不同活力的小麥種子生理生化及其修復(fù)的研究

梁海榮,邢侗姬,周小梅

不同活力的小麥種子生理生化及其修復(fù)的研究

梁海榮,邢侗姬,周小梅＊

(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西太原030006)

對(duì)三種活力的小麥種子生理生化變化及其修復(fù)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:隨著種子活力的下降,種子滲透液的電導(dǎo)率和外滲可溶性糖含量及丙二醛(MDA)含量升高,而呼吸速率、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸專一性過氧化物酶(APX)和淀粉酶(AMY)活性下降.與高活力種子相比,中活力種子中的CAT和APX活性顯著下降,分別下降了35%和48.5%;而低活力種子在膜的透性及膜質(zhì)過氧化、POD及淀粉酶活性的變化差異顯著.不同活力的種子經(jīng)抗壞血酸(ASA)和青霉素修復(fù)處理后的結(jié)果表明,ASA能提高中活力種子的活力,對(duì)老化小麥種子的修復(fù)效果較好,而青霉素的作用并不理想.

小麥種子;種子活力;生理生化變化;修復(fù)

0 引言

小麥(Triticum aestivum)作為我國(guó)北方地區(qū)的主要糧食作物,種質(zhì)資源的安全保存和適時(shí)更新顯得尤為重要.在種子老化的研究方面,一直受到人們的關(guān)注[1].張加強(qiáng)等[2]對(duì)人工老化的玉米種子活力與一些生理指標(biāo)變化進(jìn)行了研究,鐘希瓊等[3]研究了水稻老化種子活力與生理性狀的關(guān)系,但用人工加速老化法對(duì)小麥種子活力的研究相對(duì)較少[4].本研究以三種不同活力的小麥種子為試驗(yàn)材料,分析測(cè)定了與種子活力有關(guān)的一些生理生化指標(biāo),同時(shí)還對(duì)老化的種子進(jìn)行了修復(fù)處理,旨在找出小麥種子發(fā)生劣變時(shí)某些生理生化的變化規(guī)律,以便了解種子老化的機(jī)理.這對(duì)種子的合理貯藏和陳種子的利用有一定的意義,也可為種子延緩貯藏中的劣變過程提供理論依據(jù).

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

小麥品種為晉麥80.選取未處理的種子和用(58±1)℃下熱水老化4 min和9 min的種子進(jìn)行萌發(fā),其萌發(fā)率依次為91%、56%和28.3%,分別代表高、中、低三種活力的種子.

1.2 測(cè)定方法

種子浸泡5 h后用電導(dǎo)儀測(cè)浸出液的電導(dǎo)率、用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量.

呼吸速率用小籃子法(廣口瓶法)測(cè)定[5],每種活力種子150粒,重復(fù)3次.

將種子在光照培養(yǎng)箱內(nèi)(25℃)萌發(fā),生長(zhǎng)到1 cm左右時(shí)作為試材.MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法;AMY活性測(cè)定采用比色法;POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚顯色法;CAT和APX活性測(cè)定采用紫外吸收法[6].

1.3 種子修復(fù)處理

將上述3種活力的種子室溫下用蒸餾水(對(duì)照)、500 mg/L ASA溶液和100 mg/L青霉素溶液浸泡24 h,隨后萌發(fā)并進(jìn)行MDA含量和呼吸速率、AMY及POD活性的測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同活力種子膜的透性及其呼吸速率和MDA的變化

種子在老化過程中由于細(xì)胞膜的受損,膜的通透性增大而致使內(nèi)部物質(zhì)滲出.從圖1可以看出,種子浸出液的電導(dǎo)率隨著活力的降低而升高,但變化不顯著(不同字母表示在P<0.05水平上差異顯著,下同).

隨著種子活力的下降,呼吸速率也明顯下降(圖2),膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量在中、低活力的種子中分別增加了7.5%和64.7%(圖3),這種變化反映出小麥種子隨著老化的加深細(xì)胞膜發(fā)生了深刻的變化,細(xì)胞呼吸代謝變?nèi)?

