一种提升玉米杂交种在干旱胁迫下种子活力的处理方法

摘要

本发明一种提升玉米杂交种在干旱胁迫下种子活力的处理方法，包含如下步骤：1）筛选出籽粒饱满，表面整洁的净种子；2）用蒸馏水配制每升含有0.8毫克‑1.6毫克CuSO

说明书

技术领域

本发明涉及一种作物种子处理方法，特别是在干旱胁迫下为适应机械化精细播种，提升玉米杂交种活力的种子处理方法。

背景技术

玉米是世界上重要的粮食及饲料作物，平均单产和总产量均居于世界首位。2014年开始，中国已经超越了美国，成为全球最多的玉米种植面积国家。玉米在中国分布十分广泛，主要分布在东北、华北和西南三个地区，这就形成了一个从东北到西南的狭长玉米种植带，这一种植带区域集中了中国玉米种植总面积的85%和总产量的90%。干旱是影响玉米生产重要的胁迫因素，阻碍玉米生长发育、干扰其生理过程，严重影响玉米籽粒的产量。

干旱条件是植物最容易受到的胁迫之一，也是自然界非常常见的逆境胁迫因素。干旱不仅会引起植物的内部结构和功能的空间变化，也制约植物的生长生理与产量的高低。

目前的玉米种子处理方法大多限于种子包衣，其功能基本限于病虫防治。当前种子处理方法难以解决两大突出问题：一是在干旱胁迫条件下，难以有效提高玉米杂交种活力，导致出苗难，齐苗难；二是少数有效的播前即时种子处理方法，水分过高，难以满足机械化精细播种的需要，造成处理后种子无法进行机械化播种，处理后种子难以贮藏。玉米生产中，迫切需要找到一种在干旱胁迫环境下快捷有效、成本低廉、适合机播、易于操作的玉米杂交种处理方法。

发明内容

本发明的目的是一种干旱胁迫环境下，能够提高玉米杂交种活力、适于机械化精细播种的种子处理方法。满足当前干旱地区或玉米播种遭遇旱季地区玉米生产的需要。为此本发明采取的技术方案是：

一种提升玉米杂交种在干旱胁迫下种子活力的处理方法，包含如下步骤：

1）种子筛选：对玉米种子进行精选，筛选出籽粒饱满，表面整洁的净种子；

2）配制浸种液：用蒸馏水配制每升含有0.8毫克-1.6毫克CuSO₄·5H₂O和150毫克-350毫克ZnSO₄·7H₂O的混合种子处理液；

3）浸种： 25℃室温下，用浸种液浸种8-10小时，浸种液以没过种子表面2-3厘米为宜，期间每隔1小时搅拌种子1次，并根据浸种液面高度及时补充处理液，使种子吸水均匀，达到吸胀状态；

4）种子脱水：将步骤3）浸种后的种子在室温保湿14-16小时，即开始浸种到开始干燥的时间为24小时；然后，在25℃恒温气流悬浮干燥，使种子水分回干至20-25%含水量区段。

作为优选方案，用蒸馏水配制每升含有1.2毫克CuSO₄·5H₂O和250毫克ZnSO₄·7H₂O的混合种子处理液。

本发明的有益效果是：本种子处理技术作业条件要求低，规程简易、操作简单、成本低廉、效果明显，能够满足干旱胁迫下机械化精准播种的技术的要求。

具体实施方式

本实施例以315、德玉四号、1302、506、农星207 五个玉米杂交种为实验材料，以去离子水浸种为对照组，利用5种不同配比的Cu+Zn复合处理液浸种，用18％浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫环境。对玉杂交种的发芽势、发芽率、苗高、根长、根数、苗干重和根干重7个指标进行分析，为微量元素Cu、Zn对于玉米种子活力影响的最适配比提供参考，同时，在田间胁迫条件下验证最佳配比的有效性，以期发掘一种简单有效的种子处理技术，提高种子在干旱胁迫下的出苗率，进而提高玉米产量。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

