紫椴種皮透性及種子浸提物生物效應(yīng)的研究

張潔1，楊立學(xué)1*，王海南2，王會(huì)仁1

(1.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040；2.中南大學(xué) 宣傳部，長(zhǎng)沙 410000)

摘要：采用稱重和生物測(cè)定的方法，對(duì)紫椴種皮透水性及種子各部分浸提物的生物效應(yīng)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紫椴種子種皮透水性較差，不易吸水。紫椴種子的胚乳、種皮、果皮中確實(shí)都含有萌發(fā)抑制類的物質(zhì)，按照其抑制強(qiáng)度從大到小依次為種皮、果皮、胚乳(胚)，且該抑制物質(zhì)浸提液濃度高則抑制性強(qiáng)，浸提液濃度低則抑制性弱。紫椴種子胚各有機(jī)相及水相對(duì)白菜種子發(fā)芽率的抑制活性從大到小依次為：乙酸乙酯相，石油醚相，乙醚相，水相，甲醇相；對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)抑制活性從大到小依次為：石油醚相，水相，乙酸乙酯相，乙醚相，甲醇相。種皮的各有機(jī)相及水相對(duì)白菜種子發(fā)芽率和胚根長(zhǎng)的抑制活性從大到小依次為：甲醇相，水相，乙醚相，乙酸乙酯相，石油醚相。果皮的各有機(jī)相及水相對(duì)白菜種子發(fā)芽率和胚根長(zhǎng)的抑制活性從大到小依次為：甲醇相，乙酸乙酯相，石油醚相，乙醚相，水相。

關(guān)鍵詞：紫椴；種皮透性；種子浸提物；生物測(cè)定

中圖分類號(hào)：S 792.36

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2015)02-0001-04

Abstract：The testa permeability of Amur linden seed and biological effect of seed extract were studied using the weight and biological assay methods.Results showed that the testa had poor permeability for the waterproof compact layer.There was germination inhibitors in the pericarp，testa and endosperm(embryo)and the inhibitory activities was ordered as testa>pericarp>endosperm(embryo)，which had a positive correlation with the concentration.The inhibitory activities for the percentage germination of B.pekinensis seedlings of all organic phases and water phase in the embryo was ordered as follows：ethyl acetate phase，petroleum ether phase，ethylether phase，water phase，methanol phase；while the order for the root growth of B.pekinensis seedlings was petroleum ether phase，water phase，ethyl acetate phase，ethylether phase，and methanol phase.The inhibitory activities for the percentage germination of B.pekinensis seedlings and root growth of all organic phases and water phase in the testa orders were methanol phase，water phase，ethylether phase ethyl acetate phase，and petroleum ether phase.For the pericarp，the inhibitory activity orders were methanol phase，ethyl acetate phase，petroleum ether phase，ethylether phase，and water phase.

Keywords：tilia amurensis；testa permeability；seed extract；biological assay

收稿日期：2014-10-11

基金項(xiàng)目：黑龍江省林業(yè)科技項(xiàng)目( GA09B202-06)

作者簡(jiǎn)介：第一張潔，碩士研究生。研究方向：森林培育。

通訊作者：*楊立學(xué)，博士，教授。研究方向：林木間化感作用。E-mail：ylx_0813@163.com

Water Permeability of Seed Coat and Bio-effectof Seed Extraction Material ofTiliaamurensis

Zhang Jie1，Yang Lixue1*，Wang Hainan2，Wang Huiren1

(1.School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040；

2.Department of Propaganda，Central South University，Changsha 410000)

引文格式：張潔，楊立學(xué)，王海南，等.紫椴種皮透性及種子浸提物生物效應(yīng)的研究[J].森林工程，2015，31(2)：1-4.

植物休眠具有重要的生態(tài)學(xué)意義，體現(xiàn)了植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力、有利于物種的繁衍[1]。種子，特別硬實(shí)性的種子堅(jiān)實(shí)而不透水、透氣，或雖能透水、透氣，但種皮太堅(jiān)硬，胚不能突破種皮，被認(rèn)為是造成種子外源性休眠的重要因素，故種子休眠的深淺很大程度上取決于透性的強(qiáng)弱。紫椴為中國東北地區(qū)重要的闊葉樹種，研究其種子生物學(xué)特性和繁殖技術(shù)，對(duì)開發(fā)利用該樹種具有重要的意義。采用稱重法是研究種皮透性的有效途徑[2-3]。本研究開展了紫椴種皮透水性以及種子各部位不同種類浸提液的生物效應(yīng)的測(cè)定，以期為解除紫椴種子休眠和促進(jìn)發(fā)芽提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料

