同德小花堿茅種子發(fā)育過程中幾個生理指標的變化

史 鵬，周青平，顏紅波，劉文輝，梁國玲，賈志峰

(1.青海大學，青海 西寧 810000； 2.青海省畜牧獸醫(yī)科學院，青海 西寧 810016)

同德小花堿茅(Puccinelliatenuifloracv. Tongde)于2007年11月全國牧草品種審定委員會審定通過，登記為野生栽培品種，耐旱、耐寒，極耐鹽堿，在pH值8.5～9.0的土壤上生長良好；其干草產量和種子產量表現(xiàn)優(yōu)良；適宜在海拔4 000 m以下高寒地區(qū)種植，且能安全越冬。

種子的發(fā)育是植物生長發(fā)育的開始，對植物的生長有著較大的影響[1]。國際上對種子的研究已有很長歷史，20世紀30年代我國開始在該領域已進行研究，目前有關禾本科牧草種子的研究已有較多報道[2-8]。同德小花堿茅作為一個新申報的牧草品種，對其研究多集中在鹽堿地對苗期生理特性與生長特性的影響[9-10]，而對于種子發(fā)育的研究較少。為此，本研究分析同德小花堿茅種子發(fā)育過程中的各項生理指標的變化以及激素含量的變化規(guī)律，以期為其種子生產提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗地位于青海省海北州西海鎮(zhèn)二分廠，海拔3 103 m，100°52′ E，36°58′ N，年降水量391.9 mm，1月均溫-14.4 ℃，7月均溫11.5 ℃，年均溫-0.1 ℃，年日照時數(shù)2 912 h。

測試樣品為生長第3年的同德小花堿茅，于2011年自盛花期第8天開始，每3 d采種取樣1次，至8月30日種子完熟共采樣12次。

1.2試驗方法

1.2.1種子含水量測定 對新鮮的樣品進行含水量測定，并將測定后剩余的種子在-20 ℃以下冷凍保存，作為其他項目測試樣品。將樣品稱取2份，放入稱量盒測定其質量。放入烘箱，在130 ℃恒溫下烘3 h，取出稱量盒，密封好放入干燥器中冷卻30 min，取出稱量，記下質量。再放入130 ℃的烘箱內烘1 h，冷卻稱量，至質量恒定為止，最后一次質量作為烘干后質量。進行含水量計算。

種子含水量(%)=(烘前試樣質量-烘后試樣質量)/烘前試樣質量×100%。

測定中要求稱量準確度為0.01 g；2份試樣測定結果，差距不得超過0.4%，否則重新測定。

1.2.2可溶性糖含量測定 將清理干凈的新鮮樣品混勻，稱取0.10～0.30 g放入帶有刻度的試管中，3次重復，加入蒸餾水5 mL，用塑料薄膜密封試管口，于沸水中提取30 min(提取2次)，將提取液過濾，裝入25 mL容量瓶中，多次漂洗試管，定容至刻度。用移液槍吸取樣品液0.5 mL，置于試管中(重復2次)，加1.5 mL蒸餾水，以下步驟同制作標準曲線的步驟，按順序加入試劑(苯酚、濃硫酸溶液)，顯色并測定吸光度。利用標準曲線查出糖的量。

可溶性糖含量(%)=從標準曲線查得糖的量(μg)×提取液體積(mL)×稀釋倍數(shù)/[測定用樣品液的體積(mL)×樣品質量(g)×106]×100。

1.2.3淀粉含量測定 將提取過可溶性糖后剩余的物質置于三角瓶(250 mL)中，加入2%HCl 25 mL，置于水浴鍋內煮沸1 h直至淀粉完全分解。室溫冷卻，向三角瓶中滴加甲基紅試劑1滴，用5 mol NaOH中和至微堿性，用500 mL容量瓶定容。吸提取液1 mL放入試管中，加蒽酮試劑5 mL，重復3次，置于水浴鍋內煮沸10 min；冷卻后用空白作為對照，將分光光度計調成620 nm波長，進行讀數(shù)，并讀取光密度，從標準曲線上查找相應的糖濃度(μg·mL-1)[2]。

式中，A為樣品稀釋后體積(mL)；C為提取液含糖量(μg·mL-1)；W為種子質量(mg)。

1.2.4激素含量測定 將-20 ℃低溫冷凍的種子取出，并稱取0.5 g，利用酶聯(lián)免疫分析(ELISA)試劑盒，按試劑盒說明書操作測定IAA、GA和ABA的含量。

