不同溫度處理對(duì)乳苣種子萌發(fā)生理生化的影響

盧旭東，張鳳蘭，楊忠仁，劉金泉，郝麗珍，伊風(fēng)艷

不同溫度處理對(duì)乳苣種子萌發(fā)生理生化的影響

盧旭東1, 2，張鳳蘭1*，楊忠仁1，劉金泉1，郝麗珍1，伊風(fēng)艷2

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)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)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，呼和浩特 010031)

為了解溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)以及種子萌發(fā)過程中貯藏物質(zhì)和各種酶的變化情況，開展了不同溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)以及貯藏物質(zhì)變化規(guī)律的研究。結(jié)果表明：變溫能夠有效提高乳苣種子的發(fā)芽率，最適變溫為15/30 ℃，發(fā)芽率可達(dá)54.45%；乳苣種子萌發(fā)過程中，種子內(nèi)含物質(zhì)利用在時(shí)間上存在差異，碳水化合物動(dòng)員較快，脂肪、蛋白質(zhì)水解相對(duì)較慢。乳苣種子萌發(fā)過程中，其碳水化合物的代謝主要?dú)w因于α-淀粉酶的水解，且α-淀粉酶的活性與種子萌發(fā)率呈正相關(guān)；乳苣種子萌發(fā)過程中，TCA及PPP同時(shí)存在，PPP對(duì)乳苣種子萌發(fā)起主導(dǎo)地位。

乳苣；萌發(fā)；貯藏物質(zhì)；酶活性

種子萌發(fā)是野生植物生命周期的開始，是其群落建成與繁衍關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[1]。對(duì)于大多數(shù)野生植物來說，溫度是影響種子萌發(fā)重要環(huán)境因子。溫度直接影響著種子萌發(fā)率、萌發(fā)速率和發(fā)芽指數(shù)[2]，種子必需在最適溫度范圍內(nèi)萌發(fā)才能完成一系列有序的內(nèi)部生理反應(yīng)和外部形態(tài)變化[3]，溫度過高或過低均會(huì)抑制種子內(nèi)部?jī)?chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化[4]與相關(guān)酶活性。相較于恒溫而言，大多數(shù)野生植物萌發(fā)需要一定程度的變溫才能達(dá)到最大的萌發(fā)率[5]。

乳苣屬菊科（Compositae），萵苣屬（Lactuca），又名蒙山萵苣、苦菜，多年生草本。主要分布于華北大部、青海、新疆等地[6-7]。乳苣是生活在北方大部分地區(qū)人民備受青睞的時(shí)令野菜，天然無污染、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、藥食同源，具有很好的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)前景。然而長(zhǎng)期以來乳苣的開發(fā)、利用以野生資源為主，重采收、輕管理，多年的無序采挖和野生環(huán)境的惡化，導(dǎo)致乳苣分布逐年減少，大大制約了這一優(yōu)質(zhì)野生蔬菜種質(zhì)資源的可持續(xù)開發(fā)和利用。為了促進(jìn)乳苣屬植物自然種群的恢復(fù)以及人工大規(guī)模栽培與利用，首要解決的就是乳苣種子萌發(fā)這一關(guān)鍵性問題。

目前對(duì)乳苣的研究集中于遺傳多樣性[8-9]、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[10-11]有效成分提取[12-14]、化學(xué)成分鑒定[15-17]及藥性[18-21]、藥理[22-23]、人工栽培[24]等方面，對(duì)于乳苣種子萌發(fā)方面的研究尚鮮見報(bào)道。本課題組通過前期預(yù)試驗(yàn)了解到，水分與氧氣并不是限制乳苣種子萌發(fā)的主要因子，溫度才是其主要限制因子，直接影響著種子萌發(fā)過程中酶促反應(yīng)的快慢與呼吸代謝的強(qiáng)弱，最終影響種子發(fā)芽率、發(fā)芽速率等指標(biāo)。因此本研究從不同溫度處理對(duì)乳苣種子萌發(fā)過程的影響、貯藏物質(zhì)及相關(guān)代謝酶活性的變化入手，研究溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)過程中生理生化的變化規(guī)律，以期明確乳苣種子萌發(fā)的最佳條件，為乳苣人工栽培、規(guī)?；a(chǎn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