5个不同玉米杂交种：315、德玉四号、1302、506、农星207 。

处理液中的Cu²⁺元素来源于CuSO₄·5H₂O，Zn²⁺元素来源于ZnSO₄·7H₂O，利用18%PEG-6000溶液模拟干旱胁迫环境。

1.2 实验方法

1.2.1 种子处理

对每个杂交种，每份取种皮洁净、籽粒完整、大小一致的种子50粒，共6份，三次重复。对于每个重复的6份种子，在25℃下，分别用(0mgCuSO₄+0mgZnSO₄)/L、(0.4mgCuSO₄+50mgZnSO₄)/L、(0.8mgCuSO₄+150mgZnSO₄)/L、(1.2mgCuSO_{4>+ 250 mg ZnSO4)/L、(1.6mgCuSO4+350mgZnSO4)/L、(2.0mgCuSO4+450mgZnSO4)/L浓度的CuSO4和ZnSO4溶液浸泡8-10小时。处理液浸种后的种子，室温保湿14-16小时（即开始浸种-开始干燥的时间为24小时）。然后，25℃恒温气流悬浮干燥，使种子水分回干至20-25%（前期研究结果）的含水量区段。。}

1.2.2 发芽实验

将回干处理后种子置于底部放有三层滤纸的培养皿内，放置在25℃光照培养箱内做发芽实验，发芽期间，定期检查、补充浓度为18％的PEG-6000溶液至滤纸饱和(用18％的PEG-6000模拟干旱环境)。

1.2.3 指标测定

记录5％种子发芽的置床天数。置床第4天，记录发芽种子数，计算发芽势。第7天记录发芽种子数，计算发芽率，同时测定苗高、根长、根数、苗干重、根干重等指标。

苗高：测定并且记录每一粒发芽种子的苗高（种子到叶片顶端的距离），计算平均数。

根长：测定并且记录每一粒发芽种子的最长根的根长（种子到最长根的末尾的距离），计算平均数。

根数：计数每一粒发芽种子的根数，计算平均数。

苗干重：将同一处理的发芽种子的苗沿种子处剪下，一起装入纸袋，80℃烘干24小时，至恒重，电子天平称重烘干样品后，计算每粒种子幼苗的干重。

根干重：将同一处理的发芽种子的根沿种子处剪下，一起装入纸袋，80℃烘干24小时，至恒重，电子天平称重烘干样品后，计算每粒种子根的干重。

2 结果与分析

2.1 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下种子的发芽势和发芽率的影响

表1 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下玉米种子发芽势(%)的影响

表2 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下玉米种子发芽率(%)的影响

由表1、2可以看出，干旱胁迫下，5个玉米杂交种的发芽势、发芽率与对照组相比均有不同程度的提升，并且均随Cu+Zn复合处理浓度配比的升高呈先上升后下降的趋势。

在Cu+Zn复合处理的浓度配比相同时，德玉四号这个杂交种的发芽势比其他杂交种都低，但发芽率除对照组外相差不大。无论用哪种配比的Cu+Zn复合处理，315、1302、506这3个杂交种的发芽势都能维持在60%以上，5个杂交种的发芽率都能维持在60%以上。5个杂交种中被不同配比的Cu+Zn复合处理浸种后，杂交种315的发芽势最好，当Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候，发芽势最高为93%，即4天内各个杂交种中所萌发的种子数最多的为315；发芽势最低的为德玉四号，当Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L和（1.6+350）mg/L的时候并列最高为77%，说明德玉四号这个杂交种对（1.2+250）mg/L～（1.6+350）mg/L Cu、Zn元素的配比处理不敏感。在处理后发芽率最高的为杂交种506，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候，发芽率最高为100%。315和506这两个杂交种处理后较对照组的发芽势、发芽率的增幅为0%～20%； 1302和506两个杂交种无论用何种浓度的溶液处理，他们较对照组的发芽势增幅相对于对照组为0%～10%，其中1302平均增幅最低，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到了该杂交种最大的增幅为7%；而315这个杂交种增幅相比于其对照组比要高于其它两个杂交种的增幅，最高达到了18%；但是这三个杂交种的发芽率增幅基本持平，均为0%～17%。德玉四号和农星207两个杂交种的发芽势、发芽率虽然相比于其它三个杂交种低，尤其是德育四号，发芽势、发芽率都为5个杂交种中最低的，但是这两个杂交种使用不同配比的Cu+Zn复合处理处理之后的发芽势、发芽率较对照组的增幅较其它三个杂交种都更明显，达到了10%～37%，其中德育四号为增幅最高的，在Cu+Zn复合处理的配比（1.2+250）mg/L的时候达到了37%。

