光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)及抗氧化代謝的影響

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(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)野生特有蔬菜種質(zhì)資源與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010019； 2.內(nèi)蒙古赤峰和潤農(nóng)業(yè)高新科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)及抗氧化代謝的影響

郭霏1，鄂圓圓1，楊忠仁1，郝麗珍1，張鳳蘭1，朱文峰2，夏峰2

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)野生特有蔬菜種質(zhì)資源與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010019； 2.內(nèi)蒙古赤峰和潤農(nóng)業(yè)高新科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

研究了光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)及抗氧化代謝的影響，結(jié)果表明，12 h光照和24 h光照下的沙蔥種子發(fā)芽率僅為對(duì)照的20.8%和8.8%，表明沙蔥存在光休眠現(xiàn)象，為需暗種子；在12 h和24 h光照處理下，催芽前期SOD、POD活性及Vc含量水平較高，MDA和CAT含量低于0 h；而在種子萌發(fā)后期，SOD、POD活性降低，MDA和CAT含量升高，說明在光脅迫下，沙蔥種子萌發(fā)后期的膜脂過氧化作用增強(qiáng)。

光照； 沙蔥種子； 萌發(fā)； 抗氧化代謝

種子的萌發(fā)需要適宜的溫度、水分和氧氣，三者缺一不可[1]。然而有些植物種子的萌發(fā)需要光的照射，有些則不需要，這由植物的遺傳性和環(huán)境共同決定[2]。光對(duì)種子萌發(fā)的影響主要是作為一種信號(hào)刺激打破種子的休眠，不是作為一種能量物質(zhì)直接參與種子的萌發(fā)[3]。趙素婷等[4]研究表明，不同植物種子的萌發(fā)對(duì)光照有不同需求。而光流量(即光強(qiáng)×光照時(shí)間)與種子萌發(fā)也存在密切關(guān)系。有些種子的感光性較弱，萌發(fā)時(shí)需要較強(qiáng)光照條件。例如，甘草種子全光照和光照10 h/d處理之間發(fā)芽率無顯著差異，但均顯著高于全黑暗處理，光照10 h/d條件下最高(21.3±3.15)%[5]。

沙蔥(AlliummongolicumRegel.)又名蒙古韭、野蔥、山蔥、胡穆利(蒙語)，為百合科蔥屬的多年生旱生植物[6]。廣泛分布于我國西北及內(nèi)蒙古荒漠草原、沙地，具有耐風(fēng)蝕、耐干旱、耐貧瘠和耐低溫，適應(yīng)性強(qiáng)、易于栽培等特性，適宜于荒漠綠洲邊緣的沙壤土培[7]，對(duì)防止風(fēng)蝕、維持改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要的作用[8]。沙蔥作為旱生植物，水分是其萌發(fā)的主要限制因素，光照條件對(duì)沙蔥種子萌發(fā)是否有作用，如果有作用又是什么呢？本試驗(yàn)通過研究沙蔥種子在不同光照條件下的萌發(fā)特性、抗氧化系統(tǒng)的變化，探討光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)及抗氧化代謝的內(nèi)容，對(duì)明確沙蔥種子的光休眠特性及生理生化起到重要作用，為沙蔥種子光休眠機(jī)理的研究奠定理論基礎(chǔ)的同時(shí)，也可以為相關(guān)理論的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

采自毛烏素沙地周邊的沙蔥種子。

1.2 方 法

萌發(fā)試驗(yàn)在恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，萌發(fā)溫度為(19±1)℃，光照強(qiáng)度為8 000 cd/m2。12 h光照，24 h光照2個(gè)處理，0 h光照為對(duì)照， 采用培養(yǎng)皿(直徑9 cm)發(fā)芽法，每個(gè)培養(yǎng)皿放35粒種子，4次重復(fù)。以胚根突破種皮為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，每隔24 h統(tǒng)計(jì)萌發(fā)的種子數(shù)，第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第10天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并計(jì)算發(fā)芽指數(shù)[9]。

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt) (Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽日數(shù)) 。

測(cè)萌發(fā)2，4，6，8，10 d 沙蔥種子的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性及丙二醛、維生素C(Vc)含量。其中SOD的活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[10]；POD的活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[10]；CAT活性的測(cè)定采用紫外分光光度法[11]；MDA含量采用硫代巴比妥酸法比色測(cè)定[12]；Vc含量用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan檢驗(yàn)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用新復(fù)極差法比較平均數(shù)之間的差異顯著性，并采用Excel 2015軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)的影響

由表1可知，沙蔥種子的發(fā)芽指數(shù)為24 h光照<12 h光照<0 h光照，12 h和24 h光照條件下沙蔥種子發(fā)芽率僅為對(duì)照的20.8%和8.8%。說明沙蔥種子在光照條件下萌發(fā)受到明顯的抑制作用，存在光休眠現(xiàn)象，其為需暗性種子。

