解除休眠的水曲柳種子對(duì)不同脫水條件的萌發(fā)和生理響應(yīng)*

張 鵬 宋博洋 吳靈東 沈海龍

(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 哈爾濱 150040)

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解除休眠的水曲柳種子對(duì)不同脫水條件的萌發(fā)和生理響應(yīng)*

張 鵬 宋博洋 吳靈東 沈海龍

(東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 哈爾濱 150040)

【目的】比較不同脫水條件對(duì)解除休眠的水曲柳種子干燥脫水后萌發(fā)的影響，并探索在不同條件下脫水過程中種子內(nèi)部的生理變化，為解除休眠水曲柳種子的再干燥貯藏提供理論和技術(shù)依據(jù)?！痉椒ā恳越獬菝叩乃N子為材料，采用單因素設(shè)計(jì)，比較種子在7種溫度(5，10，15， 20，25，30，35 ℃)條件下干燥脫水后的萌發(fā)能力，再設(shè)計(jì)雙因素試驗(yàn)，分析脫水溫度(常溫20 ℃和低溫5 ℃)、脫水速率(快速和慢速)及其交互作用對(duì)干燥脫水后種子萌發(fā)的影響，并測(cè)定不同脫水條件下種子中抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性，丙二醛(MDA)含量，可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量，以確定種子細(xì)胞膜透性、抗氧化系統(tǒng)酶活性和貯藏物質(zhì)代謝對(duì)不同脫水處理的響應(yīng)?！窘Y(jié)果】經(jīng)不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)隨脫水溫度的升高先上升后下降的趨勢(shì)，種子發(fā)芽時(shí)間則呈現(xiàn)出隨脫水溫度上升而先下降后上升的趨勢(shì)。常溫(20 ℃)脫水種子的發(fā)芽能力最強(qiáng)，高溫(35 ℃)或者低溫(5 ℃)脫水種子發(fā)芽能力較弱。與常溫脫水相比，低溫脫水種子相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量顯著增加，胚中POD和CAT酶活性顯著降低，種子中可溶性糖和淀粉含量無明顯變化，但可溶性蛋白含量顯著降低。與慢速脫水相比，快速脫水種子相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量顯著增加，胚中SOD和POD酶活性顯著降低，種子中可溶性糖和淀粉含量無明顯變化，但可溶性蛋白含量顯著降低。【結(jié)論】解除休眠的水曲柳種子最適的干燥脫水溫度是20 ℃，高溫(35 ℃)或者低溫(5 ℃)脫水會(huì)導(dǎo)致種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)下降，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。低溫(5 ℃)或快速脫水后種子細(xì)胞膜透性和丙二醛含量顯著增加，種子中可溶性蛋白含量和胚中抗氧化酶活性均顯著降低，從而引起種子萌發(fā)能力下降。胚中的抗氧化酶活性對(duì)低溫和快速脫水反應(yīng)不同，POD和CAT對(duì)低溫脫水更敏感，而SOD則對(duì)快速脫水更敏感，SOD、POD和CAT 3種酶必須協(xié)同作用才能夠維持活性氧自由基處于對(duì)細(xì)胞無害的較低水平。種子低溫或快速脫水過程中脫水保護(hù)功能下降主要與蛋白質(zhì)的變化有關(guān)，與可溶性糖和淀粉關(guān)系不大。

水曲柳； 脫水耐性； 種子萌發(fā)能力； 細(xì)胞膜透性； 抗氧化酶活性； 可溶性蛋白

水曲柳(Fraxinusmandshurica)是我國(guó)東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的闊葉用材樹種。種子繁殖是水曲柳繁殖的主要方式，其種子屬于形態(tài)生理休眠類型，需要分別經(jīng)過暖溫和冷濕層積處理才能萌發(fā)(凌世瑜等， 1983)。打破水曲柳種子休眠的傳統(tǒng)方法有越冬埋藏、隔年埋藏等，但傳統(tǒng)方法有處理需時(shí)長(zhǎng)、易造成水曲柳種子的霉?fàn)€、提前萌發(fā)等問題。如果將經(jīng)過催芽解除休眠的水曲柳種子進(jìn)行再干燥貯藏，便可以隨時(shí)提供非休眠種子而不需要苗圃工作者再進(jìn)行催芽處理，這樣可以使有條件的(如容器育苗)苗圃在一年中的任何時(shí)候進(jìn)行播種育苗，不再受種子休眠造成的季節(jié)性限制，也可以避免因?yàn)椴シN時(shí)間延誤而影響種子的品質(zhì)和苗木質(zhì)量。有研究發(fā)現(xiàn)，解除休眠的水曲柳種子在室溫條件下再干燥進(jìn)行貯藏是可行的，但在較低溫度條件下再干燥后種子萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)顯著下降，平均發(fā)芽時(shí)間明顯延長(zhǎng)(吳靈東等， 2012)。以往研究表明解除休眠的水曲柳種子可以在較低溫度(5 ℃)條件下萌發(fā)(張鵬等， 2007)，但在相同條件下干燥脫水后卻表現(xiàn)出了異常的萌發(fā)效果，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生必然與種子干燥脫水條件有密切的關(guān)系。為了使水曲柳解除休眠的種子能夠獲得穩(wěn)定、可靠的再干燥貯藏效果，就必須深入研究不同脫水條件對(duì)解除休眠種子脫水干燥后萌發(fā)的影響，并對(duì)干燥脫水過程中種子脫水耐性變化的內(nèi)在生理機(jī)制進(jìn)行解析。本文以水曲柳解除休眠種子為材料，研究種子在不同條件下脫水后的萌發(fā)能力、種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率、抗氧化酶系統(tǒng)活性以及貯藏物質(zhì)的變化，以期為解除休眠水曲柳種子的再干燥貯藏提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

