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加速种子老化的方法、装置及所得老化种子与流程

花匠小妙招
2024-12-05 16:35

本发明涉及作物种质资源领域，具体地说，是一种采用高氧条件加速种子老化的方法、装置和由此得到的老化后的种子。

背景技术：

种子老化是指种子在保存过程中的种子活力下降，老化可分为自然老化和人工老化。人工加速种子老化试验广泛应用于种子研究领域，该试验可预测种子活力和耐储藏性等。人工加速种子老化试验方法多种多样，目前普遍应用的方法是高温高湿法，该方法要求温度在40-50℃，相对湿度(relativehumidity，rh)为100％。例如，孔治有等报道了采用高温高湿人工加速老化的方法，其中对多个小麦品系在90％相对湿度和40、45、50、55、60℃条件下分别处理0、2、4、6和8d，结果表明小麦以90％的相对湿度和55℃的高温处理能在较短时间内达到最佳的老化效果(“人工加速老化对小麦种子cat、pod、sod活性和可溶性蛋白质含量的影响”2010年10月，中国粮油学报第25卷第10期)。

在高温高湿老化种子时种子处在高温高湿环境下，随着老化时间延长，种子含水量逐渐呈上升趋势，老化结束后的种子含水量相比老化前会明显增加，例如，玉米种子在45℃，100％rh条件下老化2天后，含水量高达20％。而一般情况下，种子采用较低含水量进行保存，以抑制高含水量条件下的生理生化代谢，例如中期库保存种子含水量范围为3-10％。众所周知，种子细胞内的生理生化代谢途径和代谢活性因含水量不同而差异巨大。因此，高温高湿的老化结果无法完全反映保存条件下的种子老化。因而亟待找到可以在低含水量时快速老化种子的方法，使其老化结果更加接近保存条件下的老化。

技术实现要素：

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供一采用高氧条件加速种子老化的方案。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供加速种子老化的方法，其包括使种子处于密闭空间的步骤，其中控制所述密闭空间内氧气的体积浓度为90％以上、湿度为50％rh以下和温度为40-50℃。

优选地，加速老化前控制种子的含水量至3％以上至10％(湿重为基础)以下。

优选地，所述种子在密闭空间内的填充量使得种子的总体积与种子外的空间的体积之比为1:5-1:2。

优选地，所述密闭空间内的压力为常压。

优选地，所述密闭空间为瓶内部空间，所述方法包括使种子置于瓶底部，在瓶底部通入纯氧将瓶内部空气置换成氧气，当瓶口处氧气体积浓度为90-100％时，密封瓶口，将所述瓶置于40-50℃下进行老化处理。

优选地，所述种子为农作物种子。

优选地，所述种子老化至50％发芽率所需时间为50天以下。

优选地，所述种子总发芽率与空气对照组相比降低15％以上，其中空气对照组是指除了密闭空间内为空气外其余条件与本发明所述方法相同的试验组。

本发明的第二方面，提供一种加速种子老化的装置，其包括本体、氧气发生器和温度控制器；其中，所述本体具有外壳和由其构成的内部密闭空间，所述本体用于容纳所述种子；所述氧气发生器设置为氧气出口位于所述本体的底部，从而允许氧气从内部密闭空间的底部进入所述本体内；所述温度控制器设置为能够控制温度在40-50℃范围内。可选地，温度控制器还可设置为能够检测本体内的温度。可选地，加速种子老化装置还包括湿度控制器。所述湿度控制器设置为能够控制内部空间的湿度为50％rh以下，优选20％-40％rh。优选地，加速种子老化装置还能够检测本体内的湿度。

本发明的第三方面，提供一种老化种子，其通过本发明所述的加速种子老化的方法得到。

本发明可以直接在低含水量状态下快速老化。使用本发明的方法一方面能更好地模拟种子在保存条件下的老化过程，另一方面老化后的种子在萌发期的各性状表现与常规老化方法基本一致。因而，本发明可作为种子在低含水量条件下快速老化的方法应用于科学研究中。

附图说明

图1一种示例性加速种子老化的装置示意图。

附图标记说明：

1-储存瓶，2-氧气罐，3-测氧仪，4-种子。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。

本发明所述的“老化”是指降低种子生物活性、导致其丧失活力及萌发力的不可逆变化，是伴随着种子贮藏时间的延长而发生和发展的过程。目前，关于种子老化的机制尚不明确。

本发明所述的“加速老化”是指在人为条件下对种子进行加速老化处理使种子活力迅速丧失的过程，可以短时间内研究在自然条件下需要很长时间才能产生的劣变过程，是研究种子劣变规律的有效途径。

本发明的“种子”是指任何类型种子，优选被子植物的种子，更优选禾本科、豆科植物种子。本发明的种子包括农作物种子，其实例包括但不限于大豆种子、小麦种子、水稻种子、花生种子、玉米种子、菜籽油种子等。

