低温及贮藏年份对芍药种子生根 及其生理特性的影响

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点击次数:66 更新时间:2019年12月24日20:30:39 打印此页 关闭

低温及贮藏年份对芍药种子生根
及其生理特性的影响


摘要:以当年采收以及贮藏1年和2年的芍药种子为试验材料,对不同贮藏年份的芍药种子进行低温(一20°C -40°C)及沙藏处理,同时测定处于不同生根阶段的芍药种子的生理生化指标,以明确芍药种子快速生根的途径, 探讨芍药种子萌发生根的内在生理机制。结果表明:(1)单因素方差分析显示,贮藏年份、处理温度以及处理天数 均对芍药首粒种子生根时间、生根指数、生根率有极显著的主效应,三因素单独对各生根指标都有极显著的影响, 其中贮藏年份对种子生根的影响力最大。(2)在同一贮藏年份下,沙藏生根前进行一40C低温处理30d对芍药种 子生根效果最好,生根率最高(88. 33%)不同贮藏年份的芍药种子在沙藏生根前进行同_低温处理后,贮藏1 的芍药种子生根效果优于当年采收和贮藏2年的芍药种子。(3)不同贮藏年份的芍药种子在生根过程中生理生化 指标变化趋势相似,表现为含水量持续升高,可溶性糖含量先增加后减少,淀粉含量持续减少,可溶性蛋白含量先 减少后增加;过氧化物酶活性先升高后降低,过氧化氢酶活性先降低后持续升高。研究发现,一40C低温处理30d 能够有效打破芍药种子下胚轴休眠,促进芍药种子生根,且采收后贮藏1年的芍药种子生根效果最好。

芍药Paeowia Zacf/ora Pall.)属于芍药科 (Paeoniaceae)芍药属,是中国传统名花,观赏价值 极高且耐粗放管理,常被应用于园林、医药等方 [12]。芍药在园林应用中需求量大,但由于芍药种 子具有特殊的上、下胚轴双重休眠特性,导致其萌发 率低,严重影响芍药的产量,也对芍药的栽培育种等 工作产生阻碍[3—5]。虽然可采用其他方法对芍药进 行营养繁殖,但播种繁殖是获得实生苗的唯一途径, 且具有其他方法不可替代的重要地位,仍然是芍药 繁殖的主要方法[6]

芍药原产于俄罗斯的西伯利亚地区和中国北 [2],很多原产温带和寒带的植物种子都具有休眠 特性[7],芍药也不例外。种子休眠是个对植物有利 的特性,受到内部和外部环境等因素的共同控 ^]。国内外对芍药种子休眠的原因与机理还没 有形成统_的认识,但在前人的研究中发现,芍药种 子休眠的内部原因大体可以归结为两种,一是种子 内萌发抑制物质的作用,二是种皮及其附属物造成 了萌发障碍9。而芍药种子萌发时,根系生长与幼 苗生长所需要的外界环境条件是不同的3,这是因 为芍药种子具有上下胚轴双重休眠的特性,打破上 下胚轴休眠所需的外部环境条件不同,因此需要分 别进行研究。

芍药种子休眠的解除是其播种繁殖的基础,因 此,打破芍药种子的休眠使其尽快萌发,对提高芍药 播种繁殖效率的意义重大。在打破芍药种子休眠的 过程中,必须先打破下胚轴休眠再打破上胚轴休眠, 打破下胚轴休眠是解除芍药休眠的第一步,是芍药 播种繁殖工作的重中之重[10]。在前人的研究中,打 破芍药种子下胚轴休眠的方法主要有:使用机械打 磨或化学试剂对种皮进行处理,降低种皮厚度;使用 植物激素对芍药种子进行萌发诱导;改变萌发介质 条件等[n-13],而关于不同温度处理对芍药种子下胚 轴萌发影响的研究较少。岳桦等[13]曾采用先高温 再低温的变温处理方法,对沙藏生根过程中的芍药 种子进行了温度处理,发现25 °C恒温处理30 d后、 15 °C恒温处理90 d的综合变温处理能够显著提高 芍药下胚轴破眠效果。然而,关于在沙藏前对芍药 种子进行低温处理的研究较少,沙藏前低温处理对 芍药种子萌发生根的影响尚不明确。