乳苣種子于2019年6—7月采集于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院托克托科研基地（40°51′ N ，111°39′ E，海拔1 001 m），在室內(nèi)自然風(fēng)干，除去冠毛。

1.2 方法

1.2.1 種子萌發(fā) 種子萌發(fā)在人工氣候箱中進(jìn)行，溫度設(shè)置為0、5、10、15、20、25、30和35 ℃共8個(gè)恒溫處理和15/20 ℃、15/25 ℃、10/25 ℃、15/30 ℃和20/35 ℃（低溫12 h/ 高溫12 h）5個(gè)變溫處理。種子萌發(fā)試驗(yàn)采用TP法，將種子置于含有雙層滅菌濾紙的９cm培養(yǎng)皿中，每皿30粒種子，3次重復(fù)。乳苣種子露白記為萌發(fā)開始。每天記錄乳苣種子萌發(fā)數(shù)，并于第10天結(jié)束種子萌發(fā)，計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。

1.2.2 發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定 發(fā)芽率( G) :=/×100%，其中，為發(fā)芽數(shù)，為試驗(yàn)種子總數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)( GV) :=/×100%，其中，為萌發(fā)達(dá)到高峰時(shí)全部發(fā)芽的種子數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)( GI) :=Σ(/) ，其中，為各日凈發(fā)芽數(shù)，為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.2.3 生理生化指標(biāo) 每隔2 d測(cè)定15 ℃、15/20 ℃和15/30 ℃ 3個(gè)處理乳苣種子的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，主要包括：可溶性蛋白含量[25]（考馬斯亮藍(lán)G250染色法）、脂肪含量[25]（索氏提取法）、淀粉[25]含量和可溶性糖含量[25]（蒽酮比色法）；測(cè)定乳苣種子萌發(fā)過程中淀粉酶活性[25]（水楊酸法）和蛋白酶活性[25]（Folin-酚法）；測(cè)定乳苣種子萌發(fā)過程中磷酸果糖激酶活性、蘋果酸脫氫酶活性和6-磷酸葡萄糖脫氫酶活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)均采用Excel進(jìn)行基本處理和圖表制作，使用SPSS26軟件進(jìn)行差異性比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)的影響

由表1可知，乳苣種子在不同溫度處理下萌發(fā)起始時(shí)間各有不同，用時(shí)最短的為15/30 ℃處理，第3天開始萌發(fā)，用時(shí)最長(zhǎng)的為10 ℃處理，10 d時(shí)開始萌發(fā)，0、5、30和35 ℃處理種子始終未萌發(fā)；在恒溫處理下種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)極低且與變溫處理差異顯著（< 0.05）；乳苣種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)在15/30 ℃變溫下顯著高于其余處理。15/30 ℃變溫發(fā)芽率最高（54.40%），分別比15 ℃、15/20 ℃、15/25 ℃、10/25 ℃和20/35 ℃溫度明顯提高47.8%、47.74%、33.3%、6.77%和6.67%；乳苣種子發(fā)芽率隨著溫差的增大而上升，當(dāng)溫差達(dá)到15 ℃時(shí)，10/25 ℃、15/30 ℃和20/35 ℃ 3個(gè)處理乳苣種子萌發(fā)率都達(dá)到47.00%以上；同時(shí)乳苣種子的發(fā)芽指數(shù)在不同溫度處理下的表現(xiàn)與發(fā)芽率類似；15/30 ℃變溫發(fā)芽指數(shù)最高（10.39），分別比15 ℃、15/20 ℃、15/25 ℃、10/25 ℃和20/35 ℃顯著提高8.99、7.16、6.61、5.67和0.95。以上結(jié)果表明15/30 ℃變溫條件最適合乳苣種子的萌發(fā)。