供試種子采自黑龍江省帶嶺林業(yè)科學(xué)研究所水曲柳種子園。水曲柳種子經(jīng)過裸(無基質(zhì))層積處理打破休眠，裸層積條件為： 先暖溫(18 ℃)3個(gè)月，再低溫(5 ℃)3個(gè)月(張鵬， 2008)。以層積處理結(jié)束后的水曲柳種子為材料。

1.2 研究方法

1.2.1 不同溫度脫水處理 種子于層積處理結(jié)束后立即進(jìn)行脫水處理。設(shè)置5，10，15， 20，25，30，35 ℃共7個(gè)恒溫條件(在培養(yǎng)箱中)對(duì)解除休眠的種子進(jìn)行脫水干燥，自然陰干，當(dāng)種子相對(duì)含水量降至10%以下時(shí)(采用稱重法確定)結(jié)束脫水。隨后進(jìn)行發(fā)芽能力測(cè)定和種子滲出液電導(dǎo)率測(cè)定，以確定脫水溫度對(duì)種子萌發(fā)和細(xì)胞膜透性的影響。

1.2.2 脫水溫度與脫水速率組合處理 根據(jù)不同溫度脫水處理的萌發(fā)效果，選擇5 ℃(低溫)和20 ℃(最適溫度)2種溫度條件下進(jìn)行種子脫水。同時(shí)，使用硅膠干燥種子作為快速脫水處理，以慢速(不使用硅膠)干燥種子作為對(duì)照。形成脫水溫度與速率組合條件共4種： 1)種子在5 ℃條件下慢速脫水； 2)種子與硅膠混合在5 ℃條件下快速脫水； 3)種子在20 ℃條件下慢速脫水； 4)種子與硅膠混合在20 ℃條件下快速脫水。硅膠脫水處理時(shí)種子與硅膠體積比為1∶3，種子與硅膠充分混合后置于封閉的塑料盒內(nèi)。以上4種處理種子的相對(duì)含水量降至10%以下時(shí)結(jié)束脫水(干燥脫水時(shí)間分別為： 處理1)92 h； 處理2)70 h； 處理3)19 h； 處理4)17 h)。種子脫水處理后進(jìn)行發(fā)芽能力測(cè)定和種子滲出液電導(dǎo)率測(cè)定，以檢驗(yàn)脫水溫度、速率及其交互作用對(duì)種子萌發(fā)和細(xì)胞膜透性的影響。

1.2.3 脫水溫度對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響 選擇5 ℃和20 ℃ 2種溫度條件下進(jìn)行種子脫水處理，以慢速干燥處理種子，2種溫度條件下種子相對(duì)含水量降至10%以下時(shí)結(jié)束脫水。脫水處理后的種子進(jìn)行抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量測(cè)定，以確定脫水溫度對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響。

1.2.4 脫水速率對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響 根據(jù)脫水溫度與脫水速率對(duì)水曲柳種子萌發(fā)影響結(jié)果，在20 ℃條件下快速脫水與慢速脫水相比對(duì)種子萌發(fā)影響較小，而在5 ℃條件下快速脫水與慢速脫水相比對(duì)種子萌發(fā)影響更大，因此，研究脫水速率對(duì)種子各生理指標(biāo)影響時(shí)，選擇5 ℃對(duì)種子進(jìn)行干燥脫水，2種脫水速率條件下種子的相對(duì)含水量降至10%時(shí)結(jié)束脫水。種子脫水處理后進(jìn)行抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量測(cè)定，以考查脫水速率對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響。

