甜玉米(Zea mays L. var. saccharata Bailey)是玉米的一个变种,一种胚乳突变型,它携带了与碳水化合物有关的隐性突变基因,可以影响玉米籽粒碳水化合物的代谢,增加糖分含量,因此也称为水果玉米、蔬菜玉米。甜玉米含有较高的水溶性多糖,并含有丰富的氨基酸、维生素、胡萝卜素、矿物质和玉米油,容易被人体消化吸收;根据乳熟期中糖分和WSP(水溶性多糖)含量的多少,可分为普通甜玉米,超甜玉米和加强甜玉米3种类型。甜玉米在我国已广泛栽培,自行培育的甜玉米品种由于种质资源材料较少、栽培历史不长等原因,种子品质差、出苗率低、带菌也多,目前主要以裸种方式销售,在生产中出现很多问题。随着人们对种子质量的日益重视,种子的加工处理技术也在不断提高。种子处理是从收获到播种前对种子所采取的各种处理,旨在提高种子的质量和商品性,保证种子安全贮藏,促进田间成苗及提高产量。
1 甜玉米种子处理技术研究现状
1.1 种子引发
1.1.1 液体引发
引发甜玉米种子试验肯定了引发技术对甜玉米种子出苗的促进作用,特别是在不利条件下的作用,这主要是由于引发导致种子生化物质的数量变化,改善了膜的完整性,增加了种子发芽的生理活性。Glen以3个不同sh2胚乳突变型甜玉米为试材,在10℃条件下用PEG 8000对其进行引发,结果表明,与对照相比,经过引发处理的种子发芽率明显提高。用充气PEG(PEG 6000)引发的方法,在不同温度(10、15、20和25℃)条件下观察sh2甜玉米的生化变化,结果表明,PEG渗透处理的种子,发芽率、发芽势、α-淀粉酶活性、电导率、自由糖(Free sugar)含量、DNA、RNA含量、可溶蛋白质含量(种子和胚)等指标均高于对照;用甘油和丙酮渗入引发处理超甜玉米的种子对提高早春低温条件下的田间出苗率、成苗率等有显著的效果,最高可提高田间出苗30.7%。
1.1.2 固体基质引发
Parera以2个sh2型甜玉米为材料,用湿润的烧土加次氯酸钠在变温(5~25℃)条件下引发,引发结束后,在25℃、45%相对湿度条件下干燥脱水,将种子含水量降至原含水量。经实验室和大田试验表明,该方法能提高所试种子出苗率和幼苗活力,且优于加农药引发或农药浸种处理方法。所以该方法是甜玉米种子农药处理、特别是多种农药混合处理的有效替代方法。Chang等用蛭石引发超甜玉米,提高了出苗率,降低了种子内含物泄漏,减少了脂质过氧化,增强了几种保护酶的活性。张文明等以2个甜玉米品种的种子作为材料,研究不同含水量的砂基质引发对甜玉米种子萌发及活力的影响。结果表明,各种砂引发处理均能明显提高甜玉米种子幼苗生长测定的发芽势、芽长、苗干鲜重、发芽指数和活力指数,明显减少种子的平均发芽日数,同时明显提高低温处理试验的芽鲜重、芽干重和简化活力指数。赵光武等用药沙引发超甜玉米种子,结果显示,沙引发结合4种药剂处理可显著提高超甜玉米“绿色超人”种子活力;处理后种子电解质渗漏均明显降低,尤以沙引发+核黄素处理的种子电解质渗漏最慢,且幼苗CAT和SOD活性均得到显著提高,并延缓了它们在低温胁迫下的降解速度。在此基础上用沙引发+核黄素处理其他7种超甜玉米种子,其出苗率、出苗速度、膜系统完整性或SOD活性指标在不同品种上也得到显著提高。
1.1.3 生物引发
生物引发是将种子生物处理与播前控制吸水方法相结合,在引发期间采用有益真菌或细菌作为种子保护剂,让其大量繁殖布满种子表面,使种子免遭有害菌的侵袭。Callan等将甜玉米种子用带有荧光假单胞菌AB254的1.5%甲基纤维素悬浮液包衣,包衣种子短暂回干2 h,在23℃下水合20 h并立即播种,结果显示,这样引发的种子很少出现由终极腐霉引起的出苗前猝倒病,在低温土壤的出苗效果好于或等于杀菌剂氨丙灵的控制水平。Reese等采用加压融合生物引发,能提高种子吸湿率,并导致金色假单胞菌在甜玉米表面大量繁殖而明显提高田间出苗率。