2 結果與分析

2.1種子鮮質量、含水量和干質量的變化 同德小花堿茅種子的鮮質量在發(fā)育初期迅速增加，盛花期后26 d達到最大，200粒種子質量為45.62 mg，此后由于水分的不斷散失，種子鮮質量逐漸降低，最后保持穩(wěn)定(圖1)，各取樣時期鮮質量差異均顯著(P<0.05)。

隨著同德小花堿茅種子的逐漸成熟，種子含水量由75.23%減少至21.60%，各時期含水量下降速率不同，在盛花期后8～26 d含水量由75.23%降至27.85%，平均每天以2.50%的速率下降。而從盛花期后26～41 d，以平均每天0.39%的速率降至21.60%。此后，種子的含水量變化比較小(圖1)。各取樣時期含水量差異均顯著(P<0.05)。

同德小花堿茅種子內干物質質量隨著種子含水量的降低而逐漸增加(圖1)。200粒種子干質量從盛花期后8 d的5.85 mg，以平均1.42 mg·d-1的速率迅速增加到盛花期后26 d的最大干質量33.22 mg。此后，種子干質量變化趨于穩(wěn)定，基本不變，標志種子進入生理成熟期。根據(jù)牧草種子干質量的變化，同德小花堿茅種子在盛花期后26 d前后達到理論生理成熟。各取樣時期干質量差異均顯著(P<0.05)。

圖1 同德小花堿茅種子發(fā)育過程中含水量、干質量和鮮質量的變化

2.2可溶性糖含量和與淀粉含量的變化 種子發(fā)育初期，可溶性糖含量在盛花期后23 d之前快速降低。盛花期后23 d起種子內可溶性糖含量下降緩慢，在盛花期后29 d由最初22.56%下降到9.17%，此后可溶性糖含量不再下降，維持在相對穩(wěn)定較低的狀態(tài)(圖2)。各取樣時期可溶性糖含量差異均顯著(P<0.05)。

淀粉含量的變化同可溶性糖的變化相反(圖2)，大體呈增加的趨勢，盛花期后26 d前含量由6.67%快速增長到20.38%。此后淀粉含量有所下降，變化不大，保持在16%左右。各取樣時期淀粉含量差異均顯著(P<0.05)。

圖2 同德小花堿茅種子可溶性糖和淀粉含量的變化

2.3生長素(IAA)、赤霉素(GA)和脫落酸(ABA)含量的變化 同德小花堿茅種子內IAA含量在盛花期后8 d就達到最大值(0.46 μg·g-1)，從盛花期后11～23 d IAA含量在種子發(fā)育過程中變化不大，維持在0.38 μg·g-1左右，盛花期后23 d開始，IAA含量呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(圖3)。在盛花期后17、26、29、32、35 d這5個時期生長素含量差異不顯著(P>0.05)。

GA含量在種子成熟過程中，初期呈上升的變化趨勢，在盛花期后23 d達到最大值。此后含量有所下降，但保持在一定水平上，即0.32～0.38 μg·g-1(圖3)。在盛花期后11、14、23 d這3個時期赤霉素含量差異不顯著(P>0.05)，但此3個時期與盛花期后17、20、26、29、32、35 d 6個時期赤霉素含量差異顯著(P<0.05)。

圖3 同德小花堿茅種子成熟過程中脫落酸、赤霉素和生長素含量的變化Fig.3 Change of ABA,GA and IAA content in the development process of Puccinellia tenuiflora cv. Tongde seeds

ABA含量在種子成熟過程中逐漸增加，并在盛花期后23 d達到最大值。此后脫落酸含量略有下降，但基本穩(wěn)定(圖3)。在盛花期后20、26、29、35和38 d這5個時期脫落酸含量差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

許多研究表明，種子含水量隨種子的成熟而下降，種子含水量的變化與種子的發(fā)育關系密切[11-14]。不同的禾草之間，種子成熟過程中含水量的變化不同[11]。即使是同一類牧草，在不同年份里，由于各種因素的影響也會使種子含水量發(fā)生變化。在惡劣氣候條件下，無芒雀麥(Bromusinermis)種子水分散失要比正常氣候下快[12]。Hill等[13]對3種禾本科牧草研究表明，在不同年份里，因氣候條件的不同，種子發(fā)育過程中含水量變化不同。馬春暉等[14]在新疆的研究表明，高羊茅(Festucaarundisnacea)種子生理成熟期含水量與徐榮等[15]在寧夏銀川地區(qū)得出的試驗結果不同。所以，用種子含水量來確定種子達到生理成熟期，還應對不同的禾草進行大量試驗，得出種子含水量的變化規(guī)律，用精確的數(shù)據(jù)來證明種子的成熟期。

