紫斑牡丹種子浸提液對植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響1)

李婉茹 唐紅 何麗霞

(甘肅農業(yè)大學，蘭州，730070) (甘肅省牡丹工程研究中心)

紫斑牡丹(Paeoniarockii)是芍藥科芍藥屬牡丹組木本植物，因其花瓣基部有一個明顯的斑塊而得名，主要分布于四川北部、甘肅南部和陜西南部(太白山區(qū))等地[1]。紫斑牡丹作為我國特有的傳統(tǒng)花卉，具有花大色艷、品種繁多、生長旺盛、抗旱抗寒和適應性強等優(yōu)點[2]。而且紫斑牡丹根皮可入藥，具有涼血散瘀之功效[3]。同時，紫斑牡丹種子含油豐富，富含不飽和脂肪酸，其中亞麻酸含量達到45%，遠高于世界衛(wèi)生組織推薦的多不飽和脂肪酸高于8.00%的保健型營養(yǎng)油脂標準[4]。因此，紫斑牡丹是集觀賞、藥用及食用價值于一身的木本植物，具有極大的經(jīng)濟效益和開發(fā)前景。目前，種子繁殖仍是紫斑牡丹大規(guī)模培養(yǎng)以及新品種培育常用的繁殖方式之一。但是由于紫斑牡丹種子在自然條件下，大多處于休眠狀態(tài)，萌發(fā)成苗極其困難，這也是野生紫斑牡丹導致瀕危的重要原因之一[5]，而且野生紫斑牡丹已被列為國家三級保護植物[6]，現(xiàn)已列入《國家重點保護野生植物名錄》中。

種子內部存在抑制物質是種子休眠的主要原因之一[7]。關于種子內源抑制物質的研究可以為打破種子休眠和探究休眠機理提供試驗依據(jù)。丁言等[8]研究發(fā)現(xiàn)，鳳丹牡丹(Paeoniaostii)種子的種皮、胚乳和種胚尤其是胚乳中含有某些影響白菜(Brassicacampestris)種子萌發(fā)和幼苗生長的化學物質，這可能是鳳丹牡丹種子休眠的重要原因。宋會興等[9]發(fā)現(xiàn)，四川牡丹(Paeoniadecomposita)種子內源抑制物質可能是其種子休眠的重要原因。楊勇等[10]研究發(fā)現(xiàn)，四川牡丹胚乳中存在內源抑制物質，其種類和成分比較復雜。張翔宇等[11]研究發(fā)現(xiàn)，大花黃牡丹(Paeonialudlowi)種子內源抑制物質是其種子休眠的主要原因，而且抑制物質主要存在于胚乳中。利用種子不同部位的浸提液對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響來研究種子休眠的內源抑制物質已有廣泛應用[9，11-12]。本試驗以紫斑牡丹種子為研究對象，以白菜、小麥(Triticumaestivum)和綠豆(Vignaradiate)種子為受體植物，通過紫斑牡丹種皮和胚乳不同質量濃度的水浸提液對受體植物的萌發(fā)、幼苗生長和抗氧化酶活性的初步研究，為進一步研究紫斑牡丹種子休眠提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

紫斑牡丹種子于2018年9月份采自甘肅省蘭州市省科技廳南山綠化基地。白菜、小麥和綠豆種子為市售品種“甘科”“隴泰29號”和“甜翠1號”。

種子浸提液的提取:取飽滿的紫斑牡丹種子，分離種皮和胚乳并研碎，各取10.00 g放入錐形瓶中，并加入80 mL超純水，保鮮膜封口后置于25 ℃恒溫箱浸提24 h。將浸提液在5 000 r·min-1條件下離心5 min。取上清液定容至100 mL，即為0.1 g·mL-1的浸提液。再用超純水將上述浸提液配制成0、0.025、0.050、0.075、0.100 g·mL-1的浸提液，4 ℃保存?zhèn)溆肹9，11]。

種子內源抑制物質活性測定:白菜、小麥和綠豆種子用0.5%的KMnO4消毒30 min，用蒸餾水沖洗干凈后取顆粒飽滿的種子備用。取各個處理的浸提液10 mL加入鋪有兩層濾紙的直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中。每個處理3次重復，每個重復30粒種子。置于25 ℃人工氣候箱中培養(yǎng)。以露出子葉為發(fā)芽標準[13]，48 h后統(tǒng)計白菜、小麥和綠豆種子的發(fā)芽率；5 d后測幼苗根長、苗高和鮮質量；采用氮藍四唑(NBT)還原法、紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法分別測定幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性。