与对照组去离子水处理的玉米杂交种对比，5个玉米杂交种的在五种不同配比的Cu+Zn复合处理的处理下，发芽势、发芽率均有不同程度的提高，并且随着Cu+Zn复合处理不同配比的升高，发芽势、发芽率呈现先上升后下降的趋势。而且当Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L时，各个玉米杂交种的发芽势、发芽率达到最高。但是当继续增加Cu+Zn复合处理配比的时候，各个杂交种的发芽势、发芽率均成下降的趋势，说明用Cu+Zn复合处理不同配比处理过的玉米种子发芽势和发芽率有一个最适配比，并且过高配比的Cu+Zn复合处理也会对玉米产生不利的影响。所以，在用Cu+Zn复合处理处理玉米种子的时候，用最适的配比去处理是至关重要的。

2.2 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下种子苗高的影响

表3 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下玉米种子平均苗高(cm)的影响

由表3可以看出，在干旱胁迫7天之后，对照组的苗高是最低的；用不同配比的Cu+Zn复合处理后的玉米杂交种的苗高均有不同程度的提高。在一定范围内，随着Cu+Zn复合处理配比的提高， 苗高也呈现增长趋势，在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L处理后的玉米种子的苗高最长，再提高Cu+Zn复合处理的配比时，苗高就会呈现下降趋势。

在用相同配比Cu+Zn复合处理的条件下，315这个杂交种苗高的生长比其他杂交种的都要差，无论用何种配比的Cu+Zn复合处理种子，其苗高都没有超过1.0cm，在用浓度为（1.2+250）mg/L Cu+Zn复合处理时达到最大，也仅有0.89cm。而在其它4个杂交种中，苗高生最大的是1302， 在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L时的苗高为2.6cm；德玉四号和农星207这两个杂交种的苗高不及1302和506；其中农星207为4个杂交种中最低，在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L时达到最高为1.39cm。在使用不同配比的Cu+Zn复合处理处理后，315和农星207这两个杂交种的较对照组的增幅比其它3个组要低，其中315在用（1.2+250）mg/L配比的Cu+Zn复合处理后达到最大增幅只有0.31cm，农星207略好，但最大增幅也仅有0.91cm；而德玉四号、1302和506这3个杂交种增幅要明显高于315和农星207，其中1302这个杂交种最高，在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L时达到最大增幅为1.96cm。

虽然5个杂交种在用同配比的Cu+Zn复合处理后的苗高的生长差异不同，但是与对照组相比均有不同程度的提高，且在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L时的苗高最长，并且都呈现先增高再下降的趋势。综上表明：在干旱胁迫下用Cu+Zn复合处理玉米杂交种，可以在一定程度上缓解干旱胁迫对玉米杂交种苗部性状的影响，Cu+Zn复合处理的适宜配比为（1.2+250）mg/L。

2.3 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下种子的根部性状的影响

表4 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下平均每粒玉米种子根长(cm)的影响

表5 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下平均每粒玉米种子根数(条)的影响

由表4可以看出，干旱胁迫下，用不同配比的Cu+Zn复合处理后的5个玉米杂交种的根长与对照组相比均有不同程度的提升，并且均随Cu+Zn复合处理的配比的提升呈先上升后下降的趋势。由表5可以看出，用不同配比的Cu+Zn复合处理后的5个玉米杂交种中，315和农星207两个杂交种的根数与对照组相比没有明显的差距，另外三个杂交种差距也不是特别明显，表明用不同配比Cu+Zn复合处理对幼苗的根数无明显影响。但是不同杂交种间存在根数的差异，例如：1302杂交种的根数只有2条，而506杂交种的根数达到了4条，其余杂交种的根数都在3条左右。

在Cu+Zn复合处理的配比相同时，杂交种315的根长比其他杂交种都低。无论用哪种配比的Cu+Zn复合处理，德育四号、1302、506和农星207这4个杂交种的根长都能维持在4.00cm以上，而315这个杂交种仅有在Cu+Zn复合处理的配比在（1.2+250）mg/L的时候超过4.00cm（为4.25cm）。5个杂交种中被不同配比的Cu+Zn复合处理浸种后506杂交种的根长最长，当Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候，根长最长为8.16cm；杂交种315被处理后根长的增幅在5个杂交种中最低，无论用何种配比的Cu+Zn复合处理处理，增幅只有0.04～0.48cm；其余4个杂交种无论用何种配比的溶液处理，他们的增幅相对于对照组相比都有较大增长，其中1302平均增幅最高，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到了该杂交种最大的增幅3.57cm；而506和农星207这两个杂交种增幅相比于其对照组比要低于其它两个杂交种的增幅，其中农星207最低增幅只有1.69cm；而506这个杂交种虽然较对照组增幅比德玉四号和1302低仅有2.47cm，但是506在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到所有杂交种处理中最长的根长。

