水稻种子人工老化实验分析
人工老化和自然老化是目前研究水稻种子耐储藏性常用的两种方法。本研究分别采用人工老化和自然老化对4个不同水稻品种(“航1号”, “航2号”, 福恢653和云恢290)的种子进行处理。结果表明，进行人工老化后4个水稻品种种子的发芽率都随着老化时间的延长而降低，但不同品种降低的幅度不一样，其中“航1号”和“航2号”降幅大，人工老化30 d后发芽率降至约8.7%；而福恢653和云恢290降幅相对较小，人工老化30 d后发芽率分别约为24.0%和25.3%。进行自然老化后，“航1号”和“航2号”的发芽率随着自然老化时间的延长而降低，但是福恢653和云恢290自然老化12个月后的发芽率与自然老化6个月后的发芽率相比反而提高。另外，通过比较分析发现人工老化相同时间后不同品种间发芽率差异都显著，但是自然老化6个月后不同品种间的发芽率差异并不显著。因此，人工老化与自然老化的效果并不完全一致，在这两种老化过程中，水稻种子各发生怎样的生理变化且有何差异等问题都有待于进一步的研究和探讨。
水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的粮食作物之一，全球超过一半的人口赖以为生(International Rice Research Institute, 1997)。水稻种子的耐储藏性能不但影响其萌发出来的植株的活力，而且与其后代的生产和管理密切相关(陈良碧, 1994; Yamauchi and Winn, 1996; 张文明等, 1998)。在中国，由于受高温高湿气候影响，种子老化变质的速度加快，从而严重影响稻谷的储藏(Siddique et al., 1988)。据不完全统计，中国每年由于稻谷储藏过程中的陈化变质、仓储害虫以及霉变等影响所造成的稻谷损失数量达数百亿斤，大约占总储存量的3%，直接经济损失不低于200亿元(云昌杰, 1996)。另一方面，由于稻谷储藏时的发芽率下降所带来的直接和间接经济损失数目更是惊人(吴跃进等, 2005)。目前，国内主要通过建造大量的低温库和气调库来控制稻谷储藏环境的温度和湿度，以实现延长稻谷储藏时间的目的，然而，这需以高额成本为代价。因此，开展水稻耐储藏特性的相关研究，培育耐储藏水稻新品种，对于解决国家粮食安全问题，以及提供发芽率高的优质种子等均具有重大的战略意义和现实意义(Juliano et al., 1990; 柳武革等, 2006; Kameswara and Jackson, 1997)。
对于水稻耐储藏性的评价指标通常采用发芽率、发芽势、活力指数(VI)、半衰期和发芽指数(GI)等表示(张瑛等, 2010)。其中发芽率是指在规定时间内全部正常发芽种子数占供试种子数的百分率，由于其测定方法简单且贴近生产，因此，通常采用发芽率进行稻谷耐储性研究。
目前，水稻耐储藏性研究方法主要有两种：自然老化和人工老化(李稳香和颜启传, 1997; 董国军等, 2004, 浙江农业科学, 1: 27-29)。自然老化是指利用种子在自然储藏或种质保存的条件下发芽力逐渐丧失的特征对其进行耐储藏性研究的方法。它比较符合种子储藏的自然特性，但由于其历时较长，因此难以广泛应用于实际研究中。人工老化是指利用高温高湿加速种子老化速度来研究其耐储藏性的方法(曾大力等, 2002)。它能够克服自然老化所需时间较长的不足，所以被大量应用于种子的耐储藏性能研究。本研究通过对比4份不同的水稻材料在人工老化和自然老化处理下的发芽率情况，旨在进一步探明两者的差异性和相关性，为更好地将人工老化技术应用于水稻种子的耐储藏性研究奠定基础。
1结果与分析
1.1人工老化不同时间后的发芽率分析
在人工老化前，“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290等4份材料的发芽率平均值均在87.7%以上，随着老化时间的延长，它们的发芽率随之下降(表1; 图1)。从结果可以看出，当人工老化时间为20 d时，4个品种的发芽率均无显著变化；当老化时间延长到30 d时，它们的发芽率都急剧下降。前人的研究证明水稻种子在老化过程中，其体内发生一系列的生理变化，包括膜的自动氧化和完整性的破坏，种子组成成分以及酶活性的变化，染色体和核酸的损伤，有毒物质的积累，合成及修复能力的降低等(Aibaras et al., 1986; Takano, 1993; 陈信波, 1989, 种子, 3: 27-31)。因此，可以推断随着人工老化时间的延长，水稻种子内部由各种生理反应所产生的有毒物质不断积累，当老化时间达到30 d时，积累量已达到严重破坏水稻种子的水平，这使得种子的发芽率急剧下降。
