Effects of seed storage time on seed germination and cytological structure of covered oats and naked oats

Welcome to Acta Prataculturae Sinica ! Today is Share:

Acta Prataculturae Sinica ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (2): 154-163.DOI: 10.11686/cyxb2023136

Previous Articles

Effects of seed storage time on seed germination and cytological structure of covered oats and naked oats

Rui-rui YAO¹(), Huan LIU¹(), Gui-qin ZHAO¹, Jing-long WANG², Qi-yu WANG¹, Kai DONG¹, Ran ZHANG¹

^1.Key Laboratory of Grassland Ecosystem，Ministry of Education，Pratacultural College，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.Institute of Pratacultural Science，Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences，Lhasa 850000，China

Received:2023-04-26 Revised:2023-05-12 Online:2024-02-20 Published:2023-12-12
Contact: Huan LIU

Abstract

Abstract:

This research investigated the effects of seed storage time on the germination characteristics and cell organization structure of the covered oat variety ‘Longyan No. 3’and the naked oat variety ‘Baiyan No. 2’. The changes in germination index， viability index， shoot length， root length and electrical conductivity of two different oat germplasm lines after storage for 2， 4， 6 and 8 years were studied. Paraffin sectioning methods and transmission electron microscopy were used to observe and compare the changes with time and varietal differences in covered and naked oat seed anatomical structure， seed embryonic cell organization and mitochondrial ultrastructure and changes with storage time. It was found that with increase in storage time， the germination index， seed viability index and vitality of both oat germplasm lines decreased， while the electrical conductivity of seeds increased. The seed viability of ‘Longyan No. 3’ was more stable than that of ‘Baiyan No. 2’. The anatomical structure of aged oat seeds changed， and the cells of the paste layer were hydrolyzed， the ultrastructure of embryo cells and mitochondria in aged oat seeds was seriously damaged. The main changes observed were that the fat bodies in seed embryo cells were degraded； The structure of mitochondria was damaged， vacuolated and disintegrated. The nucleus structure was unclear and the chromatin was concentrated， nucleoli had disappeared， and nuclear edges were wrinkled.

Key words: storage time, seed vitality, anatomical structures, ultrastructure

Rui-rui YAO, Huan LIU, Gui-qin ZHAO, Jing-long WANG, Qi-yu WANG, Kai DONG, Ran ZHANG. Effects of seed storage time on seed germination and cytological structure of covered oats and naked oats[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(2): 154-163.

Figures/Tables 7

Table 1 Covered oat and naked oat seeds were treated with different storage time

品种 Variety	编号 Sample No.	贮藏年限 Storage age （a）	初始含水量 Initial water content （%）
‘陇燕3号’ Longyan No.3	L₁	2	6.09±0.54a
	L₂	4	5.94±0.03a
	L₃	6	6.25±0.05a
	L₄	8	5.68±0.06a
‘白燕2号’ Baiyan No.2	B₁	2	6.79±0.21a
	B₂	4	5.43±0.02c
	B₃	6	5.47±0.06c
	B₄	8	6.02±0.07b

Fig.1 Effect of storage time on seed germination of covered oats and naked oats

Table 2 Variance analysis of storage time on covered， naked oat seed germination and cell membrane permeability

指标

Index

发芽指数

Germination index

活力指数

Vitality index

芽长

Shoot length

根长

Root length

电导率

Electrical conductivity

贮藏时间Storage time

×

贮藏时间Variety×storage time

Table 2 Variance analysis of storage time on covered， naked oat seed germination and cell membrane permeability

指标

Index

发芽指数

Germination index

活力指数

Vitality index

芽长

Shoot length

根长

Root length

电导率

Electrical conductivity

品种Variety

192.791**

107.169**

727.304**

94.117**

359.737**

贮藏时间Storage time

41.709**

41.183**

2.942

1.348

24.730**

品种

×

贮藏时间Variety×storage time

22.520**

29.541**

7.851**

2.600*

10.314**

Fig.2 Effect of storage time on seed viability of covered and naked oat seeds

Fig.3 Effect of storage time on electrical conductivity of covered and naked oat seeds

Fig.4 Effects of storage time on the anatomy of covered and naked oat seeds （×400）

Fig.5 Changes of embryo and mitochondrial ultrastructure at different storage times of covered and naked oats