与对照组去离子水处理的玉米杂交种对比，5个玉米杂交种的在5种不同配比Cu+Zn复合处理下，根长均有不同程度的提高，并且随着Cu+Zn复合处理配比的升高，根长先呈现升高态势，在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L时，各个玉米杂交种的根长达到最长；但是当继续增加Cu+Zn复合处理配比的时候，各个杂交种的根长均没有继续升高，而是呈现下降趋势。综上所述，在干旱胁迫下，Cu+Zn复合处理对玉米杂交种在根长方面的生长有显著效果， 且在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L达到最适配比。而无论何种配比的Cu+Zn复合处理几乎不影响玉米杂交种的根数，根数的差异只与杂交种有关，这可能是因为根数受基因型遗传因素控制，受环境影响较小。

2.4 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下种子的干物质积累量的影响

由表6、表7可以看出，干旱胁迫下，与对照组相比，用不同配比的Cu+Zn复合处理处理后的5个玉米杂交种幼苗的干物质积累量均有不同程度的增加，并且呈现先升高后下降的趋势，而且玉米杂交种的苗部干物质与根部干物质呈现同向增减规律。玉米杂交种萌发后干物质在根部的积累量高于苗部。

表6 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下平均每粒玉米种子苗干重(g)的影响

表7 不同配比的Cu+Zn复合处理对干旱胁迫下平均每粒玉米种子根干重(g)的影响

由表6可以看出，在Cu+Zn复合处理的配比相同时，德玉四号这个杂交种的苗部干物质积累量最多，最高可达0.0230g；315这个杂交种的苗部干物质积累量最少，最高只有0.0078g。无论用哪种配比的Cu+Zn复合处理，315这个杂交种的苗部干物质积累量都能没有超过0.0100g，在Cu+Zn复合处理的配比在（1.2+250）mg/L的时候其苗部干物质积累量最大仅为0.0078g。315和农星207这两个杂交种被处理后苗部干物质积累量的增幅为较其它3个杂交种低，无论用何种配比的Cu+Zn复合处理进行处理，苗部干物质积累量增幅都没有超过0.0100g，只有0.0006～0.0097g，其中315最低，在Cu+Zn复合处理的配比在（1.2+250）mg/L的时候达到最大增幅仅为0.0029g。德玉四号、1302和506这3个杂交种无论用何种配比的溶液处理，他们的苗部干物质积累量增幅较对照组相比都有较大增长，其中德玉四号为3个杂交种中增幅最高，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到了该杂交种最大的增幅为0.0172g；而1302和506这两个杂交种，在Cu+Zn复合处理的配比相同时的增幅较其对照组比要低于德玉四号的增幅，其中506最低，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到最大增幅只有0.0103g。

由表7可以看出，在Cu+Zn复合处理的配比相同时，德玉四号这个杂交种的根部干物质积累量最多，最高可达0.0310g；农星207这个杂交种的根部干物质积累量最少，最高只有0.0206g。无论用哪种配比的Cu+Zn复合处理处理，1302和农星207这两个杂交种的根部干物质积累量都能没有超过0.0250g，1302根部干物质积累量较农星207大，在Cu+Zn复合处理的配比在（1.2+250）mg/L的时候其根部干物质积累量最大达到了0.0233g。506和农星207这两个杂交种被处理后根部干物质积累量的增幅为较其它3个杂交种低，其中农星207无论用何种配比的Cu+Zn复合处理处理，根部干物质积累量增幅都没有超过0.0100g，最高只有0.0086g，506这个杂交种在Cu+Zn复合处理的配比在（1.2+250）mg/L的时候增幅则达到了0.0124g。315、德玉四号和1302这3个杂交种无论用何种浓度的溶液处理，他们的根部干物质积累量增幅较对照组相比都有较大增长，其中315为3个杂交种中增幅最高，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到了该杂交种最大的增幅为0.0176g；而德玉四号和1302这两个杂交种，在Cu+Zn复合处理的配比相同时的增幅较其对照组比要低于315的增幅，其中1302最低，在Cu+Zn复合处理的配比为（1.2+250）mg/L的时候达到最大增幅只有0.0150g。

