DETERMINATION OF PHYSIOLOGICAL INDICATORS OF CORE SEEDS QUALITY BY ELECTROLYTE LEAKAGE

 

Nadzeya Pushkina

researcher, BSU,

Belarus, Minsk

 

АННОТАЦИЯ

Измерение электропроводности и добротности водных вытяжек, полученных из семян кукурузы разного качества, может рассматриваться как экспресс-способ определения их жизнеспособности. С использованием прямых и косвенных параметров определения качества семян показано, что из 25 исследуемых линий кукурузы после 3-х лет хранения в оптимальных условиях только 5 сохранили нормальную всхожесть. После инкубации в условиях ускоренного старения 16 дней из 40 линий кукурузы только 8 достаточно долго способны сохранять высокую всхожесть. Определение качества семян кукурузы по выходу электролитов может эффективно применяться для скрининга зерновок в процессе их хранения и отбора линий для дальнейшей селекции по признаку сохранения посевных качеств и устойчивости к неблагоприятным условиям хранения.

ABSTRACT

Measurement of the electrical conductivity and corpulence of aqueous extracts obtained from different quality corn seeds can be considered as an express method for determining their viability. Using direct and indirect parameters for determining the quality of seeds, was shown after 3 years of storage under optimal conditions only  5 out of 25 maize lines retained normal germination. After incubation 16 days in accelerated aging conditions, only 8 out of 40 maize lines are able to maintain high germination. Corn seeds quality determination by the leakage of the electrolyte can be effectively used for screening seeds during storage and line selection based on the preservation of sowing qualities and resistance to unfavorable storage conditions.

 

Ключевые слова: линии кукурузы, электролиты, электропроводность, добротность, ускоренное старение, всхожесть.

Keywords: maize lines, electrical conductivity, corpulence, accelerated aging, germination.

 

Кукуруза – одна из самых распространённых зерновых культур в мире [20]. Селекция новых сортов и гибридов кукурузы ведется постоянно, для этого используются самоопыленные линии, генетический материал для размножения. На первоначальном этапе практически невозможно предсказать, какая из линий будет дольше сохранять высокие посевные качества в процессе хранения [4]. Поэтому для селекции кукурузы на сегодняшний день актуальным является применение метода ускоренного старения семян и определения их качества в процессе хранения.

Наиболее распространённым методом определения качества семян является проращивания, которое занимает 7-14 дней. Это достаточно длительный, трудоемкий процесс, при этом не всегда можно получить абсолютно достоверные результаты. Вместе с этим существуют альтернативные экспресс-методы для оценки жизнеспособности, всхожести и качества семян [9]: метод окрашивания семян [16], рентгеноскопия, люминесцентный метод и тест на электропроводность. Рентгеноскопия позволяет выявить наполненность эндосперма или семядолей зародыша семени [3]. Люминесцентный метод можно применять на семенах только со светлоокрашенной оболочкой, поскольку темноокрашенные семена не обладают флуоресценцией [2]. Проверка всхожести методом электропроводности может рассматриваться как универсальный экспресс-метод, применимый для широкого спектра сельскохозяйственных культур [13]. Однако данная методика еще не стандартизирована для всех видов сельскохозяйственных культур [18]. Исследования проводимости были сосредоточены на оценке времени замачивания семян, которое может составлять от 4 до 48 часов [19].

В связи с этим целью данной работы являлась оценка изменения качества семян кукурузы по выходу электролитов в раствор после длительного естественного хранения и ускоренного старения.

Известно, что косвенным показателем физиологического качества посевного материала служит изменение электропроводности водных вытяжек из семян [19], обусловленное выходом клеточных метаболитов, таких как К+, аминокислоты, сахарофосфаты в раствор, которое определяется кондуктометрическим методом [1]. Другим косвенным методом определения качества семян может являться изменение показателей добротности СВЧ-резонатора на векторном анализаторе цепей при помещении в него водной вытяжки из семян. [Добротность − параметр колебательной системы, определяющий амплитуду резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан] [15]. Электропроводность и добротность – обратные величины. Однако при измерении добротности можно получить более точные экспериментальные данные, которые отличаются минимальной статистической погрешностью и обладают высокой степенью достоверности [5]. Измерение добротности осуществляется бесконтактным методом, при этом можно измерять не только электролиты, но и другие вещества, которые определяются на других частотах [6]. Ряд ученых [8, 10, 12, 14, 17] считает, что электропроводность водной вытяжки из семян является лучшим методом определения всхожести, силы роста и жизнеспособности.

