人工老化處理對(duì)桔梗種子生理生化特性的影響

姚俠妹，張瑞娥，偶 春，汪 林，王維根，王 瑞，常二梅

(1 阜陽(yáng)師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽(yáng)236037；2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所，林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

人工老化處理對(duì)桔梗種子生理生化特性的影響

姚俠妹1,2，張瑞娥1，偶 春1，汪 林1，王維根1，王 瑞1，常二梅2

(1 阜陽(yáng)師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽(yáng)236037；2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所，林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

【目的】 研究人工老化過(guò)程中桔梗種子萌發(fā)特性和生理生化指標(biāo)的變化，揭示其劣變機(jī)理?！痉椒ā?以桔梗種子為材料，采用高溫(40 ℃)高濕(相對(duì)濕度95%)的方法對(duì)種子進(jìn)行人工老化處理，且于0～10 d，隔天測(cè)定1次桔梗種子發(fā)芽指標(biāo)、相對(duì)含水量和相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量以及SOD、POD、CAT活性。【結(jié)果】 隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率和活力指數(shù)均下降；種子的質(zhì)膜透性明顯增大，可溶性蛋白含量和保護(hù)酶活性則明顯下降，而可溶性糖、脯氨酸和MDA含量呈先升高后下降趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，發(fā)芽指標(biāo)與SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，與相對(duì)含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)?！窘Y(jié)論】 在人工老化過(guò)程中，桔梗種子細(xì)胞膜受損，抗逆性物質(zhì)脯氨酸含量增加，造成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累和保護(hù)酶系統(tǒng)受到破壞，致使種子活力喪失，這可能是引起桔梗種子老化的重要原因。

桔梗；人工老化；種子萌發(fā)；生理生化特性

桔梗(Platycodongrandiflorus)為桔梗科桔梗屬多年生草本植物，花期7-9月，花暗藍(lán)色，可作基礎(chǔ)綠化或植于花壇等環(huán)境中觀賞，是一種理想的很有前途的草本類花卉；其根可作為藥用，具有祛痰、止咳、潤(rùn)肺等功效[1]，需求量大且歷史悠久；除了藥用外，還可作為新型保健型蔬菜食用，在我國(guó)的東北地區(qū)及日本、韓國(guó)等東亞國(guó)家都有用桔梗制成美味菜肴的習(xí)慣。桔梗在全國(guó)大部分地區(qū)均有分布，以我國(guó)東北地區(qū)為主。桔梗既是一種資源植物，又是一種藥、食、觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物。

種子在自然常溫下的老化需要較長(zhǎng)時(shí)間，Ellis等[2]認(rèn)為，在-13～80 ℃對(duì)種子進(jìn)行處理，種子的老化規(guī)律是一致的。Rajjou等[3]在對(duì)擬南芥種子的老化研究中證明，人工控制老化處理模擬了種子自然老化過(guò)程中的細(xì)胞生理和分子生化反應(yīng)。這充分說(shuō)明人工加速老化方法可以為研究自然老化過(guò)程中物質(zhì)代謝和遺傳物質(zhì)的變化提供可靠的依據(jù)，可以用于模擬種子的自然老化過(guò)程。人工老化方法以采用高溫高濕法處理居多，如蔡春菊等[4]、姚入宇等[5]和周晶等[6]采用此法分別對(duì)毛竹、青川產(chǎn)北柴胡和垂穗披堿草種子進(jìn)行了老化處理。

安徽亳州盛產(chǎn)桔梗，是當(dāng)?shù)氐禺a(chǎn)藥材之一。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，自然條件下桔梗種子貯藏1年后發(fā)芽能力大幅降低。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于桔梗種子劣變及人工老化方法處理后種子的生理生化特性變化的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用高溫高濕(溫度40 ℃、相對(duì)濕度95%)方法，模擬自然條件下桔梗種子的老化過(guò)程，分析桔梗種子老化過(guò)程中的生理生化特征，探究桔梗種子的劣變機(jī)制，以期為實(shí)際生產(chǎn)中提高種子質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試桔梗種子于2013-10取自安徽省亳州市藥材種苗推廣站，保存于放有干燥劑的玻璃干燥器中密封保存，試驗(yàn)于2014-03-10-04-21在阜陽(yáng)師范學(xué)院園林植物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。種子千粒質(zhì)量 0.932 3 g，初始含水量為6.44%，種子初始發(fā)芽率約為84%。在人工老化處理前，將種子于室內(nèi)自然條件下平衡24 h。

