伯樂樹種子不同發(fā)芽階段礦質(zhì)元素含量的動(dòng)態(tài)變化

王 娟，劉仁林

(1. 云南師范大學(xué) 文理學(xué)院，云南 昆明 650202；2. 贛南師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000)

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伯樂樹種子不同發(fā)芽階段礦質(zhì)元素含量的動(dòng)態(tài)變化

王 娟1，劉仁林2

(1. 云南師范大學(xué) 文理學(xué)院，云南 昆明 650202；2. 贛南師范學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西 贛州 341000)

伯樂樹(BretscheneiderasinensisHemsl．)是我國(guó)特有珍稀的孑遺植物和國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物。探討伯樂樹種子發(fā)育過程中Mg、Ca、Na、P、K、Fe等礦質(zhì)元素的動(dòng)態(tài)變化與累積規(guī)律，對(duì)理解伯樂樹的生理生化特點(diǎn)以及播種育苗、擴(kuò)大種群數(shù)量具有重要意義。研究表明：伯樂樹種子中的礦質(zhì)元素含量依次為P﹥K﹥Ca﹥Na﹥Mg﹥Fe；在不同萌發(fā)階段的伯樂樹種子中，Mg、P、K三種元素含量逐步升高，而Ca、Na、Fe三種元素含量則表現(xiàn)為先增后降的動(dòng)態(tài)變化。

伯樂樹；種子發(fā)芽；礦質(zhì)元素；動(dòng)態(tài)變化

伯樂樹(BretschneiderasinensisHemsl.)又名鐘萼木，是伯樂樹科(Bretschneideraceae)伯樂樹屬(BretschneideraHemsl.)的喬木植物，也是我國(guó)特有的、古老的單種科和孑遺種。它在研究被子植物的系統(tǒng)發(fā)育和古地理、古氣候等方面具有重要科學(xué)價(jià)值[1]，故被譽(yù)為“植物中的龍鳳”。伯樂樹零星分布于四川、云南、貴州、廣西、廣東、湖南、湖北、江西、浙江、福建等省區(qū)低海拔至中海拔的山地林中[2]。因長(zhǎng)期以來破壞嚴(yán)重，現(xiàn)有母樹資源稀少，結(jié)實(shí)率低，天然更新困難，處于珍稀瀕危的境地，先后被列為國(guó)家一級(jí)珍貴樹種和國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3-5]。

從目前已有的研究報(bào)道來看，關(guān)于伯樂樹的研究工作僅限于系統(tǒng)發(fā)育、播種繁殖、幼苗形態(tài)、木材解剖、園林應(yīng)用介紹等方面[6]，在伯樂樹的種子發(fā)育生理研究方面還很薄弱。為此，本文以沙藏的新鮮伯樂樹種子為對(duì)象，探討伯樂樹種子發(fā)育過程中Mg、Ca、Na、P、K、Fe等礦質(zhì)元素的動(dòng)態(tài)變化與累積規(guī)律，旨在了解伯樂樹種子發(fā)芽生理機(jī)制，為保持伯樂樹保持種子活力、提高種子發(fā)芽率提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)儀器

全譜直讀發(fā)射光譜儀Prodigy ICP為美國(guó)Leeman Labs公司制造；101型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，購(gòu)自廣東科恒檢測(cè)儀器有限公司。

1.2材料與試劑

2014年10月在井岡山采種，海拔800～1 000 m；將采回的果實(shí)置通風(fēng)陰涼處，脫粒后洗種、沙藏。2015年春將沙藏種子取出，播在干凈、濕潤(rùn)的河沙中發(fā)芽，然后用不同發(fā)芽長(zhǎng)度的芽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用的藥品HNO3、HClO4、鹽酸等分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.3取樣與實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)伯樂樹種子不同發(fā)芽階段種子的形態(tài)不同，將休眠種子作為第1階段，萌發(fā)后胚軸和胚根長(zhǎng)度達(dá)2～3cm長(zhǎng)時(shí)的種子作為第2階段，胚芽剛長(zhǎng)出新葉之前的種子作為第3階段(圖1)。

