馬尾松種子生長(zhǎng)與幼苗成長(zhǎng)過程的養(yǎng)分動(dòng)態(tài)研究

任學(xué)棟

摘 要：本文對(duì)馬尾松種子生長(zhǎng)到幼苗成長(zhǎng)的過程劃分為5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，記錄其自身內(nèi)含養(yǎng)分變化外，其營(yíng)養(yǎng)方式由異養(yǎng)到光合自養(yǎng)的轉(zhuǎn)換也可能影響了生長(zhǎng)速率的變化。這也為后續(xù)植物生理生化的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：馬尾松種子；萌發(fā)；異養(yǎng)；自養(yǎng)：養(yǎng)分動(dòng)態(tài)

馬尾松——生存環(huán)境分布十分廣泛，可在酸性土壤中存活，固定土壤以防水土流失，是我國(guó)重要的人工造林樹種之一。其生長(zhǎng)迅速、材質(zhì)優(yōu)良、耐濕性好，可用于造紙業(yè)、水底工程等，且松花松脂藥效顯著，是良好的中藥材。為更好地利用馬尾松的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，從馬尾松的生長(zhǎng)特性著手，探究種子萌發(fā)生長(zhǎng)過程中的機(jī)理。當(dāng)種子萌發(fā)時(shí)——原生質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，大量蛋白質(zhì)酶活化將蛋白質(zhì)分解為氨基酸，供應(yīng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，一部分氨基酸可重新合成新蛋白質(zhì)。例如花生種子萌發(fā)時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)種類增加，貯藏性蛋白質(zhì)明顯減少；本實(shí)驗(yàn)通過蛋白組學(xué)的分析，及光合作用中必要的葉綠素以及Rubisco合成進(jìn)行檢測(cè)，分析出馬尾松種子萌發(fā)過程中由異養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽责B(yǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)。

一、 材料與方法

選取馬尾松成熟種子來自安徽淮河流域、大別山以南，避光、透氣、4℃冷藏備用。

1.發(fā)芽處理

流水沖洗種子2-3h，陰干后，用0. 5% KMnO4溶液浸泡1h，流水沖洗干凈后晾干；將種子置于燒杯中用蒸餾水浸泡，種子與水體積分?jǐn)?shù)為1：3；恒溫水浴，每天換水。露白后用濕紗布包裹種子，在恒溫32℃條件下發(fā)芽。記錄不同催芽溫度，不同催芽時(shí)間的露白率和發(fā)芽率。鋪種后，觀察馬尾松形成幼苗全過程的生長(zhǎng)情況，選取生長(zhǎng)檢測(cè)點(diǎn)，記錄鮮質(zhì)量、殼質(zhì)量、生長(zhǎng)時(shí)間以及長(zhǎng)度等。將各時(shí)期的鮮樣-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2.干物質(zhì)的測(cè)量

將各個(gè)時(shí)期10粒樣品分為1組，做3組重復(fù)，用濾紙吸干表面水分測(cè)定鮮質(zhì)量并記錄。將干燥箱溫度預(yù)先調(diào)整到105℃，將樣品放在干凈的培養(yǎng)皿中進(jìn)行烘干。烘干3h后，將樣品置于EP管中，在干燥皿中降溫至室溫測(cè)質(zhì)量。記錄數(shù)據(jù)后，重復(fù)烘干直至干燥后樣品質(zhì)量不變。記錄干物質(zhì)的質(zhì)量。

3.光合速率與葉綠素的測(cè)量

將各個(gè)時(shí)期的鮮樣準(zhǔn)備好，利用Li-6400光合儀測(cè)量呼吸強(qiáng)度和光合強(qiáng)度。呼吸強(qiáng)度用無光源測(cè)定，而光合強(qiáng)度利用己有光源測(cè)定。光合強(qiáng)度=（光合吸收的CO2量一呼吸釋放的CO2量）/葉綠素含量。測(cè)定時(shí)間為9：00-11：00之間，測(cè)量之前植物樣品進(jìn)行正常光照活化處理。根據(jù)改良葉綠素含量測(cè)定的公式CT= （12. 21 D664—2. 81D645）+（20. 13D645一5. 03 D664 ）計(jì)算葉綠素總含量，式中：CT為2種葉綠素之和。

二、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪酸的測(cè)量分析

1.馬尾松發(fā)芽情況

催芽實(shí)驗(yàn)對(duì)馬尾松的種子進(jìn)行不同催芽溫度和時(shí)間的篩選，結(jié)果：催芽浸泡溫度為45℃，72h露白率最高。在32℃浸泡不同時(shí)間均有較高的露白率。但是露白僅表示胚部組織吸水后從種皮裂縫中突顯出來，而胚的活性取決胚根的生長(zhǎng)。經(jīng)過發(fā)芽率比較，催芽水浴溫度為32℃時(shí)發(fā)芽率最高，但露白率最高的45℃條件下則發(fā)芽率為零。因此催芽條件篩選為32℃恒溫水浴，浸泡72h后鋪種發(fā)芽。