1.2 種子的人工老化

提前2 d將氣候培養(yǎng)箱打開(kāi)，調(diào)至相應(yīng)的溫濕度(溫度40 ℃，相對(duì)濕度95%)，培養(yǎng)箱外接加濕器，每天加滿水，使培養(yǎng)箱內(nèi)部相對(duì)濕度穩(wěn)定在95%。2 d后，稱取5包平衡24 h的桔梗種子(每包10 g)，分別標(biāo)記為2，4，6，8和10，用紗布封裝好。每隔1 d向培養(yǎng)箱中放入1份種子，第1天將標(biāo)有10的袋子放入培養(yǎng)箱，記錄時(shí)間，并給加濕器加滿水；第3天同一時(shí)間將標(biāo)有8的袋子放入培養(yǎng)箱，第5天將標(biāo)有6的放入培養(yǎng)箱，以此類推，連續(xù)10 d。第11天的同一時(shí)間將所有種子全部取出，每袋取出部分種子立即測(cè)定含水量，其余種子在室溫條件下進(jìn)行種子發(fā)芽和生理生化指標(biāo)測(cè)定。所有指標(biāo)均以未處理的桔梗種子作對(duì)照(CK)，每處理3個(gè)重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo) 將氣候培養(yǎng)箱溫度設(shè)定為25 ℃，分別稱取1 g經(jīng)過(guò)不同時(shí)間老化處理的桔梗種子，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%高錳酸鉀溶液消毒15 min后，棄去漂浮在液面上的品質(zhì)不好的種子，用蒸餾水沖洗3次，每次沖洗20 s，再用吸水紙吸干種子表面的水分，進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。以濕潤(rùn)濾紙為發(fā)芽床。在相同大小的培養(yǎng)皿里墊上2層濾紙，加入5 mL蒸餾水，使濾紙充分濕潤(rùn)，再將消毒的種子均勻地放入培養(yǎng)皿中，每個(gè)老化時(shí)間處理的種子重復(fù)3次，每重復(fù)100粒，蓋上培養(yǎng)皿，放入事先設(shè)置好溫度的氣候培養(yǎng)箱中，每隔1 d更換1次濕潤(rùn)濾紙，操作與上述相同，且保證濾紙濕潤(rùn)，待種子發(fā)芽。從發(fā)芽第1天開(kāi)始計(jì)算，10 d后隨機(jī)選取相同數(shù)目的桔梗幼苗，分別測(cè)量幼苗的根長(zhǎng)(mm)、莖長(zhǎng)(mm)和芽長(zhǎng)(mm)，計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。各指標(biāo)按以下公式計(jì)算：

發(fā)芽勢(shì)=第5天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=第10天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

活力指數(shù)=(平均芽長(zhǎng)+平均根長(zhǎng))×發(fā)芽率[7]；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)。

式中：Gt為發(fā)芽開(kāi)始后第t日的發(fā)芽種子數(shù)；Dt為對(duì)應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3.2 種子相對(duì)含水量 采用恒溫烘干法[8]測(cè)定種子相對(duì)含水量。

1.3.3 生理生化指標(biāo) (1)保護(hù)酶活性、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量。將不同老化時(shí)間處理的桔梗種子均勻地鋪在濕潤(rùn)的濾紙上，放置12 h使其吸脹，再稱取吸脹種子，參考文獻(xiàn)[9-10]測(cè)定方法，各指標(biāo)3次重復(fù)。 其中超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法，過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定采用紫外分光光度法，丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法，可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法，脯氨酸(Pro)含量測(cè)定采用酸性茚三酮顯色比色法。

(2)相對(duì)電導(dǎo)率。采用電導(dǎo)率儀法[9-10]測(cè)定。分別取不同老化時(shí)間處理的種子20粒，重復(fù)3次。分別用2層紗布包住，做好標(biāo)記，然后用蒸餾水沖洗3次，每次沖洗20 s，用吸水紙吸干種子表面殘留水分，分別裝入大試管中，并加入20 mL蒸餾水，在室溫條件下浸泡24 h，再用雷磁DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀測(cè)定浸泡液的電導(dǎo)率，記錄讀數(shù)(a1),然后將種子及浸泡液置于100 ℃水浴鍋30 min后取出，待其冷卻至25 ℃，再用電導(dǎo)率儀測(cè)定煮沸后種子浸泡液電導(dǎo)率，記錄對(duì)應(yīng)讀數(shù)(a2)，最后計(jì)算種子浸泡液相對(duì)電導(dǎo)率[8]。