本发明的种子检验参考国际种子检验协会(ista)种子检验规程，从而获取种子生活力相关数据。

[加速种子老化的方法]

本发明的第一方面，提供加速种子老化的方法，有时称作“本发明的方法”。本发明的方法包括使种子处于密闭空间的步骤，其中控制密闭空间内氧气的体积浓度为90％、湿度为50％rh以下和温度为40-50℃。

本发明的密闭空间是指为种子老化时提供与外界相对独立的环境的空间。密闭空间的大小和形状不限定，只要能够容纳需要老化的种子，同时能够提供必要的剩余空间即可。优选地，密闭空间的大小为需要老化的种子总体积的4-10倍，优选5-8倍，更优选5-6倍。

本发明的密闭空间在老化时需要处于高氧状态。本发明的高氧是指氧气体积浓度为90％以上，优选95％以上，更优选96％以上，进一步优选98％以上，还优选100％(即，纯氧状态)。本发明发现90％以上的氧气体积浓度能够大大加速种子的老化。如果氧气体积浓度低于90％，则种子老化速度明显降低。如果氧气体积浓度降低至21％，则种子老化几乎与自然老化速度相当。本发明的高氧状态可通过任何方式得到。例如，由高压氧气罐提供，或由氧气发生器产生并提供。

本发明的密闭空间内的湿度控制为50％rh以下。本发明的“湿度”是指相对湿度，除非另有说明。与现有人工加速种子老化需要高湿度条件不同，本发明的湿度条件与种子储藏时的湿度一致，从而更有利于模仿种子储藏或保存时的老化进程。本发明的相对湿度一般为10％-50％，更优选地，本发明的相对湿度为20％-40％，例如，20％、25％、30％和35％等。

本发明的种子含水量控制为3％-10％。本发明所指的“含水量”是指湿重为基础的含水量，除非另有说明。与现有人工加速种子老化常用的高含水量不同，本发明的含水量条件与种子储藏时的含水量一致，从而更有利于模仿种子储藏或保存时的老化进程。优选地，本发明的含水量为3％-10％，更优选地，本发明的含水量为4％-9％，例如，5％、6％、7％和8％等。

本发明的密闭空间内的温度一般需控制在40-50℃范围内，优选45-58℃，更优选45-55℃。温度越低越不利于老化的加速。另一方面，如果温度过高，则超出种子生理变化所需的温度，不利于模仿种子自然老化过程。本发明的温度可通过例如在老化箱中实现所需的温度范围。

本发明的密闭空间内的压力一般为常压。本发明的常压是指接近大气压，即，在0.1±0.05mpa范围内，优选0.1±0.02mpa范围内。种子自然老化或种子储存时是在常压下进行的，本发明密闭空间内控制常压以便更好地模拟自然老化或储存条件下的老化进程。如果压力过高，则可能更有利于加速老化，但是不能很好的模拟自然老化或储存条件下的老化进程。

本发明的密闭空间还优选处于黑暗状态，从而更有利于模拟种子储存条件下的老化。

本发明的种子一般需要在加速老化前控制其含水量至3％以上至10％以下，进一步优选在加速老化的整个过程中，控制种子的含水量在3％以上至10％以下，更优选为4％以上至9％以下，例如，8％等。本发明的种子在密闭空间内的填充量不特别限定，优选其填充量使得种子的总体积与种子外的空间的体积之比为1:5-1:2，例如，1:5-1:4。

在某些实施方案中，本发明的密闭空间为瓶内部空间，本发明的加速种子老化的方法包括使种子置于瓶底部，在瓶底部通入纯氧将瓶内部空气置换成氧气，当瓶口处氧气体积浓度为90-100％时，密封瓶口，将所述瓶置于40-50℃下进行老化处理。

在示例性加速种子老化的方法中，其包括以下步骤：

(1)种子材料要求：种子材料含水量在10％以内。

(2)制造高氧环境：将适量体积的种子放入样品瓶中，通入氧气，使用测氧仪保证氧气浓度在90-100％以上且稳定一段时间，随后密封，种子的体积与种子上空体积比为1:5-1:4；

(3)老化箱温度设置：温度提前设置在40-45℃。

(4)高温人工老化处理：将装有种子的样品瓶放入老化箱中，老化一定时间。

(5)检测种子生活力：老化后的种子取出做发芽实验，以检测种子生活力。

[加速种子老化的装置]

本发明的第二方面，提供加速种子老化的装置，有时称作本发明的装置。本发明的装置是用于实施本发明的方法的装置，其一般包括本体、氧气发生器、温度控制器，可选地还包括湿度控制器。本发明的装置可为小型装置。例如，实验室内使用的小型装置。本发明的装置还可以是大型装置。在某些实施方案中，本发明装置为自动化装置。