2.2 溫度對(duì)乳苣種子貯藏物質(zhì)的影響

2.2.1 可溶性蛋白含量變化 種子萌發(fā)過程中蛋白質(zhì)通過水解轉(zhuǎn)化為可溶性蛋白參與各種酶系統(tǒng)的激活與膜系統(tǒng)的修復(fù)。圖1（a）為不同溫度下乳苣種子可溶性蛋白含量變化情況。各溫度下干種子中可溶性蛋白含量為24.49 mg·g-1；在15 ℃溫度下可溶性蛋白含量在2 d時(shí)先下降到21.07 mg·g-1，在4 d時(shí)上升到23.29 mg·g-1，4 ～ 10 d可溶性蛋白含量最終下降到21.65 mg·g-1；在15/20 ℃溫度下可溶性蛋白含量在2 d時(shí)下降到19.92 mg·g-1，在4 d時(shí)上升到23.14 mg·g-1，之后可溶性蛋白一直下降到22.04 mg·g-1；15/30 ℃溫度下可溶性蛋白2 d時(shí)先下降到21.5 mg·g-1后，在6 d時(shí)在出現(xiàn)峰值，隨著萌發(fā)繼續(xù)可溶性蛋白急劇下降到到最終的18.83 mg·g-1。

2.2.2 可溶性糖含量變化 種子萌發(fā)時(shí)細(xì)胞生物活性逐步加強(qiáng)，呼吸強(qiáng)度明顯增加，可溶性糖是直接參與種子萌發(fā)供能的物質(zhì)。圖1（b）為不同溫度下乳苣種子可溶性糖含量變化情況。乳苣干種子中可溶性糖為0.027%；在15 ℃溫度下，乳苣種子可溶性糖含量在2 ～ 4 d迅速下降后在6 d快速上升到峰值，再急劇下降后快速升高保持在0.021%；在15/20 ℃溫度下乳苣種子可溶性糖含量2 d快速下降到0.015%后，在4 d上升到0.024%后緩慢下降，但可溶性糖含量始終保持在0.019%以上；15/30 ℃溫度可溶性糖含量在2 d下降到0.013%后在緩慢升高到0.02%后迅速下降到0.009%。

表1 溫度對(duì)乳苣種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

注：不同小寫字母代表在（< 0.05）水平上差異顯著。下同。

圖1 溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)過程中可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉和脂肪的變化

Figure 1 Changes of soluble protein, soluble sugar, starch and fat during germination ofseeds by temperature

2.2.3 淀粉含量變化 淀粉為種子中貯藏最常見的碳水化合物，種子萌發(fā)過程中淀粉被動(dòng)員分解為小分子物質(zhì)被種子萌發(fā)所利用，其含量變化與種子代謝密切相關(guān)。圖1（c）為不同溫度處理下乳苣種子淀粉變化情況。在15 ℃溫度下淀粉含量在2 ～ 6 d逐漸下降到2.39%，6 ～ 10 d回升到7.08%，呈顯著的先下降后上升的趨勢(shì)；15/20 ℃溫度下淀粉含量在4 d時(shí)下降到1.91%，在6 d時(shí)上升到4.98%，在8 d又下降到2.69%后，在10 d回升到4.92%，總體呈先下降后上升再下降再上升的趨勢(shì)；在15/30 ℃溫度下，0 ～ 4 d淀粉含量急劇下降到0.52%，6 d小幅上升到2.39%后，最終緩慢下降到0.19%。

2.2.4 脂肪含量變化 脂肪為種子高能量貯藏物，種子萌發(fā)時(shí)脂肪水解為甘油和脂肪酸后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悶榉N胚提供生長(zhǎng)代謝能量。圖1（d）為不同溫度下乳苣種子脂肪變化情況。15 ℃和15/20 ℃溫度下脂肪含量在0 ～ 10 d一直呈下降趨勢(shì)，從35.44%下降到25%左右，下降幅度波動(dòng)較??；15/30 ℃溫度下脂肪含量0 ～ 6 d保持平穩(wěn)的下降趨勢(shì)，6 d 開始迅速?gòu)闹竞?5.44%下降到10 d 的11.99%，下降幅度較大。

圖2 溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)過程中蛋白酶活性和淀粉酶活力的影響

Figure 2 Effects of temperature on protease and amylase activities ofseeds during germination

2.3 溫度對(duì)乳苣種子蛋白酶和淀粉酶的影響

如圖2（a）所示，乳苣種子蛋白酶存在于干種子中，不同溫度下乳苣種子蛋白酶活性都呈先上升后下降趨勢(shì)；15/30 ℃溫度下0～10 d蛋白酶活性都低于15 ℃和15/20 ℃溫度下活性，且差異顯著（< 0.05）。