種子相對(duì)電導(dǎo)率=(a1/a2)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行圖形處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工老化處理對(duì)桔梗種子萌發(fā)特性的影響

表1顯示，隨著人工老化時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，桔梗種子相對(duì)含水量呈上升趨勢(shì)，老化處理0～4 d的差異顯著，6～10 d的差異不顯著；桔梗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，且早期下降較快，老化處理6 d的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比分別降低了56.52%，68.10%，其中4～6 d種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的下降幅度最大；老化處理2和4 d的種子發(fā)芽指數(shù)分別為15.41和9.22，下降幅度較大。然而種子老化處理6 d以后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)下降趨勢(shì)變緩，老化處理至10 d時(shí)，發(fā)芽率較對(duì)照下降了83.01%，發(fā)芽勢(shì)下降91.43%，發(fā)芽指數(shù)下降89.97%。由此看出，種子發(fā)芽勢(shì)對(duì)老化處理更為敏感，種子發(fā)芽能力基本喪失。以上結(jié)果說(shuō)明，隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，種子老化程度不斷加深，種子含水量逐漸增大，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了變化，加速了種子內(nèi)部物質(zhì)的新陳代謝和種子老化的步伐，抑制了種子萌發(fā)，降低了種子活力；且隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，抑制效果更為明顯，直到末期種子萌發(fā)能力基本喪失。

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母者表示處理間存在顯著性差異(P<0.05)。下表同。

Note:Different lowercase letters mean significant differences (P<0.05).The same below.

圖1顯示，隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗幼苗的根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)均略有下降，在老化處理0～6和8～10 d 2個(gè)階段，種子根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)變化差異不顯著(P>0.05)，而6～8 d則變化明顯，根長(zhǎng)由13.07降到12.37 mm，莖長(zhǎng)由11.93降到10.67 mm，與對(duì)照相比，分別降低了4.87%和9.92%。隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，芽長(zhǎng)持續(xù)下降，老化處理4 d的種子芽長(zhǎng)為5.93 mm，與對(duì)照差異顯著；老化10 d種子芽長(zhǎng)顯著下降，為3.13 mm。而隨著人工老化時(shí)間延長(zhǎng)，活力指數(shù)下降迅速，老化2，4，6，8和10 d的種子活力指數(shù)分別較對(duì)照下降了22.35%，40.58%，62.51%，76.28%和88.07%，老化處理10 d種子活力基本喪失，說(shuō)明老化處理對(duì)桔梗幼苗生長(zhǎng)有抑制作用，隨老化程度的加深抑制作用增強(qiáng)，種子活力在老化過(guò)程中不斷減小，最終活力基本喪失，直至死亡。

2.2 人工老化處理對(duì)桔梗種子保護(hù)酶活性的影響

表2顯示，在桔梗種子老化進(jìn)程中，SOD、POD和CAT活性變化趨勢(shì)相同，均隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷下降，且下降幅度較大，老化處理后的3種酶活性均顯著低于對(duì)照。3種酶活性變化趨勢(shì)與種子活力指數(shù)的變化趨勢(shì)高度一致。其中SOD活性在處理4～6 d變化迅速，4，6 d分別較對(duì)照下降了21.46%和39.18%，各處理間差異顯著(P<0.05)。POD活性在老化初期(0～2 d)和后期(8～10 d)下降較快，而在老化中期變化較為平緩，與對(duì)照相比，老化4，6，8 d POD活性分別下降了40.81%，41.48%和47.35%。CAT活性在人工老化處理初期(0～2 d)下降較快，2 d時(shí)即下降了24.98%；但老化處理6，8，10 d CAT活性變化基本保持穩(wěn)定，分別較對(duì)照下降了32.48%，33.08%和34.19%，且以上3個(gè)處理間差異不顯著。說(shuō)明隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞清除過(guò)氧化物的能力越來(lái)越弱，細(xì)胞活性氧代謝平衡受到了破壞，使種子發(fā)生了劣變。