从表1和图1的分析的结果可以看出，不同品种受人工老化的影响程度不同。老化前，4个品种的发芽率差异均不显著；老化处理20 d后，“航1号”和“航2号”的降幅较为明显，分别为10.3%和9.6%，而福恢653和云恢290的发芽率则基本保持在老化前的水平；老化处理30 d后，4个品种的发芽率都急剧下降，其中，“航1号”和“航2号”的发芽率仅为8.7%。对比“航1号”、“航2号”和云恢290的发芽率，发现人工老化20 d后，发芽率差异显著(p=0.021, 0.027<0.05)；当老化时间延长到30 d时，发芽率也是差异显著(p=0.00, 0.00<0.05)。将“航1号”和“航2号”的发芽率与福恢653相比，发现人工老化30 d时，发芽率差异显著(p=0.00, 0.00<0.05) ，其中“航1号”和“航2号”的降幅较20 d时更为明显，从人工老化前的87.7%下降为8.7%，下降幅度达到90.1%；相比之下，“福恢653”和“云恢290”的降幅则较小，均保持在24.0%以上。因此，可以推断水稻基因型是影响种子储藏的关键因素之一。
1.2自然老化不同时间后的发芽率分析
在自然老化前，4个品种的发芽率都在85.0%以上，相差不显著。随着储藏时间的延长，它们的发芽率基本呈下降趋势(表2; 图2)。自然储藏6个月后，“航1号”、“航2号”和福恢653的发芽率均发生较为明显的变化，降幅依次为39.2%，41.2%和42.9%，而云恢290的降幅相比较小，只有29.6%，而且4个品种之间的发芽率相差不显著。当储藏时间延长到12个月时，“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290相比，发芽率差异显著(p=0.00, 0.00, 0.00<0.05)；“航1号”、“航2号”和福恢653相比，发芽率差异显著(p=0.04, 0.04<0.05)；与储藏6个月后种子的发芽率相比，“航1号”和“航2号”均有所下降，但是降幅不明显，而福恢653和云恢290的发芽率不但没有下降反而提高，且云恢290的涨幅显著。后延长储藏时间至18个月，发现“航1号”、“航2号”和福恢653的发芽率与云恢290相比，差异均显著(p=0.00, 0.00, 0.00<0.05)；而“航1号”、“航2号”和福恢653相比，发芽率差异也是显著(p=0.00, 0.00<0.05)；其中“航1号”和“航2号”的发芽率均为0，而福恢653则下降到10.0%以下，只有云恢290的发芽率还保持在15.0%以上(表2; 图2)。
纵观4个品种在整个自然老化周期中的变化，发现水稻种子在自然储藏过程中发芽率的变化并非一成不变，而是在遵循一定规律的同时又包含某些复杂的变化。自然老化的结果再次证明水稻基因型是影响其种子储藏的关键因素之一。老化前4个品种的发芽率相差不显著，随着储藏时间的延长，它们均发生变化，而且在储藏相同时间条件下，云恢290的发芽率高，福恢653次之，“航1号”“和“航2号”的则低(表2; 图2)。
1.3人工老化与自然老化的比较
从表1和表2的结果可见，人工老化与自然老化处理前，籼稻品种“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290的发芽率平均值都在87.7%以上。经老化处理后，4个品种的发芽率均发生不同程度的下降。人工老化30 d水稻种子的发芽率与自然老化18个月的水稻种子的发芽率基本接近。虽然两种老化方法在不同的水稻品种间的差异基本一致，即云恢290的发芽率高，福恢653次之，“航1号”和“航2号”低。但是在整个老化周期中，不同处理方法水稻种子的发芽率降低趋势并非完全一致，而且降幅也存在差异；进行人工老化后4个水稻品种种子的发芽率都随着老化时间的延长而降低，自然老化后4个水稻品种种子的发芽率总体趋势也是随老化时间的延长而降低，但是福恢653和云恢290自然老化12个月后的发芽率比自然老化6个月后的发芽率反而更高；另外，人工老化相同时间后不同品种间发芽率差异都显著，但是自然老化6个月后不同品种间的发芽率差异并不显著(图1; 图2)。
2讨论
