第5章-種子活力劣變和壽命

第5章種子活力劣變和壽命VigorHarvest

為避免混亂，目前已普遍采用種子活力（seedvigour）一詞。

1950年，在國際種子協(xié)會（ISTA）的年會上，首次討論了種子活力測定

這一概念。會議對發(fā)芽試驗

和幼苗活力

取得了一致意見——

◆發(fā)芽試驗，一般應在無機發(fā)芽床上、適宜的條件下進行。

◆而某些特殊試驗，如土壤試驗、磚礫試驗，則稱為活力測定（Franck，1950）。盡管如此，長期以來，對種子活力的定義，仍不統(tǒng)一，因為種子活力，不像發(fā)芽率那樣是一個單一的質量標準，而是描述若干特性的概念，不同學者對種子活力的定義認識有差異。通過長達1/4世紀的爭論，直到1977年，ISTA才通過了種子活力的定義（Perry，1978），即——

“種子活力是決定種子或種子批，在發(fā)芽和出苗期間的活性水平和行為的那些種子特性的綜合表現。表現良好的，為高活力種子，表現差的，為低活力種子?！?/p>

與種子活力有關的各方面特性表現有——

①

種子發(fā)芽和幼苗生長的速度和整齊度。

②

田間出苗、生長的速度和整齊度。

③貯藏、運輸后發(fā)芽能力的保持。活力強度可持續(xù)影響植物生長，作物整齊度、產量和產品質量。AOSA于1980年，采用了較為簡單直接的定義（McDonald，1980）——“種子活力是指在廣泛的田間條件下，決定種子迅速整齊出苗和長成正常幼苗的潛在能力的總稱。”以上兩個定義的基本內容十分相似。概括地說，活力就是種子的健壯度（鄭光華，1980）。《2003國際種子檢驗規(guī)程》對種子活力的定義——

種子活力是指在廣泛環(huán)境條件下，可接受發(fā)芽的種子批的測定活性和性能有關特性的總和。種子活力不是一種單一的測定特性，而是一種用以表達如下有關種子批性能的多種特性的概念——

●種子發(fā)芽和幼苗生長速率和一致性。

●種子在不利環(huán)境條件下的出苗能力。

●經貯藏后的性能，特別是能保持發(fā)芽能力。

可接受發(fā)芽的種子批——是指該種非休眠種子，具有可接受標準發(fā)芽水平的種子批。

種子生命力、生活力、發(fā)芽力、活力的區(qū)別與聯(lián)系——

種子生命力（seedvitality）——是指種子生命的有無，即存活度。

種子生活力（seedviability）——是指種子發(fā)芽的潛在能力，或種胚所具有的生命力，通常是指一批種子中具有生命力（即活的）種子數占種子總數的百分率。

種子發(fā)芽力（seedgerminationability）——是指種子在適宜條件下，發(fā)芽并長成正常幼苗的能力。通常用發(fā)芽勢和發(fā)芽率表示。實際上，廣義的種子生活力應包括種子發(fā)芽力。習慣上，在用間接方法（如四唑染色）測定種子發(fā)芽力時，稱生活力。而在實驗室進行發(fā)芽試驗測定種子發(fā)芽率時，稱發(fā)芽力。

種子活力（seedvigour）——是一個綜合性概念，通常指田間條件下的出苗能力以及與此有關的生產性能和指標，表現良好即為高活力種子。

種子生活力（發(fā)芽力）與活力之間又是有機聯(lián)系的，生活力（發(fā)芽力）是活力在某種特定條件下的表現形式。

1.2種子活力的研究意義

高活力種子具有明顯的生長優(yōu)勢和生產潛力

（1）提高田間成苗率

（2）節(jié)省播種費用（3）抵抗不良環(huán)境條件

（4）抗低溫能力強，適于早播

（5）增強對病蟲草的抗爭能力

（6）增加作物產量據美國對大豆、玉米、大麥、小麥、燕麥、萵苣、蘿卜、黃瓜、南瓜、青椒、番茄、蘆筍、蠶豆等13種作物的統(tǒng)計資料，高活力種子可以增產20%~40%。對于葉菜類和根菜類等蔬菜作物及牧草作物，高活力種子長出幼苗及營養(yǎng)器官均較快速，增產作用則更為明顯。