2.3 人工老化處理對(duì)桔梗種子可溶性糖含量的影響

圖2顯示，桔梗種子中的可溶性糖含量隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后下降。老化0～6 d可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)，且各處理間差異總體顯著(P<0.05)，與對(duì)照相比，老化2，4 d時(shí)可溶性糖含量分別上升了17.97%和39.59%，老化6 d時(shí)達(dá)到最高值，上升了49.82%；之后呈下降趨勢(shì)，老化8 d時(shí)可溶性糖含量顯著低于6 d，但仍較對(duì)照上升了9.35%；老化8～10 d可溶性糖含量下降趨于平穩(wěn)，與對(duì)照間差異不顯著，此時(shí)繼續(xù)人工老化處理對(duì)桔梗種子可溶性糖含量無(wú)明顯影響。說(shuō)明老化6 d對(duì)桔梗種子可溶性糖含量的影響最為顯著，種子浸出液中可溶性糖含量增多，說(shuō)明人工老化處理對(duì)膜的透性造成了損傷。

2.4 人工老化處理對(duì)桔梗種子可溶性蛋白含量的影響

圖3顯示，桔梗種子內(nèi)可溶性蛋白含量隨人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈下降趨勢(shì)。老化2 d的種子可溶性蛋白含量下降到4.61 mg/g，與對(duì)照相比下降了19.97%(P<0.05)；老化2～6 d時(shí)下降趨勢(shì)變緩，老化4和6 d可溶性蛋白含量分別較對(duì)照下降了30.38%和41.49%；老化8 d時(shí)，桔梗中可溶性蛋白含量較對(duì)照下降了78.82%，與老化6 d差異顯著(P<0.05)；老化8～10 d可溶性蛋白含量變化趨于平穩(wěn)，基本保持不變。說(shuō)明老化處理6 d對(duì)桔梗種子內(nèi)可溶性蛋白含量的影響最大。

圖2 人工老化處理對(duì)桔梗種子可溶性糖含量的影響
Fig.2 Effect of artificial aging on soluble sugar content ofPlatycodongrandiflorusseeds

圖3 人工老化處理對(duì)桔梗種子可溶性蛋白含量的影響
Fig.3 Effect of artificial aging on soluble protein content ofPlatycodongrandiflorusseeds

2.5 人工老化處理對(duì)桔梗種子MDA含量的影響

種子在發(fā)生劣變的過(guò)程中，其內(nèi)部發(fā)生一系列的氧化催化作用會(huì)造成膜脂過(guò)氧化，而MDA作為膜脂過(guò)氧化的主要終產(chǎn)物之一，常被作為檢測(cè)種子受傷害程度的指標(biāo)之一[4]。

圖4顯示，隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗種子中MDA含量的變化趨勢(shì)與可溶性糖含量基本一致，即先上升后下降，并在4 d時(shí)達(dá)到最高值。人工老化初期(0～2 d)MDA含量上升不明顯，2 d時(shí)僅上升5.99%(P>0.05)；老化2～4 d上升迅速，4 d時(shí)MDA含量達(dá)到最大值，較對(duì)照增加了31.38%；老化6 d時(shí)MDA含量開(kāi)始下降，但6和8 d MDA含量仍較對(duì)照分別上升17.94%和8.52%。說(shuō)明人工老化處理4 d對(duì)桔梗種子MDA含量影響最顯著。

2.6 人工老化處理對(duì)桔梗種子脯氨酸含量的影響

圖5顯示，隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗種子中的脯氨酸含量與可溶性糖和MDA含量的變化趨勢(shì)一致，即先上升后下降，于8 d達(dá)到峰值。老化2 d時(shí)脯氨酸含量較對(duì)照上升24.22%，4 d時(shí)上升了30.85%，6 d時(shí)上升了51.36%，8 d時(shí)上升了117.20%，顯著高于其他處理(P<0.05)；老化后期(8～10 d)桔梗種子中的脯氨酸含量又迅速下降，與對(duì)照相比，10 d時(shí)下降58.17%。說(shuō)明桔梗種子老化8 d時(shí)種子抗逆性達(dá)到最佳，繼續(xù)老化就會(huì)破壞種子的抗逆性。

