Field. Crops. Res. | 晚播造成的低温通过改变棉花籽粒生物量和抗氧化代谢影响种子活力

论文内容

研究背景：

种子活力描述种子在广泛的田间条件下迅速而均匀地出苗并成为正常幼苗的潜力。这是一种复杂的生理特性，可以在发芽试验中用包含种子发芽天数、每天发芽种子数量和幼苗最终重量或长度的公式进行评估。因此，了解种子活力水平有利于选择适宜的种植日期和种植密度。胚胎的发育可以分为三个重叠的阶段:胚胎发生、成熟和干燥。对于棉籽来说，成熟阶段的特点是子叶的大小和重量增加，并且在子叶成为光合能力之前迅速积累油和蛋白质，作为种子萌发的储存储备。因此，成熟种子的重量可以强烈预测种子发芽和幼苗的初始生长，即种子活力。先前有研究报道，当温度低于20℃时，棉籽生物量积累受到抑制。因此，低温可能通过影响种子生物量积累间接影响种子活力。

干燥阶段被认为是从发育模式到萌发模式的开关点。已经证明，获得干燥耐受性与向日葵、豆类和小麦种子中酶抗氧化防御系统的重新定位有关。然而，由于这些研究都是针对不同发育阶段的种子进行的，而不是针对不同活力水平的种子，因此解毒机制与种子活力之间的关系尚不清楚。植物组织脱水与活性氧(ROS)的积累有关，而活性氧引起的氧化应激是导致种子活力丧失的重要因素。因此，有效的抗氧化机制被认为是获得健壮种子的先决条件。胁迫，例如缺水和缺钾会增加清除ROS的抗氧化酶的活性，而低温会抑制酶的活性。因此，有必要研究种植后期干燥期抗氧化酶活性的变化，并分析其与种子活力的关系

本研究假设晚种造成的次优环境条件会通过改变种子生物量积累和抗氧化代谢来影响种子活力。因此，第一个目的是研究不同种植日期和结果枝组合环境下棉花种子活力的差异及其与种子生物量积累和分布的相关性。第二个目的是阐明种子活力与籽粒抗氧化代谢之间的关系。本研究有助于指导棉花晚播条件下的种子收获，完善棉花育种策略，提高棉花种子品质。

研究内容：

双季制(油菜籽-棉花或小麦-棉花)的棉花通常种植较晚，在生长后期经历较长时间的低温，这损害了种子质量。为研究晚播对棉花种子活力的影响及其与种子发育过程中种子生物量积累和籽粒抗氧化代谢的关系，采用2年大田试验研究了晚播对棉花种子活力的影响。随着播期的推迟和果枝高度的增加，铃期日平均温度由25.9℃下降到20.7℃。种子、籽粒和活力指数分别下降2.6 ~ 12.1%、4.7 ~ 15.0%和2.5 ~ 16.0%。种子、籽粒和活力指数的生长度日直接通径系数和通过生长度日间接通径系数均为正且高。种子活力对籽粒指数的变化比种子指数的变化更敏感，低温主要通过降低籽粒生物量最大积累速度(Vmax)来限制籽粒生物量的积累，导致种子活力显著下降，尤其是在播后期。由于种植后期温度过低，各H2O2清除酶的最大活性出现时间推迟，最大活性降低，导致种子发育后期丙二醛含量和H2O2含量下降缓慢。此外，与过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶相比，过氧化物酶(POD)与棉籽活力的相关性最密切。综上所述，栽植后期种子活力低下的原因可能是低温导致籽粒生物量减少和膜氧化损伤持续时间延长。棉铃期GDD对棉籽收获时间的预测有重要价值，特别是在晚播条件下，POD活性高的种子对低温的耐受性更强。

研究结论：

成熟棉籽的种子、籽粒和活力指数在晚播、高结果枝或两者均较低。这些种子性状具有温度依赖性，与MDT、DTR、MDSR和降雨量相比，铃期GDD是影响这些种子性状最有效的气象因子。种子活力对籽粒指数的变化比种子指数的变化更敏感，籽粒生物量最大积累速度(Vmax)在播种后期的下降幅度更大。因此，晚播造成的低温会限制籽粒生物量积累，进而降低种子活力。低温通过限制H2O2清除酶的活性延长了膜上氧化应激的持续时间，降低了种子活力。在4种清除H2O2的酶中，POD活性在达到最大值后保持相对稳定，与种子活力的相关性最高，说明POD是种子发育过程中清除H2O2的主要力量。而APX和GR活性在达到峰值后急剧下降，说明APX和GR活性对棉籽含水量下降的响应更为敏感。了解晚播对种子活力的影响，对指导晚播棉的收获和选育抗寒棉新品种具有重要意义。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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