東北延胡索種子萌發(fā)過程中生理生化變化

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(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，　吉林 長春 130112)

東北延胡索(CorydalisambiguaCham.et Schlecht.)為罌粟科紫堇屬植物，是一味古老的止痛良藥，主產(chǎn)東北地區(qū)，作為延胡索入藥?！吨袊幍?010》記載，東北延胡索具有鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、催眠等作用，對于胃潰瘍、冠心病、心律失常等多種疾病具有良好的臨床效果[1]。東北延胡索臨床應(yīng)用廣泛，在2015年版《中國藥典》中，30%復(fù)方制劑中使用了延胡索。

種子是整個植物生命周期的重要階段，種質(zhì)對種群的擴展、個體的繁殖以及破壞后的恢復(fù)和抗御不良生存條件都有著重要意義[2]。溫度是影響種子萌發(fā)的重要環(huán)境因素之一，而溫度對種子的這種調(diào)控作用依賴于種子的遺傳特性和種子成熟期間的環(huán)境因子[3]。種子在萌發(fā)過程中進(jìn)行著復(fù)雜的生物合成及保護酶反應(yīng)，溫度過低和過高會直接影響細(xì)胞膜的透性、蛋白、可溶性糖含量及酶活的變性[4]。本實驗通過對東北延胡索種子發(fā)芽特性進(jìn)行研究，探討種子的萌發(fā)機理，以期為東北延胡索的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1　材料與方法

1.1　實驗材料

東北延胡索(CorydalisambiguaCham.et Schlecht.)種子由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所左家資源圃提供，種子經(jīng)過低溫沙藏處理后，種胚發(fā)育成熟。選取成熟飽滿的種子用清水清洗干凈，0.5%高錳酸鉀溶液消毒20 min，蒸餾水沖洗干凈，室溫條件下用2 500 mg/L濃度的赤霉素浸種24 h。

1.2　實驗方法

種子置于鋪有 3 層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中均勻擺放50 粒種子，恒溫光照培養(yǎng)箱的溫度設(shè)置為10 ℃和15 ℃[5]，培養(yǎng)箱光照為2 000 lx。培養(yǎng)期間，每天觀察并分別在種子萌發(fā)第0，2，4，6，8，10，12，14，16，21，24天取樣，保持濾紙的濕潤，對所得實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

種子發(fā)芽相關(guān)數(shù)據(jù)的測定從種子培養(yǎng)第2天起觀察，種子胚根露出種皮為萌發(fā)。將不同處理中最早萌發(fā)的種子作為該處理的開始萌發(fā)日期，每天10：00時記錄種子的萌發(fā)數(shù)，連續(xù) 3 d萌發(fā)粒數(shù)不足供試種子總數(shù)的1%，記為發(fā)芽結(jié)束[6]。

生理生化指標(biāo)測定方法：在種子萌發(fā)的不同時期對不同發(fā)芽日數(shù)的供試材料進(jìn)行以下各指標(biāo)的測定，重復(fù) 3 次，隨機抽取。南京建成試劑盒進(jìn)行測定。

2　結(jié)果與討論

2.1　東北延胡索種子萌發(fā)過程中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

東北延胡索種子萌發(fā)過程中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化如圖1所示。從整個萌發(fā)進(jìn)程來看，東北延胡索種子中的蛋白質(zhì)含量呈先減少后增加的變化趨勢。整個萌發(fā)階段可溶性蛋白質(zhì)總含量降解幅度達(dá)到36.34%(10 ℃)～28.94%(15 ℃)。不同萌發(fā)條件可溶性蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為15 ℃高于10 ℃。在種子萌發(fā)初期，可溶性蛋白質(zhì)含量持續(xù)下降,第6天時可溶性蛋白質(zhì)含量最低，第10天含量最高。種子萌發(fā)初期，消耗大量的營養(yǎng)物質(zhì)，此時可溶性蛋白質(zhì)降解成小分子的化合物，運送到種子的利用部位，并降解成氨基酸再重新合成新的蛋白質(zhì)，種子開始由異養(yǎng)變?yōu)樽责B(yǎng)[7]，這是萌發(fā)的第8～10天可溶性蛋白質(zhì)含量上升的原因。之后幼苗開始制造有機養(yǎng)料，從胚乳中獲取的營養(yǎng)減少。總之，種子萌發(fā)時可溶性蛋白質(zhì)含量的變化，一定程度上說明了東北延胡索種子萌發(fā)受到溫度的影響。