种子在不同萌发阶段的生理生化变化可以反映 种子萌发过程中的内在机制,对萌发过程中生理生 化变化的研究有利于探索芍药种子破眠的条件。关 雪莲等[14]以沙藏过程中新疆块根芍药(Paona awoTOa/a )种子为实验材料,采用5种不同的沙藏和 赤霉素(gibberellic acid 3GA3 )处理,发现在不同 处理中可溶性糖、可溶性蛋白含量均呈现先增加后 减少的趋势,且GA3与沙藏相结合处理种子的可溶 性糖、可溶性蛋白增加量明显高于单独沙藏处理。 孙晓梅等[15]着重分析了超氧化物歧化酶(superox- idedismutaseSOD)过氧化物酶(peroxidase POD)和过氧化氢酶(catalaseCAT)在芍药种子吸 胀及沙藏过程中的动态变化,发现在吸胀12h时芍 药种子开始萌发SOD发挥作用时期较早SOD POD的活性与种子萌发呈负相关CAT活性与萌 发呈正相关。李敏[16]报道,GA3处理芍药种子生根 过程中SODPOD、CAT的活性随着芍药种子沙藏 时间的延长而增强,而丙二醛(malondialdehyde MDA)含量下降,苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyasePAL)和薦糖转化酶活性先增强后 减弱。这些研究为不同条件下芍药种子萌发过程中 的内在变化机制的解释提供了支撑,但芍药种子生 根不同阶段中更详细完备的生理生化信息还需要大 量的工作来补充完善。

因此,本研究对芍药种子先后进行了低温和沙 藏处理,在低温处理中设置了 20 C40 C2 温度梯度以及15304560 d的处理时间梯度 更加细致地探讨低温对解除芍药种子下胚轴休眠的 作用同时,本研究还采用3个不同贮藏年份的芍药 种子作为实验材料,考察了芍药种子在存放不同年 份时低温处理对其生根的影响,并对不同贮藏年份 芍药种子生根不同阶段的生理生化变化进行了测 定,以期更好地解释贮藏年份对芍药种子下胚轴休 眠解除的影响机制本研究结果将为芍药种子的采 收、栽培、育种奠定理论基础和方法学指导,以加速 芍药种子萌发,增加芍药的产量,促进芍药更好地在 园林观赏中应用

1材料和方法

1.1实验材料

选取当年采收和采后存放12年的芍药种 子为实验材料当年采收的芍药种子采收时间为 20168贮藏1年和2年的芍药种子采收时间 分别为20158月和20148月,采集地点均为 齐齐哈尔医学院芍药圃芍药种子采收后放入密封 容器置于4°C冰箱中,低温密闭贮存,从贮存之日起 1年或2年后取出用于试验分析种子用清水冲洗 取大小均匀下沉的饱满种子用于生根实验

1.2种子萌发过程观察

选取整齐度一致的新鲜芍药种子,在室温条件 下同时对不同贮藏年份的芍药种子先分别于清水中 浸泡30min,选取下沉的种子2005%高锰 酸钾溶液浸泡20 min消毒后冲洗净然后进行室温 沙藏沙藏时将高温灭菌20 min的河沙与种子按 3 : 1的体积比混匀,沙子湿度为沙子最大持水量的 50%在芍药种子室温沙藏过程中对萌发不同天 数的芍药种子进行形态观察,观察时将种子从沙中 取出洗净后进行图像采集设置3次生物学重复 1.3持续低温处理下种子生根指标测定

