GA處理下咖啡黃葵種子萌發(fā)及與α-淀粉酶相關(guān)性研究

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(1.貴州師范大學(xué)， 貴陽 550025； 2.貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院， 貴陽 550025)

GA處理下咖啡黃葵種子萌發(fā)及與α-淀粉酶相關(guān)性研究

李燕1，汝姣1，姬越1，姚紅艷2，羅充1

(1.貴州師范大學(xué)， 貴陽 550025； 2.貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院， 貴陽 550025)

[目的]研究不同濃度赤霉素處理對咖啡黃葵種子萌發(fā)的影響，以及種子萌發(fā)與α-淀粉酶的相關(guān)性。[方法]以蒸餾水為對照，選用不同濃度GA(1、5、10、50、100 mg/L)處理咖啡黃葵種子，發(fā)芽7 d，每2 d測定發(fā)芽率、胚根-胚軸總長、α-淀粉酶活性。[結(jié)果]隨GA處理濃度增加，咖啡黃葵種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽率均呈先增后減的趨勢；GA處理下，胚根-胚軸的伸長生長在萌發(fā)中期最快；α-淀粉酶活性隨GA處理時間增加先升高后降低，發(fā)芽初期，α-淀粉酶活性極顯著高于對照；赤霉素顯著縮短其發(fā)芽時間，至少縮短2 d；綜合考慮，5 mg/L GA處理對種子萌發(fā)效果最佳。[結(jié)論]不同GA濃度及處理時間對咖啡黃葵種子萌發(fā)有顯著影響，低濃度的GA可以對咖啡黃葵種子萌發(fā)起促進(jìn)作用，高濃度GA處理表現(xiàn)為抑制作用，且持續(xù)高濃度處理，抑制作用逐漸增強；促進(jìn)胚根-胚軸伸長生長，發(fā)芽中期促進(jìn)作用尤為明顯；還顯著提高發(fā)芽初期α-淀粉酶活性，從而影響咖啡黃葵種子萌發(fā)。

赤霉素； 咖啡黃葵；α-淀粉酶； 發(fā)芽率

咖啡黃葵(AbelmoschusesculentusL.)，別名黃秋葵、越南芝麻(湖南)、洋辣椒(福建)、羊角豆(廣東)、秋葵等，系錦葵科(Malvaceae)秋葵屬(Abelmoschus)一年生草本植物[1]。咖啡黃葵是一種新型保健蔬菜，主要以嫩果為食，果實營養(yǎng)豐富，其嫩果干物質(zhì)中約含總糖19.92%、蛋白22.98%、黃酮2.56%和脂肪9.4%[2]，早已被歐美等國列入21世紀(jì)最佳綠色食品名錄，同時許多國家將其定為運動員首選蔬菜[3]。近年來，對咖啡黃葵的報道較多，但大多都集中于化學(xué)成分[2,4-5]、藥用價值[6-7]、生物學(xué)特性和栽培技術(shù)[8-9]及組織培養(yǎng)[10]等方面；僅有少量研究咖啡黃葵種子萌發(fā)特性[11]的報道。

赤霉素(GA)在種子萌發(fā)過程中起著“原初作用”，外源赤霉素預(yù)處理種子可打破種子休眠、促進(jìn)種子發(fā)芽。赤霉素運用于牧草、水果、谷物種子的研究較多，運用于咖啡黃葵種子萌發(fā)的研究鮮有報道，而外源赤霉素處理對咖啡黃葵種子萌發(fā)過程中酶動態(tài)變化的研究極少?？Х赛S葵種殼硬且厚，直接播種出苗往往不整齊，不便管理，影響產(chǎn)量。因此，本試驗擬研究GA處理對咖啡黃葵種子萌發(fā)的影響及對其生理生化指標(biāo)——α-淀粉酶的影響，探討GA影響咖啡黃葵種子萌發(fā)的機制，以便為咖啡黃葵播種育苗、高產(chǎn)量種植及推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料為購自河北慶豐種業(yè)的咖啡黃葵種子(綠色品種，“楊貴妃”A.esculentusL.cv“yangguifei”)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