表1 光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)的影響

光照時(shí)間(h)發(fā)芽指標(biāo)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(shì)(%)發(fā)芽指數(shù)始發(fā)天數(shù)(d)075A56．7A6．6A21215．6B7．8B1．3B4246．6C2．2C0．6C4

注：表中大寫字母表示差異達(dá)0.01顯著水平。

2.2 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子抗氧化代謝的影響

2.2.1 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子SOD活性的影響

如圖1所示，沙蔥種子在萌發(fā)的2～4 d，其SOD活性均保持穩(wěn)定狀態(tài)，且24 h 光照的酶活性高于12 h光照和0 h光照，在萌發(fā)4 d后SOD活性均呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，并且24 h光照的酶活性下降趨勢(shì)較為顯著，要低于0 h光照和12 h光照。

圖1 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子SOD活性的影響

2.2.2 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子POD活性的影響

如圖2所示，24 h光照下催芽2～4 d，沙蔥種子POD活性顯著高于0 h光照和12 h光照條件。0 h光照和12 h光照沙蔥種子在催芽4～8 d的條件下，POD活性呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，催芽8 d達(dá)到峰值后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；而24 h光照條件下的POD活性變化趨勢(shì)相反，催芽2～4 d 呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并達(dá)到峰值后呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，萌發(fā)8 d后其酶活低于0 h光照和12 h光照。

2.2.3 光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)過程中CAT活性的影響

如圖3所示，萌發(fā)2～4 d各處理CAT活性相差不大，且呈上升趨勢(shì),萌發(fā)4 d后光照處理與對(duì)照變化趨勢(shì)相反；0 h光照在發(fā)芽第6天時(shí)，CAT活性呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)，在6 d后呈下降趨勢(shì)；12 h光照和24 h光照條件下CAT活性在萌發(fā)6～10 d時(shí)，呈先下降后升高的變化趨勢(shì)。并在萌發(fā)第10天其酶活性大于0 h光照。

圖2 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子POD活性的影響

圖3 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子CAT活性的影響

2.2.4 光照對(duì)沙蔥種子萌發(fā)過程中Vc含量的影響

如圖4所示，催芽2～6 d，光照條件下的沙蔥種子Vc含量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，催芽6 d各光照處理的種子Vc含量基本相同；催芽6～10 d Vc含量均有所上升，且其Vc含量24 h光照>12 h光照>對(duì)照。

圖4 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子Vc含量的影響

2.2.5 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子MDA含量的影響

如圖5所示，萌發(fā)2～10 d對(duì)照的沙蔥種子MDA含量明顯高于12 h光照和24 h光照。0 h光照、12 h光照和24 h光照處理的種子在萌發(fā)第2天 MDA含量無明顯變化；MDA含量在萌發(fā)4～8 d均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì)，而24 h光照處理種子MDA含量在催芽8 d后快速升高，且在催芽第10天光照處理的沙蔥種子MDA含量基本相同。

圖5 光照對(duì)萌發(fā)過程中沙蔥種子MDA含量的影響

3 討 論

3.1 沙蔥種子光休眠特性的探討

種子的休眠是植物體為適應(yīng)環(huán)境經(jīng)長期演化而成的一種生物學(xué)特性，種子的休眠與萌發(fā)是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的調(diào)控過程，受生物因素與非生物因素二者共同所決定的。當(dāng)光照條件對(duì)種子的萌發(fā)不利時(shí)，有些種子為適應(yīng)環(huán)境會(huì)暫時(shí)處于休眠狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為光休眠[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在12 h光照和24 h光照處理下的沙蔥種子，發(fā)芽率分別為0 h光照的8.8%和20.8%，說明沙蔥種子在光照條件下萌發(fā)受到明顯的抑制作用，存在光休眠現(xiàn)象，為需暗性種子。有學(xué)者將種子的光休眠描述為種子需要光照打破初生休眠，認(rèn)為如果光照條件缺乏是阻礙種子萌發(fā)的唯一環(huán)境因子，一些因光的存在而助長或誘導(dǎo)休眠的種子稱為忌光性或需暗性種子[15]，可見沙蔥種子為需暗性種子。已有研究表明，種子的光休眠對(duì)于其自身的繁衍是有利的，一旦環(huán)境適宜，這些休眠的種子還有潛力萌發(fā)為幼苗，減少了爆發(fā)性萌發(fā)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，有利于物種的延續(xù)[16]。沙蔥是生長在蒙古高原上典型的旱生物種，和其他生長在荒漠上的植物體一樣，它們的種子利用感光性來識(shí)別早期的生長環(huán)境狀況。水分是限制沙蔥這一旱生植物的主要條件，當(dāng)短暫的降雨后環(huán)境中的溫度、水分和氣體條件都適宜其萌發(fā)，當(dāng)裸露于地表或埋藏較淺的仍能接受光照的沙蔥種子如果萌發(fā)，在萌發(fā)的后期可能由于水分的不充足面臨滅亡的危險(xiǎn)，而沙蔥種子由于受光調(diào)節(jié)則選擇仍然保持休眠狀態(tài)，從而減少了爆發(fā)性萌發(fā)帶來的生存風(fēng)險(xiǎn)，有利于沙蔥的繁衍；而埋藏較深的沙蔥種子不能感受到光的調(diào)節(jié)，如果水分條件一旦適宜則能保證其萌發(fā)成苗，在這種有利的條件則選擇萌發(fā)。沙蔥種子的光休眠特性使其更好地適應(yīng)荒漠草原的特殊環(huán)境，有利于其物種的繁衍。