由圖2（b）可知，乳苣種子的α-淀粉酶不存在于干種子中，在0 d未檢測(cè)到，不同溫度下α-淀粉酶活性與對(duì)應(yīng)溫度下可溶性糖含量變化趨勢(shì)類似；15 ℃溫度下α-淀粉酶活性在2 d迅速升高到2.15 mg·g-1·min-1后，在4 d下降到0.5 mg·g-1·min-1，在6 d快速上升到峰值的3.04 mg·g-1·min-1，再急劇下降后快速升高并保持在2.6 mg·g-1·min-1；15/20 ℃溫度α-淀粉酶活性在2 d升高到6.03 mg·g-1·min-1后，在4 d迅速下降到0.25 mg·g-1·min-1后，在4 ～ 8 d又緩慢上升到2.53 mg·g-1·min-1；15/30 ℃溫度下α-淀粉酶活性2 ～ 8 d一直保持在2.98 mg·g-1·min-1水平以上，且α-淀粉酶活性高于其余處理達(dá)到顯著水平（< 0.05）。

如圖2（c）所示，β-淀粉酶存在于乳苣干種子中，15 ℃和15/20 ℃溫度下2 ～ 8 d β-淀粉酶活力都低于0.5 mg·g-1·min-1β-淀粉酶活力極低；15/30 ℃溫度下在乳苣種子萌發(fā)過程中并沒檢測(cè)到β-淀粉酶的活性。

圖3 溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)過程中呼吸代謝關(guān)鍵酶的影響

Figure 3 Effects of temperature on key enzymes of respiration metabolism during seed germination of

2.4 溫度對(duì)乳苣種子呼吸代謝關(guān)鍵酶的影響

2.4.1 磷酸果糖激酶（PEK）活性變化 如圖3（a）所示，PEK存在于乳苣干種子中, 15 ℃溫度下乳苣種子中PEK活性從0 d的855 U·g-1上升到4 d的1 035 U·g-1達(dá)到峰值，4 ～ 6 d活性迅速下降到180 U·g-1的最低值，6 ～ 8 d稍有回升，但活性始終保持在450 ～ 315 U·g-1之間，趨勢(shì)總體呈現(xiàn)先上升后迅速下降的趨勢(shì)；15/20 ℃溫度下PEK活性與15 ℃相似，也表現(xiàn)為先上升后迅速下降的狀態(tài)，在4 d達(dá)到峰值1 125 U·g-1后直線下降到最終的180 U·g-1；15/30 ℃溫度下PEK活性0 ～ 10 d從855 U·g-1水平一直保持下降的趨勢(shì)，最終保持在135 U·g-1水平。

2.4.2 蘋果酸脫氫酶（MDH）活性變化 如圖3（b）所示，MDH 存在于乳苣干種子中，15 ℃溫度下MDH活性0 ～ 2 d下降到最低點(diǎn)的10 288 U·g-1，在2 ～ 6 d活性迅速上升到峰值50 514 U·g-1，其活性約是0 d的1.31倍，MDH活性在8 ～ 10 d活性下降到干種子的活力水平上；15/20 ℃溫度下MDH活性呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，同樣在0～2 d下降到最低點(diǎn)7 716 U·g-1，在2 ～ 6 d上升到52 726 U·g-1達(dá)到峰值，其活性約是0 d的1.36倍，6 ～ 10 d快速下降到11 574 U·g-1；15/30 ℃溫度下MDH活性趨勢(shì)與15/20 ℃溫度相似，MDH活性2 d為16 718 U·g-1，處于最低點(diǎn)，在6 d達(dá)到69 444 U·g-1水平是0 d的1.8倍，其2 ～ 6 d MDH活性明顯高于其余溫度并達(dá)到顯著水平。