隨機選取咖啡黃葵種子，35 ℃恒溫水浴條件下蒸餾水預(yù)浸種2 h后，用GA溶液處理。GA溶液濃度設(shè)6個水平，分別為：0(蒸餾水，ck)、1、5、10、50、100 mg/L，每個濃度水平隨機取100粒預(yù)處理過的種子，每個處理重復(fù)3次。在培養(yǎng)皿里放3至4層定量濾紙作為發(fā)芽床。光照培養(yǎng)箱中25 ℃進(jìn)行萌發(fā)試驗，7 d發(fā)芽結(jié)束。

1.2.2 測定指標(biāo)與方法

從放入光照培養(yǎng)箱的第1天開始，每2 d觀察并記錄當(dāng)天發(fā)芽咖啡黃葵種子數(shù)(種子萌發(fā)以胚根伸出種皮3 mm為發(fā)芽標(biāo)志)，測量胚根-胚軸總長度，每2 d取樣，測定α-淀粉酶活性，至第7天發(fā)芽結(jié)束。采用ISTA法測定并計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)[12-13]。

表1 不同GA濃度及時間處理咖啡黃葵種子累計發(fā)芽率

GA濃度(mg/L)累計發(fā)芽率(%)第1天第3天第5天第7天0(ck)24．00±2．00Cc61．00±1．00Ee79．67±0．58Bc83．33±0．58Cc132．00±1．00Aa77．33±0．58Aa85．67±0．58Ab85．67±0．58Bb529．00±1．00Bb70．67±0．58Bb88．33±0．58Aa88．67±0．58Aa1020．67±0．58Dd67．33±0．58Cc81．00±2．64Bc81．67±0．58Cd5019．67±0．58Dde63．67±0．58Dd75．67±1．15Cd75．67±1．15De10018．33±0．58De59．00±1．00Ff73．67±0．58Cd74．33±0．57Df

注：表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同一列不同大寫字母表示在0.01水平上差異顯著；同一列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

表2 不同濃度GA處理對咖啡黃葵種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽率的影響

GA濃度(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)發(fā)芽率(%)0(ck)61．00±1．00Ee40．59±1．18Cc83．33±0．58Cc177．33±0．58Aa48．78±0．75Aa85．67±0．58Bb570．67±0．58Bb46．67±0．64Bb88．67±0．58Aa1067．33±0．58Cc39．24±0．10Cd81．67±0．58Cd5063．67±0．58Dd36．73±0．53De75．67±1．15De10059．00±1．00Ff34．92±0．61Ef74．33±0．57Df

種子發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/供試發(fā)芽種子總數(shù)×100%；

種子發(fā)芽勢(%)=3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

種子發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt代表開始發(fā)芽后第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

α-淀粉酶活性采用3，5-二硝基水楊酸法[14]，單位酶活力(U)定義：單位時間單位鮮重樣品分解淀粉得到1 mg麥芽糖的酶量為1個酶活力單位值(U)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPASS 19.0和Excel 2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同GA濃度及時間處理對咖啡黃葵種子累計發(fā)芽率的影響

表1中，當(dāng)GA濃度為1～5 mg/L時，累計發(fā)芽率在整個時期都極顯著高于對照；在發(fā)芽初期，GA濃度大于10 mg/L時發(fā)芽率極顯著低于對照；而第3天中高濃度(10～50 mg/L)的發(fā)芽率極顯著高于對照，后期發(fā)芽率又表現(xiàn)為逐漸低于對照。隨處理時間的延長，GA處理組的萌發(fā)率均在第5天接近峰值甚至已達(dá)最高發(fā)芽率，而對照在第7天趨于峰值。研究結(jié)果表明，累計發(fā)芽率隨著GA處理濃度升高表現(xiàn)為先增加后降低，低濃度促進(jìn)其萌發(fā)，高濃度表現(xiàn)為抑制作用，且持續(xù)高濃度處理，抑制作用逐漸增強；赤霉素處理還可明顯縮短其發(fā)芽時間。說明咖啡黃葵的萌發(fā)受GA濃度與處理時間共同作用。