随着Cu+Zn复合处理配比的增加，玉米杂交种的苗、根干物质积累均呈先升高后降低的趋势， 即随Cu+Zn复合处理配比的增加，根和苗的干物质积累呈上升趋势，且在Cu+Zn复合处理配比达到（1.2+250）mg/L的时候，效果最明显，在Cu+Zn复合处理配比为（1.2+250）mg/L～（2.0+450）mg/L倍范围内，随Cu+Zn复合处理配比的增加，各部分干物质积累有所下降。表明用不同配比Cu+Zn复合处理玉米杂交种可以有效提高幼苗和根部干物质的积累量，但是超过一定量后，提升效果不显著，这与Cu+Zn复合处理后的玉米杂交种在干旱胁迫下发芽和生长方面表现出来的抗性研究结果一致。

2.5不同配比的Cu+Zn复合处理对控水条件下田间出苗率的影响

表8 不同配比的Cu+Zn复合处理对15%含水量土壤条件下田间出苗率(%)的影响

表9 不同配比的Cu+Zn复合处理对10%含水量土壤条件下田间出苗率(%)的影响

表10 不同配比的Cu+Zn复合处理对5%含水量土壤条件下田间出苗率(%)的影响

为验证本种子处理技术在耐干旱胁方面的有效性，试验将5个杂交种在15%、10%、5%三种土壤含水量条件下适期种植，鉴定其出苗率。由表8、9、10可以看出，就每个杂交种而言，随着土壤水分胁迫程度加剧，各处理的出苗率均下降，但仍以（1.2+250）mg/L的Cu+Zn复合处理效果最好，其出苗率最高；就不同品种而言，在3种水分胁迫下，均以（1.2+250）mg/L的Cu+Zn复合处理的出苗率最高，且随着胁迫程度加深，该复合处理下的出苗率下降最小。说明（1.2+250）mg/L的Cu+Zn复合处理可以有效提高广泛田间干旱胁迫条件下的玉米杂交种的耐旱性，提高田间出苗率。

3 结论与讨论

干旱作为影响植物基因表达、生长发育、产量品质及分布的重要因素之一，严重的限制了植物在更大面积范围内的种植和扩展。植物对干旱的适应能力不仅与植物受干旱的程度有关，而且更受植物本身的遗传和基因的调控。因此从植物本身出发，深入研究植物的抗旱机理，熟知其抗旱特性，经过对其播种前处理提高植物杂交种的抗旱耐旱能力，并且最大程度提高作物的产量和品质，科学选育抗干旱的作物杂交种，已经成为了国内外专家学者们所特别关注和研究的热点问题。

在干旱胁迫下，玉米种子吸水比正常情况下要困难，这直接影响到玉米种子的发芽势、发芽率、苗高、根长、苗干重、根干重等。本实验研究表明，干旱胁迫环境下，用不同配比的Cu+Zn复合处理玉米杂交种，均在发芽期不同程度的提高了玉米杂交种的发芽势、发芽率，促进了干旱胁迫下苗高、根长及根数等生长指标，并提高了苗部和根部干物质积累量。且随着Cu+Zn复合处理配比的增加，发芽势、发芽率等生长指标及干物质积累量都呈现先增加再减少的趋势，当Cu+Zn复合处理配比在（1.2+250）mg/L时，此时的处理效果最好。

本实验表明，使用Cu+Zn复合处理可以提高玉米杂交种在干旱胁迫下的发芽势、发芽率。有研究也发现，干旱胁迫下，Cu+Zn复合处理可以提高种子的膜透性， 降低细胞渗透胁迫，从而促进种子萌发，提高干旱胁迫下种子的发芽势、发芽率，进而提高了种子的各项生理指标。本实验研究也发现，用适当配比的Cu+Zn复合处理处理后的玉米种子可以提高其干旱胁迫下的苗高、根长及根数等生长指标，并且增加苗部及根部干物质积累量。