人工老化因其可克服自然老化所需时间较长的不足而被广泛应用于大豆等油料作物的耐储藏性研究(王金龙等, 1999)。前人的研究表明，人工老化结果与自然老化结果能够较好地吻合，两种方法在种子的耐储藏性研究中具有相同的效果(董国军等, 2004, 浙江农业科学, 1: 27-29)。然而，由于人工老化是在模拟自然储藏环境而人为施加的条件下进行种子的老化处理，这种短时间的高温高湿条件与自然环境存在显著差异，因此，它必将引起种子内部生理反应的差异。
本研究通过对4个籼稻品种种子的人工老化和自然老化处理结果的比较分析发现，人工老化与自然老化对水稻种子的影响存在差异性和不稳定性。4个水稻品种种子的发芽率都随着人工老化时间的延长而降低，虽然自然老化处理下它们的发芽率总体上也都呈下降趋势，但是福恢653和云恢290在自然老化12个月后的发芽率却比自然老化6个月后的发芽率高。研究还发现，人工老化相同时间不同品种间发芽率差异都显著，而自然老化6个月后不同品种间的发芽率差异并不显著。结果表明，人工老化与自然老化对水稻种子的影响并不是完全吻合，不能简单地将人工老化取代自然老化来研究水稻的耐储藏性。
虽然人工老化可以克服自然老化所需时间较长的缺陷，但是由于它与自然老化的差异性和不稳定性，目前还无法完全取代自然老化。在这两种老化过程中，水稻种子各发生怎样的生理变化且有何差异等问题都有待于进一步的研究和探讨。因此，只有弄清人工老化与自然老化的差异性和相关性，并解决高温高湿人工加速老化的稳定性问题，才能更好地将人工老化技术应用于水稻种子耐储藏性研究。
3材料与方法
3.1材料
籼稻品种云恢290，福恢653，“航1号”和“航2号”种子(无霉变且已晒干)均于2011年5月收获于福建省海南南繁基地。
3.2仪器
rz10人工气候箱：购于德国BINDER公司；MLR- 351H Versatile Environmental Test Chamber：购于日本SANYO公司。
3.3方法
3.3.1人工老化
人工老化处理按照《中国水稻微核心种质的耐储藏特性初步研究》中介绍的方法进行(吴方喜等, 2010)。挑选完好且较为饱满的云恢290，福恢653，“航1号”和“航2号”种子，置于人工气候箱(温度为42℃, 相对湿度为88%)中，分别处理0、20 d和30 d，每个处理50粒种子，3次重复。
3.3.2自然老化
取相应材料于室温开放条件下(实际平均温度为(28±2)℃, 平均相对湿度为(72±3)%)，分别保存0个月，6个月，12个月和18个月，每个处理50粒种子，3次重复。
3.3.3发芽试验
将人工老化和自然老化处理完毕的水稻种子均匀平铺于裁好的正方形滤纸上，卷起来后用橡皮筋捆好，同一品种同一处理的3个重复为一捆，于多功能环境监测培养箱中(温度28℃, 相对湿度100%, 16 h光照/8 h黑暗)进行发芽试验。2周后统计发芽率。
3.3.4数据分析
利用SPSS等统计学软件对发芽率相关数据进行差异显著性分析。
水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的粮食作物之一，全球超过一半的人口赖以为生(International Rice Research Institute, 1997)。水稻种子的耐储藏性能不但影响其萌发出来的植株的活力，而且与其后代的生产和管理密切相关(陈良碧, 1994; Yamauchi and Winn, 1996; 张文明等, 1998)。在中国，由于受高温高湿气候影响，种子老化变质的速度加快，从而严重影响稻谷的储藏(Siddique et al., 1988)。据不完全统计，中国每年由于稻谷储藏过程中的陈化变质、仓储害虫以及霉变等影响所造成的稻谷损失数量达数百亿斤，大约占总储存量的3%，直接经济损失不低于200亿元(云昌杰, 1996)。另一方面，由于稻谷储藏时的发芽率下降所带来的直接和间接经济损失数目更是惊人(吴跃进等, 2005)。目前，国内主要通过建造大量的低温库和气调库来控制稻谷储藏环境的温度和湿度，以实现延长稻谷储藏时间的目的，然而，这需以高额成本为代价。因此，开展水稻耐储藏特性的相关研究，培育耐储藏水稻新品种，对于解决国家粮食安全问题，以及提供发芽率高的优质种子等均具有重大的战略意义和现实意义(Juliano et al., 1990; 柳武革等, 2006; Kameswara and Jackson, 1997)。
对于水稻耐储藏性的评价指标通常采用发芽率、发芽势、活力指数(VI)、半衰期和发芽指数(GI)等表示(张瑛等, 2010)。其中发芽率是指在规定时间内全部正常发芽种子数占供试种子数的百分率，由于其测定方法简单且贴近生产，因此，通常采用发芽率进行稻谷耐储性研究。
