器、電流表、以及穩(wěn)壓器和導(dǎo)電管串聯(lián)，具體見(jiàn)圖1。

圖1 低頻電流裝置

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 用清水沖洗種子10～15 min，撿出水面漂浮的空粒和雜物，取出種子晾干，將種子均勻混合，分成150份，每份50粒。將分好的種子置于40 ℃的純水中浸泡1 d后裝入長(zhǎng)方形導(dǎo)管中。

在大量前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不同電流(60、120、180、240、300 μA)和不同電流處理時(shí)間(1、5、10、15 min)。利用自行設(shè)置的低頻電流裝置對(duì)種子進(jìn)行處理，并設(shè)未處理對(duì)照組(CK)，每組重復(fù)5次。處理后將種子移至放有濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中，加入能夠滿足種子發(fā)芽的去離子水，在人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)。根據(jù)林木種子發(fā)芽率測(cè)定的技術(shù)規(guī)范，將人工氣候箱溫度、濕度設(shè)置為(25±1) ℃、(50±5)%進(jìn)行培養(yǎng)。記錄每天發(fā)芽的種子數(shù)，直至種子發(fā)芽結(jié)束(大概10 d左右)。并測(cè)定不同處理種子的SOD、POD、CAT活性及MDA含量。

1.2.2 測(cè)定方法 發(fā)芽勢(shì)(%)=Gj/G×100%，發(fā)芽指數(shù)(%)=∑(Gt/Dt)，式中：Gj為7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)；G為供試種子數(shù)；Gt為每7 d內(nèi)的發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù)。

酶活性測(cè)定方法[20-22]：采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性[23]，采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定過(guò)氧化物酶(POD)活性[24]，采用紫外吸收法測(cè)定適宜處理?xiàng)l件下過(guò)氧化氫酶(CAT)活性[25]，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定適宜處理?xiàng)l件下丙二醛含量[26]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用Microsoft Excel 2007、SPSS 17.0等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析、LSD檢驗(yàn)法進(jìn)行方差分析和多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低頻電流處理對(duì)杉木種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由表1看出，不同低頻電流與處理時(shí)間對(duì)杉木種子發(fā)芽勢(shì)均有不同程度的影響。當(dāng)電流為60 μA時(shí)，杉木種子的發(fā)芽勢(shì)最高，比未處理種子提高11.11%；而當(dāng)電流為300 μA，處理時(shí)間為5 min時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)最低，比未處理種子的發(fā)芽勢(shì)降低44.44%。

在相同處理時(shí)間條件下，不同低頻電流處理杉木種子的發(fā)芽勢(shì)先隨著電流的增加而升高，隨后隨電流的升高而降低。相同低頻電流條件下，不同處理時(shí)間的種子發(fā)芽勢(shì)存在差異，電流為60 μA和120 μA的處理組中種子的發(fā)芽勢(shì)先隨著處理時(shí)間的增加而升高，隨后隨處理時(shí)間的升高而降低。

表1 低頻電流與處理時(shí)間對(duì)杉木種子發(fā)芽勢(shì)的影響

*：同一行中不同小寫字母為不同處理時(shí)間存在顯著差異(P<0.05)；同一列中不同大寫字母為不同電流強(qiáng)度存在顯著差異(P<0.05)；下同。

2.2 低頻電流處理對(duì)杉木種子發(fā)芽指數(shù)的影響

不同低頻電流與處理時(shí)間對(duì)杉木種子發(fā)芽指數(shù)有不同影響。從表2看出，當(dāng)電流為120 μA，處理時(shí)間為5 min時(shí)，杉木的發(fā)芽指數(shù)最高，比對(duì)照提升168%；當(dāng)電流為300 μA，處理時(shí)間為5 min時(shí)，發(fā)芽指數(shù)受到抑制最明顯，比對(duì)照降低42.55%；經(jīng)LSD多重比較(P<0.05)，兩者與對(duì)照均存在顯著差異。隨著電流的增加與處理時(shí)間的加長(zhǎng)，杉木發(fā)芽指數(shù)大體呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，隨著電流頻度的增高，低頻電流對(duì)杉木種子萌發(fā)的影響不明顯。

相同低頻電流、不同處理時(shí)間條件下，在電流60 μA和120 μA時(shí)，杉木種子發(fā)芽指數(shù)隨著時(shí)間的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。相同處理時(shí)間、不同低頻電流處理下，杉木種子發(fā)芽指數(shù)隨著電流的增加，發(fā)芽指數(shù)呈先增加后降低的趨勢(shì)。在電流處理為120 μA，處理時(shí)間為1 min與15 min時(shí)出現(xiàn)杉木種子發(fā)芽指數(shù)受抑制現(xiàn)象，種子發(fā)芽勢(shì)均有不同程度的下降。尤其是處理電流為240 μA時(shí)，受抑制最為明顯(P<0.05)，處理時(shí)間1、5、10、15 min分別比對(duì)照降低25.1%、40.42%、17.44%、34.46%。

表2 不同低頻電流與處理時(shí)間對(duì)杉木種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.3 低頻電流處理對(duì)杉木種子酶活性的影響