圖4 人工老化處理對(duì)桔梗種子MDA含量的影響
Fig.4 Effect of artificial aging on MDA ofPlatycodongrandiflorusseeds

圖5 人工老化處理對(duì)桔梗種子脯氨酸含量的影響
Fig.5 Effect of artificial aging on Pro content ofPlatycodongrandiflorusseeds

2.7 人工老化處理對(duì)桔梗種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率的影響

質(zhì)膜透性可用相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表征。人工老化處理對(duì)桔梗種子相對(duì)電導(dǎo)率的影響如圖6所示。

由圖6可知，隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗種子浸出液的相對(duì)電導(dǎo)率不斷增加。老化0～6 d種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率變化平緩，老化2，4，6 d時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率分別較對(duì)照上升16.49%，30.55%和44.20%；8和10 d相對(duì)電導(dǎo)率上升迅速，分別較對(duì)照上升了94.6%和103.00%。說(shuō)明隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)，桔梗種子細(xì)胞膜功能不斷受損，膜透性不斷增加，有更多的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)滲漏，細(xì)胞膜完整性受到了破壞。

2.8 不同老化程度桔梗種子活力指標(biāo)間的相關(guān)分析

不同老化程度桔梗種子的發(fā)芽指標(biāo)與生理生化指標(biāo)間的相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，與發(fā)芽指標(biāo)存在顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系的有SOD、POD、CAT活性及脯氨酸、可溶性蛋白含量和相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率，其中SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、相對(duì)含水量與發(fā)芽指標(biāo)呈極顯著相關(guān)，說(shuō)明SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、相對(duì)含水量是可較準(zhǔn)確判斷桔梗種子劣變階段的指標(biāo)。可溶性糖和MDA含量與發(fā)芽指標(biāo)沒(méi)有顯著相關(guān)性。

注：**和*分別表示在P=0.01或P=0.05水平顯著相關(guān)。

Note: **and* indicate significant correlations atP=0.01 orP=0.05 levels,respectively.

3 結(jié)論與討論

利用人工老化方法對(duì)植物種子進(jìn)行處理，模擬自然條件下種子的老化劣變過(guò)程，可以縮短試驗(yàn)時(shí)間，僅需幾天就可完成種子活力的測(cè)定，是一種簡(jiǎn)單可行且省時(shí)的試驗(yàn)手段。采用高溫高濕的人工老化方法時(shí)，隨著高溫高濕作用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，種子內(nèi)部生理生化反應(yīng)越來(lái)越明顯，種子活力及抗氧化特性在處理一定時(shí)間后基本喪失，最終導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)性死亡。

本研究發(fā)現(xiàn)，桔梗種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等均隨人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，這2個(gè)指標(biāo)是反映種子活力的可靠指標(biāo)，表明人工老化處理顯著降低了種子的活力和生活力。在人工老化過(guò)程中，桔梗種子萌發(fā)力的衰退與細(xì)胞膜完整性的受損相關(guān)。大量文獻(xiàn)表明，人工老化脅迫的種子細(xì)胞膜受損，細(xì)胞膜損傷表現(xiàn)為電解質(zhì)和代謝產(chǎn)物滲透量增加，如糖類、無(wú)機(jī)離子等物質(zhì)[11-13]。質(zhì)膜受損程度可用表征細(xì)胞膜透性的浸出液相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表示。本研究中，桔梗種子老化進(jìn)程中，種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率增大，即隨著種子老化程度加深，種子細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使其透性增加，這與劉明久等[12]和張永娟等[13]的研究結(jié)果一致。此外，種子在人工老化處理過(guò)程中，種子抗氧化防御系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用能力逐漸喪失，表現(xiàn)為CAT、SOD和POD等保護(hù)酶活性降低，可見(jiàn)膜脂過(guò)氧化作用是引起或加劇桔梗種子老化劣變的重要原因。MDA含量反映了逆境環(huán)境下植物生物膜受活性氧破壞的程度[14]。本研究中，桔梗種子MDA含量隨著人工老化時(shí)間的延長(zhǎng)變化幅度并不明顯，且與桔梗種子發(fā)芽指標(biāo)相關(guān)性不顯著，這與孫春青等[15]和薄麗萍等[16]所報(bào)道的結(jié)果一致，但與前人在大白菜[17]和棉花種子[18]人工老化試驗(yàn)中MDA含量變化的結(jié)果不符。

