香圓種子脫水耐性研究

莊珍等

摘要：采用自然脫水的方法，研究香圓種子失水對種子萌發(fā)的影響及其在失水過程中的生理響應(yīng)，結(jié)果表明，香圓種子初始含水量為44.8%，對脫水敏感，具有輕度頑拗性；隨著含水量的降低，種子發(fā)芽率逐漸下降，半致死含水量約為18.4%；當(dāng)含水量低于10%時(shí)，種子發(fā)芽率接近0；脫水前期，隨香圓種子含水率的降低，相對電導(dǎo)率、MDA含量、超氧陰離子自由基濃度、POD、SOD活性相應(yīng)升高；脫水后期，POD活性仍處于較高水平，而SOD活性在含水量降至20%時(shí)達(dá)最大值。

關(guān)鍵詞：香圓種子；脫水耐性；生理響應(yīng)；貯藏特性；相對電導(dǎo)率；POD值

中圖分類號： Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0229-03

根據(jù)貯藏特性，樹木種子分為正常性種子、中間性種子和頑拗性種子[1-2]。正常性種子在成熟時(shí)將經(jīng)歷干燥脫水階段，初始含水量通常處于15%～20%范圍，繼續(xù)脫水至含水量﹤5%仍不會對種子發(fā)芽力造成很大影響；中間性種子忍耐脫水的含水量通常為7%～12%[3]；頑拗性種子對脫水反應(yīng)敏感且在散落時(shí)還保持著代謝活性，成熟時(shí)含水量相對較高，為30%～60%，當(dāng)含水量低于12%這一臨界值時(shí)則會喪失生活力[4]。

香圓（Citrus wilsonii）為蕓香科柑橘屬植物，果實(shí)常用作中藥材，近年來常作為園林綠化樹種進(jìn)行培養(yǎng)，以種子繁殖為主。香圓種子秋季成熟，春季播種育苗[5]，種子成熟時(shí)具有較高的初始含水量，貯藏需要特殊處理才能保持種子的活力。香圓種子是否為頑拗性種子，其脫水耐性高低等研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究香圓種子自然脫水對種子發(fā)芽力和種子生理生化的影響，分析種子的脫水耐性，為種子貯藏和種子使用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

香圓果實(shí)于2014年12月上旬采自江蘇省常熟市，在南京林業(yè)大學(xué)種子中心實(shí)驗(yàn)室剝?nèi)》N子。香圓種子千粒質(zhì)量為（468.3±4.4） g，種子縱徑和橫徑分別為（15.52±1.33）、（9.37±1.21） mm。

1.2初始含水量的測定

選取新鮮香圓種子50粒，洗凈種子表面膠質(zhì)，使用吸水紙吸去水分；自然陰干至種子表皮發(fā)白，用1/1 000天平稱質(zhì)量；103 ℃烘箱中烘干處理17 h，取出稱質(zhì)量，計(jì)算種子的初始含水量（G）。重復(fù)3次。

1.3種子脫水處理

將香圓種子均勻平鋪于通風(fēng)室內(nèi)，15 ℃左右室溫自然干燥；每隔一段時(shí)間，隨機(jī)選取100粒種子進(jìn)行稱質(zhì)量，重復(fù)3次；計(jì)算種子的相對含水量，公式為：

含水量=m2-m1×（1-G）m2×100%。

式中，m1為種子在自然脫水之前的質(zhì)量，m2為種子脫水后的質(zhì)量。以初始含水量為起點(diǎn)，種子含水量每下降5%時(shí)，取樣測定種子發(fā)芽力，操作方法為：從待測樣品中取50粒種子，剝除內(nèi)外種皮，置于棉床，25 ℃光照培養(yǎng)箱中發(fā)芽，以胚根伸長超過種子1/2長度作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。重復(fù)3次。

1.4生理生化指標(biāo)的測定

對不同脫水處理的種子分別進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。種子相對電導(dǎo)率的測定參照韓建國等的方法[6]；丙二醛（MDA）和超氧陰離子自由基含量的測定參照高俊鳳的方法[7]；過氧化物酶活性（POD）的測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]；超氧化物歧化酶活性（SOD）的測定采用氮藍(lán)四唑（NBT）法[9]。

1.5數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件收集、處理數(shù)據(jù)并制作圖表，SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差及相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1種子的持水能力

