側(cè)金盞花種子發(fā)育過(guò)程中生理生化動(dòng)態(tài)變化特性1)

孫穎 王阿香 楊雪 張曉嬌 何淼

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040) (鄂爾多斯市東勝區(qū)園林綠化事業(yè)局) (東北林業(yè)大學(xué))

責(zé)任編輯:任 俐。

側(cè)金盞花(Adonis amurensis Regel et Radde)是毛茛科多年生草本植物，一般生長(zhǎng)在東北地區(qū)山坡或山腳的灌木叢間、闊葉林下以及林緣地上［1］，有“林海雪蓮”的美稱。側(cè)金盞花花期早，極度抗寒，如在高寒地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用將有很好的發(fā)展前景。目前，有關(guān)側(cè)金盞花的研究集中在日本、俄羅斯和中國(guó)，主要進(jìn)行的是分類學(xué)［2－4］、生物學(xué)［5－7］和藥物學(xué)［8］方面的研究，種子發(fā)育的相關(guān)研究則很少。種子的發(fā)育過(guò)程是植物個(gè)體發(fā)育的最初階段，該階段是形成幼苗的必經(jīng)之路，不僅可以影響種子本身的特性，同時(shí)也直接關(guān)系到下一代是否能夠正常發(fā)育［9］。本研究旨在通過(guò)研究側(cè)金盞花種子發(fā)育過(guò)程中形態(tài)及生理生化指標(biāo)的變化規(guī)律，掌握側(cè)金盞花種子生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的側(cè)金盞花種子提供有力的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料為2009年從哈爾濱市帽兒山老山人工林試驗(yàn)站引種至哈爾濱市東北林業(yè)大學(xué)苗圃的300株側(cè)金盞花。引種2 a后，在側(cè)金盞花花期選擇生長(zhǎng)健壯，株高基本一致的植株進(jìn)行掛牌?；ǘ溟_(kāi)放后記錄同一天開(kāi)放的花朵，以便獲取同一發(fā)育時(shí)期的試驗(yàn)材料。從開(kāi)花后第1 d起，每10 d取樣1次，每次取30個(gè)瘦果，直到種子成熟脫落。共取樣7次，持續(xù)60 d。期間進(jìn)行以下項(xiàng)目的試驗(yàn)測(cè)定。

種子外部形態(tài)的測(cè)定:在種子發(fā)育期，用游標(biāo)卡尺(精確到0．01 mm)測(cè)量種子橫徑和縱徑，每個(gè)取樣期隨機(jī)測(cè)量50粒，求取平均值。

種子干質(zhì)量及含水量的測(cè)定:在種子發(fā)育期，隨機(jī)稱取100粒種子的質(zhì)量，然后置于烘箱內(nèi)(100±4)℃烘干4 h后稱量，求取平均值即為種子干質(zhì)量。前后兩次稱質(zhì)量的差值與烘干前的質(zhì)量的比值即為含水量。含水量=((M2－M3)/(M2－M1))×100%，其中M1為最后1次恒質(zhì)量時(shí)稱量容器的質(zhì)量;M2為烘干前稱量容器加上種子的質(zhì)量;M3為烘干后稱量容器加種子的質(zhì)量。

種子吸水量的測(cè)定:選擇成熟飽滿的側(cè)金盞花種子100粒，放于24℃恒溫箱中進(jìn)行吸脹，每隔1 h取出用濾紙吸干種子表面的水分，稱質(zhì)量，記錄，直到吸水量不再增加。重復(fù)3次，求取平均值。

種子生理生化指標(biāo)的測(cè)定:種子可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G－250染色法［10］184;可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用張志良等［11］、李合生［10］195的方法;過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法［10］164，根據(jù)情況做出適當(dāng)調(diào)整。

野生及引種條件下側(cè)金盞花成熟種子形態(tài)區(qū)別:以采收的帽兒山老山人工林試驗(yàn)站野生的成熟側(cè)金盞花種子為對(duì)照，測(cè)量野生及引種條件下的成熟種子橫徑、縱徑及千粒質(zhì)量。

采用SPSS 11．5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，并采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 側(cè)金盞花種子形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化

側(cè)金盞花果實(shí)為聚合瘦果，每個(gè)瘦果內(nèi)含有1粒種子。瘦果發(fā)育初期為綠色，具光澤;成熟時(shí)為黃綠色，無(wú)光澤，表面有或無(wú)短柔毛。瘦果隨熟隨落，果熟期在5月末。測(cè)量結(jié)果顯示(表1)，側(cè)金盞花種子縱軸隨著發(fā)育時(shí)間的不斷增加而逐漸加長(zhǎng)，種子發(fā)育40 d左右縱軸長(zhǎng)度達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，平均長(zhǎng)度為4．06 mm。種子橫軸在開(kāi)花后50 d左右達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定，平均長(zhǎng)度為2．91 mm。在開(kāi)花后20 d左右時(shí)，種子橫、縱徑逐漸接近，相差最小，為0．23 mm，隨后縱徑增長(zhǎng)速度加快，橫徑增長(zhǎng)緩慢，種子形態(tài)逐漸變?yōu)殚L(zhǎng)橢圓形。觀察發(fā)現(xiàn)，開(kāi)花1周左右種子已顯示形狀，開(kāi)始為淺綠色，花后4周左右轉(zhuǎn)為深綠色，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，至花后7周左右，種子變?yōu)辄S綠色，并開(kāi)始大量脫落。種子形態(tài)變化結(jié)果表明:開(kāi)花后10～40 d是側(cè)金盞花種子形態(tài)建成的關(guān)鍵時(shí)期。

