低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子酶活性及其萌發(fā)的影響

張桓溥，彭 健，羅富成，韓 博，何 超，杜鳳麒，李博倫

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201； 2.貴州省六盤水市煙草專賣局(公司)，貴州 六盤水 553000)

低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子酶活性及其萌發(fā)的影響

張桓溥1，彭 健2，羅富成1，韓 博1，何 超1，杜鳳麒1，李博倫1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201； 2.貴州省六盤水市煙草專賣局(公司)，貴州 六盤水 553000)

為探究低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草(Setaria sphacelata cv.Narok)種子酶活性及其萌發(fā)的影響，將一年齡納羅克非洲狗尾草生產(chǎn)的種子進(jìn)行低溫(4℃)層積不同時(shí)間處理，并測定在不同處理下種子的酶活性、發(fā)芽率及活力水平。結(jié)果表明：納羅克非洲狗尾草種子在低溫層積處理最佳時(shí)間為30 d，在此處理?xiàng)l件下，種子休眠已完全解除，此時(shí)種子的發(fā)芽率和各項(xiàng)活力指數(shù)分別達(dá)到75%和0.0263，是對(duì)照(低溫層積處理0d)的2.08倍和2.27倍，差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)；種子超氧化物歧化酶(SOD)活性，呈先下降后升高并逐漸穩(wěn)定的趨勢，低溫層積 60 d降至最低水平650.800 U/g FW·h，較對(duì)照降低了9.07倍；過氧化物酶(POD)活性隨時(shí)間的推移波動(dòng)變化，但變化不明顯(P>0.05)；過氧化氫酶(CAT)活性在層積處理90 d前無顯著變化(P>0.05)，之后逐漸下降。

納羅克非洲狗尾草種子；低溫層積；酶活性；種子活力

納羅克非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)原產(chǎn)于肯尼亞的阿爾德地區(qū)，1963年引入澳大利亞昆士蘭州，1969年通過澳大利亞牧草品種審定，1983年從澳大利亞引入我國云南省，并于1997年通過國家品種審定委員會(huì)審定登記為“引進(jìn)品種”。納羅克已廣泛應(yīng)用于世界熱帶和亞熱帶地區(qū)的草地建設(shè)、公路護(hù)坡、巖溶石漠化治理及礦區(qū)植被恢復(fù)[1-5]，具有牧草產(chǎn)量高[6]、品質(zhì)佳、水土保持效果好等優(yōu)點(diǎn)。但其種子產(chǎn)量低，休眠程度深，嚴(yán)重制約了在我國的推廣應(yīng)用[7]。大面積生產(chǎn)條件下，其種子產(chǎn)量在45.0～60.0 kg/hm2，發(fā)芽率僅為10%[8]，休眠率高達(dá)34%～50%[9]；致使南方地區(qū)納羅克非洲狗尾草種子供不應(yīng)求。低溫層積是常用的一種模擬自然條件打破種子休眠的方法[10]，具有軟化種皮，增強(qiáng)種子透性，降低種子ABA 含量，增加GA含量及其對(duì)GA的敏感性等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而誘導(dǎo)休眠種子萌發(fā)[11]。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)具有控制植物體內(nèi)活性氧積累，防御活性氧毒害具有重要作用[12]。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草學(xué)基地種植第1年(即一年齡植株)收獲的納羅克非洲狗尾草凈種子。其發(fā)芽率為36%，千粒質(zhì)量為1.318 3 g、生活力為78.3%、休眠率為42.3%。

1.2 種子低溫層積處理

分別取適量的凈種子，用1.5%硫酸銅溶液浸種10 min消毒，用清水反復(fù)沖洗后與高溫滅菌的濕沙(手握成團(tuán)、松手即散)混勻，裝入磁盤，表層再覆蓋1 cm厚的濕沙，置于4℃ 冰箱內(nèi)貯藏(即低溫層積)。視干濕情況，每隔3 d噴水1 次，確保濕度。分別于層積后0(CK)、15、30、45、60、75、90、105、120 d隨機(jī)取出部分種子，洗凈晾干后，檢測其發(fā)芽率、活力及抗氧化酶活性。