1.2 种子包衣
包衣技术目前已在国际上普遍应用。甜玉米种子用克菌丹为主要杀菌剂包衣处理后,田间出苗率显著提高。樊龙江等以sh2胚乳突变体为试材,进行种子丸化包衣处理,结果表明该方法对提高早春低温条件下播种的甜玉米种子田间出苗率、成苗率等有显著的效果。李小琴等利用种衣剂处理甜玉米种子,结果表明有助于提高甜玉米种子的田间出苗率,增强幼苗素质、降低株高,提高甜玉米鲜苞产量,产量增幅4%~11%。 Wilson也指出:用膜剂包衣的超甜玉米,在25℃条件下,种子吸水速率快于不包衣的种子。种子包衣技术之所以可以提高甜玉米种子活力,是由于包衣可使甜玉米种子薄的种皮损伤度减小,防止病虫害的侵入,同时可为种子提供农药、肥料等物质,这些物质不与种子直接接触,避免了可能产生的药害,并随着种子萌发,其内部的有效成分逐渐释放,对种子、幼苗起到防虫治病、促进生长、增加产量的作用。
1.3 外源激素处理种子
许多外源激素能改善种子发芽生理,提高种子的抗逆性。目前,发现植物激素三十烷醇和芸薹素内酯也能提高种子在逆境下的发芽和出苗。用三十烷醇浸种超甜玉米,可以显著提高超甜玉米种子的脱氢酶活性,在一定程度上提高了种子的淀粉酶活性和种子的发芽率。在较低温度(18±1)℃条件下,超甜玉米用芸薹素内酯浸种24 h,可显著提高种子淀粉酶活性,对幼苗中可溶性糖含量及根系活力有明显促进作用,提高了种子发芽率,促进幼苗的健康生长。另外,矮壮素PP333是一种生长延缓剂,在逆境条件下可减弱甜玉米种子蛋白质的合成速率,降低可溶性糖含量,延缓种子老化。
1.4 浸拌种处理
用有机溶剂、硫酸、热水、双氧水(H2O2)、蒸馏水、稀土、发酵后的陈尿、根瘤菌或固氮菌的粉剂、硫酸铵、骨粉等肥料浸拌种处理,均能改善种子活力,促进幼苗生长,增强植株抗逆性。超甜玉米种子用0.5%双氧水(H2O2)浸种12 h,提高了种子呼吸速率,增强了脱氢酶、Ca-ATP酶、Mg-ATP酶活性,发芽率和种子活力指数分别较对照提高15.18%和29.75%。用蒸馏水浸种甜玉米1 h,种子发芽率也很高,可达94.49%,随浸种时间的增加,种子发芽率显著下降。低温条件抑制了甜玉米种子发芽和幼苗生长,但经50 mg/L GA3(赤霉素)、2 mg/L KT(激动素)和0.05 mg/L BR(油菜素内酯)浸种处理后,对甜玉米种子发芽和幼苗生长均具有促进作用,其中α-淀粉酶活性用2 mg/L KT处理效果最好,同时,用0.05 mg/LBR处理SOD酶(超氧化物歧化酶)活性明显提高,用50 mg/L GA3和2 mg/L KT处理的过氧化物酶活性明显提高。
1.5 种子贮藏技术
贮藏技术是种子加工技术的延伸内容。在贮藏中,低氧、低湿、低温对于保存种子活力是十分有利的。在室温条件下贮藏,超甜玉米种子活力及田间出苗率迅速下降,贮藏8个月后种子基本失去活力;在石灰条件下贮藏,能有效降低种子含水量,种子活力缓慢下降;在5~10℃的低温条件下贮藏,能较长时间保存种子活力和提高田间出苗率。Chiu等在15℃下,用湿润的蛭石引发超甜玉米种子后,在半真空条件下贮藏,引发效应能保持12个月之久。半真空改善了种子活力,提高了发芽率,缩短了平均出苗时间,促进了植株生长,不失为一种很好的贮藏方法。
2 生产中的主要问题
2.1 种子室内发芽率与田间出苗率相差大