1.2.5 種子發(fā)芽和生理指標(biāo)的測(cè)定 種子經(jīng)脫水處理后于室溫(20～23 ℃)條件下(冷水)浸種24 h，浸種后的種子置于直徑9 cm的塑料培養(yǎng)皿(底部墊有一層濾紙和脫脂棉)中于培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)，培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為15 ℃(白天8 h)/10 ℃(夜間16 h)的日變溫條件，每種處理重復(fù)4次(即4個(gè)培養(yǎng)皿)，每皿中放置25粒種子，共計(jì)100粒種子。種子置床后，每天觀察記錄種子發(fā)芽情況，當(dāng)胚根突破種子超過2 mm時(shí)作為種子萌發(fā)的標(biāo)志。按下面的計(jì)算公式分別計(jì)算種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽時(shí)間：

(1)

(2)

(3)

式中：tg為發(fā)芽時(shí)間(d)，ng為與tg相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

參考宋松泉等(2005)的方法測(cè)定種子浸出液相對(duì)電導(dǎo)率。具體操作時(shí)，取經(jīng)不同脫水處理后去除果翅的種子，先用雙蒸水沖洗種子數(shù)次并用濾紙吸干其表面水分。將種子置于具塞玻璃試管中(每個(gè)處理重復(fù)3次，每次取20粒種子)，然后向試管中加入5 mL去離子水，測(cè)定此時(shí)種子浸泡液的電導(dǎo)率作為初始值(R1)； 當(dāng)種子在室溫下浸泡12 h后，用電導(dǎo)儀測(cè)定種子浸泡液的電導(dǎo)率作為種子外滲電導(dǎo)率(R2)； 再將種子和浸泡液在100 ℃水浴中煮沸30 min，取出冷卻至室溫后測(cè)定煮沸后的浸泡液電導(dǎo)率(R3)。用相對(duì)電導(dǎo)率表示電解質(zhì)滲漏率，其計(jì)算公式為： 相對(duì)電導(dǎo)率(%)=(R2-R1)×100/(R3-R2)。

采用氮藍(lán)四唑(NBT)法和愈創(chuàng)木酚法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性(高俊鳳， 2006)，采用紫外吸收法和硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定過氧化氫酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量，采用蒽酮試劑法測(cè)定可溶性糖及淀粉含量(李合生， 2000)，采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法(張志良， 1990)測(cè)定可溶性蛋白含量。取不同條件下干燥的種子，每種處理取種3份(即3次重復(fù))，用解剖刀將種胚和胚乳(帶種皮)分開，分別測(cè)定胚和胚乳(各取0.2 g)的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性，及丙二醛、可溶性糖和可溶性蛋白含量。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析 采用SPSS18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素或雙因素方差分析，使用Duncan法進(jìn)行多重比較。發(fā)芽率和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)為百分?jǐn)?shù)，對(duì)其進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度脫水對(duì)水曲柳種子萌發(fā)和細(xì)胞膜透性的影響

水曲柳種子經(jīng)過不同溫度脫水處理后的發(fā)芽率呈現(xiàn)隨脫水溫度的升高先上升后下降的趨勢(shì)(表1)。方差分析結(jié)果顯示，不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽率差異顯著(P<0.05)，其中5 ℃和35 ℃脫水種子的發(fā)芽率較低，分別為72%和69%，顯著低于對(duì)照(脫水前89%)和20 ℃脫水種子的發(fā)芽率(88%)，與20 ℃脫水種子發(fā)芽率相比分別下降了18%和22%。20 ℃脫水的種子發(fā)芽率顯著高于5，10，15，25，30，35 ℃脫水種子的發(fā)芽率，但與對(duì)照(脫水前)的種子發(fā)芽率差異不顯著(表1)。

水曲柳種子經(jīng)過不同溫度脫水處理后的發(fā)芽指數(shù)變化規(guī)律與發(fā)芽率相似，呈現(xiàn)隨脫水溫度上升而先上升后下降的趨勢(shì)(表1)。通過方差分析發(fā)現(xiàn)，不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽指數(shù)差異極顯著(P<0.01)，其中20 ℃脫水種子的發(fā)芽指數(shù)最高(3.89)，顯著高于其他溫度脫水種子的發(fā)芽指數(shù)，但與對(duì)照(脫水前)的種子發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。5 ℃和35 ℃脫水種子的發(fā)芽指數(shù)相對(duì)較低，分別為1.83和1.72，與20 ℃脫水種子發(fā)芽指數(shù)相比分別下降了53%和56%。

表1 水曲柳種子在不同溫度條件下干燥脫水后的萌發(fā)能力和種子相對(duì)電導(dǎo)率①

①表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。相同列中的小寫字母表示采用Duncan 法的多重比較結(jié)果，小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。The values in the table are Mean ± SE (standard error). The different small letter in the same column indicates significance at 0.05 level. The same below.