2009年10月，于黑龍江省五常市寶龍店林場(chǎng)采集母樹樹齡為30 a的紫椴種子。取其凈種子為試驗(yàn)材料。種子千粒重為45.4 g，含水量為18.10%。采用市售白菜種子(Brassicapekinensis)作為生物測(cè)定材料。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1透性試驗(yàn)

分別稱取30粒紫椴去果皮種子，30粒紫椴刺破種皮鐘子(種皮上刺3個(gè)孔)，每處理重復(fù)3次。然后分別放入燒杯中，加入蒸餾水，置于25℃恒溫條件下，每4 h稱量一次至其重量恒定為止。其吸水率計(jì)算公式如下：

吸水率(%)=(浸種后重量-浸種前重量)/浸種前重量×100%

根據(jù)以上公式，計(jì)算兩批種子的吸水率。

1.2.2種子浸提物的生物效應(yīng)

參考文獻(xiàn)參照[4]的方法，2009年的11月將紫椴種子在室外進(jìn)行層級(jí)處理，次年5月取出，分離的胚乳(含胚)、果皮、種皮，各稱取20 g研磨至粉狀，放入三角瓶中，在4℃條件下用80%的甲醇密閉浸提，每隔24 h將浸提液更換一次(期間多次震蕩)，重復(fù)3次。將浸提液合并后離心，取其上清液在30℃下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸發(fā)，以除去甲醇。將該濃縮液分為2等份，一部分參照系統(tǒng)溶劑分離法`([5])將該濃縮液分離為有機(jī)相(乙醚相、石油乙醚相、乙酸乙酯相)和水相。之后將紫椴種子各部分的各有機(jī)相分別在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮蒸發(fā)至干，最后將各有機(jī)相100 mL定容，于5℃條件下保存?zhèn)溆?。如圖1所示。

圖1　紫椴種子各部位有機(jī)相和水相浸提過程示意圖 Fig.1 The leaching process of various organic phase and water phase of different parts in Tilia amurenis seeds

將各有機(jī)相有效濃度調(diào)至50粒/mL，對(duì)白菜種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。將直徑75 mm的濾紙放入加入2 mL稀釋后的溶液的培養(yǎng)皿中，對(duì)照組加入2 mL對(duì)應(yīng)的有機(jī)溶劑，待溶劑揮發(fā)后加入2 mL蒸餾水。將白菜種子在45~50℃下水浴溫浸10 min后，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻擺放15粒，25℃下培養(yǎng)，24 h后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，之后36 h后每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)取5粒測(cè)其胚根長(zhǎng)度，重復(fù)5次。

2結(jié)果與分析

2.1　種皮的透水性

如圖2可以看出，紫椴種子的透水性直接影響種子的萌發(fā)。完整種子在1 h內(nèi)經(jīng)過了急劇吸水的階段后，則吸水率基本保持不變，整個(gè)過程耗時(shí)持久。而刺破種子吸水率變化比較明顯，其吸水過程大致經(jīng)歷了急劇吸水(0～4 h)、緩慢吸水(4～7 h)、停滯階段(7～10 h)等3個(gè)階段。種子由于失去了種皮覆蓋結(jié)構(gòu)的阻礙作用，吸水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于完整種子。

圖2　紫椴完整種子和刺破種皮種子的吸水率曲線 Fig.2 The water absorption curves of intact and coat-pricked Tilia amurenis seeds

2.2　紫椴種子各部位有機(jī)相和水相浸提物的生物效應(yīng)

2.2.1種子各部位不同濃度甲醇浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率與胚根長(zhǎng)的影響

如圖3可以看出，高濃度的紫椴種子各部位的浸提液對(duì)白菜種子的發(fā)芽率具有顯著的抑制作用，浸提液濃度越大，其抑制活性越強(qiáng)。當(dāng)種子各部位浸提液的濃度為0.01 g/L時(shí)，白菜種子萌發(fā)率均高于對(duì)照(80%)，但是差異不顯著(P> 0.05)。這可能是較低濃度的浸提液中抑制成分含量極低，對(duì)白菜萌發(fā)不足以起到顯著的抑制作用，且溶液中含有的營養(yǎng)物質(zhì)(如糖分)促進(jìn)了種子的萌發(fā)。當(dāng)種子各部位浸提液的濃度為0.01 g/L時(shí)，白菜種子萌發(fā)率均低于對(duì)照，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。當(dāng)濃度達(dá)到0.5 g/L時(shí)，各部位浸提液中抑制物質(zhì)含量極高，使得白菜種子均不能萌發(fā)。

圖3　不同濃度紫椴種子各部位甲醇浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響 Fig.3 Effects of methanol extract of different parts in amur linden seed with varied concentration on the percentage germination of B.pekinensis seedlings

