测定种子养分代谢效率的分析方法与流程

1.本发明涉及种子选育技术领域，特别涉及一种测定种子养分代谢效率的分析方法。


背景技术：

2.一粒种子在得到适当的湿度和温度时，种子内部的各种酶就会活跃起来，准备把种子里储藏的养分，尤其是淀粉、蛋白质和脂肪这些大分子养分，转化成下一代成长所需要的小分子养分。这一养分代谢关系到植物下一代的成活与生长。两个品种之间的优劣比较，也可以从种子发芽阶段养分代谢效率的比较开始。
3.能把相同质量的种子养分物质更有效的转化给幼苗，使幼苗更好地生长发育，这个品种就具备第一个优良特性。因为小小的种子所储藏的营养物质量是有限的，因此这些养分的转化效率越高，对下一代幼苗的生产发育越是有利。
4.那么怎么来鉴定一粒种子的养分代谢和转化效率呢？随之，就有了许多的测定方法，有直接的，也有间接的。例如，直接观察种子在大田里的出苗率，幼苗生长整齐度和健壮与否；在实验室里间接地测定与种子活力特性相关的酶的活性，呼吸强度，浸出液的电导率等等。但是，这些方法都有以偏概全的片面性。


技术实现要素：

5.本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种对比明确、结论准确的测定种子养分代谢效率的分析方法。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：一种测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：（1）在种子阶段，通过生物量陷落对其活性进行评价，将种子栽培在无营养的水里或沙子培养基中，弱光条件下使其发芽生长，定期采集鲜重或干重，绘制符合标准的生长曲线及生物量陷落阶段的陷落曲线，并用生长曲线和陷落曲线的积分比来表述种子活力；（2）种子出苗后的幼苗期，栽培在无营养的水里或沙子培养基中,通过光合活性进行分析，将幼苗置于光强30mol
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下，对光反应曲线进行测定，同时分析幼苗的光合抑制曲线，最后用光反应曲线函数和相对光合抑制量函数计算光合抑制量来表述种子活力。
7.本发明测定一粒种子的活力方法是把种子种植在没有外来养分的条件下，只使用种子里储存的养分，幼苗在生长途中会产生生物量陷落现象。使用生物量陷落的大小来表示种子的活力，生物量陷落程度小的说明其种子活力强。另外就是，在种子幼苗时期测定这种条件下生长的幼苗的光合作用，强光下产生光合抑制的，光合抑制程度小的说明其种子活力强。本发明采用上述两种分析方法是之前未采用过的，可以准确的测定种子活力，比传统方法要省时。
8.本发明的更优技术方案为：
步骤（1）中，种子生长趋势符合标准的生长曲线函数方程为：，其中，g1为其中某个时间点的生物量，是曲线的最大值和最小值之间的差，gm是植物最大生长量，e是自然指数底数,α1是常数，t是时间，τ1是曲线的时间中间点，g
b1
是初始生物量，包括种子留下来的子叶，g
01
是曲线的起点值，β1是常数；陷落曲线的函数方程为：，其中，g2为某个时间点的生物量，gd为生物量开始陷落时的生物量，gb为曲线尾部的生物量；种子活力。
9.进一步优选的技术方案为，所述生物量陷落的绝对量用g1(t)dt和g2(t)dt两条曲线的定积分差的中值来表示，即；但是，生物量陷落的绝对量只有和原来的生物量相比较才有意义，所以：。
10.步骤（2）中，光反应曲线函数方程为：，其中，依变量pn为某个光强度下的光合速度，自变量i为光强度；pc为理论上高光强度时的最大光合速度；rd为无光时的光合速度，也就是呼吸速度，k为常数；由于在弱光下生长，花生幼苗叶片的光合速度低，因此，在强光下测定其光合作用速度的时候，会出现光合抑制现象。相对光合抑制量函数为：，其中，p0是光合抑制发生后的最低光合速度，pd为降低了的光合量，α’是常数，ii是光合抑制现象开始时的光强度；光合抑制量用下式表示：，其中，pn是光合作用的光反应曲线方程，但是去掉了呼吸项的总光合；pi是光合抑制曲线方程，定积分从a’（光合受抑制开始降低时的ppi）积分至b’（1600μmol