鑒于電流強(qiáng)度60 μA，處理時(shí)間為5 min處理組的發(fā)芽勢(shì)提高11.11%，發(fā)芽指數(shù)提高32.34%，因此選擇發(fā)芽勢(shì)最佳的處理組進(jìn)行杉木種子酶活性的測(cè)定。

電流強(qiáng)度60 μA，處理時(shí)間為5 min的杉木種子內(nèi)SOD、POD、CAT活性及MDA含量比對(duì)照均有不同程度的變化。從圖2看出，低頻電流處理對(duì)杉木種子的酶活性有較大影響。與對(duì)照相比，杉木種子SOD活性提高5.16%，POD活性提高39.88%，CAT活性提高11.76%；種子MDA含量比對(duì)照減少53.77%。說(shuō)明低頻電流處理可提高種子SOD、POD、CAT活性，有利于杉木種子的萌發(fā)。

圖2 低頻電流(60 μA，處理5 min)處理下杉木種子SOD、POD、CAT活性及MDA含量

3 討論

低頻電流處理種子技術(shù)在1960年就廣泛應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)多種作物種子均有提高其發(fā)芽狀況和增產(chǎn)的效果。本研究發(fā)現(xiàn)：在電流60～120 μA范圍內(nèi)，電流處理對(duì)杉木種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)有顯著的影響，但隨著電流頻度的進(jìn)一步增加及處理時(shí)間的增長(zhǎng)對(duì)杉木種子的萌發(fā)影響不顯著，這與前人的研究結(jié)果相似。謝曉宇等[27]利用電流對(duì)苦參種子進(jìn)行處理后，苦參幼苗在電流強(qiáng)度為2.0 A時(shí)形態(tài)指標(biāo)均達(dá)到最高，苦參種子的發(fā)芽勢(shì)最高，比對(duì)照增加了66.67%。申陽(yáng)[28]利用低頻交流電處理種子，處理較對(duì)照水稻空殼率降低3.6%。耿守杰等[29]對(duì)玉米種子施加不同電流，促進(jìn)玉米的發(fā)芽，增加玉米的產(chǎn)量。

大量研究表明：低頻電流處理對(duì)植物種子生理活性也有影響。龐嘉等[12]研究電暈場(chǎng)處理與介電分選對(duì)雜交水稻種子活力的影響表明：水稻種子在場(chǎng)強(qiáng)200 kV·m-1，處理時(shí)間4 min時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率比對(duì)照分別提高47.22%和23.53%；在電暈場(chǎng)處理下水稻種子的電導(dǎo)率及幼苗的丙二醛(MDA)含量均降低，脯氨酸含量與過(guò)氧化物酶(POD)活性均升高。本研究發(fā)現(xiàn)低頻電流處理能夠提高種子SOD、POD、CAT活性，并降低其MDA含量。這可能與電流處理后種子萌發(fā)期間存在大量游離氫離子和氧離子，提高了種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用，加快呼吸代謝，產(chǎn)生大量的H2O2，促使CAT活性增加有關(guān)；電流處理后MDA含量最大，可能是由于細(xì)胞膜通透性降低，導(dǎo)致細(xì)胞膜過(guò)氧化作用減弱，抑制了MDA的積累。杉木種子發(fā)芽率低可能與種子內(nèi)超氧自由基(O2-)含量較高，種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)少、種子吸水能力低等有關(guān)。由于杉木種子直徑小，強(qiáng)電流穿擊力對(duì)種子內(nèi)細(xì)胞膜、基因鏈等破壞性大，從而促進(jìn)活性酶修復(fù)細(xì)胞、呼吸代謝速率、基因表達(dá)等生理過(guò)程，打破種子休眠，促進(jìn)種子提前萌發(fā)。這些酶活性的提高也與電離出的正負(fù)離子不斷撞擊種子，使種子接收大量的能量，促使酶催化反應(yīng)的進(jìn)行有關(guān)[30]。

4 結(jié)論

本文以我國(guó)南方主要造林樹種杉木的種子為對(duì)象，研究不同低頻電流強(qiáng)度和處理時(shí)間對(duì)杉木種子萌芽的影響，其中，電流強(qiáng)度60 μA處理5 min的杉木種子的發(fā)芽勢(shì)最高，電流強(qiáng)度120 μA處理5 min的發(fā)芽指數(shù)最高；低頻電流處理提高了杉木種子的SOD、POD和CAT活性，降低了種子MDA含量，有利于杉木種子萌發(fā)。

本研究結(jié)果表明，發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)從0 μA到180 μA的低頻電流處理下，呈先上升后下降的趨勢(shì)，根據(jù)這一結(jié)果，不僅可以進(jìn)行低頻電流對(duì)杉木種子的處理更小的梯度的劃分進(jìn)行研究，還可以將其應(yīng)用于提高其他南方造林樹種種子萌發(fā)狀況。因此探索低頻電流對(duì)杉木種子萌發(fā)及其生理活性的影響是有必要的，也有利于提高我國(guó)南方主要造林樹種種子品質(zhì)。