經(jīng)過不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)隨脫水溫度上升而先下降后上升的趨勢(shì)(表1)，根據(jù)方差分析結(jié)果，不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽時(shí)間差異極顯著(P<0.01)， 20 ℃脫水的種子發(fā)芽時(shí)間為7.37天，顯著短于其他溫度脫水的種子發(fā)芽時(shí)間，但與對(duì)照(脫水前)的種子發(fā)芽時(shí)間差異不顯著。經(jīng)過5 ℃和35 ℃脫水后種子發(fā)芽時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)(11.37天和11.18天)，除與10 ℃和15 ℃脫水處理種子的發(fā)芽時(shí)間無顯著差異外，與其他溫度脫水處理種子發(fā)芽時(shí)間差異均顯著，與20 ℃脫水處理種子相比較其發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)近4天。

水曲柳種子經(jīng)過不同溫度脫水處理后種子浸出液的相對(duì)電導(dǎo)率變化規(guī)律與種子發(fā)芽時(shí)間的變化規(guī)律一致，呈現(xiàn)隨脫水溫度的升高先下降后上升的趨勢(shì)(表1)。通過方差分析可知，不同溫度脫水處理后種子浸出液的電導(dǎo)率差異極顯著(P<0.01)。多重比較結(jié)果顯示， 20 ℃下脫水后種子的相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于其他處理，5 ℃和35 ℃下脫水后種子相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于其他處理，與20 ℃脫水種子相比其相對(duì)電導(dǎo)率分別提高了60%和61%。

2.2 不同溫度與不同速率脫水對(duì)水曲柳種子萌發(fā)和細(xì)胞膜透性的影響

由表2可知，脫水溫度與脫水速率的交互作用對(duì)種子萌發(fā)和種子滲出液電導(dǎo)率無明顯影響，但脫水溫度、脫水速率2因素都對(duì)種子發(fā)芽能力和種子滲出液電導(dǎo)率有顯著影響。不同溫度脫水處理后種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽時(shí)間和滲出液電導(dǎo)率差異均極顯著(P<0.01)，5 ℃脫水種子的發(fā)芽能力顯著低于20 ℃脫水種子，種子滲出液電導(dǎo)率則是5 ℃脫水種子顯著高于20 ℃脫水種子。不同脫水速率處理種子的發(fā)芽率差異顯著(P<0.05)，發(fā)芽指數(shù)和滲出液電導(dǎo)率差異均極顯著(P<0.01)，發(fā)芽時(shí)間差異不顯著(P>0.05)。慢速干燥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)顯著高于快速干燥種子，快速干燥種子滲出液電導(dǎo)率顯著高于慢速干燥種子。

2.3 脫水溫度對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響

2.3.1 脫水溫度對(duì)種子抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響 從表3可見，不同溫度脫水對(duì)種子胚和胚乳中SOD活性的影響均不顯著(P>0.05)，對(duì)胚乳中POD和CAT活性影響也不顯著(P>0.05)，但對(duì)胚中POD和CAT活性影響均極顯著(P<0.01)。胚中的POD和CAT活性都是20 ℃脫水種子明顯高于5 ℃脫水種子(表3)。脫水溫度對(duì)胚和胚乳中MDA含量的影響均極顯著(P<0.01)，且都是20 ℃脫水種子的胚和胚乳中MDA含量顯著低于5 ℃脫水種子，胚和胚乳中的MDA含量分別下降了74%和50%(表3)。

表2 水曲柳種子在不同溫度與脫水速率條件下干燥脫水后的萌發(fā)能力和種子滲出液電導(dǎo)率方差分析

表3 不同溫度干燥脫水后水曲柳種子胚和胚乳中抗氧化酶活性和丙二醛含量

2.3.2 脫水溫度對(duì)種子可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量的影響 脫水溫度對(duì)胚和胚乳中可溶性蛋白含量的影響均顯著(P<0.05)，且20 ℃脫水種子胚和胚乳中的可溶性蛋白含量均高于5 ℃脫水種子，胚乳和胚中可溶性蛋白含量分別提高了14%和5%(表4)。脫水溫度對(duì)胚和胚乳中淀粉和可溶性糖含量影響均不顯著(P>0.05)(表4)。