3.2 光脅迫與沙蔥種子萌發(fā)的關(guān)系

在光脅迫環(huán)境中，植物體內(nèi)的一些生化過程中酶的活性便會(huì)提高，從而使植物的抗性增強(qiáng)，清除掉植物體內(nèi)的有害物質(zhì)，抗氧化系統(tǒng)就是其中的一種，當(dāng)植物處于高光和弱光條件時(shí)，作為植物抗氧化系統(tǒng)中的保護(hù)酶SOD、POD、CAT的活性均發(fā)生明顯的改變，以減輕光脅迫對(duì)植物體造成的損傷。Vc含量增強(qiáng)有利于清除自由基毒害[17]，MDA是膜質(zhì)過氧化作用的最終分解產(chǎn)物，它的積累可能對(duì)膜和細(xì)胞造成一定的傷害[18]。MDA的存在會(huì)毒害細(xì)胞膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)和DNA，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜的降解和細(xì)胞功能的喪失[19]。有研究表明，沙蔥種子在光照脅迫下SOD、POD活性提高，可清除氧自由基，使MDA膜質(zhì)過氧化作用減輕。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在12 h光照和24 h光照條件下MDA含量低于0 h光照，但種子在萌發(fā)后期有顯著的快速上升的變化趨勢(shì)，可能是由于沙蔥種子催芽前期SOD、POD活性及Vc含量水平較高，消除H2O2的能力上升，防止O2-等各種自由基毒害，并減輕MDA膜質(zhì)過氧化作用。而在種子萌發(fā)后期，隨著SOD和 POD的降低，MDA含量迅速升高，MDA膜脂過氧化作用增強(qiáng)。

4 結(jié) 論

12 h和24 h光照下，沙蔥種子發(fā)芽率僅為對(duì)照的20.8%和8.8%，說明沙蔥種子存在光休眠現(xiàn)象，為需暗種子。

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我刊常用計(jì)量單位

凡涉及計(jì)量的地方請(qǐng)使用法定計(jì)量單位。重量單位：公斤用kg，克用g，噸用t；長度單位：米用m，厘米用cm，毫米用mm，微米用μm；面積單位：公頃用hm2、平方米用m2，不能使用畝制；濃度單位：采用百分比濃度或mol/L；時(shí)間單位：小時(shí)用h，分鐘用min，秒用s等。未使用法定計(jì)量單位的稿件原則上不擬采用。

Effect of Light on Germination and Antioxidant Metabolism ofAlliummongolicumSeed

GUOFei1,EYuanyuan1,YANGZhongren1,HAOLizhen1,ZHANGFenglan1,ZHUWenfeng2,XIAFeng2

(1.College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University/ Inner Mongolia Key Laboratory of Wild Peculiar Vegetable Germplasm Resource and Germolasm Enhancement,Hohhot Inner Mongolia 010019，China; 2.Chifeng He Run Agricultural High and New Technology Industry Development Co., Ltd.,Chifeng Inner Mongolia 024070，China)

Study on the effect of light on Germination and antioxidant metabolism ofAlliummongolicumseed.The results showed that 12 h and 24 h light seed germination rate ofAlliummongolicumwere 20.8% and 8.8%,showed that theAlliummongolicumseed for dark seed,and exist light dormancy phenomenon;in the 12 h and 24 h light treatment,germination of early SOD and POD activity and Vc content in high level,MDA and CAT was lower than that of control,and in late SOD,seed germination decreased,the activity of POD,MDA and CAT content increase,this illustrates that in light stress,membrane lipid peroxidation ofAlliummongolicumseed germination stage enhanced.

light;AlliummongolicumRegel seeds; germination; antioxidant metabolism

2017-02-25

國家自然科學(xué)基金(31260474)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015 MS 0362)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203004)；內(nèi)蒙古主席基金項(xiàng)目；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新(培育)團(tuán)隊(duì)(NDPYTD 2013-3)。

郭 霏(1992—)，女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人；碩士，研究方向：沙生蔬菜種質(zhì)資源及種質(zhì)創(chuàng)新；E-mail：905391786@qq.com。

楊忠仁(1980—)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人；副教授，研究方向：沙生蔬菜種質(zhì)資源及種質(zhì)創(chuàng)新；E-mail：yangzhongren_200@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.08.028

S 633.9

A

1001-4705(2017)08-0028-04