根據(jù)馬尾松種子萌發(fā)及生長(zhǎng)過程中形態(tài)上的明顯差異，分為若干個(gè)不同的時(shí)期，從中選取5個(gè)時(shí)期的生長(zhǎng)檢測(cè)點(diǎn)（圖1）。主要包括成熟期的種子、經(jīng)催芽處理的萌動(dòng)期種子、胚根突破種皮的生長(zhǎng)1期、子葉未展開前，并且在頂端有部分莖段呈現(xiàn)紫紅色和綠色子葉脫殼展開的幼苗。由表1中數(shù)據(jù)得知，各時(shí)期質(zhì)量增加明顯，尤其是在發(fā)芽后，鮮質(zhì)量成倍增長(zhǎng)。

圖1萌發(fā)過程中5個(gè)典型差異時(shí)期

表1不同發(fā)育時(shí)期的生長(zhǎng)情況

發(fā)育時(shí)期 鮮質(zhì)量/mg·粒-1 殼質(zhì)比/% 生長(zhǎng)時(shí)間/d 苗長(zhǎng)/cm 葉數(shù)

成熟期 10.3±2.6 29.61±5 0 0.5±0.1 /

萌動(dòng)期 14.53±2.69 26.3±4 2±2 0.5±0.1 /

發(fā)芽1期 16.3±2.73 23.17±2 4±2 0.6±0.1 /

發(fā)芽2期 25.3±2.79 15.3±2 8±2 3.4±0.8 /

幼苗期 51.3±5.99 7.42±2 14±3 7.1±1.0 7±1

2. 馬尾松萌發(fā)與光合作用

（1）干物質(zhì)質(zhì)量的變化

將樣品烘干6h以上，干物質(zhì)質(zhì)量變化范圍不顯著。從種子萌發(fā)起，種子吸收水分的能力就很強(qiáng)。在G1期胚根突破種殼后，根的吸水能力遠(yuǎn)大于萌發(fā)期種子的吸漲作用，隨著胚根根毛的數(shù)量增多，吸水能力增強(qiáng)。從萌發(fā)到幼苗形態(tài)建成，干物質(zhì)含量有所降低，但是差異不顯著。隨著貯藏物質(zhì)經(jīng)酶解分成小分子物質(zhì)，被呼吸作用消耗后，從某時(shí)期起，幼芽可以從外界獲得能源，但是實(shí)驗(yàn)條件只提供了充足的水分和適時(shí)的光照條件。所以在整個(gè)過程中，馬尾松種子發(fā)芽應(yīng)該經(jīng)歷了異養(yǎng)階段到自養(yǎng)過程的轉(zhuǎn)變。

圖2 干物質(zhì)質(zhì)量與光合作用

檢測(cè)葉綠素含量和光合速率驗(yàn)證馬尾松的自養(yǎng)轉(zhuǎn)變。利用光密度的加和性得到馬尾松鮮樣的葉綠素總含量（圖2b）。馬尾松從子葉未伸展前就開始大量合成葉綠素，此時(shí)種子莖段頂端呈現(xiàn)紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，隨后子葉脫殼葉綠素大量生成（圖2-發(fā)芽2期；圖2b）。種子萌發(fā)后主要進(jìn)行的是呼吸作用，為植物的生長(zhǎng)提供能量，并在胚根突破種殼時(shí)-呼吸達(dá)到最大值（圖2b）。在葉綠素形成時(shí)--光合作用出現(xiàn)，并且在光照條件下與呼吸作用相當(dāng)，達(dá)到臨界值，出現(xiàn)CO2光合補(bǔ)償點(diǎn)。當(dāng)初生子葉完全脫離種殼后，光合作用遠(yuǎn)大于呼吸作用，馬尾松幼苗開始自養(yǎng)進(jìn)程。

（2）淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸含量變化

由圖2得知，在萌發(fā)后期干物質(zhì)的含量略有下降，繼而分析樣品內(nèi)含物質(zhì)淀粉、蛋白質(zhì)以及脂肪酸粉含量偏低，并且各個(gè)時(shí)期含量總趨勢(shì)為下降。在催芽過程中淀粉含量下降明顯，直到幼苗期淀粉含量還是很低。可溶性總蛋白質(zhì)含量在種子萌動(dòng)時(shí)大量消耗，在子葉脫殼前出現(xiàn)“平臺(tái)”期，當(dāng)子葉展開后蛋白質(zhì)含量比貯藏時(shí)減少3倍。在幼苗形成前，馬尾松的物質(zhì)代謝主要是消耗種子成熟時(shí)貯藏的物質(zhì)，淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪酸含量都呈下降趨勢(shì)，在種子萌發(fā)時(shí)脂肪和蛋白質(zhì)最先動(dòng)員，為根、莖的生長(zhǎng)提供足夠的原料和能量。

三、結(jié)論

以馬尾松種子養(yǎng)分動(dòng)態(tài)為研究對(duì)象，選取了馬尾松種子萌發(fā)過程中的5個(gè)時(shí)期作為觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)其物質(zhì)含量、種類差異進(jìn)行分析研究，了解一定的物質(zhì)代謝規(guī)律和重要生長(zhǎng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在整個(gè)過程中，蛋白質(zhì)除了消耗外更多是功能性的轉(zhuǎn)變，Rubisco蛋白的出現(xiàn)為植物能進(jìn)行光合作用創(chuàng)立了條件，而貯藏性的松球蛋白消耗殆盡。此研究重在為后續(xù)植物生理生化的研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘鵬、呂丹、歐陽(yáng)勛志等.贛中馬尾松天然林不同生長(zhǎng)階段生物量及碳儲(chǔ)量研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.36 （1） ：131-136.endprint