（7）提高種子耐藏性

種子活力測定的必要性

（1）保證田間出苗率及生產潛力的必要手段

有些開始老化劣變的種子，其發(fā)芽率尚未降低，但活力卻較低了，影響田間出苗率，往往兩批發(fā)芽率相同或接近的種子，其活力和田間出苗率有較大的差異（ISTA，1995），在此種情況下進行活力測定，選用高活力種子是非常必要的，特別是機播（玉米穴播）時尤為重要。

（2）種子產業(yè)中質量控制的必要環(huán)節(jié)

種子收獲后，要進行干燥、清選、加工、貯藏等處理過程。及時進行活力測定，可及時改善加工、處理條件，保持和提高種子活力。

（3）幫助育種者選育新品種的必要方式

在選擇抗寒、抗病、抗逆、早熟、豐產

的新品種時，都應進行活力測定。因為這些特性與活力密切相關。此外，選擇某些有利于出苗的形態(tài)特征，如大豆下胚軸堅實性、玉米芽鞘開裂性等，前者有利于幼苗頂出土面，后者不利于幼苗出土。（4）研究種子劣變機理的必要方法種子生理工作者，要采用生理生化及細胞學等方面的種子活力測定方法，研究種子劣變機理，及改善和提高活力的方法。

種子活力的生物學基礎影響種子活力的因素——

1、遺傳因素（10個方面）

植物遺傳的特性（基因型），對種子和幼苗活力有明顯影響。不同作物和品種，由于其種子結構、大小、形態(tài)特征和發(fā)芽特性等不同，其活力水平有較大的差異。

（1）不同作物和品種

不同作物的種子大小、發(fā)芽特性受基因控制。通常大粒種子

萌發(fā)期間，具有豐富的營養(yǎng)物質和較高的能量，幼苗頂出土面的能力較強。

（2）雜種優(yōu)勢

通常雜種F1的活力較其雙親為高，雜交玉米、雜交水稻、雜交小麥及白菜等作物，均有相似的表現。

其原因主要是——

①

線粒體互補作用，促進蛋白質、RNA和DNA的迅速合成。

②雜種具有更為經濟合理的呼吸代謝效率。

（3）種皮開裂性及顏色

大豆、菜豆

等的某些品種，當種子成熟后，有種皮自然破裂的特性，降低了種皮保護作用，從而降低了活力。這種性狀受基因控制，是可以遺傳的。與此有關的另一性狀，是種皮的顏色，通常白色種皮與種皮破裂性有連鎖遺傳關系。如白色菜豆，種皮有自然破裂特性，而有色菜豆，則種皮不易破裂。

（4）子葉出土類型

通常子葉出土型與留土型，受兩對基因控制

。雙子葉出土型的種子，如大豆、菜豆等，具有2片肥大的子葉，遇黏重、板結土壤，就難于頂出土面，或者子葉易被折斷，降低了田間出苗率，這類種子不適宜于深播。子葉留土型的種子，如蠶豆、豌豆，是由形似針矛狀的幼芽頂出土面，受黏重板結土壤影響小，故出苗率高。

（5）硬實在許多情況下，硬實并非是人們所需要的特性。育種工作者，將硬實基因

引入某些品種，增強種皮保護作用，使種子老化延緩，并防止種子吸脹時營養(yǎng)物質的滲出。硬實性相當容易從某些品種中消除，可以選擇硬實性較低的品種，或者選擇具有一定硬實性的品種。通常硬實性是由數個基因控制的。

（6）對機械損傷的敏感性是受遺傳基因控制的。芝麻種皮薄而軟，易受機械損傷。亞麻則種皮厚且堅硬，能抗機械損傷。扁平形的種子（芝麻、亞麻等），較圓形種子（蕓薹屬）易受機械損傷。大豆大粒品種，較小粒品種損傷為大。