目前，水稻耐储藏性研究方法主要有两种：自然老化和人工老化(李稳香和颜启传, 1997; 董国军等, 2004, 浙江农业科学, 1: 27-29)。自然老化是指利用种子在自然储藏或种质保存的条件下发芽力逐渐丧失的特征对其进行耐储藏性研究的方法。它比较符合种子储藏的自然特性，但由于其历时较长，因此难以广泛应用于实际研究中。人工老化是指利用高温高湿加速种子老化速度来研究其耐储藏性的方法(曾大力等, 2002)。它能够克服自然老化所需时间较长的不足，所以被大量应用于种子的耐储藏性能研究。本研究通过对比4份不同的水稻材料在人工老化和自然老化处理下的发芽率情况，旨在进一步探明两者的差异性和相关性，为更好地将人工老化技术应用于水稻种子的耐储藏性研究奠定基础。
1结果与分析
1.1人工老化不同时间后的发芽率分析
在人工老化前，“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290等4份材料的发芽率平均值均在87.7%以上，随着老化时间的延长，它们的发芽率随之下降(表1; 图1)。从结果可以看出，当人工老化时间为20 d时，4个品种的发芽率均无显著变化；当老化时间延长到30 d时，它们的发芽率都急剧下降。前人的研究证明水稻种子在老化过程中，其体内发生一系列的生理变化，包括膜的自动氧化和完整性的破坏，种子组成成分以及酶活性的变化，染色体和核酸的损伤，有毒物质的积累，合成及修复能力的降低等(Aibaras et al., 1986; Takano, 1993; 陈信波, 1989, 种子, 3: 27-31)。因此，可以推断随着人工老化时间的延长，水稻种子内部由各种生理反应所产生的有毒物质不断积累，当老化时间达到30 d时，积累量已达到严重破坏水稻种子的水平，这使得种子的发芽率急剧下降。
从表1和图1的分析的结果可以看出，不同品种受人工老化的影响程度不同。老化前，4个品种的发芽率差异均不显著；老化处理20 d后，“航1号”和“航2号”的降幅较为明显，分别为10.3%和9.6%，而福恢653和云恢290的发芽率则基本保持在老化前的水平；老化处理30 d后，4个品种的发芽率都急剧下降，其中，“航1号”和“航2号”的发芽率仅为8.7%。对比“航1号”、“航2号”和云恢290的发芽率，发现人工老化20 d后，发芽率差异显著(p=0.021, 0.027<0.05)；当老化时间延长到30 d时，发芽率也是差异显著(p=0.00, 0.00<0.05)。将“航1号”和“航2号”的发芽率与福恢653相比，发现人工老化30 d时，发芽率差异显著(p=0.00, 0.00<0.05) ，其中“航1号”和“航2号”的降幅较20 d时更为明显，从人工老化前的87.7%下降为8.7%，下降幅度达到90.1%；相比之下，“福恢653”和“云恢290”的降幅则较小，均保持在24.0%以上。因此，可以推断水稻基因型是影响种子储藏的关键因素之一。
1.2自然老化不同时间后的发芽率分析
在自然老化前，4个品种的发芽率都在85.0%以上，相差不显著。随着储藏时间的延长，它们的发芽率基本呈下降趋势(表2; 图2)。自然储藏6个月后，“航1号”、“航2号”和福恢653的发芽率均发生较为明显的变化，降幅依次为39.2%，41.2%和42.9%，而云恢290的降幅相比较小，只有29.6%，而且4个品种之间的发芽率相差不显著。当储藏时间延长到12个月时，“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290相比，发芽率差异显著(p=0.00, 0.00, 0.00<0.05)；“航1号”、“航2号”和福恢653相比，发芽率差异显著(p=0.04, 0.04<0.05)；与储藏6个月后种子的发芽率相比，“航1号”和“航2号”均有所下降，但是降幅不明显，而福恢653和云恢290的发芽率不但没有下降反而提高，且云恢290的涨幅显著。后延长储藏时间至18个月，发现“航1号”、“航2号”和福恢653的发芽率与云恢290相比，差异均显著(p=0.00, 0.00, 0.00<0.05)；而“航1号”、“航2号”和福恢653相比，发芽率差异也是显著(p=0.00, 0.00<0.05)；其中“航1号”和“航2号”的发芽率均为0，而福恢653则下降到10.0%以下，只有云恢290的发芽率还保持在15.0%以上(表2; 图2)。