表4 不同溫度脫水后水曲柳種子胚和胚乳中可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量

2.4 脫水速率對(duì)種子抗氧化系統(tǒng)和貯藏物質(zhì)代謝的影響

2.4.1 脫水速率對(duì)種子抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響 低溫脫水條件下，脫水速率對(duì)種子胚和胚乳中SOD活性的影響均顯著(P<0.05)，但2個(gè)部位中SOD活性變化的規(guī)律不同，在胚中慢速脫水處理的SOD活性顯著高于快速脫水處理，但在胚乳中則相反，慢速脫水處理的SOD活性顯著低于快速脫水處理(表5)。脫水速率對(duì)胚和胚乳中POD活性和CAT活性影響均不顯著(P>0.05)。脫水速率對(duì)胚乳和胚中MDA含量的影響均顯著(P<0.05)，且都是快速脫水處理的胚乳和胚中MDA含量顯著高于慢速脫水處理(表5)。

2.4.2 脫水速率對(duì)種子可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量的影響 脫水速率對(duì)胚和胚乳中可溶性蛋白含量的影響均顯著(P<0.05)，且慢速脫水處理胚和胚乳中的可溶性蛋白含量均高于快速脫水處理，胚和胚乳中的可溶性蛋白含量分別提高了17%和24%(表6)。脫水速率對(duì)胚乳和胚中淀粉和可溶性糖含量影響均不顯著(P>0.05)(表6)。

表5 不同速率干燥脫水后水曲柳種子胚和胚乳中抗氧化酶活性和丙二醛含量

表6 不同速率脫水后水曲柳種子胚乳和胚中可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉含量

3 討論

脫水溫度會(huì)影響種子脫水后的萌發(fā)表現(xiàn)。水稻(Oryzasativa)種子收獲后及時(shí)在35 ℃下干燥能提高種子活力(夏巧鳳等， 2007)。Berjak等(1994)對(duì)沼生菰(Zizaniapalustris)種子脫水研究發(fā)現(xiàn)，種子在25～30 ℃干燥脫水后成活率最高，隨著脫水溫度的降低，種子的生活力降低。本研究發(fā)現(xiàn)，解除休眠水曲柳種子經(jīng)不同溫度(5～35 ℃)干燥脫水后的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)隨脫水溫度升高呈先上升后下降趨勢(shì)，發(fā)芽時(shí)間則呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。20 ℃是種子最適宜的干燥脫水溫度，高溫(35 ℃)或者低溫(5 ℃)脫水都導(dǎo)致種子萌發(fā)能力降低。

脫水速率是影響種子脫水萌發(fā)的重要因子之一(Bonner， 1996； Songetal.， 2003)。適宜溫度下快速脫水對(duì)頑拗性種子的損傷小，對(duì)保持種子生活力有利(Farrantetal.， 1985； 邵玉濤等， 2006； 李朋等， 2011a； 宗梅等， 2006)，而正常種子經(jīng)過慢速脫水能有效提高種子活力和萌發(fā)率(陳志欣等， 2012； 黃先暉等， 2010； 薛鵬等， 2015； 路信等， 2010)。水曲柳種子屬于正常性種子，對(duì)脫水速率的反應(yīng)與其他正常性種子相同，表現(xiàn)為慢速干燥對(duì)保持種子的發(fā)芽能力有利。

種子脫水過程中貯藏物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，能在種子中迅速誘導(dǎo)并積累LEA蛋白、油素蛋白、糖類、親水脂分子等脫水保護(hù)性物質(zhì)(楊曉泉等， 1998； 宋松泉等， 1999； 楊期和等， 2003； 李永紅等， 2009b； 李煦等， 2011)。本研究結(jié)果表明，低溫或快速脫水對(duì)水曲柳種子中的可溶性糖與淀粉含量都沒有明顯影響，但低溫或快速脫水都會(huì)導(dǎo)致種子中可溶性蛋白含量下降。這表明水曲柳種子低溫或快速脫水過程中脫水保護(hù)功能下降主要與蛋白質(zhì)的變化有關(guān)。

4 結(jié)論

解除休眠的水曲柳種子最適的干燥脫水溫度是20 ℃，高溫(35 ℃)或者低溫(5 ℃)脫水會(huì)導(dǎo)致種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)下降，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。低溫(5 ℃)或快速脫水后種子細(xì)胞膜透性和丙二醛含量顯著增加，種子中可溶性蛋白含量和胚中抗氧化酶活性均顯著降低，從而引起種子萌發(fā)能力下降。胚中的抗氧化酶活性對(duì)低溫和快速脫水反應(yīng)不同，POD和CAT對(duì)低溫脫水更敏感，而SOD則對(duì)快速脫水更敏感。種子低溫或快速脫水過程中脫水保護(hù)功能下降主要與蛋白質(zhì)的變化有關(guān)，與可溶性糖和淀粉關(guān)系不大。

陳志欣, 包云秀, 鄭 麗, 等. 2012. 不同脫水速率對(duì)‘勐海大葉茶’種子脫水敏感性與抗氧化酶活性的影響. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 27(2): 241-247.