References 44

1	Liao L， Qi J C， Hua M Y， et al. Effects of artificial aging on germination characteristics and some enzymes’ activities during imbibition of barley seeds. Journal of Triticeae Crops， 2015， 35（1）： 71-79.
	廖乐，齐军仓，华淼源，等. 人工老化对大麦种子萌发过程中发芽特性及部分酶活性的影响. 麦类作物学报， 2015， 35（1）： 71-79.
2	Li X B， Xia F S， Zhu M X， et al. Effects of storage years on seed vigour of Bothriochloa ischaemum of different populations. Animal Husbandry and Feed Science， 2022， 43（6）： 88-94.
	李晓波，夏方山，朱梦馨，等. 贮藏年限对不同居群白羊草种子活力的影响. 畜牧与饲料科学， 2022， 43（6）： 88-94.
3	Li S M， Wang F J， Dong L P， et al. Vigor and physiological and biochemical characteristics of artificial aging treated barley seeds. Guizhou Agricultural Sciences， 2014， 42（11）： 66-69.
	李淑梅，王付娟，董丽平，等. 人工老化处理大麦种子的活力和生理生化特性. 贵州农业科学， 2014， 42（11）： 66-69.
4	Zhao X X， Liu J Q， Wang Q， et al. Studies on response of maize seed to aging of high temperature and high humidity. Journal of Jilin Agricultural Sciences， 2015， 40（2）： 11-15.
	赵欣欣，刘继权，王奇，等. 玉米种子对高温高湿老化的响应研究. 吉林农业科学， 2015， 40（2）： 11-15.
5	Yan H F， Xia F S， Mao P S. Research progress of seed aging and vigor repair. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2014， 30（3）： 20-26.
	闫慧芳，夏方山，毛培胜. 种子老化及活力修复研究进展. 中国农学通报， 2014， 30（3）： 20-26.
6	Jin X W， Zhang W W， Zhao G Q， et al. Effects of storage years on seed physiological and biochemical characteristics of oat. Acta Agrestia Sinica， 2019， 27（2）： 356-363.
	金小雯，张炜炜，赵桂琴，等. 贮藏年限对燕麦种子生理生化特性的影响. 草地学报， 2019， 27（2）： 356-363.
7	Yang L， Ren M F. Effect of seed treatment with methanol on the seed germination and seedling growth inmelon. China Cucurbits and Vegetables， 2021， 34（8）： 74-77.
	杨丽，任毛飞. 甲醇老化处理对甜瓜种子萌发与幼苗生长的影响. 中国瓜菜， 2021， 34（8）： 74-77.
8	Ghive D V， Barabde N P， Pote S R. Seed viability and factors affecting seed storage. Asian Journal of Biological Science， 2007， 2： 1-2.
9	Huang Y， Liu H， Zhao G Q， et al. Effects of natural aging and artificial aging on germination characteristics and genetic integrity of oatseeds. Acta Agrestia Sinica， 2022， 30（8）： 2066-2074.
	黄颖，刘欢，赵桂琴，等. 自然老化和人工老化对燕麦种子萌发特性及遗传完整性的影响. 草地学报， 2022， 30（8）： 2066-2074.
10	Qu Y Y， Huang X， Xu Q H， et al. Effects of artificial aging on physiological and biochemical characteristics of Brassica alboglabra baileyseeds. Seed， 2020， 39（8）： 24-29.
	屈煜莹，黄鑫，徐强辉，等. 人工老化处理对芥蓝种子生理生化特性的影响. 种子， 2020， 39（8）： 24-29.
11	Zhang W， Zhou Q P， Chen Y J， et al. Comparison of production performance and forage quality of ten introduced oat varieties in Hulunbuir， China. Acta Prataculturae Sinica， 2021， 30（12）： 129-142.
	张伟，周青平，陈有军，等. 呼伦贝尔地区10个引进燕麦品种生产性能及饲草品质比较. 草业学报， 2021， 30（12）： 129-142.
12	Yang H P， Sun Z M. Chinese oats. Beijing： China Agriculture Press， 1989： 3-5.
	杨海鹏，孙泽民. 中国燕麦. 北京：中国农业出版社， 1989： 3-5.
13	Loskutov I G， Blinova E V， Gavrilova O P， et al. The valuable characteristics and resistance to Fusarium disease of oat genotypes. Russian Journal of Genetics Applied Research， 2017， 7（3）： 290-298.
14	Qi X Y， Cao S Q， Liu H S， et al. Studies on the lipid composition of different oat varieties and its relationship with the other nutrients. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology， 2014， 14（5）： 63-71.
	戚向阳，曹少谦，刘合生，等. 不同品种燕麦的油脂组成及与其它营养物质相关性研究. 中国食品学报， 2014， 14（5）： 63-71.