種子機械損傷，降低了種子耐藏性和田間出苗率。

（7）化學成分

為了改進玉米營養(yǎng)品質，育種家致力于提高玉米賴氨酸含量。但是，發(fā)現高賴氨酸品種

的種子，往往小而皺縮，活力降低。因此，育種工作者企圖探索一種既能控制營養(yǎng)品質，而又不降低活力的基因。一般，可溶性糖或游離氨基酸（脂肪酸）含量高的種子，都嚴重影響活力，如甜玉米、甜豌豆

等。

（8）幼苗形態(tài)結構

大豆幼苗下胚軸特性，影響種子的活力。有的大豆品種，具有下胚軸較為堅實的遺傳特性，使子葉易于頂出土面，有利于出苗和成苗。有的玉米品種，具有芽鞘開裂的遺傳特性，使種子難于出土，降低出苗率，影響植株的生長發(fā)育。

（9）低溫發(fā)芽特性有的品種低溫發(fā)芽時，胚根易裂開而影響出苗，有些大豆

和玉米

品種，萌發(fā)期間抗寒力強，低溫發(fā)芽性好，田間出苗率高。

（10）作物成熟期

培育新品種時，應選育適合當地氣候條件的適當成熟期的品種。有的品種成熟期較遲，可能產量有所增加，但活力則會降低。因成熟期延長，遭受不良環(huán)境條件（如高溫或低溫、多雨或干旱）的機會增加。

2、環(huán)境因素

（7個方面）

（1）土壤肥力與母株營養(yǎng)

一般認為，土壤肥力對活力影響不大。有人就小麥田土壤肥力與幼苗活力的關系進行研究表明，適當提高土壤中含氮量，可以提高種子蛋白質含量，增加種子大小和重量，提高種子活力和產量。

●

當土壤缺硼

時——豌豆種子不正常幼苗增加。

●

當土壤中鉬的含量較低時——大豆種子活力降低。

●當土壤中缺硼和鈣時——其種子發(fā)育不正常，子葉發(fā)生缺綠現象，幼苗下胚軸腫脹。

●

土壤缺錳

——會使豌豆胚芽損失、子葉空心。

●

土壤缺鈣、缺鎂

條件下——產生的種子幼根易發(fā)生破裂和種皮破裂，降低種子活力。

（2）栽培條件

栽培密度與種子品質密切有關。

種子田密度應小一些。

（3）發(fā)育成熟期間的氣候條件

凡是影響母株生長的外界條件，對種子活力及后代均有深遠影響。種子成熟期間的溫度、水分、相對濕度，是影響種子活力的重要因素。

為了生產優(yōu)質種子，必須選擇環(huán)境適宜的地區(qū)，建立專門的種子生產基地。

（4）種子成熟度

種子成熟度與種子某些特性，如種子大小、重量和活力密切相關。一般種子活力水平至生理成熟達最高峰。種子成熟度與開花順序密切相關。因此，不同部位的種子成熟度也有差異。

芹菜、胡蘿卜

等傘形花序，通常低位花成熟度高，種子發(fā)育好，粒大，而高位花則成熟度較低、粒小。

胡蘿卜

成熟種子較未成熟種子發(fā)芽迅速，具有較高的蛋白和核酸含量及較高的RNA、rRNA和多聚腺苷-RNA的比例。

十字花科

等無限花序，其種子不同部位的成熟度有差別：下部>中部>上部。

（5）種子機械損傷度種子機械損傷的程度，往往與收獲時的種子水分有關。種子水分低，質地較脆易破損或折斷，水分過高，則種子質軟易擦傷或碰傷。

（6）種子干燥措施

種子成熟采收后，應及時進行干燥，延遲干燥和干燥溫度過高，將使種子活力降低。

（7）種子貯藏條件

種子貯藏的時間、方法和貯藏期間的環(huán)境條件，對種子活力均有影響。

在種子貯藏期間，由于種子本身帶有微生物和病菌，促進呼吸作用和有毒物質累積，加速種子劣變，導致活力下降。

綜上所述，種子的活力狀況是由眾多影響因素相互作用而決定的。遺傳因素決定活力的可能性，而環(huán)境因素決定活力的現實性。

種子的品質及其性能或生活力，自一較高水平下降至較低的水平。(Gove,1965)

