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      香圓種子脫水耐性研究

      2015-10-20 00:26:28莊珍等
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年9期

      莊珍等

      摘要:采用自然脫水的方法,研究香圓種子失水對種子萌發(fā)的影響及其在失水過程中的生理響應(yīng),結(jié)果表明,香圓種子初始含水量為44.8%,對脫水敏感,具有輕度頑拗性;隨著含水量的降低,種子發(fā)芽率逐漸下降,半致死含水量約為18.4%;當(dāng)含水量低于10%時(shí),種子發(fā)芽率接近0;脫水前期,隨香圓種子含水率的降低,相對電導(dǎo)率、MDA含量、超氧陰離子自由基濃度、POD、SOD活性相應(yīng)升高;脫水后期,POD活性仍處于較高水平,而SOD活性在含水量降至20%時(shí)達(dá)最大值。

      關(guān)鍵詞:香圓種子;脫水耐性;生理響應(yīng);貯藏特性;相對電導(dǎo)率;POD值

      中圖分類號: Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號:1002-1302(2015)09-0229-03

      根據(jù)貯藏特性,樹木種子分為正常性種子、中間性種子和頑拗性種子[1-2]。正常性種子在成熟時(shí)將經(jīng)歷干燥脫水階段,初始含水量通常處于15%~20%范圍,繼續(xù)脫水至含水量﹤5%仍不會對種子發(fā)芽力造成很大影響;中間性種子忍耐脫水的含水量通常為7%~12%[3];頑拗性種子對脫水反應(yīng)敏感且在散落時(shí)還保持著代謝活性,成熟時(shí)含水量相對較高,為30%~60%,當(dāng)含水量低于12%這一臨界值時(shí)則會喪失生活力[4]。

      香圓(Citrus wilsonii)為蕓香科柑橘屬植物,果實(shí)常用作中藥材,近年來常作為園林綠化樹種進(jìn)行培養(yǎng),以種子繁殖為主。香圓種子秋季成熟,春季播種育苗[5],種子成熟時(shí)具有較高的初始含水量,貯藏需要特殊處理才能保持種子的活力。香圓種子是否為頑拗性種子,其脫水耐性高低等研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究香圓種子自然脫水對種子發(fā)芽力和種子生理生化的影響,分析種子的脫水耐性,為種子貯藏和種子使用提供理論依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1試驗(yàn)材料

      香圓果實(shí)于2014年12月上旬采自江蘇省常熟市,在南京林業(yè)大學(xué)種子中心實(shí)驗(yàn)室剝?nèi)》N子。香圓種子千粒質(zhì)量為(468.3±4.4) g,種子縱徑和橫徑分別為(15.52±1.33)、(9.37±1.21) mm。

      1.2初始含水量的測定

      選取新鮮香圓種子50粒,洗凈種子表面膠質(zhì),使用吸水紙吸去水分;自然陰干至種子表皮發(fā)白,用1/1 000天平稱質(zhì)量;103 ℃烘箱中烘干處理17 h,取出稱質(zhì)量,計(jì)算種子的初始含水量(G)。重復(fù)3次。

      1.3種子脫水處理

      將香圓種子均勻平鋪于通風(fēng)室內(nèi),15 ℃左右室溫自然干燥;每隔一段時(shí)間,隨機(jī)選取100粒種子進(jìn)行稱質(zhì)量,重復(fù)3次;計(jì)算種子的相對含水量,公式為:

      含水量=m2-m1×(1-G)m2×100%。

      式中,m1為種子在自然脫水之前的質(zhì)量,m2為種子脫水后的質(zhì)量。以初始含水量為起點(diǎn),種子含水量每下降5%時(shí),取樣測定種子發(fā)芽力,操作方法為:從待測樣品中取50粒種子,剝除內(nèi)外種皮,置于棉床,25 ℃光照培養(yǎng)箱中發(fā)芽,以胚根伸長超過種子1/2長度作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。重復(fù)3次。

      1.4生理生化指標(biāo)的測定

      對不同脫水處理的種子分別進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。種子相對電導(dǎo)率的測定參照韓建國等的方法[6];丙二醛(MDA)和超氧陰離子自由基含量的測定參照高俊鳳的方法[7];過氧化物酶活性(POD)的測定采用愈創(chuàng)木酚法[8];超氧化物歧化酶活性(SOD)的測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[9]。

