雜交水稻培矮64S和金23B種子萌發(fā)相關(guān)生理特性比較

歐鷗 王若仲 丁君輝

摘 ?要：以萌發(fā)特性差異顯著的雜交水稻品種培矮64S和金23B為材料，通過對(duì)其種子萌發(fā)率的測(cè)定并結(jié)合種子萌發(fā)過程中內(nèi)源植酸、肌醇、可溶性糖等生理生化成分含量的動(dòng)態(tài)變化分析，比較了培矮64S和金23 B生理特性的差異。結(jié)果表明：在種子萌發(fā)過程中，植酸含量均下降，蒸餾水培養(yǎng)金23B 48 h植酸的含量高于培矮64S，120 h含量降至比培矮64S低。肌醇含量均上升，且金23B的升幅大于培矮64S?？扇苄蕴呛烤仙?3B在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的含量均低于培矮64S。由此說明，易萌發(fā)的金23B種子萌發(fā)時(shí)的分解代謝作用比培矮64S種子萌發(fā)時(shí)旺盛。

關(guān)鍵詞：雜交水稻;種子萌發(fā);植酸;肌醇;可溶性糖;萌發(fā)率

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2014）02-0031-03

Comparison of Physiological Characteristics Related to

Seed Germination between Hybrid Rice Varieties

― Peiai64S and Jin23B

OU Ou， WANG Ruo-zhong， DING Jun-hui

（Hunan Provincial Key Laboratory of Phytohormones and Growth Development， HNAU， Changsha 410128， PRC）

Abstract： Hybrid rice varieties Peiai64S and Jin23B are significant difference in germination characteristics. They were used as experimental materials to compare the physiological characteristics through determining seed germination rate and analyzing dynamic changes in contents of physiological and biochemical compositions （endogenetic phytic acid， inositol， soluble sugar， etc.） during seed germination. The results showed that during whole process of seed germination， the content of phytic acid decreased， in comparison with Peiai64S， it was higher in Jin23B cultured in distilled water for 48 h， but lower after 120 h; the content of inositol increased， and it increased larger in Jin23B than Peiai64S; the content of soluble sugar also increased， but it was lower in Jin23B in each time point in comparison with Peiai64S. Therefore， the variety of easy to sprout rice — Jin23B is more active in catabolism than the other rice variety — Peiai64S when seed germination， but the synthesizing content of α-amylases is lower than Peiai64S.

Key words： hybrid rice; seed germination; phytic acid; inositol; soluble sugar; germination rate

種子的萌發(fā)常常被看作是種子植物生命周期的開始，從生理角度看，萌發(fā)是無休眠或已解除休眠的種子吸水后由相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為生理活動(dòng)狀態(tài)，呼吸作用增強(qiáng)，酶的種類和數(shù)量顯著增加，同時(shí)啟動(dòng)大量的酶促反應(yīng)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，種子中儲(chǔ)藏的各種物質(zhì)被轉(zhuǎn)化和提升為可供新生命利用的高活性成分，供給胚的營(yíng)養(yǎng)，引起胚生長(zhǎng)的過程。種子的發(fā)芽率是反映種子生命活力的最直接的指標(biāo)。發(fā)芽率不僅受種子大小，飽滿度和完整性，遺傳性等內(nèi)在因素的影響，還受種子生長(zhǎng)發(fā)育成熟期環(huán)境、晾曬、貯藏期間溫度和濕度的條件與機(jī)械加工損傷等外在因素影響[1]。

植酸在種子萌發(fā)和發(fā)育中有多方面的作用。一定濃度的外源植酸能延緩種子萌發(fā)，降低種子萌發(fā)率。丁君輝等[2]研究表明，外源植酸能夠降低雜交水稻發(fā)過程中α-淀粉酶活性，與此同時(shí)，其可溶性糖含量也有所下降，同時(shí)外源植酸有利于保持水稻種子內(nèi)源植酸含量的穩(wěn)定，從而有效抑制淀粉酶活性和種子萌發(fā)。同時(shí)，植酸還可能對(duì)種子萌發(fā)起關(guān)鍵作用的磷酸化酶和α-淀粉酶等水解酶活性起到強(qiáng)烈的抑制作用[3]。肌醇是一種水溶性的B族維生素，具有代謝脂肪和膽固醇的作用，在供給腦細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)上扮演重要的角色。在植物學(xué)上，肌醇可參與細(xì)胞壁的形成過程，因而對(duì)種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)是十分重要的。糖類物質(zhì)是植物生長(zhǎng)發(fā)育和基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，生物組織中常見的可溶性糖有葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖。趙江濤等[4]發(fā)現(xiàn)，糖類物質(zhì)不僅是能量來源和結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而且參與植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)，并且在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有類似激素的初級(jí)信使作用。試驗(yàn)以雜交水稻培矮64（難發(fā)芽的品種）和金23B（容易發(fā)芽的品種）的種子為材料，研究了種子萌發(fā)過程中不同時(shí)間的萌發(fā)率及植酸、肌醇、可溶性糖的含量變化，旨在探討不同類型雜交水稻種子萌發(fā)的差異。