表1 側(cè)金盞花種子形態(tài)動(dòng)態(tài)變化

側(cè)金盞花種子的含水量在種子發(fā)育期間變化較為迅速。開(kāi)花后0～50 d含水量由92．00%降低至30．64%，日均下降速率為1．23%。尤其是開(kāi)花后30～40 d，含水量下降速度很快，日均下降速率達(dá)到2．29%。至花后50 d，含水量下降速率放緩至30%左右。含水量的下降伴隨著種子干物質(zhì)質(zhì)量的逐漸增加。開(kāi)花后0～40 d是干物質(zhì)快速積累階段，種子干質(zhì)量增加較快。至開(kāi)花后40 d，平均干質(zhì)量已達(dá)到5．99 mg·粒－1，開(kāi)花后40～50 d干質(zhì)量增加速度降低，開(kāi)花50 d后種子干質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

2．2 野生及引種條件下側(cè)金盞花成熟種子形態(tài)

觀測(cè)結(jié)果表明(表2)，野生條件下采收的側(cè)金盞花種子要比引種后采收的種子大。帽兒山老山人工林實(shí)驗(yàn)站野生條件下采收的種子長(zhǎng)4．74 mm，寬3．31 mm，而引種后采收的種子長(zhǎng)4．05 mm，寬2．91 mm。兩者的種子長(zhǎng)度和寬度均差異顯著(P＜0．05)。種子質(zhì)量與種子大小呈現(xiàn)類似的變化趨勢(shì)，即引種后采收的種子較野生條件下的種子質(zhì)量小。

表2 側(cè)金盞花種子的相關(guān)形態(tài)指標(biāo)

2．3 側(cè)金盞花種子的吸水特性

成熟種子的吸水過(guò)程包括快速吸水、滯緩吸水以及吸水的再次增加3個(gè)必經(jīng)階段，而最后一個(gè)階段通常在種子發(fā)芽以后胚軸伸長(zhǎng)時(shí)發(fā)生。側(cè)金盞花種子的吸水試驗(yàn)結(jié)果為:側(cè)金盞花在初始吸水的1 h內(nèi)吸水量最大，吸水速度最快，吸水率達(dá)29．45%。隨后吸水量隨吸水時(shí)間的增加呈小幅度地攀升，平均每小時(shí)吸水率提高7．22%。至吸水4 h，吸水率達(dá)51．11%。隨后吸水率上升速率顯著放緩，平均每小時(shí)吸水率提高1．03%。吸水12 h基本達(dá)到飽和，此時(shí)吸水率為59．36%。這說(shuō)明了側(cè)金盞花種子的種皮透水性較好，種皮幾乎不可能是側(cè)金盞花種子發(fā)芽率低的因素。同時(shí)，試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)側(cè)金盞花有再次吸水過(guò)程，說(shuō)明其成熟種子已經(jīng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

2．4 側(cè)金盞花種子可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及POD活性的動(dòng)態(tài)變化

側(cè)金盞花種子發(fā)育過(guò)程中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈“下降－上升－下降”的變化趨勢(shì)(表3)。開(kāi)花后10～20 d糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)消耗程度較高，降為最低(2．44 mg·g－1)，隨后可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較明顯的提高，至開(kāi)花后40 d可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最大值(8．60 mg·g－1)，此上升階段持續(xù)20 d左右，之后又明顯下降直至種子成熟，開(kāi)花后50 d可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5．73 mg·g－1。

可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種子發(fā)育期間呈“上升－下降”的變化趨勢(shì)(表3)。種子發(fā)育前20 d，蛋白質(zhì)合成速度比較緩慢，發(fā)育30 d時(shí)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高，為8．11 mg·g－1，隨后開(kāi)始緩慢代謝，直至種子成熟，發(fā)育50 d時(shí)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6．65 mg·g－1。

POD活性在種子發(fā)育期間呈“上升－下降”的規(guī)律性變化(表3)。開(kāi)花后0～10 d，種子POD活性基本不變，20 d左右POD活性達(dá)到最大，為11．33 U·g－1·min－1，隨后POD活性開(kāi)始逐步下降，至50 d時(shí)降為最低，為5．62 U·g－1·min－1。

表3 側(cè)金盞花種子發(fā)育過(guò)程中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及POD活性變化

相關(guān)分析結(jié)果表明(表4)，側(cè)金盞花種子發(fā)育過(guò)程中，種子縱徑與橫徑呈顯著正相關(guān);而種子長(zhǎng)度與種子含水量呈顯著負(fù)相關(guān)、與種子干質(zhì)量呈顯著正相關(guān);種子含水量與種子干質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)。其余各項(xiàng)目之間無(wú)顯著相關(guān)性。

