陳立才,黃 芳,周 明,楊偉光,舒時(shí)富,賀 捷

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心,江西 南昌 330200)

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勻強(qiáng)高壓靜電場處理水稻種子的生物場效應(yīng)試驗(yàn)研究

陳立才1,黃 芳2,周 明1,楊偉光1,舒時(shí)富1,賀 捷1

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所,江西 南昌 330200;2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心,江西 南昌 330200)

摘要：研究了不同強(qiáng)度的勻強(qiáng)高壓靜電場及其處理時(shí)間對2個(gè)水稻品種種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和α-淀粉酶活性的影響。結(jié)果表明:隨著高壓靜電場強(qiáng)度的增大和處理時(shí)間的延長，水稻種子萌發(fā)期間的各項(xiàng)生理指標(biāo)均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；用300 kV/m的高壓靜電場處理水稻種子2 min具有最明顯的促進(jìn)作用，與未經(jīng)處理的對照相比，2個(gè)水稻品種種子的發(fā)芽率分別提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽勢分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)，α-淀粉酶活性分別提高了139.73%和130.28%。

關(guān)鍵詞：水稻；種子；勻強(qiáng)高壓靜電場;發(fā)芽率;發(fā)芽勢;α-淀粉酶活性

種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)資料,優(yōu)質(zhì)種子是獲取高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。水稻是我國種植面積最大、單產(chǎn)最高的糧食作物,負(fù)擔(dān)著保障糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定的重任[1-2]。在我國南方雙季稻區(qū)早稻播種時(shí),由于早春溫度較低,氣溫變化較大,因此農(nóng)作物種子特別是陳種生物活性較低,容易出現(xiàn)發(fā)芽率低、發(fā)芽不整齊、爛種等現(xiàn)象，這不僅會(huì)造成種子的大量浪費(fèi),更直接影響水稻的正常生產(chǎn)。

高壓靜電場處理種子技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的農(nóng)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)的原理是利用高壓靜電使物質(zhì)帶電,電場作為一個(gè)刺激因子對生物體內(nèi)生理活動(dòng)產(chǎn)生影響[3]。近年來,高壓靜電場生物效應(yīng)的研究工作十分活躍,例如：蔡興旺、康敏等人采用靜電場處理黃瓜、茄子和番茄種子,提高了出苗數(shù)和產(chǎn)量[4-6]；高偉娜、張本華等人利用高壓靜電場處理水稻種子,發(fā)現(xiàn)可以明顯提高種子的活力,促進(jìn)種子的萌發(fā)[7-9]。相關(guān)研究結(jié)果表明,利用高壓靜電場技術(shù),將高壓靜電場作用于作物種子,可改變種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高種子的生物活性,提高其發(fā)芽率和發(fā)芽勢,促進(jìn)苗期生長。但是,過強(qiáng)的靜電場或過長的作用時(shí)間,對種子的活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽后生長機(jī)能等會(huì)產(chǎn)生抑制作用[8,10]。由于各研究者采用的處理方法和試驗(yàn)條件不同,在勻強(qiáng)高壓靜電場對種子生物活性的影響方面至今尚沒有得到一致的較為明確的結(jié)果,致使該技術(shù)難以大面積推廣應(yīng)用[7]。