試驗數(shù)據(jù)采用EXCEL2010和SPSS20.0進行分析。

2 結果與分析

2.1 紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物種子萌發(fā)的影響

由表1可知，隨著紫斑牡丹種皮浸提液質量濃度的提高，白菜種子的發(fā)芽率只有在種皮浸提液質量濃度較高時才有下降趨勢，小麥種子的發(fā)芽率則呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，而綠豆種子的發(fā)芽率逐漸降低。白菜種子發(fā)芽率在種皮浸提液質量濃度為0.100 g·mL-1時才受到顯著抑制(P<0.05)，而小麥和綠豆種子的發(fā)芽率在種皮浸提液質量濃度為0.075 g·mL-1時就受到顯著抑制。當種皮浸提液質量濃度為0.100 g·mL-1時，白菜、小麥和綠豆種子的發(fā)芽率與CK相比，分別下降了15.29%、15.66%和26.93%。

表1紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物種子發(fā)芽率的影響

來源浸提液質量濃度/g·mL-1發(fā)芽率/%白菜小麥綠豆種皮0(CK)(94.44±3.58)a(85.11±2.05)b(57.78±2.60)a0.025(92.67±3.08)a(88.67±2.15)a(55.56±2.68)a0.050(94.44±6.35)a(82.10±2.12)bc(51.78±3.16)b0.075(88.89±5.13)a(80.44±2.62)c(45.56±2.26)b0.100(80.00±3.19)b(71.78±1.38)d(42.22±1.21)b胚乳0(CK)(94.44±3.58)a(85.11±2.05)a(57.78±3.61)a0.025(81.11±1.91)b(82.22±1.91)a(36.67±2.05)b0.050(73.33±5.66)c(58.33±3.14)b(26.00±1.42)c0.075(36.67±2.05)d(39.67±3.85)c(17.22±1.76)d0.100(12.22±2.23)e(31.86±2.79)c(10.51±1.12)d

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，平均值經(jīng)過反正弦后進行方差分析；同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表1可以看出，隨著紫斑牡丹胚乳浸提液質量濃度的提高，白菜、小麥和綠豆種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)出下降的趨勢，而且質量濃度越高，下降趨勢越明顯。其中，當胚乳浸提液質量濃度為0.025 g·mL-1時，白菜和綠豆種子的發(fā)芽率與CK相比就受到顯著抑制。而當胚乳浸提液質量濃度為0.100 g·mL-1時，白菜、小麥和綠豆種子的發(fā)芽率與CK相比，分別下降了87.06%、62.57%和81.81%。

綜上可以看出，紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液中均有能夠抑制受體植物種子萌發(fā)的物質，而且胚乳浸提液對受體植物種子萌發(fā)的抑制作用強于種皮浸提液。說明與種皮相比，紫斑牡丹胚乳中含有活性較高的內源抑制物質，能夠抑制受體植物種子的萌發(fā)。

2.2 紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物幼苗生長的影響

由表2可以看出，紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對白菜幼苗的影響各不相同。種皮浸提液對白菜幼苗的根長和苗高均有抑制作用，而且抑制作用隨著浸提液質量濃度的提高而增強。但低質量濃度的種皮浸提液對白菜幼苗鮮質量無明顯作用，當種皮浸提液質量濃度為0.075 g·mL-1時，白菜幼苗鮮質量與CK相比顯著降低。胚乳浸提液對白菜幼苗的根長、苗高和鮮質量均有抑制作用，抑制作用與胚乳浸提液質量濃度成正比。其中當胚乳浸提液質量濃度為0.025 g·mL-1時，白菜幼苗的根長、苗高和鮮質量分別比CK顯著降低了74.39%、50.00%和33.33%。

表2 紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物幼苗根長、苗高和鮮質量的影響

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，平均值經(jīng)過反正弦后進行方差分析；同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表2可知，紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對小麥幼苗的根長具有顯著抑制作用。小麥幼苗的苗高和鮮質量則隨著浸提液質量濃度的提高而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。其中，種皮和胚乳浸提液質量濃度為0.025 g·mL-1時，小麥幼苗的苗高和鮮質量達到最大值。種皮浸提液對小麥苗高具有促進作用，而胚乳浸提液為0.050 g·mL-1時，對小麥幼苗苗高呈現(xiàn)抑制作用。