15	Pekka L， Katja K， Ilkka L， et al. Effect of heat treatment on lipid stability in processed oats. Journal of Cereal Science， 2003， 37（2）： 215-221.
16	Claudine C， Tom S， Susan R V， et al. Comparison of two headspace sampling techniques for the analysis of off-flavour volatiles from oat based products. Food Chemistry， 2012， 134（3）： 1592-1600.
17	Xia F S， Dong Q L， Mao P S， et al. Effect of PEG priming on the cellular and mitochondrial structure and oxidation resistance of aged oat seed embryos. Acta Prataculturae Sinica， 2018， 27（5）： 170-177.
	夏方山，董秋丽，毛培胜，等. PEG引发对老化燕麦种胚细胞与线粒体结构及抗氧化性能的影响. 草业学报， 2018， 27（5）： 170-177.
18	Liu G F， Zhang Y L， Li Y L， et al. Effects of salt stress on seed germination of five oats. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine， 2017， 60（19）： 150-152， 156.
	刘国富，张宇龙，李玉龙，等. 盐胁迫对5种燕麦种子萌发的影响. 黑龙江畜牧兽医， 2017， 60（19）： 150-152， 156.
19	Gao C T， Liu J H， Zhang Y Q， et al. Physiological responses of oats seedlings to short-term salt stress. Acta Agrestia Sinica， 2017， 25（2）： 337-343.
	高彩婷，刘景辉，张玉芹，等. 短期盐胁迫下燕麦幼苗的生理响应. 草地学报， 2017， 25（2）： 337-343.
20	Cai T G， Wang P， Tang F D. The effects of the salt stresses on germination of oat seeds and anti-oxidation enzyme of their seedling growth. Journal of Liaoning University （Natural Science Edition）， 2016， 43（1）： 74-78.
	蔡天革，王鹏，唐凤德．盐胁迫对燕麦种子萌发和幼苗抗氧化酶的影响. 辽宁大学学报（自然科学版）， 2016， 43（1）： 74-78.
21	Mao C L， Zhu Y Q， Cheng H， et al. Nitric oxide regulates seedling growth and mitochondrial responses in aged oat seeds. International Journal of Molecular Sciences， 2018， 19（4）： 1052.
22	Kong L， Huo H， Mao P. Antioxidant response and related gene expression in aged oat seed. Frontiers in Plant Science， 2015， 6： 158.
23	Fang Q H， Liu H， Zhao G Q， et al. Genetic integrity analysis of oat seeds by artificial aging and natural aging. Acta Agrestia Sinica， 2019， 27（4）： 1052-1059.
	方青慧，刘欢，赵桂琴，等. 自然老化与人工老化对燕麦种子的遗传完整性分析比较. 草地学报， 2019， 27（4）： 1052-1059.
24	Tang J， Mao C L， Huang Q， et al. The antioxidative function changes in embryonic mitochondria of Elymus sibiricus seeds of different storage years. Acta Agrestia Sinica， 2020， 28（5）： 1226-1232.
	唐嘉，毛春力，黄琪，等. 不同贮藏年限老芒麦种胚线粒体抗氧化功能的变化规律. 草地学报， 2020， 28（5）： 1226-1232.
25	International Seed Testing Association （ISTA）. Manual of methods for seedling assessment and seed viability determination. Beijing： Beijing Agricultural University Press， 1987： 1-12.
	国际种子检验协会（ISTA）. 种苗评定与种子活力测定方法手册. 北京：北京农业大学出版社， 1987： 1-12.
26	Chen Y， Jin Y F， Sun H S， et al. Optimization of paraffin section preparation for kentucky bluegrass.Acta Agrestia Sinica， 2017， 25（6）： 1376-1379.
	陈阳，金一锋，孙华山，等. 草地早熟禾的石蜡切片制作技术的优化. 草地学报， 2017， 25（6）： 1376-1379.
27	Jin B， Wang L， Wang J， et al. The effect of experimental warming on leaf functional traits， leaf structure and leaf biochemistry in Arabidopsis thaliana. BMC Plant Biology， 2011， 11（1）： 1-10.
28	Liu B， Song Y M， Sun M， et al. Physiological responses of mitochondrial AsA-GSH cycle to imbibition of deteriated oat seeds. Acta Agrestia Sinica， 2021， 29（2）： 211-219.
	刘备，宋玉梅，孙铭，等. 燕麦劣变种子吸胀过程中线粒体AsA-GSH循环的生理响应. 草地学报， 2021， 29（2）： 211-219.
29	Li S M， Dong L P， Sun J Y， et al. Effect of artificial accelerated aging of 2 wheat cultivars on seed germination and physiological and biochemical characteristics. Journal of Jilin Agricultural Sciences， 2012， 37（5）： 18-20.
	李淑梅，董丽平，孙君艳，等. 人工加速老化对2个小麦品种发芽和种子生理生化特性的影响. 吉林农业科学， 2012， 37（5）： 18-20.