1.3 種子發(fā)芽率及活力水平測定

參考云南省地方標(biāo)準(zhǔn)“牧草種子檢驗(yàn)章程”[13]，采用紙上發(fā)芽法，將種子置于(30±1)℃，24 h光照的人工氣候箱中發(fā)芽，3 次重復(fù)，每重復(fù)100粒。逐日統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，并將發(fā)霉種子挑出，第7 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第14 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，測定幼苗干重，并計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[14]。

1.4 種子酶活性測定

參照文獻(xiàn)[15]提供的方法測定種子SOD和POD活性；參照文獻(xiàn)[16]提供的方法測定種子CAT活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理和作圖用Excel完成，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子酶活性的影響

2.1.1 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子SOD活性的影響 經(jīng)低溫層積，納羅克非洲狗尾草種子的SOD活性隨處理時(shí)間的延長表現(xiàn)為先下降后升高并逐漸穩(wěn)定的趨勢。層積30 d后SOD活性開始下降(P<0.05)，并于層積60 d后降至最低水平，僅為650.800 U/(g FW·h)，較對(duì)照降低了9.07倍；層積75 d后SOD活性開始有所回升，并在層積90 d后穩(wěn)定在4 100.000 U/(g FW·h)(圖1)。

圖1 低溫層積下納羅克非洲狗尾草種子的SOD活性Fig.1 Effect of cold stratification treatment on SOD activity of Narok seeds注：不同小寫字母表示不同層積時(shí)間之間差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子POD活性的影響 經(jīng)低溫層積后，納羅克非洲狗尾草種子的POD活性變化不明顯(P>0.05)，穩(wěn)定在約6.500 U/(gFW·h)(圖2)。

2.1.3 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子的CAT活性影響 納羅克非洲狗尾草種子的CAT活性在其層積90 d內(nèi)無顯著變化(P>0.05)，90 d后開始下降，至120 d降至最低，僅為41.94 U/(g·min)，較對(duì)照降低了2.66倍(P<0.05)(圖3)。

圖2 低溫層積下納羅克非洲狗尾草種子的POD活性Fig.2 Effect of cold stratification treatment on POD activity of Narok seeds

圖3 低溫層積下納羅克非洲狗尾草種子的CAT活性Fig.3 Effect of cold stratification treatment on CAT activity of Narok seeds

2.2 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽率的影響

低溫層積處理后，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率隨層積時(shí)間的推移表現(xiàn)為先快速增加，后緩慢下降的趨勢。低溫層積15 d，種子的發(fā)芽率達(dá)到73%，顯著高于對(duì)照(低溫層積0 d)(P<0.05)，較種子本身的生活力(78.3%)已無顯著差異(P>0.05)，休眠已基本解除(圖4)；低溫層積30 d后其發(fā)芽率超過75%，種子休眠已完全解除。但隨著層積時(shí)間的進(jìn)一步延長，種子的發(fā)芽率又呈現(xiàn)出下降的趨勢，層積第60 d，種子的發(fā)芽率較層積第15～30 d已有顯著降低(P<0.05)，至層積第120 d 發(fā)芽率僅為40%，較對(duì)照幾無差異(P>0.05)(表1)。

圖4 低溫層積下納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率Fig.4 Effect of cold stratification treatment on seeds germination rate of Setaria sphacelata cv.Narok seeds注：不同小寫字母表示不同層積時(shí)間之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同

2.3 低溫層積對(duì)納羅克非洲狗尾草種子活力的影響

隨著層積時(shí)間的延長，納羅克非洲狗尾草種子的各項(xiàng)活力指標(biāo)(包括發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù))與發(fā)芽率的變化趨勢一致，也均表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。低溫層積30 d，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達(dá)到最高值，分別為74%，23.15和0.026 3，分別是對(duì)照的2.55，2.35和2.27倍(P<0.01)。其中，發(fā)芽勢與層積15 d、45 d沒有顯著差異(P>0.05)，但與其他層積時(shí)期均有顯著差異(P<0.01)；發(fā)芽指數(shù)與層積15 d、45 d、60 d、75 d沒有顯著差異(P>0.05)，但與其他層積時(shí)期均有顯著差異(P<0.01)；活力指數(shù)較層積15 d差異顯著(P<0.01)，較層積45、60、75 d差異不顯著(P>0.05)，說明層積30～75 d，種子活力處于高峰期；隨后各項(xiàng)活力指標(biāo)呈下降趨勢，至120 d降至最低，分別為38%、9.73 和 0.010 5，此時(shí)發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)與對(duì)照的水平相當(dāng)(P>0.05)，但發(fā)芽勢仍顯著高于對(duì)照(P<0.01)。

