作者：邱鹏飞 何炎红 田有亮
摘要赤霉素是植物生长发育过程中一类重要的调节激素,在植物生长发育中起着重要作用。试验以沙冬青种子为材料,在培养箱内对种子进行发芽试验,研究外源赤霉素对种子发芽率、生理生化活性、种子浸提液的电导率等方面的影响变化差异。结果表明,在各处理中,最佳浸种浓度为200mg/l。经过赤霉素浸种催芽后,种子发芽率和幼苗活力指数提高,种子ttc还原力增强,丙二醛含量、过氧化物酶活性提高,种子浸提液的电导率降低,表明赤霉素对种子的膜有一定的修复作用,且在研究浓度范围内随着赤霉素浓度增加其对细胞膜的修复能力增加。
关键词赤霉素;沙冬青;种子萌发;影响
abstractgibberellin is a kind of important hormone,which plays an important role in the plant growth. ammopiptanthus mongolicus(maxim.)cheng f. seeds were put in the incubator to germinate. influence by the gibberellin to germination rate,physiochemical activity,conductivity of the seed extracts were studied. the results indicated that in each treat the best density was 200mg/l. seed germination index increased and seed germinate could be stimulated significantly after soaking by gibberellin.seed's ttc deoxidizing ability was increased,and activity of the mda and pod were enhanced. conductivity of the seed extracts decreased which showed gibberellin could repair seed membrane.in the given density in this experiment,with the density rising,the ability of repairing get stronger.
key wordsgibberellin;ammopiptanthus mongolicus maxim. cheng f;seed germination;effect
赤霉素是一类重要的植物生长调节激素,在植物生长发育中起着重要作用,它可以解除种子的休眠,促进基因的表达,增加植物内部水解酶的合成,并对完整性受到破坏的细胞膜进行一定的修复,提高种子的活力[1,2]。wwW.11665.COm近些年来,有关赤霉素对禾谷类及其他作物种子发芽过程中生物性状及植物茎叶生长的影响研究较多[3],而其对沙生植物种子发芽过程的影响研究较少,沙冬青(ammopiptanthus mongolicus(maxim.)cheng f.)种子同其他作物种子一样具有休眠特性,也存在因存放时间较久种子活力降低的现象。本研究以沙冬青种子为材料,探索赤霉素对沙冬青种子萌发和生理活性指标的影响,找到适宜的赤霉素处理浓度,以期为沙冬青催芽种子生产提供理论依据,达到保持和提高沙冬青种子活力的目的。
1材料与方法
1.1供试材料
沙冬青种子于2009年采集于巴彦淖尔市。采集后,选择种质优良的种子,除去杂质,晒干,用麻袋包装,放置于阴凉干燥处密封保存。
1.2试验方法
将沙冬青经消毒处理后,在室温下用不同浓度赤霉素溶液浸种催芽24h。然后放入培养皿中进行置床,放入光照培养箱发芽,全光照,恒温25℃。