1 材料與方法

1.1 供試材料

雜交水稻金23B種子由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物激素與生長(zhǎng)發(fā)育湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。雜交水稻培矮64S種子由湖南省隆平高科公司提供。

2.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理及取樣 取培矮64S及金23B飽滿種子，分別用蒸餾水浸泡，于暗處浸種，溫度25oC，處理24 h，用蒸餾水沖洗干凈。每個(gè)處理取種子200粒，3次重復(fù)，置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。然后在培養(yǎng)皿中加入蒸餾水直至剛好浸沒種子，放入人工氣候箱 PYX-300Q[溫度（30±1）℃，相對(duì)濕度（85±5）%、光強(qiáng)93.6 μmol/m2·s 、光照12 h/d]中培養(yǎng)，每隔12 h加水一次，保持濾紙濕潤(rùn)。從培養(yǎng)48 h開始取樣，每隔24 h取一次，直至培養(yǎng)120 h，取出樣品測(cè)其萌發(fā)率、以及植酸、肌醇、可溶性糖的含量。設(shè)置3次重復(fù)。

1.2.2 植酸、肌醇和可溶性糖的含量測(cè)定 （1）植酸含量測(cè)定采用分光光度法[5]。 取0.5 g種子加入10 mL 1.2%HCl，10% Na2SO4溶液浸提2 h，4 000 r/min離心30 min。取上清液于4oC冰箱冷藏12 h。取提取液2 mL，加15% TCA溶液2 mL于10 mL玻璃試管，混勻。于4oC冰箱放置2 h后，4 000 r/min離心30 min，取上清液2 mL，用0.75 mol/L NaOH調(diào)pH值為6.0～6.5，加蒸餾水到30 mL，取3 mL稀釋液加1 mL 0.03% FeCl3·6H2O和0.3%磺基水楊酸混勻在500 nm值下用分光光度計(jì)比色。

（2）肌醇含量測(cè)定采用分光光度法[6]。取2 g已研磨好的干燥粉末狀種子倒入10 mL玻璃試管，加入900 mL/L乙醇6 mL，冷浸12 h，過濾，殘?jiān)?00 mL/L乙醇4 mL，振搖數(shù)分鐘，過濾，合并上述濾液，水浴回流2 h，抽濾（回收乙醇），得到的溶液取3 mL轉(zhuǎn)入50 mL燒杯。加硫酸—醋酐溶液200 μL，轉(zhuǎn)動(dòng)使其溶解，加蓋表面皿，沸水浴5 min，冷卻，加水500 μL，沸水浴5 min，加6 mol/L乙酸200 μL，水浴使其沉淀溶解，冷卻，加鹽酸羥胺溶液300 μL，沸水浴8 min，冷卻，加濃鹽酸160 μL，搖勻，加9.0 g/L FeCl3180 μL。此時(shí)溶液呈紫紅色，轉(zhuǎn)入10 mL玻璃試管，放置10 mim，在500 nm下用分光光度計(jì)比色（FeCl3溶液作空白）。

（3）可溶性糖含量采用蒽酮比色法[7]。取0.05 g干燥粉末狀種子倒入10 mL玻璃試管，加4 mL80%乙醇，80℃水浴40 min，冷卻，離心或者過濾，殘?jiān)? mL 80%乙醇重復(fù)提取，收集上清液或?yàn)V液，加10 mg活性碳，80℃水浴脫色30 min，用80%乙醇定容至10 mL，吸取1 mL乙醇提取液，加入5 mL蒽酮溶液，搖勻，沸水中顯色10 min，溶液呈現(xiàn)青綠色，冷卻，在625 nm下用分光光度計(jì)比色。

2 結(jié)果與分析

2.1 培矮64S和金23B種子萌發(fā)差異比較

從48～120 h兩品種種子的萌發(fā)率對(duì)比中發(fā)現(xiàn)（表1），金23B的萌發(fā)率在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)都高于培矮64S，說明金23B具有易萌發(fā)品種的特性，且在48 h這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上差異最明顯，但到72 h培矮64S的萌發(fā)率迅速上升至90%以上。但金23B在96 h的萌發(fā)率已達(dá)到100%，而培矮64S直到120 h的萌發(fā)率也沒能達(dá)到100%。

2.2 培矮64S和金23B種子萌發(fā)過程中植酸含量的變化

種子萌發(fā)時(shí)所進(jìn)行的物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化都與含磷有機(jī)物密切相關(guān)。在成熟的種子中，植酸（肌醇六磷酸）是磷的一種主要貯藏形式。種子萌發(fā)時(shí)，植酸在植酸酶的作用下，分解為肌醇和磷酸。