老化（ageing）一般是指種子的自然衰老。（有別于人工加速老化）劣變（deterioration）則是指生理機能的惡化，包括化學成分的質變及細胞結構的受損。老化與劣變有時成為同義詞。但劣變的范圍較廣，不一定由老化而引起。例如，突然性的高溫或結冰，可能導致蛋白質變性或冰點損壞細胞膜，引起種子劣變。2種子劣變及其發(fā)生機理

2.1種子活力的下降與劣變發(fā)生

種子活力與種子的老化劣變存在密切關系，即種子活力水平高，則種子劣變程度就低。因此，種子活力與種子劣變之間的關系，是種子活力和活力測定的主要生物學基礎。①活力和劣變是相互消長的兩個方面：種子劣變增強，則活力下降。

②種子劣變不可避免：從生理成熟就開始（甚至在發(fā)育期間遇到不良條件，活力就會降低）?；盍ο陆党潭?，視環(huán)境條件而異?？刂品N子本身的狀態(tài)和環(huán)境，可延緩活力降低的速度。

③種子劣變是逐漸累積的結果：在劣變前期，種子通過某些處理，可以進行修復，恢復活力，但當劣變程度很深時，種子就失去修復能力，最終喪失活力。

④種子基本的變質：細胞膜、細胞器和細胞核內物質作用能力的改變。

⑤劣變使種子整體生長發(fā)育能力下降：當劣變程度較低時，對種子生活力和發(fā)芽影響不大，而對活力則有影響。因此，可用活力測定的方法，了解變質的程度。

⑥劣變降低種子生產性能：最終和最大的危害是種子失去發(fā)芽能力。從種子檢驗角度來看，是失去長成正常幼苗的能力。2.2種子劣變的形態(tài)特征

（１）種子

ａ.果種皮顏色的變化——變深、變暗、變黑，無光澤，“走油”現象。ｂ.解剖特征——種胚干澀，失去鮮嫩感，角質程度降低。ｃ.其他——異味變濃，有霉酸味。

問：感官鑒定種子死活是否可能？

（２）幼苗形態(tài)

劣變但仍能發(fā)芽的種子，畸形苗多，幼苗生長性能降低——產量和品質降低。

劣變種子細胞膜系統(tǒng)損傷嚴重，膜滲漏現象明顯。嚴重的，膜修復重建能力變弱，甚至不能修復，造成膜系統(tǒng)永久性損傷。結果:大量可溶性營養(yǎng)物質、生理活性物質外滲——種子難以正常萌發(fā)——外滲物引起微生物大量繁殖——萌發(fā)時嚴重發(fā)霉、腐爛。問：為什么發(fā)芽試驗中死種子比活種子容易長霉?2.3種子劣變中的生理生化變化（５個方面）（１）膜系統(tǒng)的損傷及膜脂過氧化