(Chen Z X, Bao Y X, Zheng L,etal. 2012. Effect of different drying rates on the desiccation tolerance and antioxidant enzyme activities ofCamelliasinensisvar．a(chǎn)ssamicacv．Menghai Dayecha seeds. Journal of Yunnan Agricultural University, 27(2): 241-247. [in Chinese])

高俊鳳. 2006. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).北京:高等教育出版社.

(Gao J F. 2006. Experimental instruction of plant physiology. Beijing: Higher Education Press. [in Chinese])

黃先暉, 楊遠(yuǎn)柱, 姜孝成. 2010. 水稻種子脫水耐性的形成及其與貯藏特性的關(guān)系. 種子, 29(7): 25-29.

(Huang X H, Yang Y Z, Jiang X C. 2010. Studies on the formation of desiccation tolerance and the correlation with storage ofOryzasativaL．seeds. Seeds, 29(7): 25-29.[in Chinese])

李 朋, 羅秀媚, 周春宏, 等. 2011a. 脫水方法對(duì)棕櫚種子萌發(fā)及膜脂過氧化的影響. 西北植物學(xué)報(bào), 31(10): 2021-2026.

(Li P, Luo X M, Zhou C H,etal. 2011a. Influence of dehydration methods on germination ofTrachycarpusfortuneiseeds and peroxidation of their membrane of lipid. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 31(10): 2021-2026. [in Chinese])

李 朋, 唐安軍, 柳建平,等. 2011b. 蒲葵種子脫水耐性及脫水對(duì)其膜脂過氧化的影響. 園藝學(xué)報(bào), 38(8):1572-1578.

(Li P, Tang A J, Liu J P,etal. 2011b. Desiccation tolerance ofLivistonachinensisseeds and effect of desiccation on peroxidation of their membrane lipid. Acta Horticulturae Sinica, 38(8):1572-1578.[in Chinese])

李 煦, 汪曉峰. 2011. 油菜(BrassicanapusL.)種子脫水耐性獲得過程中肌醇半乳糖苷合成酶活性與可溶性糖含量的變化. 植物生理學(xué)報(bào), 47(12):1173-1180.

(Li X, Wang X F. 2011. Galactinol synthase activity and soluble carbohydrate contents during acquisition of seed desiccation tolerance inBrassicanapusL. Plant Physiology Journal, 47(12):1173-1180.[in Chinese])

李合生. 2000. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù).北京:高等教育出版社.

(Li H S.2000. Principles and techniques of plant physiology and biochemistry experiment. Beijing: Higher Education Press. [in Chinese])

李文君, 沈永寶. 2009. ‘紫柄籽銀桂’桂花種子脫水耐性與抗氧化系統(tǒng)的關(guān)系. 園藝學(xué)報(bào), 36(2):279-284.

(Li W J, Shen Y B. 2009. Changes on physiological characteristics ofOsmanthusfragrans‘Zibing Ziyingui’seeds during dehydration. Acta Horticulturae Sinica, 36(2):279-284.[in Chinese])

李永紅, 馬穎敏, 韓 蕾. 2009a. 超氧化物歧化酶與馬拉巴栗種子脫水耐性之間的關(guān)聯(lián). 林業(yè)科學(xué), 45(5):74-79.

(Li Y H, Ma Y M, Han L. 2009a. Relationship between the tolerance to dehydration and superoxide dismutases (SODs) inPachiramacrocarpa. Scientia Silvae Sinicae, 45(5):74-79.[in Chinese])

李永紅, 馬穎敏, 許柏球,等. 2009b. 馬拉巴栗種子發(fā)育中可溶性糖變化與種子脫水耐性的關(guān)系. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 42(8):2882-2891.

(Li Y H, Ma Y M, Xu B Q,etal. 2009b. Relationship between dehydration tolerance and soluble sugars during seed development ofPachiramacrocarpa. Scientia Agricultura Sinica, 42(8):2882-2891.[in Chinese])

凌世瑜, 董愚得. 1983. 水曲柳種子休眠生理的研究.林業(yè)科學(xué), 19(4): 349-358.

(Ling S Y, Dong Y D.1983. Research on the physiology of seed dormancy of Manchurian ash. Scientia Silvae Sinicae, 19(4): 349-358.[in Chinese])

路 信, 羅銀玲, 王一帆, 等. 2010. 不同脫水速率對(duì)木奶果種子脫水敏感性及抗氧化酶活性的影響. 云南植物研究, 32(4):361-366.

(Lu X, Luo Y L, Wang Y F,etal. 2010. Effect of different drying rates on the desiccation tolerance and antioxidant enzyme activities ofBaccaurearamilfora(Euphorbiaceae) seeds. Acta Botanica Yunnanica, 32(4):361-366.[in Chinese])

邵玉濤, 殷壽華, 蘭芹英, 等. 2006. 假檳榔種子脫水耐性的發(fā)育變化. 云南植物研究, 28(5): 515-522.