a. 第1階段；b. 第2階段；c. 第3階段

分別取相同數(shù)量、不同發(fā)芽長(zhǎng)度階段的伯樂樹種子，用解剖刀小心取下種子各部分，60℃烘烤6 h，恒重時(shí)取出制成干樣。將干樣研磨成粉末，于50 mL試管中，并分別編號(hào)。加入HNO3+HClO4混合酸(VHNO3∶VHClO4= 4∶1)30 mL，放置過夜。次日將試管中各樣品倒入50 mL燒杯中，置于通風(fēng)櫥內(nèi)，放在電爐上加熱，在微沸狀態(tài)下進(jìn)行消化，至HClO4冒白煙、消化液清亮無色或保持淡黃色不變?yōu)橹?若消化液仍為深色，可補(bǔ)加HNO35～10 mL繼續(xù)消化至無色或淡黃色)。將消化后的樣品用0.1 mol·L-1鹽酸少量多次轉(zhuǎn)移到50 ml容量瓶中，

濾去絮狀物質(zhì)，并用0.1 mol·L-1鹽酸定容至50 mL，制作為上機(jī)待測(cè)液。同時(shí)，以0.1 mol·L-1鹽酸為空白待測(cè)液。使用Leeman Prodigy icp全譜直讀發(fā)射光譜儀測(cè)定供試液濃度。采用上述方法，重復(fù)6次。數(shù)據(jù)處理采用DPS軟件進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同發(fā)芽階段伯樂樹種子中不同礦質(zhì)元素含量的動(dòng)態(tài)變化

使用利曼Leeman Prodigy icp全譜直讀發(fā)射光譜儀直接測(cè)定供試液中濃度。通過測(cè)定可直接得到供試液中各種礦質(zhì)元素的濃度，然后通過計(jì)算，得到不同發(fā)芽階段種子各部分礦質(zhì)元素含量(表1)。

從表1中可看出，在不同萌發(fā)階段的伯樂樹種子中，Mg、P、K三種元素含量呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)。第2階段相較于第1階段的休眠種子，Mg、P、K三種元素含量分別增加了323.70%、327.48%、483.27%；第3階段較第2階段，則分別增加了31.16%、55.24%、37.11%。而Ca、Na、Fe三種元素含量則表現(xiàn)為先增后降的動(dòng)態(tài)變化，即第2階段含量最高，分別達(dá)到了7477.79μg/g、3085.03μg/g、777.91μg/g。這主要是因?yàn)榉N子吸水膨脹后啟動(dòng)了內(nèi)部的代謝活動(dòng)，使得種子內(nèi)儲(chǔ)藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被降解，故各種礦質(zhì)元素的含量開始都呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，Mg、P、K三種元素在種子萌發(fā)過程中，都非?；钴S地參加了各種物質(zhì)的合成與分解代謝，隨著種子萌發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，細(xì)胞內(nèi)的生理生化反應(yīng)不斷加強(qiáng)，故Mg、P、K三種元素隨著種子的萌發(fā)生長(zhǎng)而需要量增加。而Ca、Fe是結(jié)合在體內(nèi)的生理元素，在代謝的過程中在細(xì)胞中形成難以溶解的穩(wěn)定化合物，故Ca、Fe的含量先上升后下降。Na元素能增大種子細(xì)胞的滲透勢(shì)，種子萌發(fā)時(shí)吸脹過程結(jié)束后，種子對(duì)Na的需求就隨之下降。

表1　伯樂樹種子不同發(fā)芽階段各部位6種礦質(zhì)元素含量　　　　　　　　　　　　μg/g

2.2不同發(fā)芽階段各元素含量比較

如圖2，不論發(fā)芽階段如何，伯樂樹種子6種礦質(zhì)元素平均含量的比較呈現(xiàn)如下規(guī)律：P含量和K含量最多，其次是Ca含量較高，Mg、Na含量次之，F(xiàn)e含量最少。P幾乎與所有生命活動(dòng)的過程密切相關(guān)，它與K、N一起被稱為“肥料三要素”，是植物生長(zhǎng)發(fā)育需要量較大的元素；Fe屬于微量元素，在種子體內(nèi)的需要量與其他幾種相比是含量是最少的。