由圖1可知，在兩個(gè)雜交水稻品種的種子萌發(fā)過程中，植酸的含量總體來說都呈下降趨勢(shì)，說明植酸在種子萌發(fā)過程中處于分解消耗狀態(tài)。金23B在48 h的含量超過培矮64，而從48～120 h的含量呈直線下坡趨勢(shì)，雖然培矮64S在96 h處的含量時(shí)候有明顯上升趨勢(shì)，但96 h之后其含量仍呈下降趨勢(shì)，到120 h金23B植酸的含量已明顯低于培矮64S。綜合評(píng)價(jià)，易發(fā)芽的金23B植酸的分解代謝作用強(qiáng)于不易發(fā)芽的培矮64。

2.3 培矮64S和金23B種子萌發(fā)過程中肌醇含量的變化

從圖2中看出，在2個(gè)品種的種子萌發(fā)過程中，肌醇含量一直處于上升的趨勢(shì)，說明種子內(nèi)的植酸一直處于分解過程中。金23B的肌醇含量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均高于培矮64S，說明金23B種子內(nèi)植酸的分解量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)都高于培矮64S。48～72 h，兩個(gè)雜交稻品種種子的肌醇增長(zhǎng)幅度基本一致，72 h后，金23B的增長(zhǎng)幅度大于培矮64S。根據(jù)以上分析，金23B由植酸分解產(chǎn)生肌醇的含量和速率都大于培矮64S，再次證明了金23B的分解代謝作用強(qiáng)于培矮64S。

2.4 培矮64S和金23B種子萌發(fā)過程中可溶性糖含量的變化

可溶性糖是種子萌發(fā)過程中淀粉的水解產(chǎn)物。淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶作用下水解為葡萄糖。

從圖3中可以看出，在2個(gè)品種種子萌發(fā)的過程中，可溶性糖含量都呈上升趨勢(shì)，說明其分解代謝都呈現(xiàn)逐步增強(qiáng)的趨勢(shì)。種子萌發(fā)前僅含有β-淀粉酶，萌發(fā)后才形成α-淀粉酶，可能是由于金23B種子糊粉層合成α-淀粉酶的含量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)都比培矮64S合成α-淀粉酶的含量低，所以金23B的α-淀粉酶水解淀粉為葡萄糖的含量比培矮64在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的都低。從圖3中可見，兩條折線的斜率相差不大，證明兩個(gè)品種種子α-淀粉酶的合成量雖然有差別，但合成量的增長(zhǎng)速率比較接近。關(guān)于這兩個(gè)品種萌發(fā)特性相異的種子在萌發(fā)過程中α-淀粉酶的合成量存在差別的原因還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) ?論

試驗(yàn)結(jié)果表明，易發(fā)芽的金23B在96 h已經(jīng)達(dá)到100%發(fā)芽，而難發(fā)芽的培矮64S在120 h仍未能全部萌發(fā)，說明了兩個(gè)品種種子萌發(fā)特性上的顯著差別。在萌發(fā)過程中，金23B的植酸含量由開始高于培矮64S到后來低于培矮64S ，說明金23B種子內(nèi)的植酸分解作用明顯強(qiáng)于培矮64S，即從一個(gè)方面證明了易發(fā)芽的金23B在萌發(fā)過程中分解代謝作用強(qiáng)于不易發(fā)芽的培矮64S。

肌醇是植酸分解得到的產(chǎn)物，金23B種子內(nèi)肌醇產(chǎn)生的數(shù)量和速率都大于培矮64S，再次從另一個(gè)方面證明了易發(fā)芽的金23B在萌發(fā)過程中的分解代謝作用強(qiáng)于不易發(fā)芽的培矮64S。

可溶性糖是淀粉酶水解淀粉得到的產(chǎn)物，兩品種種子萌發(fā)過程中，可溶性糖含量都處于增長(zhǎng)狀態(tài)，說明淀粉在被逐步水解，這與林瓊等[8]的研究結(jié)果一致。他們的研究結(jié)果還表明，在種子萌發(fā)過程中，淀粉含量隨著淀粉酶活性的升高逐漸降低，兩者之間呈顯著負(fù)相關(guān)?？扇苄院康淖兓厔?shì)，反映了植物體內(nèi)碳水化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)情況，而且在有機(jī)物的代謝中起著重要作用，這也是種子能順利萌發(fā)和生長(zhǎng)的重要生理基礎(chǔ)之一。在種子的萌發(fā)過程中，金23B的可溶性糖含量變化趨勢(shì)與培矮64S一致，但是前者的合成量低于后者，合成量出現(xiàn)差別的原因還有待進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯：高國(guó)賦）