長期呼吸消耗——種胚可利用營養(yǎng)物質缺乏——種子生活力喪失。

a.結構蛋白

易受高溫、脫水、射線或某些化學物質的刺激，空間結構變得疏松、紊亂，最終變性。

如：組蛋白變性——阻礙DNA的功能

酶蛋白變性——酶失活

脂蛋白變性——膜選擇透性喪失

b.貯藏蛋白

種子貯藏蛋白與種子活力關系密切。

花生種子球蛋白含量，與種子活力成顯著正相關（劉軍、黃上志、傅家瑞，2001）。

（２）營養(yǎng)成分的變化

貯藏蛋白含量，亦隨貯藏時間延長而下降，能電脈分辨的蛋白組分隨老化而減少。

小麥：萌發(fā)過程中，高活力種子醇溶蛋白變化明顯，降解較快，低活力種子醇溶蛋白變化不大，且降解遲緩。（姜文、姚大年、張文明，2006）

種子，特別是油質種子，劣變過程中脂肪酸價、總酸度上升。

脂肪——游離脂肪酸；蛋白質——游離氨基酸；非丁（植酸鈣鎂）——磷酸。

缺氧呼吸——酒精、二氧化碳

脂肪氧化——醛、酮、酸

蛋白質分解——多胺

脂質過氧化——丙二醛

微生物分泌毒素——黃曲酶素

積累過多，對種胚細胞產生毒害作用，甚至導致種子死亡。

（３）有毒物質積累

碳水化合物、蛋白質——合成能力下降

核酸——合成受阻

有分析表明：

●同品種水稻，種胚RNA含量：高活力﹥低活力

●大豆種子，DNA、RNA、葉綠素含量：

新種子﹥陳種子，老化越嚴重含量越低。

●衰老種子新核酸的合成受阻，首先是ATP生成量減少，DNA、RNA合成能源不足，基質減少。

（４）合成能力下降

a.酶

如花生劣變后，ATP酶活性消失，酸性磷酸酶活性變弱。種子劣變過程中，易喪失活性的酶主要有：DNA聚合酶、RNA聚合酶、脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、細胞色素氧化酶、ATP酶及SOD等。某些水解酶，如脂肪酶、蛋白酶，活性反而增強。

酶活性降低的主要原因——

酶蛋白變性；輔酶的缺乏。（５）生理活性物質的破壞和失衡

b.維生素

VC氧化——胚失去發(fā)育成幼苗的功能。

VB1、VB2、VB6、煙酸、泛酸、生物素——含量隨劣變而降低。

c.激素

GA、CK、乙烯——產生能力降低或喪失。

試驗證明，老化種子,類赤霉素物質減少，而類似ABA的抑制物質增加。

d.其他多胺（Polyamine）——含量下降、產生能力喪失。

3種子壽命的概念和差異性

植物種子具有一定的壽命（longevity）。因此,農業(yè)生產得以延續(xù)發(fā)展、種質資源得以保存。3.1種子壽命的概念

種子壽命

:

種子群體在一定環(huán)境條件下保持生活力的期限。（通常用半活期表示）

半活期：一批種子從收獲到發(fā)芽率降低到50%時所經歷的時間。（平均壽命）

農業(yè)生產上，用半活期作為種子壽命的指標，顯然是不適宜的。

因此，采用農業(yè)種子壽命的概念。

農業(yè)種子壽命：種子生活力在一定條件下能保持80％以上發(fā)芽率的期限。

此期限的長短，決定種子的利用年限。（國標發(fā)芽率：水稻常規(guī)種85％,三系及雜交種80％;小麥、玉米、大豆等85％；油菜常規(guī)種90％,親本及雜交種80％；棉花毛籽70％、光籽80％。等）3.2種子壽命的差異性

短的——數小時、數十天

梭梭樹、蘭花——幾小時可可——35小時楊樹、柳樹——１周多

長的——千年、萬年

古蓮籽——1000多年（中國）、2000多年（日本）莧菜——3000多年（阿根廷）北極羽扇豆——1萬多年（加拿大）狗尾草——1萬多年（中國）

差異原因?◆

植物本身的遺傳性

例如:禾谷類：壽命較短

葫蘆科：壽命較長

豆科：綠豆、紫云英﹥大豆、花生

◆

環(huán)境條件的作用種子形成發(fā)育的生態(tài)條件、收獲、脫粒、干燥、加工、貯藏、運輸過程中所受到的影響。

4影響種子活力和壽命的因素

種子壽命的長短，受遺傳特性、種子發(fā)育狀況以及貯藏條件等，多種內外因素的影響。

4.1影響種子壽命的內在因素及遺傳改良

4.1.1種子本身的遺傳性

4.1.2

種被結構

堅韌、致密；蠟質層、角質層；硬實，壽命較長。反之，壽命較短。

禾谷類:水稻——壽命較長皮大麥﹥小麥、裸大麥

豆類:花生——種皮脆薄，缺乏柵狀細胞層，較難貯藏。

另外，種皮的保護性，影響種子收獲、加工、干燥、運輸過程中，遭受機械損傷的程度。

遭受嚴重機械損傷，壽命明顯下降。

4.1.3種子化學成分

脂肪易水解、氧化、酸敗，產生大量有毒物質，如游離脂肪酸、丙二醛（MDA）等，使種子生活力下降。

棉花種子：游離脂肪酸若達到5%，種子全部死亡。豌豆種子：若丙二醛濃度增加到0.5mol/L，其蛋白質合成速率將下降一半。

脂肪酸敗造成細胞膜破壞，更是重要原因。

因此，油質種子比粉質種子、蛋白質種子難貯藏。

含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸較多的種子，更難貯藏。

據研究，帶有脂肪氧化酶缺失基因

的種子，脂肪不易氧化酸敗，有利于保持壽命。

但麻浩等（2001）認為，大豆種子脂肪氧化酶的缺失，對種子劣變無明顯影響。

4.1.4種子的生理狀態(tài)