圖1　種子萌發(fā)過程中的可溶性蛋白質(zhì)含量變化

2.2　東北延胡索種子萌發(fā)過程中可溶性糖含量的變化

從圖2可以看出，不同溫度條件下種子萌發(fā)過程中可溶性糖含量呈下降趨勢，0～14 d可溶性糖含量表現(xiàn)為15 ℃>10 ℃，原因是淀粉降解酶活性會隨著溫度的升高而變得活躍，高溫會使大量的淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖，保證了在高溫條件下有足夠的能量提供給種子；另一方面，溫度高會使種子的各項代謝活動旺盛，部分中間產(chǎn)物會轉(zhuǎn)化成可溶性糖[8]。當(dāng)種子萌發(fā)第14天時，可溶性糖含量表現(xiàn)為10 ℃高于15 ℃，這是高溫帶來的呼吸作用增強所導(dǎo)致的。

圖2　種子萌發(fā)過程中的可溶性糖含量動態(tài)變化

2.3　東北延胡索種子萌發(fā)過程中SOD含量的變化

東北延胡索種子不同萌發(fā)階段SOD含量變化見圖3。結(jié)果表明，種子不同發(fā)芽期SOD含量的變化表現(xiàn)為折線型。在正常情況下，種子體內(nèi)SOD 活性保持在一定的水平，以清除體內(nèi)不斷產(chǎn)生的超氧自由基，使植物體內(nèi)超氧自由基含量達(dá)到平衡狀態(tài)[9]。在種子萌發(fā)0～4 d過程中，15 ℃處理SOD活性高于10 ℃培養(yǎng)條件下的SOD活性，之后表現(xiàn)為10 ℃>15 ℃。說明低溫會對SOD的活性有誘導(dǎo)作用。SOD作為植物體中一種重要的抗氧化物酶，是種子對環(huán)境脅迫的生理生化反應(yīng)。

圖3　種子萌發(fā)過程中的 SOD 活性動態(tài)變化

2.4　東北延胡索種子萌發(fā)過程中POD含量的變化

不同溫度處理POD活性的差異較大，并隨著萌發(fā)時間的延長，POD活性均表現(xiàn)為呈先上升后下降的趨勢。從圖4可以看出，10 ℃條件下POD活性高于15 ℃條件下。POD 是植物細(xì)胞的保護性酶，植物體內(nèi)POD 的變化能夠準(zhǔn)確的反映出種子在萌發(fā)期間植物體內(nèi)受到溫度脅迫后POD防御作用的強弱[9]。

圖4　種子萌發(fā)過程中的 POD 活性動態(tài)變化

3　討　論

可溶性蛋白質(zhì)在種子萌發(fā)、發(fā)育，直到幼苗形成的過程中起到極其重要的作用，它為種子的發(fā)育及生長提供養(yǎng)料與能量，調(diào)控著種子的代謝過程和生理生化[8]。東北延胡索種子開始萌發(fā)后，可溶性蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下開始降解，提供能量物質(zhì)滿足生長所需[10]。在種子胚根突破種皮后，胚所需的營養(yǎng)物質(zhì)增多，可溶性蛋白質(zhì)含量降低。到萌發(fā)后期，分解的氨基酸重新合成蛋白質(zhì)，新組織形成[11]。種子從異養(yǎng)到自養(yǎng)，提供自身所需的蛋白[12]。結(jié)果顯示，低溫促進(jìn)了種子蛋白質(zhì)含量的積累。

種子萌發(fā)過程中，淀粉等高分子多糖降解為可溶性糖來提供種子萌發(fā)所需的能量，作為呼吸底物被消耗，含量高低與呼吸消耗速率和淀粉降解速率有關(guān)[13]。本試驗結(jié)果顯示，不同萌發(fā)溫度條件下種子可溶性糖含量均呈下降的趨勢。種子萌發(fā)后期，呼吸作用增強，導(dǎo)致可溶性糖含量消耗增加。

SOD、POD 是植物細(xì)胞的保護性酶，植物體內(nèi)保護性酶活性的含量變化能夠準(zhǔn)確反映種子體內(nèi)受到脅迫[14]。種子萌發(fā)體內(nèi)的保護酶活性隨發(fā)育進(jìn)程而不斷變化，以維持活性氧代謝和正常的生長發(fā)育狀況[15]。研究表明，高溫導(dǎo)致種子體內(nèi)活性氧的積累，降低了種子體內(nèi)SOD、POD活性[16]。東北延胡索種子萌發(fā)過程中，幾種酶活性的變化為： SOD活性表現(xiàn)為起伏趨勢。POD活性變化表現(xiàn)為當(dāng)種子萌發(fā)時酶活性緩慢增加，而在胚生長后期活性降低，隨后又上升；POD隨萌發(fā)的進(jìn)行活性增加，當(dāng)種子萌發(fā)第21天時酶活性最大，隨后活性下降。