表1 低溫層積處理下納羅克非洲狗尾草種子活力

3 討論

SOD的作用是將植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的超氧化物O2-歧化為H2O2和O2，使植物免受活性氧的毒害。研究結(jié)果表明，納羅克非洲狗尾草種子SOD酶活性的變化恰好與種子活力水平的變化趨勢相反，種子活力伴隨著SOD酶活性的降低而升高，SOD酶活性與植物所處環(huán)境及自身因素密切相關(guān)，處于逆境時(shí)活性氧含量較高，SOD酶活性較高[17]，故納羅克非洲狗尾草種子休眠未解除前其內(nèi)部生理生化反應(yīng)受到抑制，產(chǎn)生大量活性氧，低溫層積處理后，抑制被解除，活性氧含量下降，種子活力上升。這與前人[22-24]的低溫層積伴隨種子內(nèi)源激素和酶活性的變化，有利于抑制物質(zhì)的降解、大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，進(jìn)而解除種子休眠，提高種子的發(fā)芽率和生活力的研究結(jié)果相吻合。SOD的反應(yīng)產(chǎn)物H2O2在POD和CAT的共同催化下，歧化為O2和H2O[17]。試驗(yàn)表明，POD的活性呈波動(dòng)變化但變化不明顯(P>0.05)；CAT活性前期變化不明顯，90 d后則呈現(xiàn)下降趨勢，說明低溫層積后期種子活力伴隨CAT活性的降低而降低，這可能與種子休眠已解除卻不能獲得萌發(fā)的基本條件，種子發(fā)生劣變導(dǎo)致種子內(nèi)部生理代謝受到抑制有關(guān)[18-20]。

在120 d的低溫層積過程中，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率與活力隨低溫層積時(shí)間的延長均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢。起初，發(fā)芽率與活力水平快速增加，這可能與層積處理可使種皮物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高種皮透性，促使種胚完成后熟有關(guān)。試驗(yàn)表明，種子的發(fā)芽率及各項(xiàng)活力指標(biāo)均于種子層積30 d后達(dá)到最大值，此時(shí)種子發(fā)芽率為75%，已接近種子本身的生活力水平(78.3%，P<0.05)。80% 的具有生活力的種子可萌發(fā)則視為種子休眠已解除[21-22]，故低溫層積30 d納羅克非洲狗尾草種子的休眠已完全解除。

4 結(jié)論

納羅克非洲狗尾草種子低溫(4℃)層積的最佳時(shí)間是30 d。低溫層積30 d，種子休眠已完全解除，其發(fā)芽率和活力水平分別是對(duì)照的2.08和2.27倍。在低溫層積過程中，SOD活性的高低對(duì)種子萌發(fā)及其活力表達(dá)均具有較高的決定作用。SOD活性降低，種子休眠得以解除，活力水平得以提升。

[1] 全國牧草品種審定委員會(huì).中國牧草登記品種集[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2] Mizumachi S,Shinjo T,Kawamoto Y.Effect of harvesting interval on dry matter productivity of guineagrass(Panicummaximum) and setaria(Setariasphacelata)[J].Japanese Journal of Grassland Science,2009,55(3):199-205.

[3] Mushtaque M,Ishaque M,Bakhush M A A H A.Growth and herbage yield ofSetariasphacelatagrass in response to varying clipping stages[J].The Journal of Animal and Plant Science,2010,20(4):261-265.

[4] Jones R J.Liveweight gain from rotationally and continuously grazed pastures of Narok setaria and Samford rhodesgrass fertilized with-nitrogen in southeast Queensland[J].Tropical grasslands,2004,38(3):135-138.

[5] Ivory D A,Whiteman P C.Effects of environmental and plant factors on foliar freezing resistance in tropical grasses[J].Australian Journal of Agricultural Research,2004,41(2):243-259.

[6] 袁福錦，奎嘉祥，謝有標(biāo)，等.云南南亞熱帶多雨區(qū)引進(jìn)禾本科牧草的適應(yīng)性及評(píng)價(jià)[J].草原與草坪，2005(6)：21-24.