未充分成熟、受潮、受凍、萌動狀態(tài)、發(fā)芽后又重新干燥的種子，呼吸作用均旺盛，壽命大大縮短。

據研究，受潮種子的呼吸強度，較干燥時增加10倍。因為各種水解酶已活化，即使再干燥后，其呼吸強度仍然較高。

種子受凍害后，其水解酶活化，將細胞內含物分解，此過程稱為細胞“自溶”，嚴重時種子腐爛。

4.1.5種子的物理性質

種子大小、硬度、完整性、吸濕性等，均影響種子的呼吸強度，因而影響種子壽命。

小粒、瘦粒、破損?！让娣e大，胚部占整粒種子比率較高，呼吸強度明顯高于大粒、飽滿、完整的種子，其壽命較短。吸濕性強的種子——含水分、微生物較多，容易引起劣變。

4.1.6種胚的性狀

大胚種子、胚占整個籽粒比例較大的種子，其壽命較短。玉米：胚較大，且含脂肪多，比其他禾谷類種子（水稻、小麥等）難以貯藏。

4.2影響種子壽命的環(huán)境條件

4.2.1濕度和水分

濕度較高——種子吸濕——水分增加種子水分和呼吸強度關系最為密切。水分越高，壽命越短，尤其超過安全貯藏水分時，壽命大幅度下降。

Harrington（1972）：種子水分5%～14%，每上升1%，壽命縮短一半。（Robers等人修正：水分每上升2.5%，壽命縮短一半）。

4.2.2溫度

溫度越低，正常型種子壽命越長。

-196℃液氮保存（超低溫貯藏），不會喪失生活力?！?～55℃，呼吸強度隨溫度上升而增加。●高溫有利于倉蟲、微生物活動、脂肪氧化變質。●溫度過高，蛋白質變性、膠體凝聚。

高水分+高溫，種子死亡更快。

問：為什么我國南方種子貯藏過夏較為困難？Harrington規(guī)律：

0~50℃，溫度每上升5℃，種子壽命縮短一半（Roberts等人修正：溫度每上升6℃，種子壽命縮短一半）。-273℃絕對零度貯藏種子;越南人的平均壽命比俄羅斯人要短;人體溫度從37℃下降至35℃,壽命將延長一倍。人的理論壽命為170－180歲，目前世界上最高年齡者為120多歲；變溫動物通過降低體溫延長壽命,“千年王八萬年龜”之說。有關啟示:

4.2.3氣體

氧氣——促進種子劣變和死亡

氮氣、氦氣、氬氣、二氧化碳

低水分種子——延緩劣變高水分種子——加速劣變

因此，低溫、低濕條件下，采取密閉方式，使種子生命活動維持在最微弱的狀態(tài)下，可以延長種子的壽命。（貯藏關鍵詞：干燥；低溫；密閉）

但必須注意：水分高＋溫度高＋密閉，會迫使種子缺氧呼吸——二氧化碳、酒精，使種子窒息毒害死亡。

4.2.4其他因素

（1）光

紫外線對種胚有殺傷作用，且強光與高溫相伴隨。強烈持久日光照射后，種子容易喪失生活力。夏季日光曝曬，小粒顏色深的種子，受害較重；反之，受害較輕。大豆、花生——去殼種子不宜高溫曝曬，以免種皮開裂，降低耐藏性。水稻(尤其是雜交稻)——曝曬溫度過高——曝腰、增加裂殼——影響種子壽命。

（2）微生物及倉庫害蟲

真菌、細菌——分泌毒素、加強呼吸作用，影響種子生活力。

倉庫害蟲——破壞種子完整性、加大種子堆呼吸作用。

微生物、倉蟲生命活動的產物（熱能、水分），促進種子呼