同德小花堿茅種子發(fā)育過程中淀粉含量的變化與可溶性糖變化相反，但與種子重變化相似，其含量呈現(xiàn)增加的變化趨勢。青海扁莖早熟禾、老芒麥、無芒雀麥和葦狀羊茅種子成熟過程中，淀粉含量隨著含水量的下降而下降[1-3，10]。這種變化說明，淀粉不僅是植物種子中重要的營養(yǎng)物質，淀粉在被合成的過程中，部分參與種子的代謝過程被分解掉[19]。

同德小花堿茅種子發(fā)育過程中，生長素、脫落酸和赤霉素3種激素，最高值最先出現(xiàn)的是生長素，脫落酸則是在種子達到生理成熟時才達到最高值。在種子發(fā)育過程中，不同內源激素發(fā)揮著不同的作用。同德小花堿茅種子成熟過程中內源激素含量與出現(xiàn)的時間同其他禾本科牧草存在著一定差異[12，17-19]。所以，該變化在不同牧草種子中有待深入研究。

4 小結

同德小花堿茅種子在盛花期后26 d干質量最大，并達到種子生理成熟期，含水量為27.85%。

可溶性糖含量變化呈先升高后降低的趨勢，淀粉含量變化則相反。

植物內源激素IAA、GA和ABA的含量最大值逐次出現(xiàn)。

[1] 劉文輝,周青平,顏紅波.青海扁莖早熟禾種子生長生理特性研究[J].草業(yè)科學,2005,24(5):69-73.

[2] 韓建國,毛培勝,牛忠聯(lián),等.老芒麥種子發(fā)育過程中的生理生化變化[J].草地學報,2000,8(4):237-244.

[3] 毛培勝,韓建國,王培,等.無芒雀麥種子發(fā)育過程中的生理生化變化[J].中國草地,2001,23(1):26-31.

[4] 孫鐵軍,韓建國,趙守強,等.施肥對扁穗冰草種子發(fā)育過程中生理生化特性的影響[J].草地學報,2005,13(2):87-92.

[5] 陳志宏,韓建國,秦歌菊,等.冰草種子發(fā)育過程中活力變化的研究[J].草業(yè)學報,2004,13(2):1-6.

[6] 張玲,馬春暉,段黃金,等.新疆高羊茅成熟過程中種子活力變化的研究[J].西北農業(yè)學報,2003,12(2):1-4.

[7] 毛培勝,韓建國,宋錦峰.高羊茅種子發(fā)育過程中的生理生化變化[J].草地學報,1997,5(1):1-7.

[8] 陳婉芬,徐義俊,周夑.菜豆果莢生長成熟間糖及ABA含量的動態(tài)變化[J].植物生理通訊,1985(6):32-33.

[9] 周學麗,周青平,顏紅波,等.NaCl脅迫對同德小花堿茅苗期生理特性的影響[J].草業(yè)科學,2009,26(6):101-105.

[10] 盧素錦,周青平,顏紅波.Na2CO3脅迫對同德小花堿茅幼苗生長的影響[J].草原與草坪,2009(3):16-19.

[11] Hampron J G.Herbage seed lot vigour:Do problems start with seed production[J].Journal of Applied Seed Production,1991(9):87-93.

[12] Grabe D F.Maturity in smooth bromegrass[J].Agronomy Journal,1956,48:253-256.

[13] Hill M J,Watkin B R.Seed production studies on perennial rygrass,timothy and prairie grass.2.change in physiological components during seed development and time and method of harvesting for maximum seed yield[J].Journal of the British Grassland Society,1975(30):131-140.

[14] 馬春暉,程軍,韓建國,等.新疆高羊茅種子發(fā)育生理生化變化的動態(tài)研究[J].草業(yè)學報,2002,11(4)：76-80.

[15] 徐榮,韓建國,毛培勝,等.施肥對草坪型高羊茅種子產量及其組成的影響[J].草地學報,2001,9(2)：137-142.

[16] 鄭光華,史忠禮,趙同芳,等.實用種子生理學[M].北京：農業(yè)出版社,1990:1-18.

[17] 何澤英,許定,袁以葦,等.種子萌發(fā)的生理生化[M].南京:江蘇出版社,1987.

[18] 宋松泉,段詠新,傅家瑞,等.ABA對種子發(fā)育的調節(jié)[J].種子,1997(5):36-42.

[19] 徐是雄,唐錫華,傅家瑞.種子生理的研究進展[M].廣州:中山大學出版社,1987.