[7] 崔閣英，鄧菊芬，尹俊.不同脫粒方法對(duì)納羅克非洲狗尾草種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24(3)：369-373.

[8] 何超，郭軼敏，彭健，等.稀土溶液浸種對(duì)納羅克非洲狗尾草種子休眠的破除效果[J].種子，2014，33(4)：18-20.

[9] 羅富成，郭軼敏，彭健，等.外源激素對(duì)納羅克非洲狗尾草種子休眠的破除效果[J].草業(yè)科學(xué)，2015，33(3)：406-412.

[10] 段春華，張德罡，張靖，等.物理、化學(xué)處理方法對(duì)矮生嵩草和線葉嵩草種子萌發(fā)的影響[J].草原與草坪，2013，33(1)：40-44.

[11] 金正律，洪權(quán)春.低溫層積對(duì)決明子種子發(fā)芽及幼苗生長的影響[J].種子，2012，31(3)：107-109.

[12] 高俊杰，秦愛國，于賢昌.低溫脅迫下嫁接對(duì)黃瓜葉片SOD和CAT基因表達(dá)與活性變化的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，20(1)：213-217.

[13] 云南省技術(shù)監(jiān)督局.DB/5300B20001-91牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程[S].昆明：1991.

[14] 顏啟傳.種子學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：420-433.

[15] 孫群，胡景江.植物生理學(xué)研究技術(shù)[M].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社，2005.

[16] 蔡慶生.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[17] 李璇，岳紅，王升，等.影響植物抗氧化酶活性的因素及其研究熱點(diǎn)和現(xiàn)狀[J].中國中藥雜志，2013，38(7)：973-978.

[18] Chin H L,Ling Y L,Meno J T.The Effect of Stratification and Thidiazuron Treatment on Germination and Protein Synthesis ofPyrusserotinaRehd cv.Niauli[J].Annals of Botany,1994,73:515-523.

[19] Susan E,Meyer,Rosemary L,Pendleton.Genetic Regulation of Seed Dormancy in Purshia tridentate(Rosaceae)[J].Annals of Botany,2000,85:521-529.

[20] 馬天曉，王艷梅，李世榮，等.硫酸和低溫處理對(duì)酸角種子發(fā)芽率的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，46(2)：152-155.

[21] 于天祥，段乃斌，王建成，等.低溫儲(chǔ)藏對(duì)高羊茅種子萌發(fā)特性的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(9)：86-88.

[22] 葉常豐，戴心維.種子學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994：180-185.

Effect of cold stratification on seed germination and enzyme activity of Setaria sphacelata cv.Narok

ZHANG Huan-pu1,PENG Jian2,LUO Fu-cheng1，HAN Bo1,HE Chao1， DU Feng-qi1，LI Bo-lun1，

(1.DepartmentofGrasslandScience，CollegeofAnimalScienceandTechnology，YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201，China； 2.TobaccocompanyofLiupanshui,Liupanshui553000，China)

Setariasphacelatacv.Narok is one of excellent tropical and subtropical forages.However,the deep seeds dormancy restricts the popularization and utilization of the forage.Used one year oldSetariasphacelatacv.Narok under cold stratification treatment and determined its enzyme activity,germination rate and vigor,the results showed that after the cold stratification 30 d,seed dormancy has been completely removed,the seed germination rate and vigor index were 75% and 0.026 3,respectively,which were 2.08 times and 2.27 times compared with the control and had a significant difference (P<0.01).The SOD activity of seed decreased and then increased to the stable level.After cold stratification 60 d,the SOD activity reached lowest and reduced 9.07 times compared with the control.The POD activity fluctuated along with time change,but the change was not obvious (P>0.05).The CAT activity had no changes before cold stratification 90 d (P>0.05)and then decreased. Key words：one year oldSetariasphacelatacv.Narok;cold stratification;seeds vigor;enzyme activity

2016-01-18；

2016-07-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“納羅克非洲狗尾草種子休眠機(jī)理及解除方法研究”(31260582)資助

張桓溥(1992-)，男，吉林白山人，在讀碩士。 E-mail：854623468@qq.com 羅富成為通訊作者。

S 544

A

1009-5500(2016)06-0035-05