为研究不同贮藏年份芍药种子在不同程度和时 长低温处理下的生根情况,将不同贮藏年份的芍药 种子于清水中浸泡30 min分别取下沉的种子各20 粒,使用0. 5%高锰酸钾溶液浸泡20 min消毒后冲 洗净20 C40 C冰箱中分别处理1530 4560 d,以室温(2025 °C)条件下生长的芍药 种子作为对照,每种处理分别进行3次独立的重复 试验所有处理后的种子同时在室温条件下进行沙 在芍药种子低温处理后室温沙藏期间7d 观察并记录一次种子的生根情况,实验总天数为8 4 d生根实验结束后比较生根结果计算不同处理 下芍药种子的首粒生根时间生根指数生根率 根率和生根指数的计算方法分别为

生根率=(正常生根种子数/供试种子数X100%[17] 生根指数GJ) = S(Gi/IX),

式中Gf为第z天生根种子数Df为相应的种 子生根天数[14]

1.4不同贮藏年份种子生理指标测定

根据芍药种子生根过程中的形态变化,将芍药 种子的生根过程划分为3个阶段,分别为萌前阶段 露白至生根阶段和生根3〜5 cm阶段,各贮藏年份 的种子分别在此3个阶段取样进行生理指标测定 1.4.1种子含水量采用低恒温烘干法进行含水 量测定[18],含水量(%) = (M2 —M3 )/(M2 — Mi) M1为培养皿重量g)M2为培养皿和样品的烘前 重量g)M3为培养皿和样品的烘后重量g)。 不同贮藏年份种子横切后放入培养皿中,放入103 ±2)C的烘箱内18h冷却30 min后进行测定 组样品进行独立的3次生物学重复

1.4.2可溶性糖含量采用改良的蒽酮比色法[19] 进行种子可溶性糖含量测定将不同贮藏年份芍药 种子研磨成粉,取50〜100 mg种子粉末,加入4mL 80 %乙醇溶液后80 C水浴加热40 min3 500 r/min离心10 min后收集上清液,将对沉淀进行第 2次提取合并上清液定容至25 mL即得样品提 取液1 mL样品提取液,加入0. 5 mL2%蒽酮 试剂,缓慢加入5 mL浓硫酸,充分摇勾,沸水浴10 min加热后投入清水中冷却20 min后使用分光 光度计测定620 nm处吸光度OD)使用事先绘 制的标准曲线[19]进行可溶性糖含量的计算每组 样品进行独立的3次生物学重复

1.4.3淀粉含量采用高氯酸蒽酮比色法进行种 子淀粉含量测定标准曲线绘制后[2°]进行提取液 制备:向提取过可溶性糖的材料沉淀中加入5 mL 9.2 mol/L高氯酸,快速振荡摇匀后静置反应5 min10 000 r/min离心3 min,将上清移液入100 mL容量瓶重复35 mL蒸馏水洗涤沉淀离心3 min将上清液移入容量瓶定容摇匀后 得到供试液使用紫外分光光度计测定淀粉含量 测定方法同1. 4. 2

1.4.4可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[21] 行测定称取0. 3g种子粉末,加入5mL蒸馏水研 磨均匀后并转移至离心管中6 000 r/min离心20 min所得上清液置于50mL容量瓶中向离心管 中沉淀加入5mL蒸馏水,进行二次提取,离心后合 并上清液使用蒸馏水定容至50mL得到待测液 吸取1mL待测液于试管中,加入5mL考马斯亮蓝 染液充分混合后静置3min使用分光光度计测定 595 nm0D使用事先绘制的标准曲线[21]进行 可溶性蛋白质含量的计算每组样品进行独立的次生物学重复

1.4.5过氧化物酶和过氧化氢酶活性不同贮藏 年份种子切碎后加入适量的磷酸缓冲液[22]冰浴下 研磨成匀浆3000 r/min离心10min后将上清液转 25mL容量瓶中使用5mL磷酸缓冲液对沉淀 再次提取两次,将上清液并入容量瓶中,定容至刻度 后获得待测酶液,4°C低温下保存备用,进行过氧化 物酶(P0D)和过氧化氢酶(CAT)活性测定