(Shao Y T, Yin S H, Lan Q Y,etal. 2006. Developmental changes in relation to desiccation tolerance ofArchontophoenixalexandrae(Palmae) seeds. Acta Botanica Yunnanica, 28(5): 515-522.[in Chinese])

宋松泉, 陳 玲, 傅家瑞. 1999. 種子脫水耐性與LEA蛋白. 植物生理學(xué)通訊, 35(5):424-432.

(Song S Q, Chen L, Fu J R. 1999. Desiccation tolerance and the molecular basis of LEA proteins in seeds. Plant Physiology Communications, 35(5):424-432.[in Chinese])

宋松泉, 程紅焱, 龍春林, 等. 2005. 種子生物學(xué)研究指南. 北京:科學(xué)出版社.

(Song S Q, Cheng H Y, Long C L,etal.2005. Guide to research on seed biology. Beijing: Science Press. [in Chinese])

吳靈東, 張 鵬, 郭 敏,等. 2012. 解除休眠水曲柳種子的再干燥.林業(yè)科技開發(fā), 26(2): 86-88.

(Wu L D, Zhang P, Guo M,etal. 2012. Redrying and storage of dormancy-released seeds of Manchurian ash (Fraxinusmandshurica). China Forestry Science and Technology, 26(2)： 86-88. [in Chinese])

伍賢進(jìn), 宋松泉, 錢春梅,等. 2002. 吸脹玉米種子脫水耐性變化與活性氧清除酶活性的關(guān)系. 中山大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 41(4): 63-66.

(Wu X J, Song S Q, Qian C M,etal. 2002. Changes in desiccation tolerance during imbibition ofZeamaysL. relate to activity of reactive-oxygen-scavenging enzymes. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 41(4):63-66.[in Chinese])

夏巧鳳, 歐立軍, 周麗華，等. 2007. 不同脫水方式和不同儲(chǔ)藏條件對(duì)雜交水稻株兩優(yōu)02種子發(fā)芽率的影響. 湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào), 30(3): 104-107.

(Xia Q F, Ou L J, Zhou L H,etal. 2007. Effects of different dehydration ways and storage conditions on germination rates in Zhuliangyou 02. Journal of Natural Science of Hunan Normal University, 30(3):104-107.[in Chinese])

薛 鵬, 文 彬. 2015. 脫水速率對(duì)非洲柚種子脫水耐性的影響.植物分類與資源學(xué)報(bào), 37(3):293-300.

(Xue P, Wen B.2015. Effects of drying rates on the desiccation tolerance ofCitrusmaxima‘Feizhouyou’ seeds. Plant Diversity and Resources, 37(3):293-300.[in Chinese])

楊期和, 宋松泉, 葉萬輝, 等. 2003. 種子脫水耐性與糖的關(guān)系. 植物研究, 23(2):204-210.

(Yang Q H, Song S Q, Ye W H,etal. 2003. Relationship between desiccation tolerance and sugar in seeds. Bulletin of Botanical Research, 23(2): 204-210. [in Chinese])

楊曉泉, 姜孝成, 傅家瑞. 1998. 花生種子耐脫水力的形成與可溶性糖積累的關(guān)系. 植物生理學(xué)報(bào), 24(2): 165-170.

(Yang X Q, Jiang X C, Fu J R.1998. Soluble sugar and the acquisition of desiccation tolerance in peanut(Arachishypogaea) seeds. Acat Phytophysiologica Sinica, 24(2): 165-170.[in Chinese])

張 鵬, 孫紅陽, 沈海龍. 2007. 溫度對(duì)經(jīng)層積處理解除休眠的水曲柳種子萌發(fā)的影響. 植物生理學(xué)通訊, 43(1): 21-24.

(Zhang P, Sun H Y, Shen H L. 2007. Effect of temperature on germination of stratified seeds ofFraxinusmandshuricaRupr. Plant Physiology Communications, 43(1):21-24. [in Chinese])

張 鵬. 2008. 不同發(fā)育階段水曲柳種子的休眠與萌發(fā)生理. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文.

(Zhang P. 2008. The dormancy and germination physiology of Manchurian ash seeds in different development stage. Harbin: PhD thesis of Northeast Forestry University. [in Chinese])

張志良. 1990. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 2版. 北京: 高等教育出版社.

(Zhang Z L.1990. Plant physiology experiment guide. 2nd ed. Beijing: Higher Education Press.[in Chinese])

宗 梅, 蔡麗瓊, 呂素芳, 等. 2006. 不同脫水方法對(duì)板栗胚軸脫水敏感性和生理生化的影響.園藝學(xué)報(bào), 33 (2): 233-238.