筆者利用勻強(qiáng)高壓靜電場處理水稻種子,研究了不同場強(qiáng)和處理時(shí)間對水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和α-淀粉酶活性的影響規(guī)律,旨在為勻強(qiáng)高壓靜電場種子處理機(jī)械的研發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐,為保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)開辟新的種子處理途徑。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試水稻品種為雜交秈早稻淦鑫202和雜交秈晚稻淦鑫699。勻強(qiáng)高壓靜電場種子處理儀為本課題組自行研制。高壓靜電場由220 V的交流電源經(jīng)過GF-2B型高壓靜電發(fā)生器轉(zhuǎn)化后獲得,該電源可以在0～150 kV范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié),輸出電流小于1 mA,儀器使用安全可靠,過載能力強(qiáng)。將高壓靜電電源與勻強(qiáng)高壓靜電場種子處理儀的兩塊銅板連接,形成高壓靜電場空間,輸出為對地負(fù)高壓。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)高壓靜電場強(qiáng)(E)和處理時(shí)間(T)兩個(gè)因素,每個(gè)因素設(shè)5個(gè)水平，共組合成25個(gè)處理。其中電場場強(qiáng)設(shè)E1=150、E2=200、E3=250、E4=300和E5=350 kV/m 5個(gè)水平,處理時(shí)間設(shè)T1=1、T2=2、T3=3、T4=4和T5=5 min 5個(gè)水平。設(shè)不經(jīng)任何處理的水稻種子為對照(CK)。在試驗(yàn)時(shí),將種子均勻置于電場中,使種子廣泛而充分地經(jīng)受靜電場的作用。因?yàn)殡妶鰞蓚€(gè)極板的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于種子所占的面積,故可以忽略電場的邊緣效應(yīng)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1發(fā)芽率和發(fā)芽勢的測定根據(jù)GB 5520─85種子發(fā)芽試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),分別將經(jīng)過電場處理的種子及未經(jīng)處理的對照種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn),每天記錄發(fā)芽數(shù),4次重復(fù),通過下面公式計(jì)算種子的發(fā)芽率(GR)和發(fā)芽勢(GP)：GR(%)=M1/M×100%;GP(%)=M2/M×100%。式中：M1為正常發(fā)芽種子數(shù);M2為前3 d發(fā)芽種子數(shù);M為供試種子總數(shù)。

1.3.2α-淀粉酶活性的測定在種子萌發(fā)第3天,隨機(jī)選取2.0 g發(fā)芽的種子(芽長約為0.5 cm),采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法[10]測定α-淀粉酶的活性,3次重復(fù)。

2結(jié)果與分析

2.1勻強(qiáng)高壓靜電場處理對種子發(fā)芽率的影響

經(jīng)勻強(qiáng)高壓靜電場處理后種子的發(fā)芽率結(jié)果見表1。由表1可以看出：2個(gè)供試品種經(jīng)高壓靜電場處理后得到了相同的趨勢,除E5T4、E5T5和E5T3處理外,其他各處理種子的發(fā)芽率都明顯高于CK的；2個(gè)供試品種經(jīng)E4T2處理后的發(fā)芽率分別為91.52%和92.94%,分別比CK提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn)。

2.2勻強(qiáng)高壓靜電場處理對種子發(fā)芽勢的影響

由表2可以看出,高壓靜電場處理對2個(gè)供試水稻品種種子的發(fā)芽勢有明顯的影響,其中經(jīng)E4T2處理后2個(gè)供試品種的發(fā)芽勢分別為85.45%和87.03%,比CK分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)。

注：表中數(shù)據(jù)均為重復(fù)試驗(yàn)的平均值，下同。

因此,水稻種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢會(huì)受到勻強(qiáng)高壓靜電場場強(qiáng)和處理時(shí)間的同時(shí)影響,當(dāng)這兩個(gè)因素均處于適宜水平時(shí),可以明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢；在25個(gè)處理中，以處理E4T2的效果最好，可以提高發(fā)芽率5.61～6.77個(gè)百分點(diǎn),提高發(fā)芽勢6.31～7.89個(gè)百分點(diǎn)。

2.3勻強(qiáng)高壓靜電場對種子α-淀粉酶活性的影響

由圖1、圖2可以看出：勻強(qiáng)高壓靜電場處理對2個(gè)供試水稻品種種子的α-淀粉酶活性有明顯的影響,在E1和E2的場強(qiáng)下,α-淀粉酶活性隨處理時(shí)間的延長呈逐漸增強(qiáng)的趨勢,隨著場強(qiáng)的逐漸增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；在E5較高電場強(qiáng)度下,α-淀粉酶活性呈現(xiàn)出下降的趨勢；在所有處理組合中，E4T2提高種子α-淀粉酶活性的效果最明顯，經(jīng)E4T2處理后2個(gè)供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%。說明用適當(dāng)強(qiáng)度的勻強(qiáng)高壓靜電場對水稻種子進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的處理可以提高種子的α-淀粉酶活性。