Материалы и методы

Объектом исследования являлись семена самоопыленной линии кукурузы белорусской селекции. Для определения электропроводности и добротности навески семян по 7 г в 4-х кратной повторности помещали в пробирки, добавляли 35 мл деионизированной воды и оставляли на 5 часов при температуре 21-22 0С. Определение электропроводности водных вытяжек, полученных из семян кукурузы осуществляли по выходу электролитов в раствор при температуре 21-22ºС кондуктометром Hanna HI 9932 [1]. Добротность измерялась на векторном анализаторе цепей Agilent E5061B [15].

При проведении теста на ускоренное старение семена кукурузы размещали в эксикаторе над насыщенным раствором хлористого натрия и выдерживали 16 дней при температуре 40ºС и 75%-ной влажности воздуха. На 16-ый день отбирали пробы, для определения всхожести, электропроводности и добротности водных вытяжек из семян кукурузы. Контролем служили семена, не подвергавшиеся ускоренному старению [1].

Определение всхожести семян проводилось по международным стандартам [7, 11]. Семена проращивали в рулонах по 30 шт. в 3-х кратной повторности, всхожесть определяли на 7-ой день роста. Статистическая обработка данных проводилась с использованием функций описательной статистики компьютерной программы Microsoft Office Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведенных исследований установлено, что всхожесть 25-ти морфологически различных линий кукурузы после 3-х лет хранения в оптимальных условиях варьируется от 88 до 40%. Анализируя данные, приведенные на рисунке 1, видно, что семена, сохранившие достаточно высокую всхожесть, имеют минимальное значение электропроводности водных вытяжек – 6,5 мкСм/см-1 и максимальное значение добротности – 495,31 Q.

 

Рисунок 1. Электропроводность, добротность водных вытяжек и всхожесть семян различных линий кукурузы после 3-х лет хранения

 

Опираясь на полученные данные, все линии можно условно разделить на три группы: I группа – семена, сохранившие высокую всхожесть за период хранения ≥ 78 %; II группа – семена со всхожестью не более 74 %; III группа – семена, утратившие посевные качества ≤ 50 %. Коэффициент корреляции между всхожестью и добротностью составляет 0,984, что является весьма высоким показателем. Электропроводность со всхожестью имеют более низкий коэффициент корреляции – 0,89 (таблица 1).

Таблица 1.

Корреляционная зависимость между всхожестью, электропроводностью и добротностью семян различных линий кукурузы после 3-х лет хранения

Показатели

Всхожесть

Электропроводность

Добротность

Всхожесть

1

- 0,89

0,98

Электропроводность

-

1

-0,93

Добротность

-

-

1

 

Далее было изучено влияние условий ускоренного старения (УС) на изменение качества 40 линий кукурузы. Все линии имели различную исходную всхожесть и электропроводности, что свидетельствует об исходных различиях в качестве семян (Таблица 2).

Таблица 2.