表4 發(fā)育過(guò)程中種子大小，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，POD活性之間的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)論與討論

種子大小是植物的一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定和關(guān)鍵的生活史特征。它與種子傳播及其他特性，如種子散布、幼苗競(jìng)爭(zhēng)能力、休眠、萌發(fā)、生長(zhǎng)率、植物幼苗的大小、花的大小、植物壽命以及種子庫(kù)的持久性等均密切相關(guān)［12－14］。一般來(lái)說(shuō)，小種子的物種通常能產(chǎn)生更多的種子，而大種子的植物通常產(chǎn)生更結(jié)實(shí)的幼苗。側(cè)金盞花平均每個(gè)聚合果實(shí)的種子數(shù)量約為59個(gè)，單株種子粒數(shù)多，但種粒小且胚少，有分化，這是求數(shù)量的繁殖策略。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，種子的大小和植物后天的生長(zhǎng)有很重要的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生較大種子的植物在種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)階段具有較大優(yōu)勢(shì)，而產(chǎn)生較小種子的植物在逃避被動(dòng)物采食和形成持久的土壤種子庫(kù)方面具有較大優(yōu)勢(shì)［15］。連續(xù)多年的觀察發(fā)現(xiàn)，側(cè)金盞花的種子在自然狀態(tài)下散落后，常常2～3 a后才陸續(xù)萌發(fā)，土壤種子庫(kù)為側(cè)金盞花提供了一個(gè)良好的緩沖場(chǎng)所，使其能夠適應(yīng)特殊的環(huán)境及變化，這成為側(cè)金盞花植被更新的后備動(dòng)力。許多研究表明，持久種子庫(kù)更有利于植物在惡劣環(huán)境下生存。因?yàn)樵诟吆貐^(qū)，種子捕食者和真菌的多樣性均較低，而且低溫可以降低種子胚胎代謝率和種子貯藏的消耗，延長(zhǎng)種子壽命［16－17］。另一方面，持久的種子庫(kù)中的種子可以在土壤中保存更長(zhǎng)的時(shí)間，以便等候種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的最佳外界環(huán)境，提高幼苗建成的成功率［18］。

環(huán)境條件的變化是種子大小變異的一個(gè)主要選擇壓力，不但能直接改變種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)，同時(shí)還可能改變種子大小和幼苗生長(zhǎng)特性之間的一些關(guān)系［12，19－20］。研究發(fā)現(xiàn)，引種后的側(cè)金盞花種子與野生條件下的種子大小差異顯著。野生的側(cè)金盞花種子較為飽滿，儲(chǔ)存的干物質(zhì)更多，更適合在野外惡劣的環(huán)境中生長(zhǎng)。而引種后采收的側(cè)金盞花種子相對(duì)較小，儲(chǔ)存的干物質(zhì)相對(duì)少，于逆境環(huán)境中生長(zhǎng)能力較弱。

側(cè)金盞花種子具有隨熟隨落的特點(diǎn)。種子采收過(guò)早風(fēng)干后不飽滿，采收過(guò)晚種子脫落則造成采收損失。因此，掌握其成熟時(shí)間成為成功采收的關(guān)鍵。本研究結(jié)果表明，側(cè)金盞花種子干質(zhì)量增加的高峰期出現(xiàn)在花后30～40 d，開(kāi)花后50 d左右干質(zhì)量趨于穩(wěn)定;種子整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，種子含水量持續(xù)下降，下降速度最快的時(shí)期仍為花后30～40 d。開(kāi)花后50 d左右種子含水量為30%左右，之后含水量降低幅度降低。以上結(jié)果說(shuō)明，側(cè)金盞花種子在花后40～50 d達(dá)到生理成熟，此時(shí)種子質(zhì)地較為堅(jiān)硬，色澤黃綠，干質(zhì)量趨于穩(wěn)定，為適宜的采收期。

種子在發(fā)育期間的細(xì)胞增殖、胞質(zhì)流動(dòng)、物質(zhì)合成等活動(dòng)都需要大量的能量。在開(kāi)花20 d內(nèi)，側(cè)金盞花種子可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低很快，說(shuō)明種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)代謝過(guò)程中被大量利用，可能被用于淀粉的物質(zhì)生成。開(kāi)花20 d后可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)又出現(xiàn)大幅的攀升及逐步下降并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明在種子成熟過(guò)程中，各種糖類物質(zhì)在不斷的積累和轉(zhuǎn)化。糖類的積累與利用的調(diào)節(jié)，有利于種子在相對(duì)穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下正常發(fā)育。側(cè)金盞花種子成熟過(guò)程中蛋白質(zhì)的積累比較早，開(kāi)花后即開(kāi)始積累，開(kāi)花后30 d左右達(dá)到最高值。POD活性變化與蛋白質(zhì)變化趨勢(shì)一致，它在種子發(fā)育初期的升高可以保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，使其免受活性氧或其他過(guò)氧化物自由基的傷害，這種積累與種子成熟進(jìn)程是一致的［21－23］。

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