圖2　伯樂樹種子不同發(fā)芽階段6種礦質(zhì)元素平均含量

2.3伯樂樹種子不同發(fā)芽階段的不同部位中6種礦質(zhì)元素含量的變化規(guī)律

圖3　伯樂樹種子不同發(fā)芽階段的不同部位中6種礦質(zhì)元素含量的變化規(guī)律

由圖3可知，K、P兩種元素變化規(guī)律基本一致，含量最高點(diǎn)均在3-胚根，Ca元素的最高點(diǎn)在2-胚軸，F(xiàn)e、Na、Mg元素曲線的變化趨于平和。在整個(gè)發(fā)芽過程中，F(xiàn)e元素的變化呈現(xiàn)較為平和的變化趨勢(shì)，其最高點(diǎn)在第二階段的胚根中，含量顯著高于第一階段和第三階段，其余階段的含量變化則不明顯，而第一階段即休眠階段，因種子生理活性較低，因而其含量也較低。Na元素的曲線呈現(xiàn)小范圍波動(dòng)，出現(xiàn)了明顯的峰值，其含量在發(fā)芽的第二階段達(dá)到高峰，然后呈現(xiàn)較小差異的遞減。以生理活動(dòng)較小的休眠狀態(tài)含量最低，各階段的子葉次之。Ca元素的變化呈現(xiàn)兩個(gè)峰值，分別為二階段的胚根、胚軸，三階段的胚芽含量次之，以三階段的胚軸為最低。K元素的變化在三個(gè)階段中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中以第三階段含量最高，該階段胚根中的含量顯著增高，胚芽次之。因?yàn)镵在植物體中的吸收是從根部開始，幾乎都呈離子狀態(tài)存在，只有小部分在細(xì)胞中處于吸附狀態(tài)。而且該元素主要集中在植物生命活動(dòng)最重要的部位，因而伴隨發(fā)芽，胚根，胚芽以及胚軸對(duì)該元素均有較大的吸收，而產(chǎn)生富集，同時(shí)在發(fā)芽過程中第一階段即休眠階段含量較低。P元素含量在第三階段達(dá)到最多。在發(fā)芽過程中，休眠時(shí)積累的糖類，蛋白質(zhì)以及脂類在反應(yīng)中得到消耗，在糖類，蛋白質(zhì)和脂類的相互轉(zhuǎn)化過程中，P元素起著重要作用，同時(shí)，P元素在相應(yīng)的ATP反應(yīng)中也起著關(guān)鍵作用。它隨著種子的萌發(fā)生長(zhǎng)不斷增多，在發(fā)芽的第一階段，其含量最低。Mg元素是葉綠素的成分，另外，該元素是蛋白質(zhì)合成時(shí)氨基酸的活化劑和DNA聚合酶和RNA聚合酶的聚合劑，其本身并不參與生理活動(dòng)，因而在整個(gè)發(fā)芽階段中含量均較低。

3　結(jié)論與討論

種子發(fā)芽是一個(gè)非常復(fù)雜的生理過程，Ca與Mg和P形成植酸鈣鎂存在種子中，供萌發(fā)時(shí)使用[8]。Fe屬于微量元素，是合成葉綠素所必需的[9]，而K作為“肥料三要素”之一，在種子生長(zhǎng)發(fā)育中需要量較大。Na是否為植物必須元素一直存在爭(zhēng)議[9]，但它在調(diào)節(jié)種子細(xì)胞的滲透壓方面起著重要的作用。

對(duì)于同一發(fā)育階段伯樂樹種子而言，不同部位6種礦質(zhì)元素的含量有一定差異，Mg、Na、P、K、Fe在胚根中的含量要高于其他部位，而胚芽中Ca元素含量則明顯高于其他部位。對(duì)于不同發(fā)育階段伯樂樹種子而言Mg、P元素在3-胚根中含量最高，而2-胚根中Na、K、Fe則高于其他部位，Ca元素則在2-胚軸和2-胚芽中含量較高。