圖1 不同活力的小麥種子電導(dǎo)率變化Fig.1 Variation of the electro-conductivity rate in wheat seeds with different vigor levels

圖2 不同活力的小麥種子呼吸速率變化Fig.2 Variation of the respiration rate in wheat seeds with different vigor levels

圖3 不同活力的小麥種子MDA含量變化Fig.3 Variation of the content of MDA in wheat seeds with different vigor levels

2.2 不同活力種子的酶活性變化

種子活力下降的原因之一是各種酶活性發(fā)生了變化.從圖4-圖7可以看出,隨著活力的下降,4種酶活性都在下降.在3種活力的種子中,POD和AMY活性變化趨勢(shì)相同,表現(xiàn)為高、中活力的種子兩種酶活性變化差異不顯著,而低活力種子與高、中活力的種子差異顯著.APX和CA T酶活力的下降趨勢(shì)相同,在高、中活力間CAT和APX活性就有明顯的降低,即前者從0.706μmolH2O2/min·gFw下降到0.459 μmolH2O2/min·gFw,后者從7.82μmolASA/min·gFw下降到4.03μmolASA/min·gFw,而中、低種子這兩種酶的活性下降不大.小麥種子POD和AMY的活力比CAT和APX大,對(duì)種子活性起著主要的作用,因而高中活力間降幅不明顯,并在種子活力下降初期仍能發(fā)揮一定的作用.CAT和APX對(duì)種子活力下降較為敏感,在高中活力間就發(fā)生了明顯的降低,它們與特定的代謝相關(guān)聯(lián),也對(duì)種子活力產(chǎn)生一定的影響,但由于這兩個(gè)酶的活性在種子中比較低,對(duì)小麥種子萌發(fā)初期的作用可能不及POD和AMY.

圖4 不同活力的小麥種子POD活性變化Fig.4 Variation of the activity of POD in wheat seeds with different vigor levels

圖5 不同活力的小麥種子AMY活性變化Fig.5 Variation of the activity of AMY in wheat seeds with different vigor levels

圖6 不同活力的小麥種子CAT活性變化Fig.6 Variation of the activity of CAT in wheat seeds with different vigor levels

圖7 不同活力的小麥種子APX活性變化Fig.7 Variation of the activity of APXin wheat seeds with different vigor levels

圖8 抗壞血酸處理對(duì)不同活力的小麥種子MDA含量的影響Fig.8 Effects of ascorbic acid treatment on the content of MDA in wheat seeds with different vigor levels

圖9 抗壞血酸處理對(duì)不同活力的小麥種子呼吸速率的影響Fig.9 Effects of ascorbic acid treatment on the rate of respiration in wheat seeds with different vigor levels

圖10 抗壞血酸處理對(duì)不同活力的小麥種子AMY活性的影響Fig.10 Effects of ascorbic acid treatment on the activity of AMY in wheat seeds with different vigor levels

圖11 抗壞血酸處理對(duì)不同活力的小麥種子POD活性的影響Fig.11 Effects of ascorbic acid treatment on the activity of POD in wheat seeds with different vigor levels

圖12 青霉素處理對(duì)不同活力的小麥種子MDA含量的影響Fig.12 Effects of penicillin treatment on the content of MDA in wheat seeds with different vigor levels

圖13 青霉素處理對(duì)不同活力的小麥種子呼吸速率的影響Fig.13 Effects of penicillin treatment on the rate of respiration in wheat seeds with different vigor levels

圖14 青霉素處理對(duì)不同活力的小麥種子AMY活性的影響Fig.14 Effects of penicillin treatment on the activity of AMYin wheat seeds with different vigor levels

圖15 青霉素處理對(duì)不同活力的小麥種子POD活性的影響Fig.15 Effects of penicillin treatment on the activity of POD in wheat seeds with different vigor levels

2.3 ASA處理對(duì)種子活力的影響

從圖8-圖11可以看出,經(jīng)ASA處理后的種子MDA都比未處理的對(duì)照低,而幾種酶活性都有一定程度的提高,尤其是中活力的種子其效果最為明顯,在測(cè)定的4個(gè)指標(biāo)中有3個(gè)差異顯著,ASA顯著提高了中活力種子的POD活性和呼吸速率,與對(duì)照相比,分別提高了20.1%和16.7%,且MDA含量降低,可見ASA對(duì)中活力種子的修復(fù)作用明顯.雖然ASA對(duì)低活力的種子也有一定的修復(fù),但不顯著.另外,ASA還能使高活力種子的活力有所提高.