3結(jié)論與討論

前人就高壓靜電場對水稻種子生理指標(biāo)的影響進(jìn)行了較多的研究,李一等[12]研究發(fā)現(xiàn),采用1000 min·kV/m高壓靜電場處理能顯著提高水稻陳種的活力,對其發(fā)芽后的生長有明顯的促進(jìn)作用。王清元等[13]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)強(qiáng)度的高壓靜電場和處理時(shí)間可以明顯提高水稻種子的活力,但過高的場強(qiáng)和過長的處理時(shí)間會(huì)有明顯的抑制作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明:選擇適當(dāng)?shù)碾妶鰪?qiáng)度及處理時(shí)間可明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢；當(dāng)處理組合為300 kV/m+2 min時(shí),可明顯提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢,與對照相比，2個(gè)供試品種的發(fā)芽率分別提高了5.61和6.77個(gè)百分點(diǎn),發(fā)芽勢分別提高了7.89和6.31個(gè)百分點(diǎn)?？梢哉J(rèn)為,勻強(qiáng)高壓靜電場處理能誘導(dǎo)或啟動(dòng)種子體內(nèi)攜帶的某種信息,促使發(fā)生一定的反應(yīng)而激活種子的內(nèi)部潛力,從而促進(jìn)種子的萌發(fā)。但本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過高的場強(qiáng)或過長的處理時(shí)間會(huì)抑制種子的發(fā)芽，如在處理組合為350 kV/m+4 min和350 kV/m+5 min時(shí),種子發(fā)芽受到了明顯抑制。說明高壓靜電場處理水稻種子存在一個(gè)稱為閾值的臨界場強(qiáng)。這與王清元等[13]的研究結(jié)果相似。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明,隨著電場強(qiáng)度和處理時(shí)間的改變,水稻種子萌發(fā)期α-淀粉酶的生物活性在前期有明顯的上升,在后期有所下降。本試驗(yàn)的最佳處理組合為300 kV/m+2 min,在此條件下2個(gè)供試品種的α-淀粉酶活性分別為85.45和87.03 mg/(g·min),比CK分別提高了139.73%和130.28%；當(dāng)電場強(qiáng)度為350 kV/m時(shí),各處理時(shí)間下種子的α-淀粉酶活性均受到了抑制。這與勻強(qiáng)高壓靜電場對種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢影響的趨勢相近。說明在適當(dāng)勻強(qiáng)高壓靜電場和處理時(shí)間作用下,種子生理活動(dòng)會(huì)發(fā)生變化,酶活力會(huì)明顯提高,種子萌發(fā)率及種子萌發(fā)對體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的利用率會(huì)提高[14-15]。

因?yàn)椴捎玫膭驈?qiáng)高壓靜電場處理方法和試驗(yàn)條件不同,本試驗(yàn)得到的對水稻種子生物特性影響的最佳處理結(jié)果與前人的研究結(jié)果并不完全一致；另外，用勻強(qiáng)高壓靜電場處理水稻種子是否會(huì)對大田生產(chǎn)帶來增產(chǎn)效果,還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Study on Biological Field Effect of Uniform High-voltage Electrostatic Field on Rice Seeds

CHEN Li-cai1, HUANG Fang2, ZHOU Ming1, YANG Wei-guang1, SHU Shi-fu1, HE Jie1

(1. Institute of Agricultural Engineering, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China;2. Agricultural Techniques Popularization Centre of Nanchang County in Jiangxi Province, Nanchang 330200, China)

Abstract：The influence of two rice cultivars on the germination rate, the germination potential, and α-amylase activity in different uniform high-voltage electrostatic field and different time treatments. The results indicated that with the increasing of high-voltage electrostatic field intensity and the extension of different processing time, the each physiological indexes of rice seed germination period showed a trend of first rising then falling. The rice seed had a conspicuous promoting effect under the uniform high-voltage electrostatic field of 300 kV/m and in 2 min treatment, compared with the untreated controls, the germination rate were improved 5.61 and 6.77 percentage points, the germination potential were improved 7.89 and 6.31 percentage points, the α-amylase activity were improved by 139.73% and 130.28%, respectively.

Key words：Rice; Seed; Uniform high-voltage electrostatic field; Germination rate; Germination potential; α-amylase activity

收稿日期：2015-10-28

基金項(xiàng)目：江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金(青年基金)項(xiàng)目(2012CQN015);南昌市對外科技合作與成果轉(zhuǎn)化推廣計(jì)劃項(xiàng)目(2013HZCG002);江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化與示范基金項(xiàng)目(2014CZH002);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460320)。

作者簡介：陳立才(1985─),男,山東濰坊人,助理研究員,碩士,主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程研究。

中圖分類號：S511.041

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0028-03