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），为pn(i)和pi(i)两条曲线之间的面积。
11.进一步优选的技术方案为，光强度i为k的倒数时，，其中，θ=1-e-1
≈ 0.632定义为注中庸常数，即光合速度达到最大光合作用能力的63.2%时的光强度对植物是适宜的。
12.所述栽培在无营养的水里或沙子培养基中的种子为粒状种子、块状根茎或球根，为常见的种子栽培植物，以便于品种的筛选和普遍应用。
13.本发明把质量相等、来自两个品种的同一种植物种子在无异养条件下种植，比较
发芽后幼苗的盛装状况，这种无异养条件就是发芽后的幼苗生长只利用种子储存的养分，没有净光合作用产物的补给，根际营养基里没有无机或有机养分，本发明是一种新颖且独创的种子筛选方法。
附图说明
14.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
15.图1为本发明花生幼苗的鲜重变化趋势和生物量陷落现象对比示意图；图2为本发明净光合反应曲线示意图。
具体实施方式
16.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的具体实施案例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限与本文所描述的实施案例。因此，提供这一案例的目的是使本发明的公开内容更容易理解。
17.实施例：测定花生种子养分代谢效率的分析方法1.植物材料本实施例采用的植物材料为花生（arachis hypogaea l.），品种为
‘
半立’（handachi）。用来比较的两个种子材料来自同一品种，但分别为有机肥料栽培和化学肥料栽培。
18.有机肥料：是由动物的排泄物或动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料,经发酵腐熟后而成的肥料。
19.化学肥料：用化学方法制成的含有一种或几种农作物生长需要的营养元素的肥料，有磷肥、氮肥、钾肥。
20.2.培养基本实施例采用的幼苗培养基为洗净的河沙，几乎不含任何无机养分和有机养分。用湿润的河沙填充聚苯乙烯塑料盒（内部长44厘米，宽32厘米，高7.5厘米）。塑料盒底部边缘有排水孔，以便排除河沙中多余的水分，塑料盒内河沙的高度为5厘米。
21.3.生长条件把浸泡好的花生种子置于塑料盒中的湿毛巾之上，置于恒温箱，在25℃下催芽。胚根冒出5毫米，种子呈鸽嘴状。这时候，把种子播种于上述盛有河沙的塑料盒里，行距和主距皆为5厘米。以长边的中点为界，左边种植24颗有机种子，右边种植24颗化肥种子。重复这一处理5次。把塑料盒置于人工生长箱内，温度为20
±
2/17
±
1℃（昼/夜)，湿度为65
±
5%，8：00～20：00为光照时间，幼苗冠层的平均光照强度为30μmol
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，这一光照强度接近花生的光补偿点（净光合速度等于呼吸速度）。
22.4.花生幼苗植株鲜重和干物重的调查4.1幼苗植株鲜重变化曲线一粒种子、一棵球根、块根或块茎，在无营养的水里或者沙子培养基里发芽生长，除了借助光合产物的营养维持生命以外，就依赖于种子里储存的养分及活性了，尤其是光照强度接近光补偿点的时候。
23.附图1是花生幼苗在河沙与纯水中生长时植株鲜重的变化。光照强度是30μmol
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， 接近光补偿点。这样的条件下，种子里储存的养分以及种子的活性就相当重要了。但是，在生长途中，由于种子养分耗尽，鲜重突然下降，植株黄化枯死这种现象叫生物量陷落现象。
24.本来生长趋势符合标准的生长曲线，其函数方程为，其中，g1为其中某个时间点的生物量，是曲线的最大值和最小值之间的差，gm是植物最大生长量，e是自然指数底数（欧拉数）, α1是常数，t是时间，τ1是曲线的时间中间点， g
b1
是初始生物量，包括种子留下来的子叶，g
01