由圖1可見，香圓種子自然風(fēng)干脫水速度較快；放置4 d，種子含水量從44.8%下降至30%，種子逐漸變硬，種皮開始皺縮；放置10 d時(shí)，含水量已降至10%，種子萎縮變小，種皮與種胚緊密相貼不易分離。這說明香圓種子自身持水能力較弱，不宜在自然條件下存放。

2.2種子含水量與發(fā)芽率的關(guān)系

由圖2可見，新鮮香圓種子的發(fā)芽率可達(dá)100%，隨著種子含水量的降低，種子發(fā)芽率呈下降趨勢；當(dāng)含水量高于40%時(shí)，種子發(fā)芽率變化差異不顯著（P>0.05）；當(dāng)含水量降

至25%時(shí)，發(fā)芽率降至80%左右，隨后發(fā)芽率下降速度加快，達(dá)到極顯著水平（P<0.01）；當(dāng)含水量降至10%時(shí)，種子發(fā)芽率已接近0，此時(shí)脫水時(shí)間達(dá)10 d。相關(guān)性分析表明，種子含水量與發(fā)芽率之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.911**），種子半致死含水量約為18.4%，此時(shí)，脫水時(shí)間約為7 d。香圓種子保持活力的含水量水平遠(yuǎn)高于正常性種子，以此推測，香圓種子耐脫水性較弱，具有頑拗性種子的特征。

2.3脫水過程中種子相對電導(dǎo)率的變化

種子浸出液的相對電導(dǎo)率可以有效反映種子在脫水過程中細(xì)胞膜的完整性，判斷其是否受到傷害。由圖3可知，在脫水過程中，種子相對電導(dǎo)率整體呈上升趨勢；含水量降低至30%的過程中，種子相對電導(dǎo)率顯著上升（P<0.05）；繼續(xù)脫水，相對電導(dǎo)率增勢減緩，相互間差異不顯著（P>0.05）。這說明在脫水前期，香圓種子受到明顯的脅迫傷害，電解質(zhì)外滲量持續(xù)增加；增勢漸穩(wěn)的浸出液相對電導(dǎo)率超過70%，此時(shí)種子細(xì)胞膜系統(tǒng)已受到嚴(yán)重傷害，修復(fù)能力下降。

2.4脫水過程中種子丙二醛（MDA）含量變化

MDA是脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物，會引起蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的交聯(lián)聚合，具有細(xì)胞毒性。由圖4可知，在脫水過程中，香圓種子MDA含量緩慢升高；含水量降至10%時(shí)，MDA含量較處理前增加了54.7%，差異顯著（P<0.05）。種子含水量的降低加劇了膜脂過氧化作用，種子細(xì)胞膜系統(tǒng)受損，引起 MDA累積，但是種子自身具備有應(yīng)對機(jī)制，一定程度上可以消除脂質(zhì)過氧化作用所產(chǎn)生的傷害，在種子含水量降至15%時(shí)，MDA含量與前期脫水差異不顯著（P>0.05）。

2.5脫水過程中超氧陰離子自由基濃度的變化

超氧陰離子自由基作為活性氧的成員，其濃度變化是測定植物應(yīng)對逆境脅迫反應(yīng)的重要指標(biāo)。由圖5可知，脫水前期，香圓種子超氧陰離子自由基濃度緩慢上升，且差異不顯著（P>0.05）；含水量降至10%時(shí)，超氧陰離子自由基濃度迅速增高，與前期脫水相比差異顯著（P<0.05）。這說明在脫水前期，香圓種子超氧陰離子自由基的濃度與其自身的抗氧化酶系統(tǒng)基本達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，但隨著脫水程度的加強(qiáng)，這一平衡被打破，種子超氧陰離子自由基的濃度增高，對種子造成較大傷害。

2.6脫水過程中POD、SOD的活性變化

POD和SOD均為植物細(xì)胞保護(hù)酶類，具有清除細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的作用，通常情況下具有較高的活性，但面對脅迫時(shí)則會受到不同程度的影響。由圖6、圖7可知，隨著含水量的降低，香圓種子POD活性逐漸上升，當(dāng)含水量降至40%，其活性變化差異不顯著（P>0.05）；脫水前期，種子SOD活性的上升幅度達(dá)到顯著水平（P<0.05），含水量降至20%時(shí)，SOD活性達(dá)到最大值，較初始脫水增幅達(dá)12倍。種子脫水過程中，POD與SOD活性相比整體水平較高，變化趨勢平緩，SOD相對更為敏感，適度脫水SOD活性就明顯提高。