表2顯示，隨著紫斑牡丹種皮浸提液質量濃度的提高，綠豆幼苗的根長、苗高和鮮質量表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，當種皮浸提液質量濃度為0.050 g·mL-1時，綠豆幼苗的根長、苗高和鮮質量均達到最大值。而綠豆幼苗的根長和苗高卻隨著胚乳浸提液質量濃度的升高而逐漸降低，當胚乳浸提液質量濃度為0.050 g·mL-1時，綠豆幼苗的根長、苗高和鮮質量與CK相比分別顯著降低了21.50%、35.90%和10.10%。

總之，紫斑牡丹的種皮和胚乳中均含有抑制受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的物質，而胚乳浸提液對受體植物幼苗生長的抑制作用大于種皮浸提液。說明紫斑牡丹種皮和胚乳中均含有內源抑制物質，且胚乳中的內源抑制物的抑制作用強于種皮，這些內源抑制物質對受體植物幼苗的根長的抑制尤為顯著。

2.3 紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物幼苗抗氧化酶活性的影響

由表3可以看出，隨著種皮浸提液質量濃度的提高，白菜、小麥和綠豆幼苗的SOD活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。其中，白菜、小麥和綠豆幼苗的SOD活性分別在浸提液質量濃度為0.050、0.050、0.075 g·mL-1時達到最大值。而與CK相比，白菜和綠豆幼苗的SOD活性在浸提液質量濃度為0.050 g·mL-1時顯著提高；而小麥幼苗的SOD活性在種皮浸提液質量濃度為0.025、0.050 g·mL-1時與CK相比并未顯著提高，而在浸提液質量濃度為0.075 g·mL-1時卻顯著下降。同時，隨著胚乳浸提液質量濃度的提高，白菜、小麥和綠豆幼苗的SOD活性同樣表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，和種皮浸提液類似。其中，白菜、小麥和綠豆幼苗的SOD活性分別在浸提液質量濃度為0.025、0.050、0.050 g·mL-1時達到最大值，與CK相比均顯著提高。各個浸提液質量濃度下的白菜和小麥幼苗的SOD活性與CK相比均達到顯著水平。

從而可以看出，種皮和胚乳浸提液均能夠影響受體植物幼苗的SOD活性，相比于種皮浸提液，胚乳浸提液對受體植物幼苗的SOD活性的影響強于種皮浸提液。

表3紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對受體植物幼苗抗氧化酶活性的影響

來源浸提液質量濃度/g·mL-1SOD活性/U·g-1白菜小麥綠豆種皮0(CK)(329.04±14.97)b(595.20±26.21)a(502.73±22.00)bc0.025(348.56±10.49)ab(606.38±13.39)a(524.88±11.63)b0.050(353.07±10.94)a(628.47±14.05)a(565.16±10.35)a0.075(332.77±7.60)b(459.65±31.65)b(575.15±15.56)a0.100(300.52±6.44)c(404.12±17.31)c(492.74±15.71)c胚乳0(CK)(329.04±14.97)b(595.20±26.21)a(502.73±22.00)b0.025(358.26±8.56)a(609.08±9.69)b(585.02±60.41)a0.050(298.47±17.00)c(643.92±26.32)b(639.29±28.67)a0.075(273.80±11.56)d(541.52±4.86)c(609.63±12.63)a0.100(254.30±12.42)d(393.05±13.60)d(510.06±22.30)b

來源浸提液質量濃度/g·mL-1CAT活性/U·g-1·min-1白菜小麥綠豆種皮0(CK)(502.05±9.30)a (643.61±49.09)a(204.76±6.56)a0.025(447.99±10.25)b(623.09±3.21)a(173.96±7.59)b0.050(421.32±10.57)bc(595.87±4.65)a(162.83±2.25)c0.075(401.46±10.77)c(529.63±30.39)b(153.68±1.84)c0.100(349.15±41.65)d(438.00±33.42)c(138.41±5.91)d胚乳0(CK)(502.05±9.30)a(643.61±49.09)a(204.76±6.56)a0.025(428.52±4.97)b(609.08±9.69)ab(154.75±1.48)b0.050(341.90±10.62)c(567.26±38.08)b(138.08±2.37)c0.075(271.05±19.48)d(454.19±19.53)c(102.68±2.41)d0.100(169.32±17.96)e(364.69±15.29)d(77.26±1.88)e