是曲线的起点值，β1是常数。
25.本来植物应该这种曲线模式生长下去，但是因为没有净光合产物和养分的供给，途中生物量陷落，呈指数式降低。这一现象也就是植物幼苗生物量陷落现象。陷落阶段的曲线方程为,其中，g2为某个时间点的生物量，gd为生物量开始陷落时的生物量，gb为曲线尾部的生物量。
26.这里把种子提供养分和有关活性合起来称作种子活力（a），可以用上述两个函数的积分比来表示，即。
27.因此，本试验采用上述方法，把种子培养在无营养的培养基，在弱光下让其发芽生长，采集鲜重或者干重，做成如图1的曲线，进行数学分析。
28.4.2幼苗植株的干重变化曲线因为幼苗生长环境的光照几近光补偿点，幼苗干重一直没能超过种子的干重，而是逐渐下降，并且在生物量陷落阶段急剧下降。曲线的前半段是改良高斯曲线的右半部，后半段是负指数曲线。曲线前半段的改良高斯方程为，，曲线后半的负指数曲线与上述鲜物质类似。
29.与上述相同，把曲线前半段和后半段的定积分之和定为有一个表示种子活力的指标。
30.4.3生物量陷落的计算与分析生物量陷落的绝对量用g1(t)dt和g2(t)dt两条曲线的定积分差的中值来表示，即。
31.但是，生物量陷落的绝对量只有和原来的生物量相比较才有意义。所以，。
32.5.光合活性的分析5.1光合作用速度的测定与分析出苗后两周的花生幼苗的展开叶的尖端小叶片测定光合速度，使用的测定仪器为li-6400便携式光合测定仪m (li-cor inc. lincoln, nebraska, usa)。光强在0～2000mol
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(光量子，ppf)范围内变动,使用测定的数据求出如附图2所示的光反应曲线，。
33.在这个公式当中，依变量pn为某个光强度下的光合速度，自变量i为光强度（ppf），pc为理论上高光强度时的最大光合速度，rd为无光时的光合速度，也就是呼吸速度，k为常
数。
34.当i（光强度）为k的倒数的时候，。
35.此处，θ=1-e-1
≈0.632定义为注中庸常数（silverconstant）。也就是，光合速度达到最大光合作用能力的63.2%时的光强度对植物是适宜的。
36.5.2光合抑制效果的分析由于在弱光下生长，花生幼苗叶片的光合速度低。因此，在强光下测定其光合作用速度的时候，会出现光合抑制现象。
37.本试验除分析了光合作用的光反应曲线以外，还用指数公式分析了光合抑制曲线，相对光合抑制量用定积分的中值（pi）表示：，p0是光合抑制发生后的最低光合速度，pd为降低了的光合量，α’是常数，ii是光合抑制现象开始时的光强度。光合抑制量用下式表示：这里的pn是光合作用的光反应曲线方程，但是去掉了呼吸项的总光合，pi是光合抑制曲线方程。定积分从a’（光合受抑制开始降低时的ppi）积分至b’(1600μmol
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)。式中为pn(i)和pi(i)两条曲线之间的面积。
38.6.实验结果6.1花生幼苗的鲜重变化趋势和生物量陷落现象（1）鲜重的变化趋势花生幼苗的生长本来是应该按照s型曲线增长下去，但是由于有效光量子强度在光补偿点附近，光合产物的增加（光合作用速度）几乎等于代谢消费（呼吸速度），而且根际又没有无机和有机养分，当现有细胞膨大到一定的程度时不能再继续膨大，种子当中储存的有机和无机养分也已经用尽，没有原料合成支持植物细胞继续代谢的酶和生物机体组织，因此细胞停止生长、停止代谢，进而死亡。
39.通过在弱光下让花生种子发芽生长，采集花生幼苗鲜重或者干重如表1，通过方程和做出如附图1的曲线并进行分析。
40.表1花生幼苗鲜物质变化曲线和陷落曲线的分析数据在细胞死亡的过程中，现有的有机化合物急剧分解，新鲜的组织开始干枯。这就是附图1的曲线所表示的内涵和意义。从附图1的两条实线可以看出，虽然两处理的种子的生物质量是相同的，但是，其植株鲜重一直是有机种子高于化肥栽培的种子。这说明，相对于
化肥栽培的种子，有机种子里含有更多的有利于细胞膨大的营养物质，酶或者生长因子。
