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种子成熟度和活性氧溶液引发对杂交水稻种子活力的影响

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摘要

缩略语

前言

第一章 文献综述

1 不同成熟度对种子活力影响

1.1 种子活力定义及不同成熟度种子的活力变化

1.2 不同成熟度种子生理生化变化和种子活力的关系

2 种子引发方式与效应

2.1 种子引发方式

2.2 引发效应及机理

第二章 杂交水稻种子最佳收获期的研究

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 统计分析

2 结果

2.1 不同成熟度杂交水稻种子的发芽和幼苗生长情况

2.2 不同成熟度杂交水稻种子电导率变化

2.3 不同成熟度杂交水稻种子长宽厚、颖壳叶绿素含量变化

2.4 不同成熟度杂交水稻种子含水量、干鲜重变化

3 讨论

4 小结

第三章 不同成熟度杂交水稻种子生理生化特性对活力形成的影响

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 统计分析

2 结果

2.1 不同成熟度杂交水稻种子生理生化特性和基因表达变化

2.2 不同成熟度杂交水稻种子形态、生理生化指标与生活力、活力相关性分析

3 讨论

4 小结

第四章 活性氧溶液引发对人工老化和自然老化杂交水稻种子活力的影响

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.3 统计分析

2 结果

2.1 不同老化天数对杂交水稻种子活力影响

2.2 不同活性氧溶液引发对老化后杂交水稻种子发芽的影响

2.3 不同活性氧溶液引发对老化后杂交水稻幼苗叶片叶绿素含量的影响

2.4 不同活性氧溶液引发对老化后杂交水稻幼苗抗氧化酶活性的影响

2.5 Fenton引发对老化后杂交水稻幼苗和吸胀种子中H2O2含量的影响

2.6 Fenton引发对老化后杂交水稻吸胀种子中α-淀粉酶活性的影响

2.7 Fenton引发对老化后杂交水稻吸胀种子中内源激素GA3和ABA含量的影响

2.8 Fenton引发对老化后杂交水稻种子GAs和ABA相关基因表达量的影响

3 讨论

4 小结

第五章 结论

参考文献

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摘要

水稻种子质量是决定水稻产量的重要因素,直接关系到粮食生产的安全。获得高活力种子是判断最佳收获期的前提,对提高种子质量非常重要。不同成熟度对种子活力影响很大,种子活力是在种子发育过程中形成的。而在作物种子贮藏过程中种子老化现象也普遍存在。对于贮藏过长等原因而导致活力下降的种子,可利用引发技术部分恢复其活力。本文以杂交水稻株两优06(籼稻)和春优84(粳稻)种子为材料,开展了杂交水稻种子最佳收获期、不同成熟度杂交水稻种子的生理生化特性对活力形成的影响、活性氧溶液引发对人工老化和自然老化水稻种子活力影响的研究。主要研究结果如下:
  研究了不同成熟度种子发芽、幼苗生长情况、种子浸泡液电导率、种子长宽厚、颖壳叶绿素含量、种子干鲜重和含水量的变化,确定了杂交水稻种子最佳收获期。2014和2015年结果表明,株两优06种子在授粉后第20~45天、春优84种子在授粉后第25~45天活力相关指标达到较高水平,幼苗生长较好,适宜收获。株两优06在授粉后第20~45天,春优84种子在授粉后第25~50天浸泡液电导率达到较低水平,表明此时种子活力较高,与发芽试验的结果一致。随着株两优06、春优84种子成熟,种子体积增大,厚度增加明显。颖壳叶绿素含量呈现先迅速下降,后保持稳定趋势,株两优06和春优84种子均在授粉后35或40天叶绿素含量达到较低值。在灌浆前期,含水量急剧下降,种子干、鲜重急剧上升,在成熟后期鲜重有所下降,含水量和干重都趋于稳定。株两优06和春优84分别在授粉后第20天和25天种子含水量达到较低水平,干、鲜重达到较高水平。综合分析认为籼稻品种(株两优06)在授粉后第20天,粳稻品种(春优84)在授粉后第25天即可收获,即最早可在蜡熟期收获。
  研究了不同成熟度杂交水稻种子的可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量、淀粉酶活性、糖代谢有关酶的基因表达和激素含量、抗氧化系统酶活性的变化及其与种子活力的相关关系。淀粉含量先上升后稳定,可溶性糖含量、淀粉酶活性、可溶性蛋白含量、GA3含量和ABA含量先下降,后基本不变。抗氧化系统酶活性除了超氧化物歧化酶(SOD)活性先上升后下降,过氧化氢酶(CAT)、愈创木酚过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性都下降。不同成熟度杂交水稻种子的叶绿素含量、干重、可溶性糖和可溶性蛋白含量、GA3含量、ABA含量和APX活性与活力相关性显著。蔗糖合成酶相关基因SUS2和SUS4在授粉前期大量表达,之后表达量下降。AGPase的相关同工酶基因AGP-S1、AGP-S2和AGP-L2表达量在不同成熟度的株两优06和春优84种子中变化不同。淀粉分解相关基因Amy4A在授粉前期表达量下降,然后上升。
  研究了活性氧引发对人工老化和自然老化水稻种子活力的影响,筛选最佳引发效果的引发液及其浓度。对于不同品种或同一品种的不同老化处理,溶液最佳引发浓度有差异。对于株两优06的两种老化种子,0.2% H2O2、0.2% Fenton和0.4μM MV引发处理效果较好。而对于春优06,自然老化的种子0.8% H2O2、0.4% Fenton和0.2μM MV引发处理效果较好,人工老化的种子0.2% H2O2、0.4% Fenton和0.4μM MV引发处理效果较好。且Fenton引发较其它两种处理效果较好,显著提高了两种老化处理的杂交水稻种子的发芽势、发芽指数和活力指数。Fenton引发一方面通过促进老化种子的α-淀粉酶活性、过氧化氢和GA3含量,降低ABA含量,降低ABA和GA3比值,促进种子萌发。在分子水平上,Fenton引发可显著提高自然老化和人工老化种子的GAs合成相关基因和ABA分解相关基因表达,同时抑制老化种子的GAs分解相关基因和ABA合成相关基因表达,从而缓解老化对种子萌发的抑制作用,加快种子萌发。另一方面,Fenton引发提高幼苗抗氧化酶类活性,降低幼苗的过氧化氢含量,还能增加叶片叶绿素含量,有利于幼苗生长,增强抗逆性。而且Fenton引发对自然老化和人工老化种子都有类似的促进效果。
  研究了自然老化和人工老化处理对杂交水稻种子活力的影响。自然老化12个月后春优84杂交水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数明显高于株两优06种子,而人工老化6天的两个杂交水稻品种种子发芽情况也是春优84显著优于株两优06。吸胀24h和48h后,人工老化和自然老化均显著降低了两个杂交水稻品种种子的α-淀粉酶活性、GA3和H2O2含量,提高了ABA含量、ABA/GA3比值,抑制种子萌发。表明人工老化与自然老化后的种子在发芽结果上能够较好地吻合。但两种老化处理对幼苗酶活系统的影响不同。自然老化后的水稻种子α-淀粉酶活性显著低于人工老化。与未老化处理相比,自然老化显著降低了SOD酶的活性,而人工老化则无显著性差异。且自然老化后的SOD和POD活性均显著低于人工老化。在分子水平上,人工老化是通过抑制GAs合成相关基因和ABA分解相关基因表达,或促进GAs分解相关基因表达;而自然老化主要是促进ABA的合成相关基因表达,最终抑制种子萌发。由此表明,自然老化和人工老化的确存在一些本质上的不同,需进一步研究。

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