      1.5數(shù)據(jù)處理

      采用Excel軟件收集、處理數(shù)據(jù)并制作圖表,SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差及相關(guān)性分析。

      2結(jié)果與分析

      2.1種子的持水能力

      由圖1可見,香圓種子自然風(fēng)干脫水速度較快;放置4 d,種子含水量從44.8%下降至30%,種子逐漸變硬,種皮開始皺縮;放置10 d時(shí),含水量已降至10%,種子萎縮變小,種皮與種胚緊密相貼不易分離。這說明香圓種子自身持水能力較弱,不宜在自然條件下存放。

      2.2種子含水量與發(fā)芽率的關(guān)系

      由圖2可見,新鮮香圓種子的發(fā)芽率可達(dá)100%,隨著種子含水量的降低,種子發(fā)芽率呈下降趨勢;當(dāng)含水量高于40%時(shí),種子發(fā)芽率變化差異不顯著(P>0.05);當(dāng)含水量降

      至25%時(shí),發(fā)芽率降至80%左右,隨后發(fā)芽率下降速度加快,達(dá)到極顯著水平(P<0.01);當(dāng)含水量降至10%時(shí),種子發(fā)芽率已接近0,此時(shí)脫水時(shí)間達(dá)10 d。相關(guān)性分析表明,種子含水量與發(fā)芽率之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.911**),種子半致死含水量約為18.4%,此時(shí),脫水時(shí)間約為7 d。香圓種子保持活力的含水量水平遠(yuǎn)高于正常性種子,以此推測,香圓種子耐脫水性較弱,具有頑拗性種子的特征。

      2.3脫水過程中種子相對電導(dǎo)率的變化

      種子浸出液的相對電導(dǎo)率可以有效反映種子在脫水過程中細(xì)胞膜的完整性,判斷其是否受到傷害。由圖3可知,在脫水過程中,種子相對電導(dǎo)率整體呈上升趨勢;含水量降低至30%的過程中,種子相對電導(dǎo)率顯著上升(P<0.05);繼續(xù)脫水,相對電導(dǎo)率增勢減緩,相互間差異不顯著(P>0.05)。這說明在脫水前期,香圓種子受到明顯的脅迫傷害,電解質(zhì)外滲量持續(xù)增加;增勢漸穩(wěn)的浸出液相對電導(dǎo)率超過70%,此時(shí)種子細(xì)胞膜系統(tǒng)已受到嚴(yán)重傷害,修復(fù)能力下降。

      2.4脫水過程中種子丙二醛(MDA)含量變化

      MDA是脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物,會引起蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的交聯(lián)聚合,具有細(xì)胞毒性。由圖4可知,在脫水過程中,香圓種子MDA含量緩慢升高;含水量降至10%時(shí),MDA含量較處理前增加了54.7%,差異顯著(P<0.05)。種子含水量的降低加劇了膜脂過氧化作用,種子細(xì)胞膜系統(tǒng)受損,引起 MDA累積,但是種子自身具備有應(yīng)對機(jī)制,一定程度上可以消除脂質(zhì)過氧化作用所產(chǎn)生的傷害,在種子含水量降至15%時(shí),MDA含量與前期脫水差異不顯著(P>0.05)。

      2.5脫水過程中超氧陰離子自由基濃度的變化

      超氧陰離子自由基作為活性氧的成員,其濃度變化是測定植物應(yīng)對逆境脅迫反應(yīng)的重要指標(biāo)。由圖5可知,脫水前期,香圓種子超氧陰離子自由基濃度緩慢上升,且差異不顯著(P>0.05);含水量降至10%時(shí),超氧陰離子自由基濃度迅速增高,與前期脫水相比差異顯著(P<0.05)。這說明在脫水前期,香圓種子超氧陰離子自由基的濃度與其自身的抗氧化酶系統(tǒng)基本達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡,但隨著脫水程度的加強(qiáng),這一平衡被打破,種子超氧陰離子自由基的濃度增高,對種子造成較大傷害。