赤霉素浓度分别为50、200、300、500mg/l,以清水浸种催芽作为对照(ck)。每个处理3次重复。在发芽期间逐日记载发芽数。并对种子的ttc还原力、过氧化物酶、丙二醛测定,采用硫代巴比妥酸(tba)法测定丙二醛(mda)含量,过氧化物酶(pod)活性测定采用愈创木酚比色法测,脱氢酶活性测定采用ttch分光光度计法,电导率测定膜透性。
2结果与分析
2.1赤霉素浸种对沙冬青种子萌发率的影响
赤霉素可以打破种子休眠,破坏妨碍种子萌发的活性物质,显著刺激种子萌发。大量试验证明,在许多植物的休眠种子,随着休眠的解除,脱落酸(aba)等抑制萌发物质含量水平下降,而细胞分裂素(ck)、赤霉素(ga)等促进萌发物质含量开始剧增。
由表1可知,赤霉素浸种催芽处理后,沙冬青种子发芽率均有不同程度提高,增幅达11～24个百分点,与ck相比达到显著差异,其中200mg/l处理与ck相比有明显的提高,各处理与ck相比均达到极显著差异,这表明赤霉素可以显著刺激种子萌发、缩短沙冬青出苗时间,达到齐苗目的。各处理浓度之间也存在显著差异,只有300mg/l和500mg/l差异不明显,预计浓度过高会产生轻微抑制作用。赤霉素浸种的种子发芽势与ck均达到显著,200mg/l尤为显著,其余3种浓度处理差异不明显。
2.2赤霉素浸种对沙冬青种子萌发中丙二醛的影响
丙二醛(mda)是膜脂过氧化的重要产物,可与蛋白质、核酸、氨基酸等活性物质交联,形成不溶性的化合物(脂褐素)沉积,干扰细胞的正常生命活动,其含量的高低代表膜脂过氧化作用的程度。逆境下遭受伤害,往往发生膜脂过氧化作用,丙二醛(mda)是膜脂过氧化作用的最终分解产物,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。由图1可见,浸种结束时(发芽0d),赤霉素浸种丙二醛含量明显高于清水浸种,在种子发芽过程中,二者的差距逐渐减小,从而反映了赤霉素处理后种子萌发时膜脂过氧化反映剧烈。浸种期间丙二醛含量最高,因为浸种处理打破了种子休眠,内部活动加剧,产生了有毒和无用代谢物,种子受到的伤害也随着出芽率的上升而升高。伴随着种子大量萌发,第2天出现下降,之后趋于平稳,清水浸种末期曲线上升,可能是因为种子随着时间加长受到病菌侵染霉变,内部毒害物质上升所致。
2.3赤霉素浸种对沙冬青种子萌发中过氧化物酶的影响
过氧化物酶(pod)是一种以血红素为辅基的氧化酶,广泛而大量存在于高等植物中,是植物保护系统中的重要成员,可清除在线粒体及胞浆中所产生h2o2,在植物的不同发育阶段都较丰富,且稳定性较好。研究表明,过氧化物酶在植物细胞代谢过程中具有十分重要的作用,关系到植物的抗病性和抗逆性等,是衡量种子活力高低的重要指标。由图2可知,在沙冬青种子萌发的过程中,使用赤霉素浸泡过的种子萌发时其种子中的pod含量明显高于使用清水浸种的种子。尤其是在种子萌发到第4天的时候,赤霉素浸泡过的种子中的pod高出清水浸种的70.77μg/g鲜重·min。这表明赤霉素可以影响沙冬青萌发时相关酶活性,提高种子萌发过程中过氧化物酶活性,减弱或消除生物体中的活性氧对细胞膜的损伤,增强种子呼吸作用,提高细胞代谢的还原能力。这与种子萌发在第4天达到最高峰相吻合,4d之后萌发势头开始减弱,pod值也随之下降。
2.4赤霉素浸种对沙冬青ttc还原力的影响
种子ttc值升高表明脱氢酶的活性提高,在酶的作用下,种子中大量的淀粉、脂肪和蛋白质水解提供幼苗生长需要的物质和能源[4]。物质转化率越高对幼苗生长越有利,并可以提高成苗率和幼苗的抗逆性。ttc(脱氢酶)作为体现还原能力的指标,表征种子内部的反应和化学变化。由图3可知,通过赤霉素处理过的沙冬青的ttc含量在种子萌发的同一个时期内要明显高于只使用清水浸种的种子,这说明使用赤霉素处理过后的种子内部反应更为剧烈,其物质和能源的转化率要高出对照种子,从而提高种子的成苗率和抗逆性。
2.5不同浓度赤霉素对沙冬青种子浸提液电导率的影响