伯樂樹種子對(duì)Mg、Ca、Na、P、K、Fe等6種元素的吸收主要集中在發(fā)育初期，此時(shí)胚根生長(zhǎng)較為迅速，胚芽還未明顯發(fā)育。在這一過程中，胚根有絲分裂旺盛，需要大量的能量，以合成蛋白質(zhì)、核酸，此時(shí)Mg、Ca、K、Fe、P、Na等礦質(zhì)元素，要么以酶類的活化劑形式，參與呼吸作用、蛋白質(zhì)合成等過程，要么作為組成元素，直接參與蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)的合成[7]。在胚芽開始快速生長(zhǎng)時(shí)，種子對(duì)P、K及Mg的需求仍然較大，而對(duì)Ca、Fe需求不斷減弱，此時(shí)，種子在內(nèi)部將Ca、Fe向胚芽組織富集。而Na元素能增大種子細(xì)胞的滲透勢(shì)，能增強(qiáng)種子萌發(fā)時(shí)吸脹

過程的吸水能力，而當(dāng)胚根破種皮而出后，種子能借助胚根吸收外界水分，此時(shí)，種子對(duì)Na的需求就隨之下降。綜合看來，伯樂樹種子中礦質(zhì)元素含量依次為P﹥K﹥Ca﹥Na﹥Mg﹥Fe，在不同萌發(fā)階段，Mg、P、K三種元素含量呈現(xiàn)逐步升高，而Ca、Na、Fe三種元素含量則表現(xiàn)為先增后降的動(dòng)態(tài)變化，即第2階段含量最高。因此，在栽培時(shí)，對(duì)于不同發(fā)芽階段的伯樂樹種子，要及時(shí)施用適量的Mg、Ca、Na、P、K、Fe等肥料，以滿足種子生長(zhǎng)發(fā)育的需求。

[1]張榮京, 陳紅鋒. 國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物——伯樂樹[J]. 生物學(xué)通報(bào), 2009, 44(10): 7.

[2]傅書遐, 傅坤俊. 中國(guó)植物志：第34卷第1分冊(cè)[M].北京: 科學(xué)出版社,1984: 8.

[3]傅立國(guó). 中國(guó)植物紅皮書[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1992: 194- 195.

[4]于永福. 國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄(第一批) [J] . 植物雜志, 1999, 5: 4 - 11.

[5]汪松, 解焱. 中國(guó)物種紅色名錄[M] . 北京: 高等教育出版社, 2004: 336.

[6]喬琦,邢福武,陳紅鋒,等. 中國(guó)特有珍稀植物伯樂樹的研究進(jìn)展和科研方向[J]. 中國(guó)野生植物資源, 2011, 30(3): 4-8, 13.

[7]李合生. 現(xiàn)代植物生理學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社, 2002: 191.

[8]蔣德安. 植物生理學(xué)[M] 北京: 高等教育出版社, 2011: 4.

[9]武維華. 植物生理學(xué)[M].北京: 科學(xué)出版社,2008.

Dynamic Change of Mineral Elements during the Seed Germination ofBretschneiderasinensisHemsl.

Wang Juan1, Liu Renlin2

(1.The College of Arts and Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650202, China; 2.College of Chemistry and Environmental Science, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China)

BretschneiderasinensisHemsl.,a tertiary relict tree endemic in China, was listed in National Key Protected Wild Plants ( Class I) as a rare species．The research studied the dynamic changes and accumulation rules of main mineral elements such as Mg, Ca, Na, P, K and Fe in seed ofBretschneiderasinensisHemsl. during its development. The results indicate the mineral elements content in the seed was P﹥K﹥Ca﹥Na﹥Mg﹥Fe. In different germination stage of the seed，the content of Mg, P and K increased gradually and the content of the Ca、Na and Fe showed the dynamic change of increasing first and then decreasing.

BretschneiderasinensisHemsl.；seed germination；mineral elements；dynamic change

10.3969/j.issn.1006-9690.2016.04.008

2015-12-28

王娟(1982—)，女，講師，碩士，主要研究方向：植物細(xì)胞學(xué)。E-mail:373417614@qq.com

S792

A

1006-9690(2016)04-0030-03