如圖4所示，不同濃度紫椴種子的胚、種皮、果皮的浸提液均會(huì)抑制白菜種子的胚根生長(zhǎng)，浸提液濃度越大，其抑制活性越強(qiáng)。當(dāng)種子各部位浸提液的濃度為0.01 g/L時(shí)，白菜種子胚根長(zhǎng)度均低于對(duì)照(1.62 cm)。當(dāng)種子各部位浸提液的濃度為0.1 g/L時(shí)，白菜種子胚根生長(zhǎng)均低于對(duì)照，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。當(dāng)濃度為0.5 g/L時(shí)，各部位浸提液抑制活性極高，白菜種子均不能萌發(fā)，胚根不生長(zhǎng)。

圖4　不同濃度紫椴種子各部位甲醇浸提液對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)的影響 Fig.4 Effects of methanol extract of different parts in amur linden seed with varied concentration on the root growth of B.pekinensis seedlings

2.2.2種子各部位有機(jī)相及水相浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率與胚根長(zhǎng)的影響

由圖5可以看出，紫椴種子胚、果皮、種皮的有機(jī)相及水相均抑制白菜種子的萌發(fā)，且抑制作用隨著種子部位與有機(jī)相的不同而不同。就胚的各有機(jī)相而論，對(duì)白菜種子發(fā)芽率的抑制程度依次為乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相、甲醇相；種皮各有機(jī)相的抑制程度依次為甲醇相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、石油醚相；果皮各有機(jī)相的抑制程度依次為乙酸乙酯相、甲醇相、石油醚相、水相、乙醚相。種子各部位之間的抑制作用差異顯著(P<0.05)，種皮抑制活性最高，依次為果皮、胚。

圖5　紫椴種子各部位有機(jī)相及水相浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響 Fig.5 Effects of various organic phase and water phase extract of different parts in amur linden seed on the percentage germination of B.pekinensis seedlings

如圖6可以看出，紫椴種子胚、果皮、種皮的有機(jī)相及水相均抑制白菜胚根的生長(zhǎng)，且抑制作用隨著種子部位與有機(jī)相的不同而不同。就胚的各有機(jī)相而論，對(duì)白菜種子胚根生長(zhǎng)的抑制程度依次為石油醚相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、甲醇相；種皮各有機(jī)相的抑制程度依次為甲醇相、水相、乙醚相、乙酸乙酯相、石油醚相；果皮各有機(jī)相的抑制程度依次為甲醇相、乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相。種子各部位之間的抑制作用差異顯著(P<0.05)，種皮抑制活性最高，依次為胚、果皮。

圖6　紫椴種子各部位有機(jī)相及水相對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)的影響 Fig.6 Effects of various organic phase and water phase extract of different parts in amur linden seed on the root growth of B.pekinensis seedlings

3討論

適當(dāng)?shù)乃质蔷S持種子生命活動(dòng)的必要條件之一，也只有水才能促進(jìn)種子內(nèi)部的一些生理代謝活動(dòng)的完成。種皮(果皮)的不透水性是影響種子萌發(fā)的重要因素。一些植物種子種皮(果皮)為硬實(shí)，不能透水或透水性弱導(dǎo)致種子不能破除休眠[6-7]。自然情況下，細(xì)菌和真菌分泌的酶類可水解硬實(shí)種子種皮(果皮)的多糖和其他成分，使種皮(果皮)透水透氣，以打破休眠?，F(xiàn)在一般采用物理、化學(xué)方法來破壞種皮，以打破休眠。

本研究結(jié)果表明，種皮被刺破的紫椴種子吸水性大大優(yōu)于完整的紫椴種子，故紫椴種子因?qū)儆谟矊?shí)種子。與本研究結(jié)果相似的結(jié)果有，東北紅豆杉去掉種皮和刺破種皮的種子浸泡16 h 后就得到了完好種皮浸泡32 h 后相近的種子吸水率[8]說明其種皮角質(zhì)化嚴(yán)重，不利于透水透氣。還有黃山花楸刺破種皮后大大提高了其吸水率和吸水速率[9]。有些種子的休眠則并不是由于透水性差造成的，如冬青種子，其種皮具有一定的透水性，其深度休眠是由于其內(nèi)部存在的種子萌發(fā)抑制物所造成的[10]。張軍保等發(fā)現(xiàn)茶條槭中期在浸水初期具有較高的透水性，但后期卻有較大的吸水阻礙，其原因尚未明[11]。楊萬霞等發(fā)現(xiàn)，青錢柳的種子雖然外種皮角質(zhì)化，中種皮木栓化，但其未破損種子的胚，仍能具有一定的吸水性，所以紫椴種子的休眠可能是由于其種子結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的機(jī)械阻力造成的[12]。