(1) P0D活性采用愈创木酚法[22]测定 2.9 mL 005 mol/磷酸缓冲液10 mL 2% H2021. 0 mL 0. 05 mol/愈创木酚和 0. 1 mL  测酶液作为实验组,用加热煮沸5min的待测酶液 为对照,立即对实验组和对照组样品进行15min37 C水浴,然后迅速转入冰浴,并加入2.0mL20% 氯乙酸终止反应,离心10min后适当稀释,使用分 光光度计测定4n mOD值,使用事先绘制的标准 曲线[22]计算P0D活性每组样品进行独立的3 生物学重复实验

(2) CA活性210mL试管,其中一支 为对照组,另一支为待测组分别向待测组试管内 先后加入0. 2 mL待测酶液1. 5 mL 0. 2 mol/L (pH 7. 8)的磷酸缓冲液和1mL的蒸馏水同时在 对照组试管中加入煮沸的待测酶液25C预热后 向每个试管中加入0. 3mL0. 1mol/L的氏02, 次加入后立即计时,并迅速倒入石英比色杯中,测定 240 nm波长下的OD每隔1min读数1 4min每组样品进行独立的3次生物学重复

使用事先绘制的标准曲线[22]计算CAT活性。

1.5数据分析

数据分析方法采用SPSS17. 0进行差异性分析 和标准误差分析,采用L SD方法进行多重比较a = 0.05)使用Excel 2007进行数据统计和图表制作。

2结果与分析

2.1低温和贮藏年份对芍药种子生根的影响

单因素方差分析结果(表1)显示,贮藏年份、处 理温度和处理天数3个因素对芍药首粒种子生根时 间、生根指数、生根率均有极显著的主效应,说明3 因素单独对各生根指标都有极显著的影响,其中贮 藏年份F值最大,对种子生根的影响力最大;主体 间效应的多因素方差分析结果表明,3个因素的交 互作用对芍药首粒种子生根时间有显著影响,但对 其他指标的影响均不显著;同时任意2个因素的交 互作用对芍药种子生根的3个参数均无明显影响 (表1)。因此,以后着重分析贮藏年份对芍药种子 生根及生理指标的影响。

2种低温(一20 C和一40 °C)对芍药种子进行 不同天数处理后,不同贮藏年份芍药种子的生根情 况如表2所显示。首先,各个贮藏年份芍药种子在 2种低温处理15〜60d后,其首粒种子生根时间比 室温对照组明显缩短,生根指数和生根率均比室温 对照组明显提高,说明各贮藏年份芍药种子在沙藏 前进行一20C和一40C低温处理均有助于打破下 胚轴休眠,促进种子萌发。但不同的低温处理温度、 低温处理时间和贮藏年份对打破下胚轴休眠的效果 不同,其中贮藏一年种子在沙藏前进行一40 °C30 d的处理效果最佳,首粒种子生根时间最短,只需21



1不同低温处理下芍药种子生根影响因素的主体间效应检验

Table 1 Intersubjective effect test of influence factors of peony seeds rooting under different lo\^^temperature treatments

变异来源

Source of variation

 F value


首粒种子生根时间

Rooting time of the first seed/d

生根指数 Rooting index

生根率 Rooting rate

贮藏年份Year

57. 686**

90.741**

53. 661**

处理温度Temperature

22. 500**

36. 054* *

13. 838* *

处理天数Time

6. 767**

15. 156**

17. 320* *

贮藏年份X处理温度Year X Temperature

0 075

2 008

1 605

贮藏年份X处理天数Year X Time

0. 642

1 722

1 404

处理温度X处理天数Temperature X Time

2. 233

0 917

0 441

贮藏年份X处理温度X处理天数Year X Temperature X Time

2. 308*

0 873

0 533

*表示分别达到0. 010. 05差异显著性水平

Note * * and * mean significant difference at 0. 01 and 0. 05 level»respectively

 

 


 


 

 

 

 

 