纵观4个品种在整个自然老化周期中的变化，发现水稻种子在自然储藏过程中发芽率的变化并非一成不变，而是在遵循一定规律的同时又包含某些复杂的变化。自然老化的结果再次证明水稻基因型是影响其种子储藏的关键因素之一。老化前4个品种的发芽率相差不显著，随着储藏时间的延长，它们均发生变化，而且在储藏相同时间条件下，云恢290的发芽率高，福恢653次之，“航1号”“和“航2号”的则低(表2; 图2)。
1.3人工老化与自然老化的比较
从表1和表2的结果可见，人工老化与自然老化处理前，籼稻品种“航1号”、“航2号”、福恢653和云恢290的发芽率平均值都在87.7%以上。经老化处理后，4个品种的发芽率均发生不同程度的下降。人工老化30 d水稻种子的发芽率与自然老化18个月的水稻种子的发芽率基本接近。虽然两种老化方法在不同的水稻品种间的差异基本一致，即云恢290的发芽率高，福恢653次之，“航1号”和“航2号”低。但是在整个老化周期中，不同处理方法水稻种子的发芽率降低趋势并非完全一致，而且降幅也存在差异；进行人工老化后4个水稻品种种子的发芽率都随着老化时间的延长而降低，自然老化后4个水稻品种种子的发芽率总体趋势也是随老化时间的延长而降低，但是福恢653和云恢290自然老化12个月后的发芽率比自然老化6个月后的发芽率反而更高；另外，人工老化相同时间后不同品种间发芽率差异都显著，但是自然老化6个月后不同品种间的发芽率差异并不显著(图1; 图2)。
2讨论
人工老化因其可克服自然老化所需时间较长的不足而被广泛应用于大豆等油料作物的耐储藏性研究(王金龙等, 1999)。前人的研究表明，人工老化结果与自然老化结果能够较好地吻合，两种方法在种子的耐储藏性研究中具有相同的效果(董国军等, 2004, 浙江农业科学, 1: 27-29)。然而，由于人工老化是在模拟自然储藏环境而人为施加的条件下进行种子的老化处理，这种短时间的高温高湿条件与自然环境存在显著差异，因此，它必将引起种子内部生理反应的差异。
本研究通过对4个籼稻品种种子的人工老化和自然老化处理结果的比较分析发现，人工老化与自然老化对水稻种子的影响存在差异性和不稳定性。4个水稻品种种子的发芽率都随着人工老化时间的延长而降低，虽然自然老化处理下它们的发芽率总体上也都呈下降趋势，但是福恢653和云恢290在自然老化12个月后的发芽率却比自然老化6个月后的发芽率高。研究还发现，人工老化相同时间不同品种间发芽率差异都显著，而自然老化6个月后不同品种间的发芽率差异并不显著。结果表明，人工老化与自然老化对水稻种子的影响并不是完全吻合，不能简单地将人工老化取代自然老化来研究水稻的耐储藏性。
虽然人工老化可以克服自然老化所需时间较长的缺陷，但是由于它与自然老化的差异性和不稳定性，目前还无法完全取代自然老化。在这两种老化过程中，水稻种子各发生怎样的生理变化且有何差异等问题都有待于进一步的研究和探讨。因此，只有弄清人工老化与自然老化的差异性和相关性，并解决高温高湿人工加速老化的稳定性问题，才能更好地将人工老化技术应用于水稻种子耐储藏性研究。
3材料与方法
3.1材料
籼稻品种云恢290，福恢653，“航1号”和“航2号”种子(无霉变且已晒干)均于2011年5月收获于福建省海南南繁基地。
3.2仪器
rz10人工气候箱：购于德国BINDER公司；MLR- 351H Versatile Environmental Test Chamber：购于日本SANYO公司。
3.3方法
3.3.1人工老化
人工老化处理按照《中国水稻微核心种质的耐储藏特性初步研究》中介绍的方法进行(吴方喜等, 2010)。挑选完好且较为饱满的云恢290，福恢653，“航1号”和“航2号”种子，置于人工气候箱(温度为42℃, 相对湿度为88%)中，分别处理0、20 d和30 d，每个处理50粒种子，3次重复。
3.3.2自然老化
取相应材料于室温开放条件下(实际平均温度为(28±2)℃, 平均相对湿度为(72±3)%)，分别保存0个月，6个月，12个月和18个月，每个处理50粒种子，3次重复。
3.3.3发芽试验
将人工老化和自然老化处理完毕的水稻种子均匀平铺于裁好的正方形滤纸上，卷起来后用橡皮筋捆好，同一品种同一处理的3个重复为一捆，于多功能环境监测培养箱中(温度28℃, 相对湿度100%, 16 h光照/8 h黑暗)进行发芽试验。2周后统计发芽率。
3.3.4数据分析
利用SPSS等统计学软件对发芽率相关数据进行差异显著性分析。