2.4.3 6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G6PDH）活性變化 由圖3（c）可知， G6PDH不存于乳苣干種子中，其活性隨著乳苣種子吸水逐漸活化；15 ℃溫度下G6PDH活性0 ～ 4 d緩慢上升，4 d時(shí)為578.7 U·g-1，達(dá)到最高點(diǎn)，4 ～ 10 d緩慢下降，呈先緩慢升高后緩慢下降的趨勢(shì)；15/20 ℃溫度G6PDH活性0 ～ 2 d達(dá)到的峰值835.9 U·g-1，2 ～ 4 d迅速下降后又快速上升，最終G6PDH活性下降到干種子水平，呈先升高后下降再上升再下降的趨勢(shì)；15/30 ℃溫度下其G6PDH活性在0 ～ 2 d急速升高，達(dá)到1 543 U·g-1，分別為15 ℃溫度的2.66倍，15/20 ℃溫度的1.84倍，2 ～ 10 d G6PDH活性緩慢下降，但其活性仍保持在500 ～ 600 U·g-1之間，與其余溫度相比差異顯著。

3 討論

3.1 溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)影響

溫度是影響種子萌發(fā)的重要環(huán)境因子，植物種子萌發(fā)對(duì)溫度要求可用最低、最適、最高 “三基點(diǎn)”來表示，這與其生境條件和生長(zhǎng)習(xí)性有關(guān)[26]。大量的研究結(jié)果表明，大多數(shù)植物種子最適萌發(fā)溫度在20 ～ 30 ℃之間[27-28]，低于或高于最適溫度均不利于種子萌發(fā)。另有研究表明變溫條件下種子發(fā)芽率高于恒溫，多數(shù)野生性狀較強(qiáng)的植物種子需要適當(dāng)?shù)臅円箿囟茸兓拍馨l(fā)芽更好[29-31]。萬雅雯等發(fā)現(xiàn)變溫處理下更利于提高毛竹種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)[32]。本研究中乳苣種子在0 ～ 35 ℃的恒溫處理下發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)均很低，而在變溫處理?xiàng)l件下乳苣種子發(fā)芽率可達(dá)54.4%，不同溫差之間發(fā)芽率呈顯著差異，具體表現(xiàn)為5 ℃<10 ℃<15 ℃，這可能與乳苣生境晝夜氣溫變化劇烈有關(guān)[33]，這種萌發(fā)機(jī)制是對(duì)外界自然環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)性的表現(xiàn)。

3.2 溫度對(duì)儲(chǔ)藏物質(zhì)及相關(guān)酶的影響

種子萌發(fā)過程十分復(fù)雜，除外部環(huán)境因子影響種子萌發(fā)外，一般不需要外來的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，種子內(nèi)部貯藏著豐富的淀粉、蛋白、脂肪等大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們都可以為種子萌發(fā)提供能量需要。萌發(fā)過程中通過相應(yīng)的水解酶水解為可溶性小分子，再通過生化代謝途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化與利用，之后為種子的萌發(fā)提供能量[33-34]。本研究中，在15/30 ℃溫度下，可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉和脂肪都在0 ～ 2 d呈下降趨勢(shì)。這可能由于種子萌發(fā)初期細(xì)胞膜連續(xù)界面不完整，細(xì)胞內(nèi)含物透過膜發(fā)生滲漏現(xiàn)象。3 ～ 6 d淀粉被動(dòng)員分解為可溶性糖，經(jīng)過糖代謝為種子萌發(fā)提供能量，種子快速萌發(fā)。種子萌發(fā)過程中各種貯藏物質(zhì)的水解利用存在時(shí)間差異，乳苣種子萌發(fā)前淀粉含量迅速下降，在種子露白后可溶性蛋白和脂肪含量開始下降，說明在乳苣種子露白之前，種子主要利用的貯藏物質(zhì)為糖類，胚根突破種皮后脂肪開始水解轉(zhuǎn)化為碳水化合物。這與木本油料植物西蒙得木種子和歐洲榛子種子萌發(fā)貯藏物質(zhì)動(dòng)員情況相似[35-36]。