41.（2）鲜重变化曲线及其解析附图1当中的两条s型曲线，其方程为上述的。曲线解析的参数列于表1的左半部。
42.其中，最大鲜重增量的gm在两处理之间有显著性差异，有机种子高，这和整个曲线的趋势是一样的。
43.而初始鲜重取决于人为选择的种子的质量，所以不应该有显著性差异。τ1代表曲线正中间的时间点，有机种子的曲线中τ1晚了一天，说明有相对较大的生长潜势。化肥种子的α1相比高一些（0.282＞0.213），说明化肥栽培的种子的鲜重曲线的弯曲度大，较早受到某些因素的抑制。常数项g
b1
(1-β1t)当中，g
b1
是初始生物量，包括种子留下来的子叶。子叶等种子残留因素应该随时间减少的，而减少的速度可以用g
b1
(1-β1t)的大小来表示。这一生物量的减少速度在有机栽培的种子上相对小，这也和种子的活性部分相关。
44.（3）鲜重陷落曲线及其解析本来植物应该这种曲线模式生长下去，但是因为没有净光合产物和养分的供给，途中生物量陷落，呈指数式降低，这一现象也就是植物幼苗生物量陷落现象。陷落阶段的曲线方程为。这里把种子提供养分和有关活性合起来称作种子活力（a）。可以用上述两个函数的积分比来表示，即，其中，的积分下限a为0，上限c为鲜重开始降低时的时间；的积分下限为c，上限为b。
45.因此，本试验采用上述方法，把种子培养在无营养的培养基，在弱光下让其发芽生长，采集鲜重或者干重，做成如图1的曲线，进行分析。
46.6.2光合抑制现象随着ppf的增加，光合作用速度的反应函数是：， i是对光合作用有效的光量子流量，且最大光量子利用效率定义为yq=kpc(togari 1973; steven 1998; xu 2000)。
47.因为花生幼苗是在非常弱的光照条件下生长，不可能有适用强光的能力。因此，光合作用速度本来应随光强的增加而增加，但是，当光强增加到一定的强度时，光合作用机制受到强光的抑制，光合作用速度开始下降，此后呈现逐渐降低的趋势。
48.从开始降低的时间点以后的曲线为，其中，pi是曲线函数的依变量，p0是曲线尾部的光合速度； pd是光合受到抑制时的光合作用速度；α’是常数(xu et al.2000)。
49.用原本光合反应曲线与光合抑曲线的定积分的差的中值来量化光合抑制（p(i)），其公式为,其中，pn是原本没有光合抑制的光反应曲线函数； pi是光合抑制曲线函数。定积分从a’(光合抑制开始点)至b’(1700)，是pn和pi两条曲线之间的积分面积。
[0050] 如附图2所示，因为光照强度很低，导致花生幼苗叶片的光合能力很低，化肥区的pc只有6.42μmol
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，而野外花生叶片的光合速度是20～30μmol
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。随着光量
子通量增加，出现光合抑制现象，即由于植物的光合机制受强光的损伤而导致光合作用能力的降低，通常是由于叶片暴露在过饱和点的强光下造成的(noam et al. 2003)。在这种极端恶劣的光环境下，由有机栽培的花生种子长成的幼苗的叶片的最大光合势能仍然高于化肥栽培的种子。而且，有机种子区的光合抑制开始的光强点（i=592μmol
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）也高于化肥种子区（i=452μmol
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），一段光合抑制后的残留光合速度（p0）也高于化肥种子区。光合抑制的量化值可以用表示，也可以用其积分中值（p(i)）表示。
[0051]
这两者都是有机种子区小于化肥种子区，这也说明有机种区的花生幼苗具有较高的抗恶劣光环境的能力，即具有较强的活力。
[0052]
表2 花生幼苗叶片光合作用特性的分析经上述试验和分析证明，测定一粒种子的活力可以把种子种植在没有外来养分的条件下，只使用种子里储存的养分，幼苗在生长途中会产生生物量陷落现象。使用生物量陷落的大小来表示种子的活力，生物量陷落程度小的说明其种子活力强。另外就是，也可以测定这种条件下生长的幼苗的光合作用，强光下产生光合抑制的，光合抑制程度小的说明其种子活力强。