一些研究認(rèn)為紫椴種子休眠是由于種皮的硬實(shí)性(不透水透氣)以及其果皮、種皮和胚乳中可能含有的一種為ABA的抑制物質(zhì)造成的[13-14]，并懷疑萌發(fā)抑制物質(zhì)才是紫椴種子休眠的重要原因。但這些研究并未對(duì)紫椴種子不同部位所含抑制劑的活性進(jìn)行比較研究。本實(shí)驗(yàn)證實(shí)紫椴種子的胚乳、種皮、果皮中確實(shí)都含有萌發(fā)抑制類的物質(zhì)，按照其抑制強(qiáng)度從大到小依次為種皮、果皮、胚乳(胚)，且該抑制物質(zhì)浸提液濃度高則抑制性強(qiáng)，浸提液濃度低則抑制性弱。若對(duì)種皮進(jìn)行抑制劑浸提，各浸提液中抑制劑對(duì)白菜種子發(fā)芽率的抑制活性強(qiáng)度從大到小依次為：甲醇相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、石油醚相，對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)度的抑制性強(qiáng)度從大到小依次為：甲醇相、水相、乙醚相、乙酸乙酯相、石油醚相；若對(duì)果皮進(jìn)行抑制劑浸提，各浸提液中抑制劑對(duì)白菜種子發(fā)芽率的抑制活性強(qiáng)度從大到小依次為：乙酸乙酯相、甲醇相、石油醚相、水相、乙醚相，對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)度的抑制性強(qiáng)度從大到小依次為：甲醇相、乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相；若對(duì)胚進(jìn)行抑制劑浸提，各浸提液中抑制劑對(duì)白菜種子發(fā)芽率的抑制活性強(qiáng)度從大到小依次為：乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相、甲醇相，對(duì)白菜種子胚根長(zhǎng)度抑制性強(qiáng)度從大到小依次為：石油醚相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、甲醇相。本實(shí)驗(yàn)表明紫椴種子不僅具有不透水性，而且其種皮、果皮、以及胚中均含有種子萌發(fā)抑制物質(zhì)。

[1]尹華軍，劉慶.種子休眠與萌發(fā)的分子生物學(xué)的研究進(jìn)展[J].植物學(xué)通報(bào)，2004，21(2)：156-163.

[2]徐本美.論木本植物種子休眠與萌發(fā)的研究方法[J].種子，1995(4)：56-58.

[3]于卓，王林和.三種沙拐棗種子休眠原因研究初報(bào)[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，13(3)：9-13.

[4]楊曉玲，郭守華，關(guān)學(xué)敏.山楂種子層積過程中抑制物質(zhì)的變化[J].經(jīng)濟(jì)林研究，2009，27(2)：44-48.

[5]黃耀閣，李向高.西洋參果實(shí)中抑制白菜種子發(fā)芽物質(zhì)的分離與鑒定[J].植物生理學(xué)報(bào)，1997，23(1)：83-88.

[6]趙同芳.種子休眠生理概述[J].植物生理學(xué)通訊，1960(3)：23-30.

[7]藤伊政，劉瑞征，譯.植物的休眠與發(fā)芽[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[8]程廣有，唐曉杰，高紅兵，等.東北紅豆杉種子休眠機(jī)理與解除技術(shù)探討[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(1)：5-9.

[9]陳昕，曹珊珊，張紅星.黃山花楸種子休眠影響因素[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38(7)：5-7.

[10] 王寧，吳軍，張桂菊，等.冬青種殼種皮透水性及種皮浸提液的生物鑒定[J].河南科學(xué)，2006，24(4)：528-531.

[11]張軍保，張振全，沈海龍，等.色木槭種皮透水性與種子浸提液生物效應(yīng)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(20)：8571-8574.

[12]楊萬霞，洑香香，方升佐.青錢柳種子的種皮構(gòu)造及其對(duì)透水性的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，29(5)：25-28.

[13]王九齡，楊建平.紫椴種子休眠原因的初步研究[J].林業(yè)科學(xué)，1981(3)：317-324.

[14]鄒學(xué)忠，閻忠林，劉清田，等.紫椴種子休眠原因及催芽處理方法的研究[J].遼寧林業(yè)科技，1991(5)：6-10.

[15]邢勇，武月琴.種子休眠與致休眠因子[J].生物學(xué)教學(xué)，2003，28(5)：7-8.

[16]Kozlowski T T.Seed Biology(Edition 2)[M].New York：Academic Press，1972.

[17]姜華，唐佩華，郭仲深.田菁種皮的結(jié)構(gòu)及其與透性的關(guān)系[J].植物學(xué)報(bào)，1992，34(3)：197-202.

[責(zé)任編輯：李洋]