由图4可以看出,随着浸种时间加长,浸出液的电导率在上升,说明由于种子内部的反应和外膜破裂,更多的可溶物质渗出,同时随着赤霉素的浓度的增加,种子的浸泡液的导电性明显降低,说明赤霉素对种膜有一定的修复作用。500mg/l处理的电导率最低,与之前200mg/l最具促进作用不矛盾,高浓度处理下对膜的保护和修复作用可能也正是对催芽产生轻微抑制的原因。
3结论与讨论
3.1赤霉素对沙冬青种子活力的影响
赤霉素浸种催芽能够提高种子活力,是通过两方面作用来实现的。一方面赤霉素能够解除种子休眠,促进种子萌发;另一方面赤霉素处理种子可以调节种子体内激素平衡[4],植物激素调控植物生长发育的许多过程,同样,种子休眠与否也常常决定于几种内源激素的相互作用。大量试验证明,在许多植物的休眠种子,随着休眠的解除,脱落酸(aba)等抑制萌发物质含量水平下降,而细胞分裂素(ck)、赤霉素(ga)等促进萌发物质含量开始剧增[5]。本试验证明,经赤霉素浸种催芽后沙冬青种子发芽率明显提高,但提高幅度未随赤霉素浓度增加而一直增加,沙冬青种子发芽率、发芽指数在处理浓度为200mg/l时最高,这表明只有在一定浓度范围内赤霉素才能有效提高沙冬青种子活力,促进种子萌发,达到出苗迅速整齐的目的。
3.2赤霉素对沙冬青种子浸提液电导率的影响
种子浸出液的电导率高低反映了种子细胞膜完整性好坏,高活力种子细胞膜完整性好,浸水后渗出的可溶性物质或电解质少,浸提液的电导率低;低活力种子细胞膜的完整性差,浸水后渗出的可溶性物质或电解质多,浸提液的电导率则高。用赤霉素处理种子能使细胞膜完整性得到一定修复,减少营养物质外渗,表现为种子浸提液的电导率降低[6,7]。本试验用赤霉素处理种子,种子浸提液电导率都是随着赤霉素浓度的增加而减少的,这说明赤霉素能够改善沙冬青种子细胞膜结构,减少种子营养物质外渗,其结果表现为种子浸提液的电导率明显降低,种子活力明显提高。试验结果中有过短暂下降的波动,下一步将通过试验研究证实其是否为偶发性现象。
3.3赤霉素对沙冬青种子的酶活性的影响
生物氧代谢过程会产生一些活性氧引起脂质过氧化并导致膜损伤,过氧化物酶是生物体中活性氧主要消耗系统之一,它与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切关系,在植物细胞代谢过程中具有十分重要的作用。脱氢酶是种子活力测定中的一个重要的生化指标,可以反映种胚细胞代谢的还原能力[8,9]。许多研究表明,脱氢酶、过氧化物酶活性提高,其种子活力也相应提高。本试验结果表明,沙冬青种子经赤霉素处理后,种子ttc还原力、过氧化物酶活性明显提高,同样丙二醛的含量也明显提高。说明种子内部反应加剧、活性物质增多时也伴随着抑制性、有害和无用物质的增加,但根据发芽势观看,总体趋势是赤霉素对沙冬青种子的萌发有促进作用。
本试验是在实验室完成的,沙冬青种子经赤霉素浸种催芽后活性显著提高,但是对于在苗棚出苗及移栽沙地后,种株的生长发育质量是否完全适用该结论,还需进一步研究和探讨。
4参考文献
[1] 刘永庆,bino r j.赤霉素与脱落酸对番茄种子萌发中细胞周期的调控[j].植物学报(英文版),1995,37(4):274-282.
[2] 左天觉.烟草的生产、生理和生物化学[m].朱尊权,译.上海:上海远东出版社,1993.
[3] 陶嘉龄,郑光华.种子活力[m].北京:科学出版社,1991.
[4] 吴道藩,宋明.提高甘蓝种子活力的方法和机理研究[j].园艺学报,2002,29(6):542-546.
[5] 田呈瑞.芒果过氧化物酶活性的研究[j].西北植物学报,1997,17(4):533-536.
[6] 陈刚,王广志,刘秀丽,等.不同处理对烟草萌发及过氧化氢酶的影响[j].烟草科技,2000(2):11-14.
[7] 钟希琼,王惠珍.高等植物赤霉素生物合成及其调节研究进展[j].植物学通报,2001,18(3):303-307.
[8] 叶要妹.赤霉素和硝酸钾对高羊茅四个品种发芽的影响[j].种子,1999(5):28-30.
[9] 匡银近.猕猴桃种子经赤霉素处理后几种酶的活力变化的初步研究[j].孝感师专学报,1998,18(4):58-61.