本发明的本体为用于容纳种子，并提供相对独立的密闭空间的主体结构，其一般具有外壳和由其构成的内部密闭空间。外壳的材料不特定限定，优选不透气材料，例如可以是玻璃、硬塑料、陶瓷等。

本发明的氧气发生器设置为氧气出口位于本体的底部，从而允许氧气从内部密闭空间的底部进入本体内。本发明的氧气发生器的实例包括高压氧气罐、氧气生成器等。

本发明的温度控制器设置为控制密闭空间内的温度在40-50℃范围内。优选地，还能够检测本体内的温度，并根据需要进行温度控制。本发明的湿度控制器设置为能够控制湿度为50％rh以下，优选20％-40％rh。优选地，还能够检测本体内的湿度。温度控制器和湿度控制器可采用本领域已知的装置或市购产品。

本发明的装置还可包括测氧器，其用于直接或间接检测密闭空间内的氧气含量。

[老化种子]

本发明的第三方面，提供一种老化种子，其通过本发明的方法制备得到。本发明的老化种子可应用于科学研究中。

实施例1

本实施例为用于实施本发明所述加速种子老化的方法的装置。如图1所示，本发明的装置包括储存瓶1、氧气罐2和测氧仪3。在储存瓶内放置种子4。氧气罐通过导管将纯氧从瓶底部引入氧气，从而置换瓶内的空气，测氧仪检测瓶口处氧气的浓度，当体积浓度达到90％以上时，抽回氧气导管，密封开口。另外，本发明的装置还包括老化箱，其为本发明的温度控制装置，可将温度控制于40-50℃范围。此外，本发明的装置还包括湿度控制器，用于检测并控制瓶内的湿度为50％以下。

实施例2

使用实施例1中所述的装置进行以下实验。

种子材料：大豆8213、水稻t优5128、小麦4185，初始发芽率分别为97.5％、90.5％、83.0％，种子含水量在8-10％(湿重基础)。

试验过程：将各品种种子分别放入50ml的钳口瓶中，其中一部分钳口瓶内的空气用纯氧替换，氧气浓度控制95％以上，作为高氧处理；一部分钳口瓶内则为空气，作为对照组，氧气浓度计为21％。种子包装完毕后，置于45±1℃老化箱中进行人工老化，老化时间40天。每个处理3-4个重复，每个重复10g种子。

取出老化的种子在室温下平衡24h，随后做发芽试验，参考国际种子检验协会(ista)种子检验规程，得到老化种子各项发芽指标。发芽实验中，小麦采用纸上发芽，温度为20℃，每重复50粒，4个重复；水稻种子采用纸上发芽，温度为28℃，每重复50粒，4个重复；大豆种子采用纸+海绵发芽，温度为25℃，每重复25粒，4个重复。得到的发芽结果见表1。

表1种子老化后发芽结果

试验结果与分析：如表1所示，各作物种子在不同氧气浓度下老化相同的时间后，种子的活力下降程度是不一样的，高氧条件下种子活力降低快，而对照条件老化时种子活力降低慢，高氧条件下种子总发芽率与对照相比低了20-30％，而正常发芽率低了30％左右，大豆的甚至有50％左右的差异，这表明高氧条件可以作为一种在低含水量条件下加速种子老化的方法。

实施例3

使用实施例1的装置进行下述实验。

种子材料：大豆种子

试验过程：对比本发明方法和其他种子老化方法，包括室温自然老化(在北京室外)、传统的高温高湿和高温老化方法，对大豆种子的老化效果。为方便对比，统计各条件下老化至50％发芽率的时间，通过种子老化速度、对种子自然老化的模拟能力和对贮藏条件下种子老化的模拟能力评价各方法的优势和劣势。

表2大豆种子不同老化方式对比表

试验结果与分析：从表2中对比分析可以得知，自然老化方式下，种子老化速度慢，老化至50％发芽率甚至需要1年左右，难以开展种子老化研究，且因保存过程中种子含水量会随着空气湿度波动，该方法老化对低温贮藏条件下的模拟能差。

高温高湿老化方式种子发芽率最快能在7-14天降低至50％，明显提高了种子老化速度，但是由于老化过程常采用75％至100％高湿条件，老化后种子含水量过高，尤其在100％条件下老化时种子含水量可能高达20％，与自然老化和低温贮藏条件下种子含水量差距巨大，由于含水量不同导致种子内代谢途径差异巨大，因而模拟能力差。

高温方法老化采用密封包装，种子含水量可以任意范围，因而可以选择与低温贮藏或者自然老化相近的含水量水平进行老化，因此其模拟能力好于高温高湿方法，但是老化速度较慢，例如采用8％含水量进行老化时，需要160天发芽率才能降低至50％。采用本发明的方法加速老化种子，种子老化至50％发芽率所需时间则缩短至50天左右，另一方面较好地模拟了种子在自然条件和贮藏条件下的老化状态，因而本发明方法可加速种子老化并且有助于种子老化后的进一步研究。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。