      2.6脫水過程中POD、SOD的活性變化

      POD和SOD均為植物細(xì)胞保護(hù)酶類,具有清除細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的作用,通常情況下具有較高的活性,但面對脅迫時(shí)則會受到不同程度的影響。由圖6、圖7可知,隨著含水量的降低,香圓種子POD活性逐漸上升,當(dāng)含水量降至40%,其活性變化差異不顯著(P>0.05);脫水前期,種子SOD活性的上升幅度達(dá)到顯著水平(P<0.05),含水量降至20%時(shí),SOD活性達(dá)到最大值,較初始脫水增幅達(dá)12倍。種子脫水過程中,POD與SOD活性相比整體水平較高,變化趨勢平緩,SOD相對更為敏感,適度脫水SOD活性就明顯提高。

      3結(jié)論與討論

      頑拗性種子具有含水量高、不耐脫水和低溫、種子體積較大且種胚所占體積小等特征。香圓種子為多胚種子,無胚乳,胚與子葉比重很小。本試驗(yàn)證明,香圓種子初始含水量達(dá)

      44.8%,半致死含水量約為18.4%,含水量低于10%則會完全喪失活力,具有頑拗性種子的特征。

      脫水對細(xì)胞的傷害主要表現(xiàn)為質(zhì)膜或細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞,引起電解質(zhì)大量外滲[10]。在脫水過程中,香圓種子浸出液的相對電導(dǎo)率逐漸升高,后趨于平緩,說明脫水使種子細(xì)胞膜遭到破壞,種子細(xì)胞膜系統(tǒng)發(fā)生明顯的脂質(zhì)過氧化作用,導(dǎo)致膜完整性的喪失、代謝紊亂、DNA損傷及種子活力喪失等[11]。香圓種子的脫水劣變與MDA含量的累積有一定關(guān)系,種子發(fā)芽率與MDA含量變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.512*),這與枇杷(Eriobotrya japonica)、棕櫚(Trachycarpus fortune)等一些典型頑拗性種子[12-13]相比程度較輕緩,這說明香圓種子受到脫水脅迫時(shí)發(fā)生的脂質(zhì)過氧化作用程度較輕,其頑拗性水平也較低,可以忍耐一定程度的脫水。

      自然脫水還對香圓種子活性氧與抗氧化酶系統(tǒng)之間的消長平衡產(chǎn)生影響。隨著含水量的降低,香圓種子超氧陰離子自由基的濃度逐漸升高,對種子細(xì)胞造成傷害,而種子自身則產(chǎn)生積極應(yīng)對機(jī)制,表現(xiàn)為抗氧化酶活性有所升高。當(dāng)種子含水量降至15%時(shí),脂質(zhì)過氧化進(jìn)一步加強(qiáng),MDA和活性氧自由基的累積抑制了抗氧化酶系統(tǒng)的活性,導(dǎo)致膜系統(tǒng)的保護(hù)功能降低,SOD活性迅速下降,超氧陰離子自由基濃度則開始增高,而與SOD活性的變化不同,POD活性在脫水后期并沒有下降趨勢。研究表明,POD不僅與植物的形態(tài)建成和抗逆性有關(guān),還是植物成熟和衰老的生理指標(biāo)[14];楊小胡等指出,POD能夠起到類似于多酚氧化酶(PPO)的酶促劣變作用[15];板栗(Castanea mollissima)果實(shí)成熟后期,POD活性的升高與果實(shí)褐變強(qiáng)度有顯著的相關(guān)性[16]。香圓種子POD活性的變化規(guī)律與頑拗性種子七葉樹(Aesculus chinensis)在脫水過程中的表現(xiàn)[17]相似。這可能是POD活性的增高不僅起到清除活性氧自由基的作用,還與種子的衰老程度呈正相關(guān),但是否促進(jìn)種子劣變還有待進(jìn)一步研究論證。

      近年來,頑拗性種子脫水耐性和貯藏特性的研究較多。研究表明,頑拗性種子不耐干藏,宜采用低溫濕藏法進(jìn)行保存。例如,脫水敏感的栓皮櫟(Quercus variabilis)種子在貯藏過程中,種子含水量不應(yīng)低于46.3%,貯藏溫度宜保持在零度以上,避免低溫引起凍害或冷害[11];枸櫞(Citrus medica)種子一般采用沙藏法保存,種沙體積比為1 ∶3,濕沙含水量為5%~10%,也可采用分層濕藏法[18]。

      香圓種子應(yīng)屬輕度頑拗性種子,貯藏方法可參照枸櫞種子采用濕藏法。不過,不同程度的頑拗性種子對低溫和濕度的耐受程度不盡相同,香圓種子的最佳貯藏條件還有待進(jìn)一步深入研究。

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