30	Zhang W J， Li L， Luo C， et al. Comparative study on seed vigor change of welsh onion under artificial aging and natural aging. Seed， 2021， 40（4）： 17-21.
	张雯静，李玲，罗陈，等. 大葱种子人工老化与自然老化的活力变化比较研究. 种子， 2021， 40（4）： 17-21.
31	Jin X W， Zhao G Q， Chai J K， et al. Effects of different storage years on seed vigor of oat. Grassland and Turf， 2019， 39（2）： 54-59， 65.
	金小雯，赵桂琴，柴继宽，等. 不同贮藏年限对燕麦种子活力的影响. 草原与草坪， 2019， 39（2）： 54-59， 65.
32	Wang P， Li D， Wang L J. Drying damage on physiological properties of rice seed associated with ultrastructure changes. International Journal of Food Engineering， 2017， 13（12）： 20170096.
33	Bai Y L， Yun L， Song B Z. Effects of storage time on seed vigor of Psathyrostachys juncea. Seed， 2015， 34（8）： 33-38.
	白亚利，云岚，宋百枝. 新麦草种子贮藏时间对种子活力的影响. 种子， 2015， 34（8）： 33-38.
34	Xin X， Tian Q， Yin G K， et al. Reduced mitochondrial and ascorbate-glutathione activity after artificial ageing in soybean seed. Journal of Plant Physiology， 2014， 171（2）： 140-147.
35	Zhang H Y. Effect of aging treatment with methanol on maize seed germination and seedling growth. Journal of Maize Sciences， 2015， 23（3）： 76-79， 85.
	张海艳. 甲醇老化处理对玉米种子发芽和幼苗生长的影响. 玉米科学， 2015， 23（3）： 76-79， 85.
36	Liu X H， Jia Y H， Alibieligen， et al. Effect of artificial aging on seed germination and root ultrastructure of spring wheat. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2015， 35（4）： 761-765.
	刘旭欢，贾永红，阿里别里根·哈孜太，等. 人工老化对春小麦种子萌发及根尖超微结构的影响. 西北植物学报， 2015， 35（4）： 761-765.
37	White E M. Structure and development of oats. Springer， Dordrecht： The Oat Crop， 1995： 88-119.
38	Okamoto K， Murai T， Eguchi G， et al. Enzymic mechanism of starch breakdown in germinating rice seeds. Plant Physiology， 1982， 70（3）： 905-911.
39	Zheng Y， Li J， Yang P， et al. The cell morphology of rice aleurone layers during programmed cell death. Chinese Journal of Tropical Crops， 2016， 37（2）： 298-303.
	郑岩，李江，杨鹏，等. 水稻糊粉层PCD过程细胞形态观察. 热带作物学报， 2016， 37（2）： 298-303.
40	Zheng Y， Chen H P. Effects of vacuolization in aleurone layers on PCD during germinating rice seeds. Guangdong Agricultural Sciences， 2015， 42（9）： 1-5， 194.
	郑岩，陈惠萍. 水稻糊粉层液泡化进程对种子萌发过程细胞程序性死亡的影响. 广东农业科学， 2015， 42（9）： 1-5， 194.
41	Tao J， Hou L Y， Yang J， et al. Comparative studies on seed germination characteristics and indicators of oat varieties under salt stress. Pratacultural Science， 2018， 35（10）： 2414-2421.
	陶金，侯龙鱼，杨杰，等. 燕麦萌发耐盐性及指标筛选. 草业科学， 2018， 35（10）： 2414-2421.
42	Ta N， Lu X P， Zhang Y H， et al. Character performance and genetic diversity of Avena sativa and naked oat. Inner Mongolia Agricultural Science and Technology， 2010（2）： 33-35， 41.
	塔娜，逯晓萍，张雅慧，等. 皮、裸燕麦种质资源的性状表现和遗传差异分析. 内蒙古农业科技， 2010（2）： 33-35， 41.
43	Wang R L， Zhang L L， Cao Z S， et al. Ultra-structural changes in wheat embryo cell and aging mechanism under micro- environment storage conditions. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association， 2014， 29（10）： 77-82.
	王若兰，张丽丽，曹志帅，等. 储藏微环境下小麦胚细胞超微结构变化及衰老机制研究. 中国粮油学报， 2014， 29（10）： 77-82.
44	Xia F S， Chen L L， Sun Y， et al. Relationships between ultrastructure of embryo cells and biochemical variations during ageing of oat （Avena sativa L.） seeds with different moisture content. Acta Physiologiae Plantarum， 2015， 37（4）： 1-11.

Related Articles 11

Recommended Articles

Metrics