2.4 青霉素處理對(duì)種子活力的影響

與ASA處理相比,青霉素處理對(duì)小麥種子的修復(fù)效果較差(圖12-圖15).在本試驗(yàn)中青霉素雖然可以提高低活力的小麥種子呼吸速率和中活力種子的POD活性,但并未達(dá)到顯著水平(P>0.05).另外,青霉素處理與ASA處理同樣能顯著降低高活力種子的MDA含量,但又顯著降低了高活力種子POD活性.因此,青霉素處理對(duì)小麥種子活力產(chǎn)生的不同影響仍需作進(jìn)一步探索.

3 討論

種子老化過程中,其內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列的生理變化,包括膜的自動(dòng)氧化和膜完整性的破壞,染色體和核酸的損傷、種子組成成分和酶活性的變化、有毒物質(zhì)的積累、合成及修復(fù)能力的降低等[7].

本試驗(yàn)通過測(cè)定不同活力種子浸出液的電導(dǎo)率和MDA后,發(fā)現(xiàn)隨著種子活力的降低這些數(shù)值均升高,其中MDA變化顯著.有報(bào)道[8]指出膜的完整性受到破壞的主要原因可能是膜脂過氧化.MDA產(chǎn)生于膜脂過氧化過程中,是一種反應(yīng)性很強(qiáng)的交聯(lián)劑,它可以與種子的蛋白質(zhì)、酶、核酸等多種細(xì)胞成分發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致它們的功能降低甚至喪失[9,10].因此,MDA可以作為一個(gè)較敏感指標(biāo)來反映種子劣變程度.小麥種子隨著活力的降低淀粉酶活性發(fā)生了明顯的變化.淀粉酶是淀粉類種子中分解儲(chǔ)藏淀粉的主要酶,可以使種子內(nèi)的淀粉降解為小分子的糖類物質(zhì),這些物質(zhì)是種子呼吸作用最主要的基質(zhì).因此,淀粉酶活性的強(qiáng)弱是禾谷類作物種子萌發(fā)速率的主要決定因素[11].在我們的試驗(yàn)中也看到小麥種子的淀粉酶活性和呼吸速率與其活力的高低具有明顯的一致性.種子活力在下降過程中會(huì)逐漸積累起來的有毒物質(zhì),有些可通過過氧化物酶等加以消除,從而防止細(xì)胞受到毒害.而種子活力的下降常伴隨著這些酶活性的變化,在小麥種子活力下降的過程中CAT、APX和POD的活性都隨之下降,CAT和APX下降速度較快,而POD較慢,說明POD在種子活力下降初期仍能發(fā)揮一定的保護(hù)作用.

ASA作為一種小分子量的抗氧化物質(zhì),在細(xì)胞中對(duì)清除O-2、H2O2和·OH等活性氧,防止細(xì)胞衰老具有重要作用.本試驗(yàn)選用ASA對(duì)不同活力的小麥進(jìn)行修復(fù)處理,結(jié)果表明ASA對(duì)小麥種子活力有較好的修復(fù)效果,這與李珍珍等[12]用ASA提高高溫高濕老化的小麥種子活力結(jié)果相一致.青霉素是一種高效低毒的廣譜抗生素,可以促進(jìn)小麥、玉米、棉花、黃瓜等種子的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)[13],而在本試驗(yàn)中青霉素對(duì)老化小麥種子的修復(fù)作用并不理想.

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Physiological Changes and Repairing of Wheat Seeds with Different Vigor Level

LIANG Hai-rong,XINGDong-ji,ZHOU Xiao-mei
(School of Lif e Science,Shanxi University,Taiyuan030006,China)

Wheat seeds with three vigor level were selected to investigate physiological changes and repairing.The results showed that the electro-conductivity of the seed soak solution,the soluble sugar and MDA contents increased,but the rate of respiration,the activities of POD,CAT,APXand AMYdecreased with seed vigor declining. Compared with the high vigor seeds,the activities of CAT and APXin the middle vigor seeds declined significantly, which was 35%and 48.5%,respectively.While the permeability and lipid peroxidation of membranes,the activities of POD and AMYin the low vigor seeds changed markedly.Moreover,the effects of ascorbic acid,penicillin treatments on different vigor seeds,it was found that ascorbic acid repairing effects on middle vigor seeds were significantly better than penicillin treatment.

Wheat seeds;seed vigor;physiological and biochemical changes;repairing

S351.1

A

0253-2395(2010)02-0286-05

2009-03-12;

2009-04-05

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAD13B10206)

梁海榮(1983-),女,山西朔州人,在讀碩士研究生,研究領(lǐng)域?yàn)橹参锷韺W(xué).＊E-mail:zhouxm@sxu.edu.cn