孙秀梅 潘哲宇 张兵 孙秀云

摘要 以常规籼稻桂香占和华航31为试验材料，通过人工气候箱培养，研究了超声波处理籼稻干种子和湿种子对发芽特性、淀粉酶活性和幼苗抗性的影响。结果表明，超声波处理干种子和湿种子均提高了种子的发芽速率和发芽率，其中均以超声波处理湿种子发芽速率最快。超声波处理可加快籼稻种子萌发代谢生理生化进程，吸水速度和淀粉酶活性在萌发初期均高于对照。超声波处理籼稻种子可降低MDA的含量，提高幼苗的SOD、POD活性，增加了游离脯氨酸和可溶性糖的含量。

关键词 超声波;籼稻;发芽;抗性

中图分类号 S 511.2+1  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）12-0047-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.012

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Ultrasound on Seed Germination and Seedling Resistance

SUN Xiu-mei1，PAN Zhe-yu2，ZHANG Bing3 et al

（1.Bayannur Green Industry Development Center，Bayannur，Inner Mongolia 015000;2.College of Plant Protection，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712199;3.Bayannur Agriculture and Husbandry Bureau，Bayannur，Inner Mongolia 015000）

Abstract Effects of ultrasound on seed germination，amylase activity and seedling resistance of Indica were studied by using the ultrasonic treatment to dry seeds and wet seeds of Guixiangzhan and Huahang 31 in the simulation experiment in phytotron.Results showed that ultrasonic treatment on dry seeds and wet seeds of Guixiangzan and Huahuang 31 significantly improved the germination speed and the germination rate.And ultrasonic treatment for wet seeds could get the highest germination speed.Ultrasonic treatment could accelerate the physiological and biochemical processes of metabolism.The water-absorption speed and amylase activity of ultrasound treatment on dry seeds and wet seeds were greatly higher than the control.After ultrasonic treatment on seeds，the activities of SOD and POD in seedling all increased，the contents of MDA in seedling decreased，the content free proline and soluble sugar in seedling all increased.

Key words Ultrasound;Indica;Germination;Resistance

種子处理是农业生产中的重要环节，种子处理一方面可以减少在生长、收获、贮藏过程中所造成的种子活力下降，使其活力得到一定的恢复;另一方面能杀灭种子所携带的病菌、提高种子发芽率、防治苗期病虫害、增加幼苗营养、促进生长发育，从而实现苗全、苗齐、苗壮和增加作物产量的目的[1-2]。目前，超声波作为一种无公害的物理处理手段在生物科学领域已得到了广泛的应用，有研究表明少量超声波处理能刺激细胞分裂，但中量和大量的超声波能抑制细胞分裂或死亡[3-6]，其优点不断被认识，逐渐成为种子处理的重要方法之一。水稻种子经过超声波处理后，可以提高种子活力，促进种子的萌发，提高发芽势和发芽率[4-13]，但目前对超声波处理后的种子变化缺乏深入的研究。鉴于此，笔者以超声波处理的干种子和湿种子为试验材料，研究种子经过超声波处理后在萌发初期淀粉酶活性、种子吸水动态的变化，考察水稻幼苗的抗性，旨在为超声波处理作物种子提供新的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试水稻品种为常规籼稻桂香占和华航31，种子为2012年自留种。

1.2 试验处理 试验设不超声波处理（CK）、湿种子超声波处理（WUT）和干种子超声波处理（DUT）3个处理。超声波处理方法：种子风选后，分别放入超声波种子处理器（20 kHZ，220 W 广州新栋力超声电子设备有限公司生产）中超声波处理5 min。处理后的种子采用不浸种催芽直接播种在装有3.5 kg石英砂的陶瓷盘（50 cm×35 cm）中，于人工气候箱中培养，温度设为25（±1）℃，光照时间为昼/夜12 h/12 h，适时喷水保持石英砂湿润，3次重复。

1.3 指标测定

1.3.1 发芽率测定。在播种后第3、4、5、6天时每个重复调查100粒种子的发芽数。

种子发芽率（%）=发芽数/供试种籽粒数×100

1.3.2 相对吸水率和相对吸水量测定。采用质量级法进行测定。在萌发试验前称量每个重复100粒种子的质量，分别于置床12、24、36和48 h后取出种子用吸水纸擦净称量。

相对吸水量=[（Wt-W）/W]×100%

相对吸水率（mg/h）=（Wt-W）/t×103

式中，Wt为吸干表面水分后种子的质量;W为风干种子的质量;t为种子置床吸水时间[14]。

1.3.3 淀粉酶的测定。分别在播种后第1、3、5天选萌动或发芽种子，放入-80 ℃冰箱保存备用。用3，5-二硝基水杨酸（DNS）测定淀粉酶活性，以每毫克蛋白每5 min形成的麦芽糖毫克数表示其活性[15]。

1.3.4 抗氧化酶活性测定。播种后14 d时，取幼苗保存于-80 ℃备用，SOD采用NBT光化学还原法测定（以抑制NBT光化学还原的50%作为1个酶活单位）;POD用愈创木酚法测定（以每分钟吸光度变化值表示酶活性大小）;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量[16]。

1.3.5 渗透调节物质的测定。在种子播种后14 d時，取水稻幼苗保存于-80 ℃备用，采用茚三酮显色法测定游离脯氨酸[15]和蒽酮比色法测定可溶性糖的含量[17]。

1.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2010处理试验数据;采用Statistics 8.0数据处理系统进行统计分析;采用Origin 8.1绘图。