Масса 1000 семян, исходная всхожесть и электропроводность 40 линий кукурузы

п/п

Идентификационный номер линии кукурузы

Масса 1000 семян, г

Всхожесть, %

Электропроводность, мкСм/см

1

СП 167/15 СП 109/ 16

204

98±2

8±1,2

2

СП 129/15 СП 81/16

194

96±3

8,3±0,99

3

СП 165/15 СП 108/16

226

94±4

8,99±2

4

СП 107/15 СП 64/16

145

90±4

14,18±1,7

5

СП 101/15 СП 60/16

146

90±5

13,89±2

6

СП 179/15 СП 117/16

198

90±2

12,01±3

7

СП 175/15 СП 113/16

198

90±3

12,35±2

8

СП 168/15 СП 110/16

116

90±4

12,15±4

9

СП 97/15 СП 56/16

282

90±3

12,98±3

10

СП 96/15 СП 55/16

272

90±2

13,46±3

11

СП 126/15 СП 79/16

158

90±2

13,54±2

12

СП 168/14 СП 88/16

116

90±3

13,15±2,5

13

СП 122/15 СП 75/16

143

88±4

17,9±3,5

14

СП 114/15 СП 69/16

251

85±5

18,7±3

15

СП 99/15 СП 58/16

239

85±4

18,18±2

16

СП 127/15 СП 80/16

142

85±3

19,5±1,7

17

СП 114/15 СП 93/16

251

85±5

19,67±1,3

18

СП 142/15 СП 91/16

184

84±4

19,54±1,5

19

СП 141/15 СП 90/16

237

83±6

21,8±2

20

СП 164/15 СП 107/16

146

81±7

23,2±2,5

21

СП 100/15 СП 59/16

212

81±5

23,9±3

22

СП 91/15 СП 52/16

192

81±3

27,67±4

23

СП 105/15 СП 62/16

200

79±2

34,5±3

24

СП 140/15 СП 89/16

221

79±7

33,32±2

25

СП 119/15 СП 73/16

169

75±8

35,67±4

26

Сп 118/15 СП 72/16

173

75±5

34,7±3

27

СП 116/15 СП 71/16

254

75±6

36,4±1,8

28

СП 121/15 СП 74/16

152

74±4

38,9±1,2

29

СП 112/15 СП 67/16

291

73±3

39,4±2,2

30

СП 108/15 СП 65/16

229

73±5

34,2±2,4

31

СП 95/15 СП 54/16

214

73±4

31,56±2,6

32

СП 125/15 СП 78/16

227

71±4

35,67±1,2

33

СП 124/15 СП 77/16

226

69±3

36,6±1,8

34

СП 143/15 СП 92/16

159

69±2

39,6±2,3

35

СП 106/15 СП 63/16

197

67±4

39,1±2,4

36

СП 115/15 СП 70/16

294

67±5

40,3±2

37

СП 104/15 СП 61/16

234

64±5

43,45±3

38

СП 109/15 СП 66/16

279

60±4

43±4

39

СП 123/15 СП 76/16

256

52±6

48,2±2

40

СП 98/15 СП 57/16

234

42±3

52,4±3

 

После инкубации семян в течение 16 дней в условиях УС всхожесть исследуемых линий кукурузы существенно изменилась (рисунок 2). С уменьшением всхожести семян, в процессе ускоренного старения, произошли соответствующие изменения значений электропроводности водных вытяжек и добротности резонатора при помещении в него пробирки с измеряемой жидкостью. Из полученных экспериментальных данных видно, что после 16-ти дней инкубации в условиях УС из 40 линии кукурузы только 8 сохранили высокую всхожесть (от 82 до 78 %) (рисунок 2). Они имеют высокие значения добротности и минимальные значения электропроводности водных вытяжек.

 

Рисунок 2. Электропроводность, добротность водных вытяжек и всхожесть семян различных линий кукурузы после 16 суток инкубации в условиях УС

 

Показано, что линии кукурузы СП 107/15 СП 64/16, СП 175/15 СП 113/16, СП 168/15 СП 110/16, СП 96/15 СП 55/16, СП 126/15 СП 79/16, СП 168/14 СП 88/16, СП 164/15 СП 107/16, СП 100/15 СП 59/16 способны долго сохранять высокую всхожесть.

Корреляционный анализ зависимости электрофизических параметров и всхожести 40 различных линий кукурузы показал, что добротность точнее отражает изменение всхожести, чем электропроводность водных вытяжек. Коэффициент корреляции между всхожестью и добротностью составляет 0,989. Электропроводность водных вытяжек имеет обратно пропорциональную зависимость со всхожестью и более низкий коэффициент корреляции – 0,91 (таблица 3).

Таблица 3.

Корреляционная зависимость между всхожестью, электропроводностью и добротностью водных вытяжек из семян различных линий кукурузы после ускоренного старения

Показатели

Всхожесть

Электропроводность

Добротность

Всхожесть

1

- 0,91

0,99

Электропроводность

-

1

-0,96

Добротность

-

-

1

 

Определение всхожести семян кукурузы по международным стандартам занимает 7 дней [11]. Однако измерения электрофизических показателей водных вытяжек из семян можно рассматривать как экспресс-способ определения всхожести семян, поскольку он занимают 6-8 часов. Для моделирования процесса длительного хранения семян кукурузы использовался метод ускоренного старения. В результате проведенных исследований показано, что после 3-х лет хранения в оптимальных условиях из 25 исследуемых линий кукурузы только 5 сохранили высокую всхожесть, пригодную для посева. Также показано, что с использование условий ускоренного старения из 40 линий кукурузы только 8 сохранили высокую всхожесть. Эти линии являются наиболее перспективными для дальнейшей селекции по признаку сохранения посевных качеств и устойчивости к неблагоприятным условиям хранения.