3結(jié)論與討論

頑拗性種子具有含水量高、不耐脫水和低溫、種子體積較大且種胚所占體積小等特征。香圓種子為多胚種子，無胚乳，胚與子葉比重很小。本試驗(yàn)證明，香圓種子初始含水量達(dá)

44.8%，半致死含水量約為18.4%，含水量低于10%則會完全喪失活力，具有頑拗性種子的特征。

脫水對細(xì)胞的傷害主要表現(xiàn)為質(zhì)膜或細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，引起電解質(zhì)大量外滲[10]。在脫水過程中，香圓種子浸出液的相對電導(dǎo)率逐漸升高，后趨于平緩，說明脫水使種子細(xì)胞膜遭到破壞，種子細(xì)胞膜系統(tǒng)發(fā)生明顯的脂質(zhì)過氧化作用，導(dǎo)致膜完整性的喪失、代謝紊亂、DNA損傷及種子活力喪失等[11]。香圓種子的脫水劣變與MDA含量的累積有一定關(guān)系，種子發(fā)芽率與MDA含量變化呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.512*），這與枇杷（Eriobotrya japonica）、棕櫚（Trachycarpus fortune）等一些典型頑拗性種子[12-13]相比程度較輕緩，這說明香圓種子受到脫水脅迫時(shí)發(fā)生的脂質(zhì)過氧化作用程度較輕，其頑拗性水平也較低，可以忍耐一定程度的脫水。

自然脫水還對香圓種子活性氧與抗氧化酶系統(tǒng)之間的消長平衡產(chǎn)生影響。隨著含水量的降低，香圓種子超氧陰離子自由基的濃度逐漸升高，對種子細(xì)胞造成傷害，而種子自身則產(chǎn)生積極應(yīng)對機(jī)制，表現(xiàn)為抗氧化酶活性有所升高。當(dāng)種子含水量降至15%時(shí)，脂質(zhì)過氧化進(jìn)一步加強(qiáng)，MDA和活性氧自由基的累積抑制了抗氧化酶系統(tǒng)的活性，導(dǎo)致膜系統(tǒng)的保護(hù)功能降低，SOD活性迅速下降，超氧陰離子自由基濃度則開始增高，而與SOD活性的變化不同，POD活性在脫水后期并沒有下降趨勢。研究表明，POD不僅與植物的形態(tài)建成和抗逆性有關(guān)，還是植物成熟和衰老的生理指標(biāo)[14]；楊小胡等指出，POD能夠起到類似于多酚氧化酶（PPO）的酶促劣變作用[15]；板栗（Castanea mollissima）果實(shí)成熟后期，POD活性的升高與果實(shí)褐變強(qiáng)度有顯著的相關(guān)性[16]。香圓種子POD活性的變化規(guī)律與頑拗性種子七葉樹（Aesculus chinensis）在脫水過程中的表現(xiàn)[17]相似。這可能是POD活性的增高不僅起到清除活性氧自由基的作用，還與種子的衰老程度呈正相關(guān)，但是否促進(jìn)種子劣變還有待進(jìn)一步研究論證。

近年來，頑拗性種子脫水耐性和貯藏特性的研究較多。研究表明，頑拗性種子不耐干藏，宜采用低溫濕藏法進(jìn)行保存。例如，脫水敏感的栓皮櫟（Quercus variabilis）種子在貯藏過程中，種子含水量不應(yīng)低于46.3%，貯藏溫度宜保持在零度以上，避免低溫引起凍害或冷害[11]；枸櫞（Citrus medica）種子一般采用沙藏法保存，種沙體積比為1 ∶3，濕沙含水量為5%～10%，也可采用分層濕藏法[18]。

香圓種子應(yīng)屬輕度頑拗性種子，貯藏方法可參照枸櫞種子采用濕藏法。不過，不同程度的頑拗性種子對低溫和濕度的耐受程度不盡相同，香圓種子的最佳貯藏條件還有待進(jìn)一步深入研究。

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