2 结果与分析

2.1 超声波处理水稻种子对萌发的影响

从图1可以看出，超声波处理干种子和湿种子的发芽率均高于对照。超声波处理的桂香占干种子和湿种子在处理后3、4和5 d时发芽率分别达到了28.33%、67.67%、97.00%和31.00%、71.67%、96.67%，分别比CK显著提高55.00%、17.48%、5.85%和41.65%、10.95%、6.21%。超声波处理华航31湿种子和干种子的发芽率与桂香占表现一致，在种子处理后3、4和5 d时分别比对照显著提高了54.16%、18.63%、1.18%和41.67%、34.31%、4.31%，说明超声波处理干种子和湿种子都能促使籼稻种子的发芽，提高其发芽速率。

2.2 超声波处理对水稻种子相对吸水量和相对吸水效率的影响 超声波处理对水稻种子相对吸水量的影响结果（图2）表明，超声波处理的干种子和湿种子的相对吸水量均高于对照。DUT、WUT处理的桂香占种子相对吸水量在种子处理后12、24 h与CK相当，在处理后36、48 h相对吸水量分别达到了35.04%、33.89%和42.71%、42.21%，分别比CK提高了6.58%、2.91%和6.31%、4.78%。DUT、WUT处理对华航31种子相对吸水率的影响与桂香占一致，在处理后36、48 h相对吸水量分别比CK提高了10.59%、2.31%和23.78%、20.82%。

超声波处理对水稻种子相对吸水率的影响结果（图3）表明，超声波处理的干种子和湿种子相对吸水率在处理后36、48 h均高于对照。WUT、DUT处理的桂香占种子的相对吸水率在种子处理后12、24 h与CK相当，在种子处理后36、48 h相对吸水效率分别达到了78.74、76.95和95.97、95.83 mg/h，分别比CK提高了7.21%、4.78%和6.94%和6.79%。WUT、DUT处理对华航31种子的相对吸水效率的影响与桂香占一致，在处理后36、48 h相对吸水效率分别比CK提高了6.88%、2.58%和22.63%、21.12%。

2.3 超声波处理对水稻种子萌发中淀粉酶的影响 一般来说，水稻种子活力高、发芽快且发芽率高，而且淀粉酶活性高。从图4a、b可以看出，超声波处理水稻干种子和湿种子均提高了种子萌发中的总淀粉酶活性。在种子处理1、3、5 d时，DUT、WUT处理的桂香占种子α-总淀粉酶活性分别比CK显著提高了17.41%、13.21%、28.72%和33.22%、37.36%、31.38%;DUT、WUT处理的华航31种子α-总淀粉酶活性分别比CK显著提高了45.28%、20.07%、15.53%和52.41%、52.88%、16.27%。

超声波处理对水稻种子α-淀粉酶活性的影响结果（图4c、d）表明，超声波处理水稻干种子和湿种子均显著提高了种子α-淀粉酶的活性。在种子处理1、3、5 d时，DUT、WUT处理的桂香占种子总淀粉酶活性分别比CK显著提高了2.49%、23.07%、28.39%和41.03%、43.95%、34.53%;DUT、WUT处理的华航31种子总淀粉酶活性分别比CK显著提高了61.24%、35.09%、6.38%和74.68%、99.86%、18.04%。

2.4 超声波处理对水稻幼苗抗性的影响

从表1可以看出，超声波处理干种子和湿种子均可以提高水稻幼苗的SOD、POD活性，降低MDA的含量，增加游离脯氨酸和可溶性糖的含量。DUT、WUT处理GXZ种子后幼苗的SOD活性分别比CK显著提高了3.87%、10.95%;HH31分别比CK显著提高了28.12%、32.84%。DUT、WUT处理对水稻幼苗的POD活性的影响与SOD表现一致，均显著高于CK。DUT、WUT处理的GXZ水稻幼苗的MDA含量分别比CK显著降低了14.09%、20.54%，HH31则分别比CK显著降低了29.90%、31.33%。WUT处理的GXZ、HH31幼苗的游离脯氨酸分别比其CK提高了40.83%、10.42%。WUT处理的GXZ、HH31幼苗的可溶性糖则分别比其CK提高了26.15%、15.86%。结果表明，超声波处理水稻干种子和湿种子后有利于提高水稻幼苗的抗性。

3 结论与讨论

（1）该研究结果显示，超声波处理干种子和湿种子都能加快种子的发芽速率并提高发芽率，其中湿种子的发芽速度最快，这可能与超声波处理干种子和湿种子时介质分别为空气和水有关。前人研究发现，超声波是指频率在20～106 kHz的机械波，波速一般为1 500 m/s，波长为0.01～10.00 cm，其波长远大于分子尺寸[18-19]，说明超声波不能直接对分子起作用，而是通过周围环境间接影响分子，所以超声波的作用与其作用的环境密切相关。因而超声波处理干种子和湿种子后发芽效果不一，超声波处理后水分子与空气的不同作用仍有待进一步研究。

（2）试验结果显示，超声波处理干种子和湿种子的相对吸水量和相对吸水率均高于对照，另外超声波处理干种子和湿种子后的总淀粉酶和α-淀粉酶活性均高于对照，这可能是超声波处理加快种子萌发重要原因之一。因为经过超声波处理后的种子吸水加速，酶活性增强，胚乳代谢启动，胚呼吸作用增强，总淀粉酶和α-淀粉酶活性迅速增强，淀粉首先被分解为简单的有机物，被运送到生长的胚中，作为幼胚生长的营养物质。但超声波处理对种子膜的通透性、呼吸速率等的影响还有待进一步的研究。

（3）超声波处理干种子和濕种子均提高了水稻幼苗的SOD、POD活性，降低与MDA的含量，增加了游离脯氨酸和可溶性糖的含量，说明超声波处理可以调节水稻幼苗细胞膜保护酶类的活性，而防止膜脂过氧化，维持膜的完整性，有利于提高秧苗的素质，为培育壮秧提供了一个新的途径。

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