來源浸提液質量濃度/g·mL-1POD活性/U·g-1·min-1白菜小麥綠豆種皮0(CK)(24547.42±260.54)b(12358.33±101.53)c(24354.89±449.84)ab0.025(24467.57±211.82)bc(13259.63±329.59)c(25731.19±513.12)ab0.050(25478.22±393.58)a(15269.54±1087.02)b(22952.27±1763.18)bc0.075(24821.30±202.75)b(16485.94±582.97)a(22577.11±1686.33)bc0.100(23997.30±175.44)c(8159.89±214.50)d(21171.20±381.25)c胚乳0(CK)(24547.42±260.54)a(12358.33±101.53)a(24354.88±449.84)a0.025(19441.95±442.06)b(8924.85±220.98)b(22188.67±701.85)b0.050(11875.69±599.23)c(5487.64±94.32)c(20681.75±832.94)c0.075(5107.13±140.62)d(5296.28±50.82)c(18743.96±741.78)d0.100(4371.11±79.86)e(4667.61±162.82)d(17486.44±1065.68)d

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，平均值經(jīng)過反正弦后進行方差分析；同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表3可以看出，隨著種皮浸提液質量濃度的提高，白菜、小麥和綠豆幼苗的CAT活性出現(xiàn)下降的趨勢。其中，白菜和綠豆幼苗的CAT活性與浸提液質量濃度成反比，而且各個處理間具有顯著差異，而小麥幼苗的CAT活性在浸提液質量濃度為0.075 g·mL-1時，與CK相比才達到顯著差異。同時，隨著胚乳浸提液質量濃度的提高，白菜、小麥和綠豆幼苗CAT活性變化與種皮浸提液類似，表現(xiàn)出下降的趨勢。其中，白菜和綠豆幼苗的CAT活性在浸提液質量濃度為0.025 g·mL-1時，與CK相比顯著降低，同時各個處理間具有顯著差異，而小麥幼苗的CAT活性在浸提液質量濃度為0.050 g·mL-1時，與CK相比差異顯著。

在種皮浸提液質量濃度為0.100 g·mL-1時，白菜、小麥和綠豆幼苗的CAT活性比CK分別顯著降低了30.46%、31.95%和32.41%；而胚乳浸提液在此質量濃度下，3種受體植物幼苗的CAT活性分別降低了66.27%、43.34%和62.27%。以上數(shù)據(jù)說明，相同質量濃度的胚乳浸提液對受體植物幼苗CAT活性的抑制作用強于種皮浸提液。由此可知，相比于種皮浸提液，胚乳浸提液中的物質能夠更顯著的抑制受體植物幼苗的CAT活性。

由表3可知，白菜、小麥和綠豆幼苗POD活性隨著種皮浸提液質量濃度的提高而表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。白菜、小麥和綠豆幼苗POD活性分別在種皮浸提液質量濃度為0.050、0.075、0.025 g·mL-1時達到最大值，但此時綠豆幼苗的POD活性與CK相比并未達到顯著性水平。同時，白菜、小麥和綠豆幼苗的POD活性與胚乳浸提液的質量濃度呈反比。當胚乳浸提液質量濃度為0.025 g·mL-1時，3種受體植物幼苗的POD活性與CK相比均達到顯著水平。當胚乳浸提液質量濃度為0.100 g·mL-1時，白菜、小麥和綠豆幼苗的CAT活性與CK相比，分別顯著下降了82.19%、62.23%和28.20%。

綜上所述，紫斑牡丹胚乳浸提液對3種受體植物幼苗的POD活性的影響強于種皮，而且對白菜幼苗POD活性的影響最為顯著。說明紫斑牡丹胚乳浸提液中的物質對受體植物幼苗特別是白菜幼苗的POD活性產(chǎn)生了更為顯著的影響。