2.2 不同GA濃度處理對咖啡黃葵種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽率的影響

表2中，在低和中高GA濃度(1～50 mg/L)處理下，咖啡黃葵發(fā)芽勢極顯著高于對照；發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率在低濃度(1～5 mg/L)GA處理下均極顯著高于對照，在GA濃度大于50 mg/L時又都極顯著低于對照，而在濃度為10 mg/L時發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率與對照差異顯著。研究結(jié)果表明，隨GA濃度增加，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽率均先增大后減??；濃度梯度對其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率的影響極顯著，低濃度極顯著提高其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及總發(fā)芽率，濃度在1～5 mg/L時，其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢處于高水平，其種子活力、萌發(fā)速度和發(fā)芽整齊度較好，而GA濃度過高會降低其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及總發(fā)芽率，高濃度對發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率的抑制作用更明顯。

2.3 咖啡黃葵種子在不同濃度GA處理下胚根-胚軸總長的動態(tài)變化

在咖啡黃葵萌發(fā)過程中，胚根-胚軸生長動態(tài)的變化見表3。由表3可知發(fā)芽初期，GA對胚根-胚軸生長影響不顯著；第3天后隨著GA濃度升高胚根-胚軸總長均顯著高于對照，且第5天和第7天均達(dá)到極顯著水平。GA濃度為5～10 mg/L時，第7天胚根-胚軸總長均超過7.00 cm，顯著高于其他濃度處理。對照組胚根-胚軸增長幅度比GA處理組增長幅度平緩，各組的胚根-胚軸增長幅度都在第3～5天達(dá)到最大值，但是各GA處理組在第3～5天和第5～7天的增長幅度都極顯著高于對照。研究結(jié)果表明，GA可以顯著促進(jìn)咖啡黃葵胚根-胚軸的伸長生長，發(fā)芽中期促進(jìn)其生長作用最明顯；促進(jìn)效果最顯著的濃度范圍為5～10 mg/L。

2.4 咖啡黃葵種子對α-淀粉酶活性的影響

由表4可看出，各GA處理組與對照相比，α-淀粉酶活性在第1天和第3天均極顯著高于對照(plt;0.01)，且α-淀粉酶活性均在第3天達(dá)到高峰值，而對照組的α-淀粉酶活性在第5天達(dá)到高峰值。咖啡黃葵種子α-淀粉酶活性增幅與累計發(fā)芽率的增幅趨勢一致，α-淀粉酶活性達(dá)到峰值的時間均比累計發(fā)芽率達(dá)到最大值的時間早2 d，說明咖啡黃葵種子萌發(fā)過程中，α-淀粉酶活性與發(fā)芽率密切相關(guān)。α-淀粉酶活性與胚根-胚軸長呈極顯著相關(guān)(plt;0.01)。研究結(jié)果表明，咖啡黃葵萌發(fā)過程中，α-淀粉酶活性隨著萌發(fā)天數(shù)增加呈先驟增后減小趨勢；GA處理可顯著提高其發(fā)芽初期α-淀粉酶活性。

表3 咖啡黃葵種子在不同濃度GA處理下胚根-胚軸總長的動態(tài)變化

GA濃度(mg/L)胚根?胚軸總長(cm)第1天第3天第5天第7天0(ck)0．37±0．06Ab1．70±0．05Cbc4．10±0．10Dd5．15±0．05De10．50±0．10Aa2．05±0．02Aa5．23±0．06Aa6．57±0．15Bc50．43±0．06Aab2．07±0．06Aa5．33±0．06Aa7．13±0．12Aa100．47±0．06Aab1．77±0．06Bb4．77±0．08Bb7．00±0．05Aab500．43±0．06Aab1．77±0．06Bb4．63±0．15BCbc6．93±0．12Ab1000．43±0．06Aab1．60±0．10Cc4．47±0．12Cc6．10±0．10Cd