綜上所述，在40 ℃高溫、相對(duì)濕度95%條件下，桔梗種子活力明顯降低，加速了種子的老化。人工老化處理的桔梗種子質(zhì)膜結(jié)構(gòu)受到破壞，內(nèi)溶物質(zhì)外滲，保護(hù)酶活性下降，質(zhì)膜過(guò)氧化作用加劇，有害物質(zhì)積累、物質(zhì)能量代謝受到影響等一系列因素造成種子老化，種子萌發(fā)受到了抑制。在老化進(jìn)程中，桔梗種子發(fā)芽指標(biāo)和保護(hù)酶活性與對(duì)照相比均明顯減小；而能反映植物對(duì)抗逆環(huán)境條件反應(yīng)強(qiáng)弱的MDA和脯氨酸含量分別在老化4和8 d時(shí)達(dá)到最高值；能夠降低細(xì)胞滲透勢(shì)的可溶性糖含量在老化6 d時(shí)達(dá)到最高值，說(shuō)明不同人工老化時(shí)間對(duì)桔梗種子生理生化特性的影響也不同。在桔梗種子老化進(jìn)程中，種子SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、相對(duì)含水量反應(yīng)比較敏感，它們與種子發(fā)芽指標(biāo)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù))極顯著相關(guān)。由此可見(jiàn)，種子老化是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及到一系列的生理生化變化。

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Effects of artificial aging on physiological and biochemical characteristics ofPlatycodongrandiflorusseeds

YAO Xia-mei1,2,ZHANG Rui-e1,OU Chun1,WANG Lin1, WANG Wei-gen1,WANG Rui1,CHANG Er-mei2

(1SchoolofBiotechnologyandFoodEngineering,FuyangTeachersCollege,Fuyang,Anhui236037,China;2KeyLaboratoryofTreeBreedingandCultivation,ResearchInstituteofForestry,ChineseAcademyofForestry,Bejing100091,China)

【Objective】 This study investigated changes in seed germination and physiological and biochemical characteristics ofPlatycodongrandiflorusseeds during artificial aging to reveal seed deterioration mechanism.【Method】 In this experiment,P.grandiflorumseeds were treated with high temperature (40 ℃) and humidity (95%).In 0- 10 days,germination indexes and physiological and biochemical indexes ofP.grandiflorumseeds including photosynthetic pigment,relative water content,relative electric conductivity,malondialdehyde (MDA),free proline (PRO),soluble sugar,soluble protein,superoxide(SOD),peroxidase(POD),and catalase(CAT) were measured every other day.【Result】 With the increase of artificial aging time,germination potential,germination index,vigor index,soluble protein content and seed protective enzyme activity decreased,plasma membrane permeability increased,and soluble sugar,PRO and MDA content decreased after initial increase.The correlation analysis indicated that there were very significant positive correlations between SOD,POD,soluble protein content and seed germination indexes while there were very significant negative correlations between relative water content and seed germination indexes.【Conclusion】 During artificial aging,cell membrane ofPlatycodongrandiflorusseeds was damaged and internal resistance material PRO content increased,which caused the accumulation of osmotic adjustment substances and damaged protective enzyme system.This resulted in the loss of seeds vigor,and the possible reason for seeds aging.

Platycodongrandiflorus;artificial aging;seed germination;physiological and biochemical characteristics

2014-06-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31300555)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(RIF2013-12) ；抗衰老中草藥省級(jí)科研機(jī)構(gòu)校級(jí)委托專項(xiàng)(2013KSLZX02)；安徽省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2013A207)；安徽省高校省級(jí)優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目(2012SQRL114)；安徽省高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012Z308)；阜陽(yáng)師范學(xué)院卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(2012ZYJH03)；阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)生科研課題(fsyxsc201435)

姚俠妹(1981-)，女，安徽蚌埠人，講師，在讀博士，主要從事植物地理與應(yīng)用研究。E-mail:yaoxiamei@126.com

常二梅(1981-)，女，河北邯鄲人，助理研究員，博士，主要從事林木抗性研究。E-mail：changem@caf.ac.cn

時(shí)間:2015-01-05 08:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.02.028

S567.23；Q945.78

A

1671-9387(2015)02-0203-07

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