3 結論與討論

紫斑牡丹種子在自然條件下處于休眠狀態(tài)，難以萌發(fā)。其中種子內部存在內源抑制物質是種子休眠的主要原因之一[7]。丁言等[8]研究表明，同一質量濃度下鳳丹胚乳浸提液對白菜種子的萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用明顯高于種皮和種胚浸提液。鄧嵐等[14]表明，黃牡丹(Paeoniadelavay)胚乳浸提液對白菜種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用最強，推測黃牡丹種子內源抑制物是其休眠的重要原因。邵財?shù)萚15]發(fā)現(xiàn)，吉林延齡草(Trilliumkamtschaticum)種子浸提液可顯著抑制白菜和小麥的根長，推測吉林延齡草種子內可能含有內源抑制物質。本試驗通過研究紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對白菜、小麥和綠豆種子的影響發(fā)現(xiàn)，低質量濃度的種皮浸提液(0.025、0.050、0.075 g·mL-1)對白菜種子的萌發(fā)無影響，高質量濃度的種皮浸提液(0.100 g·mL-1)對白菜種子萌發(fā)卻有顯著抑制作用，而胚乳浸提液在各個質量濃度條件下與CK相比，對白菜種子的萌發(fā)一直具有抑制作用，并且各個處理間差異顯著。這表明紫斑牡丹種子內部也存在抑制萌發(fā)物質，而且同一質量濃度下，胚乳浸提液對3種受體種子萌發(fā)抑制作用強于種皮浸提液。同時，種皮和胚乳浸提液對白菜幼苗的根長、苗高和鮮質量均存在一定程度的抑制作用，種皮和胚乳浸提液為0.100 g·mL-1時，白菜幼苗的根長、苗高和鮮質量比CK分別顯著降低了92.64%、70.69%、33.33%和97.55%、79.89%、66.66%。這說明胚乳浸提液的抑制作用大于種皮浸提液，其中對于白菜幼苗根長的抑制最為顯著。與張翔宇等[11]、周理平等[16]研究結果一致。而種皮和胚乳浸提液對小麥幼苗的影響同樣表現(xiàn)為胚乳浸提液對小麥根長的抑制作用最大，但種皮浸提液(0.025、0.050、0.075 g·mL-1)對小麥苗高具有促進作用。這說明紫斑牡丹種皮和胚乳中均含有內源抑制物質，但種皮和胚乳中所含內源物質活性存在差異，具體原因是抑制物質的數(shù)量還是種類不同，還有待于進一步研究。

同一種內源物質對不同的受體植物種子作用不盡相同。房海靈等[17]研究了哥王(Wikstroemiaindica)種子萌發(fā)抑制物質活性時發(fā)現(xiàn)，了哥王種皮浸提液對白菜種子的萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用明顯強于小麥。廖源林等[18]研究野鴉椿(Euscaphisjaponica)種子不同部位抑制物質活性時發(fā)現(xiàn)，種殼和胚乳抑制物質主要的作用對象不盡相同，種殼浸提液對小麥種子的萌發(fā)和幼苗生長抑制作用最大，而胚乳浸提液對白菜和綠豆抑制作用最大。目前，利用牡丹組植物種子浸提液對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響的研究中，常用的種子多為白菜種子[9，11]，其中關于紫斑牡丹種子的研究更是少見。而本試驗紫斑牡丹種子浸提液對3種受體植物種子作用的結果表明，紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液對白菜種子的萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用明顯高于小麥和綠豆種子，說明紫斑牡丹種子內源抑制物質主要作用于白菜種子。

SOD、CAT、POD等抗氧化酶是植物細胞內活性氧清除系統(tǒng)的主要組成部分，當植物受到逆境脅迫時，植物體內的抗氧化酶類的活性會發(fā)生變化，及時清除植物產(chǎn)生的活性氧，避免植物體受到傷害[19-20]。而目前，關于紫斑牡丹種子浸提液對受體植物幼苗抗氧化酶活性的影響還未見報道。本試驗中，經(jīng)過紫斑牡丹胚乳浸提液處理后，白菜、小麥和綠豆幼苗的CAT和POD活性均顯著下降。隨著胚乳浸提液的質量濃度的升高，CAT和POD活性逐漸下降；而SOD活性卻表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,與大花黃牡丹的研究類似[11]。說明胚乳浸提液中所含的物質，能夠直接抑制受體植物CAT和POD活性，降低植物的抗逆性。而種皮浸提液在低質量濃度時可以促進SOD和POD活性的提高，可能是低質量濃度種皮浸提液雖使受體植物體內活性氧積累，但是受體植物可以調控SOD、POD活性予以清除。但當質量濃度繼續(xù)升高時，超過了受體植物的清理能力，就會導致植物細胞損壞，從而使SOD、POD活性降低，與鄧嵐等[14]的黃牡丹研究一致。這說明紫斑牡丹種皮和胚乳中均含有影響受體植物幼苗抗氧化酶活性的物質，胚乳中所含化學物質的抑制作用大于種皮。由此可知，紫斑牡丹種皮和胚乳所含的內源抑制物質在活性上存在差異。

本研究通過對紫斑牡丹種皮和胚乳浸提液內源抑制物質活性試驗，發(fā)現(xiàn)紫斑牡丹種皮和胚乳中含有一些抑制種子萌發(fā)的物質，還能影響受體植物幼苗生長和抗氧化酶活性；而且這類物質主要存在于胚乳中。這可能是紫斑牡丹種子休眠的重要原因，而這類物質的具體成分和種類則還需要進一步研究。