種子萌發(fā)時(shí)酶的形成有兩個(gè)來源，一是干種子內(nèi)部預(yù)先貯藏的各類酶活化而來，二是種子吸水后重新合成。酶類活動(dòng)的增加在種子萌發(fā)過程中起到關(guān)鍵的作用。從本試驗(yàn)中可以看出乳苣種子淀粉酶與淀粉、可溶性蛋白與蛋白酶變化關(guān)系密切。在種子未受脅迫的情況下，蛋白酶水解種子中的蛋白質(zhì)，其含量會(huì)降低，使可溶性蛋白和游離氨基酸含量升高[33]，種子中的可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它們的增加和積累可提高細(xì)胞的保水能力，對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用，而且會(huì)增強(qiáng)種子對(duì)逆境的適應(yīng)能力[37-39]。乳苣種子在15/30 ℃溫度下正常萌發(fā)，蛋白酶活性低于15 ℃和15/20 ℃兩溫度，可能是15 ℃和15/20 ℃兩溫度對(duì)乳苣種子萌發(fā)形成溫度脅迫，不利于種子萌發(fā)，使得蛋白酶活性增強(qiáng)。

淀粉的降解主要靠淀粉酶完成，淀粉酶會(huì)將自身貯藏淀粉等糖分分解為葡萄糖[40]，水解淀粉的主要淀粉酶為α-淀粉酶和β-淀粉酶，α-淀粉酶水解淀粉產(chǎn)生葡萄糖和麥芽糖后為種子提供能量，而β-淀粉酶水解產(chǎn)物為β-極限糊精和β-麥芽糖，其直接產(chǎn)物沒有葡萄糖與寡糖[41]。乳苣種子在15/30 ℃溫度下，α-淀粉酶始終保持著較高的活性，其走勢(shì)與可溶性糖走勢(shì)呈正相關(guān)，與淀粉含量呈負(fù)相關(guān)，α-淀粉酶活性與種子萌發(fā)高峰期重合，10 d時(shí)種子萌發(fā)率穩(wěn)定α-淀粉酶活性下降，這可能與乳苣種子萌發(fā)后期淀粉含量減少有關(guān)。在15/30 ℃溫度中沒有檢測(cè)到β-淀粉酶活性，說明乳苣在適溫條件下萌發(fā)首先由α-淀粉酶水解碳水化合物為種子萌發(fā)提供能量。在一定程度上可以認(rèn)為乳苣種子貯藏的碳水化合物主要為直鏈淀粉，或者直鏈淀粉的分解與利用優(yōu)于支鏈淀粉，因此為乳苣萌發(fā)提供糖類貯藏物質(zhì)的主要為直鏈淀粉。而且乳苣種子中α-淀粉酶活性與種子萌發(fā)成正相關(guān)，這與小麥[42]和七葉一枝花[43]萌發(fā)中淀粉酶活性變化趨勢(shì)相似。

3.3 呼吸關(guān)鍵酶的活性變化

呼吸作用是一切生物細(xì)胞的共同特征，其機(jī)能的恢復(fù)可為種子萌發(fā)提供能量，為重要有機(jī)物合成提供原料并為代謝活動(dòng)提供能量，在種子萌發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用。種子萌發(fā)過程中存在不同的呼吸途徑，主要為糖酵解途徑（EMP）、三羧酸循環(huán) (TCA)以及磷酸戊糖途徑（PPP）等。

糖類在EMP中被代謝是呼吸作用產(chǎn)生能量的第一步。PEK是一種變構(gòu)酶，它催化6-磷酸果糖轉(zhuǎn)化為1，6-二磷酸果糖，這一反應(yīng)可以看作EMP的限速反應(yīng)。EMP的速率也嚴(yán)格取決于PEK的活性大小[44]。乳苣種子在15/30 ℃處理下，PEK活性不斷降低，EMP維持低活化狀態(tài)，這可能是由于種子中溶解氧含量不高或者葡萄糖供應(yīng)不足導(dǎo)致。葡萄糖通過EMP形成的蘋果酸和丙酮酸并不是呼吸終產(chǎn)物，這些物質(zhì)在線粒體基質(zhì)中，通過TCA被氧化。TCA的活化程度可以通過MDH活性來反映，它能夠催化蘋果酸和草酰乙酸兩者之間的互相轉(zhuǎn)化，可以很好地反映種子呼吸特點(diǎn)[45]。乳苣種子在15/30 ℃處理下，MDH活性先降后升與可能與EMP強(qiáng)度低、造成起始底物供應(yīng)不足有關(guān)。