[0053]
在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化。在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：（1）在种子阶段，通过生物量陷落对其活性进行评价，将种子栽培在无营养的水里或沙子培养基中，弱光条件下使其发芽生长，定期采集鲜重或干重，绘制符合标准的生长曲线及生物量陷落阶段的陷落曲线，并用生长曲线和陷落曲线的积分比来表述种子活力；（2）种子出苗后的幼苗期，栽培在无营养的水里或沙子培养基中,通过光合活性进行分析，将幼苗置于光强30mol
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下，对光反应曲线进行测定，同时分析幼苗的光合抑制曲线，最后用光反应曲线函数和相对光合抑制量函数计算光合抑制量来表述种子活力。2.如权利要求1所述的测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：步骤（1）中，种子生长趋势符合标准的生长曲线函数方程为：，其中，g1为其中某个时间点的生物量，是曲线的最大值和最小值之间的差，g
m
是植物最大生长量，e是自然指数底数,α1是常数，t是时间，τ1是曲线的时间中间点，g
b1
是初始生物量，包括种子留下来的子叶，g
01
是曲线的起点值，β1是常数；陷落曲线的函数方程为：，其中，g2为某个时间点的生物量，g
d
为生物量开始陷落时的生物量，g
b
为曲线尾部的生物量；种子活力。3.如权利要求2所述的测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：所述生物量陷落的绝对量用g1(t)dt和g2(t)dt两条曲线的定积分差的中值来表示，即。4.如权利要求1所述的测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：步骤（2）中，光反应曲线函数方程为：，其中，依变量p
n
为某个光强度下的光合速度，自变量i为光强度；p
c
为理论上高光强度时的最大光合速度；r
d
为无光时的光合速度，也就是呼吸速度，k为常数；相对光合抑制量函数为：，其中，p0是光合抑制发生后的最低光合速度，p
d
为降低了的光合量，α’是常数，i
i
是光合抑制现象开始时的光强度；光合抑制量用下式表示：，其中，p
n 是光合作用的光反应曲线方程，但是去掉了呼吸项的总光合；p
i
是光合抑制曲线方程，定积分从 a’积分至b
’ꢀ
，为p
n
(i)和p
i
(i)两条曲线之间的面积。5.如权利要求4所述的测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：光强度i为k的倒数时，，其中，θ=1-e-1 ≈ 0.632定义为注中庸常数。6.如权利要求1所述的测定种子养分代谢效率的分析方法，其特征在于：所述栽培在无营养的水里或沙子培养基中的种子为粒状种子、块状根茎或球根。

技术总结
本发明涉及种子选育技术领域，特别公开了一种测定种子养分代谢效率的分析方法。本发明测定一粒种子的活力方法是把种子种植在没有外来养分的条件下，只使用种子里储存的养分，幼苗在生长途中会产生生物量陷落现象。使用生物量陷落的大小来表示种子的活力，生物量陷落程度小的说明其种子活力强。另外就是，在种子幼苗时期测定这种条件下生长的幼苗的光合作用，强光下产生光合抑制的，光合抑制程度小的说明其种子活力强。本发明采用上述两种分析方法是之前未采用过的，可以准确的测定种子活力，比传统方法要省时。比传统方法要省时。比传统方法要省时。


技术研发人员：徐会连 郝博雯 秦斐斐 井海荣 张秀君 孔孟孟 隋欣 谭晓军 杨玉红 孙建东 王福荔 蔡瑞涛 谷劲松 冯春香
受保护的技术使用者：海南碧月蓝生物科技有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/23