室内发芽率为80%时,种子田间出苗率仅为50%左右。这种现象说明种子发芽率虽然高,但种子活力较弱,原因有多种,首先是种子成熟度,只有形态上的成熟和生理上的成熟同时达到的种子才是真正成熟的种子。完熟状态的种子耐脱水,耐贮藏,具有较强的潜在生活力,这样的种子在条件适宜时就能吸水萌发。甜玉米不能过早也不能过迟收获,过早收获,养料输送不够,种子还没有达到成熟,籽粒干物质含量更低,甜玉米种子更加皱瘪;过晚收获,若遇上高温多雨季节,种子易霉变,提前发芽。因此要掌握好成熟度,适时收获;其次,采收及其后进行的一系列农事操作也会影响到种子的活力,如在采收时及收获后用机器处理给种子造成的机械损伤,在包装运输中的发霉发酵;另外,在干燥中的过度脱水,同样会影响种子的活力。过度干燥对种子有害,过快的脱水速度会造成种胚细胞无形或有形的损伤,其危害程度不亚于过度失水的后果。
2.2 甜玉米种子易携带病菌
种子带菌后促进了呼吸作用和有毒物质的积累,加速了种子劣变,导致烂种率高、出苗率降低、田间发病率升高等状况。甜玉米种子皱缩干秕、皮薄易碎、含糖量又高,再加之种子干燥速度慢,很容易受到微生物的侵染。种子一旦携带微生物,如真菌、细菌、病毒和线虫,它们的侵害可能发生在种子发育的任何时期,甚至会引起大田植株的发病,特别是在低温、潮湿的土壤中,严重降低了种子的活力,有时还会产生吸胀冷害,造成发芽率降低,出苗迟缓,种苗腐烂。镰刀菌经常危害种子、幼苗、根、茎和穗,引起种腐、根腐、茎腐和穗腐病以及幼苗枯萎。另外,甜玉米抗黑粉病能力也很低,容易感染这种病害,严重影响果穗的发育和正常果穗的形成。Forster等对甜玉米种传高原病毒进行了研究,播种46 600粒种子,出苗38 473株,叶片ELISE检测有3株表现为阳性,分离到的病毒接种种子后能传给其他后代,表明种子即使带毒率很低也能通过种子传播。
2.3 甜玉米种子的贮藏技术有待进一步完善
种子保存期短,活性降低快。种子的耐藏性和寿命受遗传基因所限制,但在很大程度上是受外界环境因素的制约和支配。环境因素包括:温度、湿度、气体、光线、辐射和虫害、病菌等,单一因素就会影响种子质量,综合因素作用更大。尤其是引发后的种子不耐贮藏,活性下降很快。这种活性的损失可能是由于种子的内渗物和脂质过氧化水平增加,以及谷胱甘肽的抗氧化能力减弱所导致的。
3 研究发展趋势
3.1 结壳包衣技术
它是介于膜剂包衣和丸粒化包衣之间的一种包衣形式,可使种子重量增加50%~200%。它将种子包围于厚膜中,阻挡了气味的散发和有效物质的流失,使种子免遭虫害的浸染;同时结壳使种衣硬度加强,不易裂解,使甜玉米的种皮免遭机械损坏,还可防潮,提高种子的发芽率,并延长种子寿命。另外,在包衣剂中加入高效、低毒、低残留农药,以预防病害的发生,既保证了种子健康又预防了病虫侵入。
3.2 生物防治技术
将生物防治剂引入种子处理中并与其他药物混配。人们已经将孢子悬浮液及干粉与真菌拮抗剂一起包衣用于种子,例如,木霉属真菌类生物制剂能与甜玉米根系产生共生关系,使根系吸收更多的养分,并且能抵制腐霉菌、镰刀菌、纹枯病菌等的侵袭。目前木霉属与固体打底基质(SMP)综合处理技术正在美国注册登记,用来防治种子和秧苗的腐烂。
3.3 贮藏技术
先进的种子贮藏库一般采用防潮、绝热性能高的材料,并用冷冻机和空气调节器进行控制,但这样贮藏价格较昂贵。如何研发具有一定密封性和吸湿性且能控制水分的简易设施是今后发展的主要方向。这对于在高温、高湿的南方贮备寿命较短甜玉米种子来说尤为重要。甜玉米种子处理技术是提高种子质量和商品信誉的重要途径,在今后的发展中会越来越广泛,会向机械化、多元化、综合化方向发展。
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