PPP是另一種葡萄糖分解機(jī)制，它是一個(gè)不需要通過EMP而對(duì)葡萄糖進(jìn)行直接氧化的過程，為細(xì)胞生物分子構(gòu)建和核酸合成提供原料并產(chǎn)生大量NADPH[46]。趙永華等[47]認(rèn)為，外部環(huán)境因子穩(wěn)定的條件下，植物細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的分解利用主要是由EMP/TCA來完成，但是當(dāng)植物處于不同的生理狀態(tài)時(shí)（例如種子萌發(fā)），PPP也可以實(shí)現(xiàn)有氧呼吸和糖代謝。PPP的第一階段的為氧化階段，6 -磷酸葡萄糖經(jīng)兩次脫氫氧化及脫羧后發(fā)生非可逆轉(zhuǎn)化，其中G6PDH為這一階段的關(guān)鍵酶，其活性可以直接反映PPP反應(yīng)速度和活化程度[34]。

乳苣種子在15/30 ℃溫度下，G6PDH活性相較于其他兩個(gè)處理有大幅提高，保證乳苣種子萌發(fā)所需能量的供應(yīng)，確保中間產(chǎn)物順利轉(zhuǎn)入合成代謝，為細(xì)胞分裂提供所需的還原力和生物合成原料物質(zhì)，高效產(chǎn)能的PPP占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著PPP啟動(dòng)乳苣種子快速萌發(fā)。圓齒野鴉椿、白皮松種子萌發(fā)的關(guān)鍵因素就是PPP的充分活化，使其在各呼吸途徑中占據(jù)主導(dǎo)地位[31,48]，本研究結(jié)果與這基本相似。

4 結(jié)論

通過本研究得知乳苣種子萌發(fā)需要15 ℃左右的溫差條件，15/30 ℃溫度條件下發(fā)芽率最高，這與其花果期重合（6—9月）。變溫條件下發(fā)芽率高以便與雨季（7—8月）一致，這為乳苣屬植物自然種群的恢復(fù)以及人工大規(guī)模栽培與利用提供理論支持；乳苣種子在萌發(fā)初期，內(nèi)部貯藏物質(zhì)碳水化合物被最先動(dòng)員，當(dāng)胚根突破種皮后，脂肪、蛋白質(zhì)動(dòng)員加快；乳苣種子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性與種子萌發(fā)率成正比；乳苣種子在萌發(fā)過程中TCA與PPP同時(shí)參與，但PPP作用更顯著。

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Effects of different temperature treatments on physiological and biochemical characteristics ofduring seed germination

LU Xudong1, 2, ZHANG Fenlang1, YANG Zhongren1, LIU Jinquan1, HAO Lizhen1, YI Fengyan2

(1. Inner Mongolia Key Laboratory of Wild Peculiar Vegetable Germplasm Resources and Germplasm Enhancement, College of Horticulture and Plant Protection, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019; 2. Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Hohhot 010031)

The paper studied the changes of seed germination and storage material at different temperature to understand the changes of storage material and various enzymes during the germination ofseeds. The results showed that: variable temperature could increase the germination rate of seeds. When the optimum variable temperature was 15 ℃ or 30 ℃, the highest germination rate of the seeds could reach to 54.45%; during the seed germination, the nutrients were gradually hydrolyzed under the action of related enzymes, which provided nitrogen source, carbon source and energy for the growth of embryo. There were some differences in the degradation process of the substance in the seeds. Among them, carbohydrate mobilization was fast, while the hydrolysis of fat and protein was relatively slow. During the germination of, the carbohydrate metabolism mainly attributes to the hydrolysis of α - amylase, and its enzyme activity is positively correlated with the germination rate of seeds; tricarboxylic acid cycle (TCA) and pentose phosphate pathway (PPP) coexist during seed germination of, and PPP plays a dominant role in seed germination of.

; germination; storage material; enzymatic activity

S647

A

1672-352X (2022)06-0913-07

10.13610/j.cnki.1672-352x.20230106.017

2023-01-09 14:12:30

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1162.s.20230106.1441.023.html

2021-12-01

內(nèi)蒙古自治區(qū)應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目（2019GC237），內(nèi)蒙古自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2021CG0023）生態(tài)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究專項(xiàng)（2022CYZX05），內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2019CXJJN11）和內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2020QNJJN012）共同資助。

盧旭東，碩士。E-mail：593137036@qq.com

張鳳蘭，副教授。E-mail：zhangfenglan041105@163.com