 

Список литературы:

  1. Алексейчук Г.Н., Ламан Н.А. Механизм старения семян при неблагоприятных условиях хранения. // Ботаника: исследования. Вып. 36. Мн: Право и экономика. − − С. 311-325.
  2. Беляков М. В. Исследование люминесцентных свойств пшеницы и овса различной всхожести / М. В. Беляков // Вестн. Всерос. науч.-исслед. ин-та электрификации сел. хоз-ва. – 2016. – № 1 (22). − С. 30–33.
  3. Мусаев Ф. Б. Рентгенография семян овощных культур / Ф. Б. Мусаев [и др.]. − СПб. : ЛЭТИ, 2016.– 207 с.
  4. Привалов Ф.И. Рекомендации по возделыванию кукурузы на зерно и зеленую массу // Белорусское сельское хозяйство. − 2016. − 50 с.
  5. Пушкина Н.В., Курченко В.П., Калацкая Ж.Н. Возможность использования электрофизических методов для оценки физиологического качества семян кукурузы // Вестн. БГУ. − 2016. Сер. №3. − С. 26–31.
  6. Пушкина Н.В. Патент РБ: Устройство для определения жизнеспособности семян кукурузы // Афіцыйны бюлетэнь. – 2020. - № 1. – С. 118-119.
  7. Association of Official Seed Analysts / Seed Vigor Testing Handbook // Contribution No 32 to the Handbook of Seed Nesting. USA. − − 88p.
  8. Demir I., Mavi K., Kenanoglu B.B., Matthews S. Prediction of germination and vigour in naturally aged commercially available seed lots of cabbage (Brassica oleracea var. capitata) using the bulk conductivity method. // Seed Sci Technol. − 2008, Vol. 36. − P. 509–523.
  9. Filho J. M. Seed vigor testing: an overview of the past, present and future perspective // Scientia Agr. − 2015. – Vol. 72. – P. 363–374.
  10. Hay F.R. [et al.] Viability of Oryza sativa L. seeds stored under genebank conditions for up to 30 years. // Genet Resour Crop Ev. − 2013. Vol. 60. − P. 275–296.
  11. ISTA, International Rules for Seed Testing. International Seed Testing Association. Bassersdorf, Switzerland. −
  12. Lazar S.-L. [et al.] Germination and electrical conductivity tests on artificially aged seed lots of 2 wall-rocket species. // Turkish Journal of Agriculture and Forestry. − 2014. Vol. 38. − P. 857-864.
  13. Maria M. [et al.] Potential of the electrical conductivity of seed soak water and early counts of radicle emergence to assess seed quality in some native species. // Seed Science and Technology. − 2018. Vol. 46, N. 1. − P. 71-86.
  14. Matthews S. Electrical conductivity vigour test: Physiological basis and use [Electronic resource] // Seeds Science. – 2006. – № 131.
  15. Mokhoff N. EE Times. / Agilent and UC Davis form millimeter research center. − 2011.
  16. Pace B. A. [et al.] Reliable method for assessing seed germination, dormancy, and mortality under field conditions // of Visualized Experiments. – 2016. – Vol. 6, iss. 117. – P. 1–17.
  17. Pereira K. [et al.] Electrical conductivity test in Piptadenia moniliformis Benth. Seeds. // Journal of Seed Science. − 2015. Vol.37, N.4. − P.199-205.
  18. Sivritepe H. O. [et al.] Electrical conductivity tests in tomato and pepper seeds / // Bursa Agriculture Congress – 2012 : 10th аgr., seed raising, saplings and dairy industry fair, Bursa, 26–30 Sept. 2012 : [abstract] / Tuyap Bursa Fairs Org. INC [et al.]. − Bursa, 2012. – P. 75–83.
  19. Sivritepe H.O., Senturk B., Teoman S. Electrical Conductivity Tests in Maize Seeds. // Adv Plants Agric Res. − 2015. Vol 3, N 1. − P. 296-267.
  20. World of corn / [Электронный ресурс]. – 2020. – Режим доступа. – URL:  ncga.com. – Дата доступа: 10.06.2020.