(Zong M, Cai L Q, Lü S F,etal. 2006. Effect of different desiccation methods onCastaneamollissimaembryo axis desiccation sensitivity and physiological metabolism. Acta Horticulturae Sinica, 33 (2): 233-238.[in Chinese])

Berjak P, Bradford K J, Kovach D A,etal. 1994. Differential effects of temperature on ultrastructural responses to dehydration in seeds ofZizaniapalustris. Seed Sciene Research, 4(2): 111-121.

Bonner F T. 1996. Responses to drying of recalcitrant seeds ofQuercusnigraL.. Annals of Botany, 78(2): 181-187.

Farrant J M, Berjak P, Pammenter N W. 1985.The effect of drying rate on viability retention of recalcitrant propagules ofAvicenniamarina. South African Journal of Botany, 51(6): 432 -438.

Kranner I, Birtic S. 2005. A modulating role for antioxidants in desiccation tolerance. Integrative and Comparative Biology, 45(5): 734-740.

Song S Q, Berjak P, Pammenter N,etal. 2003. Seed recalcitrance: a current assessment. Acta Botanica Sinica, 45(6): 638-643.

(責(zé)任編輯 徐 紅)

Germination and Physiological Responses of Dormancy Released Seeds ofFraxinusmandshuricato Dehydration in Different Conditions

Zhang Peng Song Boyang Wu Lingdong Shen Hailong

(SchoolofForestry,NortheastForestryUniversityHarbin150040)

【Objective】 We compared the effects of different dehydration conditions on germination of dormancy-released seeds ofFraxinusmandshuricaand explored the intrinsic physiological changes of seeds under different conditions to provide theoretical and technical basis for redrying and storage of dormancy-released seeds ofF.mandshurica.【Method】Using single factor design, the dormancy released seeds ofF.mandshuricawere used to investigate seed germination ability after dehydration at different temperatures(5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 ℃). Then, the effects of dehydration temperature(normal temperature 20 ℃ and low temperature 5 ℃), dehydration speed(slow and fast), and their interaction on seed germination after dehydration were investigated using two factor design. In order to determine the response of seed cell membrane permeability, antioxidant system enzyme activity and storage material metabolism to different dehydration treatments, the activities of antioxidant enzymes (SOD, POD and CAT), malondialdehyde (MDA) content, soluble sugar, soluble protein and starch contents in seeds under different conditions were measured.【Result】The seed germination rate and germination index showed the trend of increasing at the beginning and then decreasing with the rising of the dehydration temperature, and the germination time of seeds showed the opposite trend. The germination ability of seeds dehydrated at normal temperature (20 ℃) was the best, and the germination ability of seeds dehydrated at high temperature(35 ℃) or low temperature(5 ℃) was weak. Compared with the normal temperature dehydration, the relative electrical conductivity and MDA content of seeds dehydrated at low temperature increased significantly, the POD and CAT enzyme activity in embryos was significantly decreased, no significant changes in the contents of soluble sugar and starch in the seeds, but soluble protein content decreased significantly. Compared with the slow speed dehydration, the relative electrical conductivity and MDA content of seeds dehydrated at fast speed increased significantly, the SOD and POD enzyme activity in embryos was significantly decreased, no significant changes in the contents of soluble sugar and starch in seed, but soluble protein content decreased significantly.【Conclusion】 The optimum dehydration temperature for dormancy-released seeds ofF.mandshuricais 20 ℃, high (35 ℃) or low (5 ℃) temperature dehydration can lead to the declined seed germination rate and germination index, and the prolonged germination time. After dehydration at low temperature or fast dehydration, the relative electrical conductivity and MDA content of the seeds were increased significantly, the activity of antioxidant enzymes in seed embryos and the soluble protein content of the seeds decreased significantly. These changes should be the causes for the decrease of seed germination ability. The activity of antioxidant enzymes in seed embryos had different responses to dehydration with low temperature and fast dehydration. POD and CAT were more sensitive to dehydration at low temperature, but SOD was more sensitive to fast dehydration. SOD, POD and CAT must be coordinated, so that the active oxygen free radicals can be maintained at a low level and harmless to the cells. The decline of the protective function during dehydration at low temperature or fast dehydration is mainly related to the changes of protein, but not the changes of soluble sugar or starch.

Fraxinusmandshurica; dehydration tolerance;seed germination ability; cell membrane permeability; antioxidant enzyme activity;soluble protein

10.11707/j.1001-7488.20170307

2016-04-14；

2016-06-12。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31000301)。

S718.43

A

1001-7488(2017)03-0060-08

* 沈海龍為通訊作者。