表4 不同GA濃度處理下咖啡黃葵種子α-淀粉酶活性的變化

GA濃度(mg/L)α?淀粉酶活性[U/(g·min)]第1天第3天第5天第7天0(ck)3．55±0．34Cd6．51±0．40Dd14．93±0．13Aa4．83±0．07Aa18．35±0．31Aa15．96±0．32Bb7．45±0．16Cc3．71±0．10Bb58．24±0．21Aa16．87±0．07Aa8．24±0．23Bb3．17±0．11Cc107．35±0．19Bb16．12±0．29Bb6．61±0．06Dd3．25±0．14Cc506．82±0．24Bc15．09±0．09Cc6．30±0．16Dd3．20±0．09Cc1006．73±0．19Bc14．79±0．10Cc5．44±0．48Ee4．96±0．05Aa

3結(jié)論與討論

赤霉素是一種重要植物激素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)育苗時常作為外源物質(zhì)處理以破除休種子休眠，提高種子發(fā)芽整齊度及發(fā)芽率等，特別是應(yīng)用于休眠周期長、出芽不整齊類的種子。關(guān)于赤霉素對種子發(fā)芽影響的研究也頗多，大多研究結(jié)果表明，赤霉素可以提高植物種子發(fā)芽整齊度及發(fā)芽活力等[15-16]。

本研究結(jié)果表明，咖啡黃葵種子萌發(fā)除了受GA濃度的影響，還受GA作用時間長短的影響，低濃度的GA對發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(GP)和發(fā)芽指數(shù)(GI)表現(xiàn)為顯著促進(jìn)作用，而高濃度GA處理表現(xiàn)為抑制作用，且持續(xù)高濃度處理，抑制作用增強；GA處理可明顯縮短其發(fā)芽時間，至少縮短2 d。研究結(jié)果同孟春芬等[15]和黃開順等[17]的一致，GA有縮短發(fā)芽時間的效果。本研究中，GA處理濃度為1～5 mg/L時其種子活力與發(fā)芽整齊度較好；而濃度為5～10 mg/L時促進(jìn)胚根-胚軸生長效果較好，表明5 mg/L GA處理對咖啡黃葵種子萌發(fā)的綜合影響效果最佳，這與孟春芬等[15]的研究結(jié)果不一致，可能是因為GA處理方法及種子來源不同。

已有研究表明，GA可提高種子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性，但未表明其作用時期[16]。本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，GA處理咖啡黃葵種子可在其萌發(fā)初期顯著提高α-淀粉酶活性，促進(jìn)其胚根-胚軸的生長和發(fā)育，且發(fā)芽中期促進(jìn)作用尤為明顯。GA可能是在咖啡黃葵發(fā)芽初期在轉(zhuǎn)錄水平觸發(fā)α-淀粉酶基因表達(dá)，并在轉(zhuǎn)錄后水平提高α-淀粉酶活性，從而觸發(fā)并促進(jìn)淀粉水解途徑(淀粉→糊精→麥芽糖→葡萄糖)，淀粉大量分解為葡萄糖從儲藏器官子葉運往胚處，以此在中后期促進(jìn)種子發(fā)芽及促進(jìn)胚根-胚軸的生長和發(fā)育。本研究結(jié)果對咖啡黃葵播種育苗有一定參考意義，但赤霉素處理對咖啡黃葵種子萌發(fā)過程中生理生化指標(biāo)及其他酶的影響還待進(jìn)一步研究。

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Study on the Germination ofA.esculentusSeeds and theRelationship Between Germination andα-amylase

LIYan1，RUJiao1，JIYue1，YAOHongyan2，LUOChong1

2016-10-25

功能性保健植物明日葉的種苗繁育及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)集成與示范(編號：黔科合NZ字[2012]3024號)。

李 燕(1990—)，女，碩士研究生，主要從事植物生理生態(tài)方面的研究；E-mail：yudianersc@163.com。

羅 充(1970—)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail：gzluochong@sina.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.03.080

S 649

A

1001-4705(2017)03-0080-04