不同低温和处理时间下各贮藏年份芍药种子生根情况image.png


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



d
生根指数最高(1. 482),生根率最高(88. 33%), 而对照组的生根率仅45. 00%,最佳处理组生根率 比对照组高43. 33%(表2)。其次在相同低温温度 和处理时间条件下,贮藏1年的芍药种子首粒种子 生根时间、生根指数和生根率等指标均优于当年采 收的芍药种子,当年采收种子又优于贮藏2年的芍 药种子,说明采收后存放1年的芍药种子最容易萌 发生根同时相同低温处理温度和种子贮藏年份 条件下,随着低温处理时间的延长,首粒种子生根时 间呈现先减小后增加的趋势,最小值出现在低温处 30 d;其生根指数和生根率呈现先增加后减小的 趋势最大值都出现在低温处理30 d说明低温处理 的最佳时间是30d此外在控制低温处理时间和 种子贮藏年份不变时,芍药种子生根数据指标在 40 °C低温环境下均优于20 °C低温环境 

2.2芍药种子生根过程

为确定生理实验测定的具体取材时间,我们对 芍药种子生根过程中的形态变化进行了观察分析 将芍药种子的生根过程划分为3个阶段,分别为萌 前阶段露白至生根阶段和生根3〜5 cm阶段 胚根伸长到种子长度的1/2以后,可以确定种子已 萌发生根[23],在时长为84d的生根实验中,我们观 察到沙藏处理后的芍药种子在_段时间后,下胚轴 休眠可以被打破,种皮在种脐处开裂,之后胚根不断 生长伸长,此时芍药种子进入露白至生根阶段,在此 之前为萌前阶段随后胚根继续不断伸长达到平 均根长为 3〜5 cm, 此时为芍药种子生根3〜5 cm阶段(图1),此时我们认为芍药种子下胚轴的休眠 被完全打破,根进入正常生长阶段。

2.3各贮藏年份芍药种子在不同生根阶段生理生 化指标分析

本试验发现,尽管不同的低温处理可以促进芍 药种子的生根效率,但最显著的影响因素却是芍药 种子贮藏年份,即种子采收后的存放时长。为能初 步解释不通贮藏年份对芍药种子生根的机制,我们 对不同贮藏年份芍药种子在生根不同阶段的生理生 化指标进行了检测分析。

2.3.1含水量在种子生根过程中,各贮藏年份的 芍药种子含水量均呈现出相同的逐渐上升趋势,且 始终表现为当年采收种子>贮藏1年的种子>贮藏 2年种子(图2)。其中,当年采收、贮藏1年和贮藏 2年芍药种子含水量在萌前阶段至露白生根阶段均 上升幅度较大,增幅分别为28. 74%、36. 06%和 38. 14%;在随后生根过程中种子含水量缓慢上升, 变化幅度较小,三者分别上升了 2. 29%、2. 40%和 7. 70%。可见,采收后贮藏时间越长的芍药种子在 生根时含水量越低,但上升幅度越大。

2.3.2可溶性糖和可溶性蛋白含量不同贮藏年 份芍药种子可溶性糖含量在其生根过程中都呈现先 上升再下降的变化趋势,并均在露白生根阶段达到 峰值,而当根系不断伸长时可溶性糖含量又逐渐减 少(图3)。其中,在种子生根过程中,当年采收、贮 藏1年和贮藏2年的芍药种子可溶性糖含量先从萌 前阶段的10. 35%、16. 91%和9. 29%分别上升至露

image.png白生根阶段的12.30%19.17%16.40%然后它 们又分别下降至生根35 cm阶段的7. 91% 14. 59%10. 69%;芍药种子可溶性糖含量基本表 现为贮藏1年最高贮藏2年居中当年采收最低 可见,芍药种子可溶性糖含量在贮藏1年时最高,且 其在生根过程中的变化幅度随贮藏年份延长而增加

另外,不同贮藏年份的芍药种子可溶性蛋白含 量在生根过程中均呈现先下降之后上升的趋势,并 均在露白生根阶段可溶性蛋白含量达到最低点(图 3)。其中,在种子生根过程中,当年采收、贮藏1 和贮藏2年的芍药种子可溶性蛋白含量从萌前到露 白生根阶段分别下降了 23. 57%30. 06% 16. 18%之后到生根35 cm阶段它们又分别上升  16.49%14.04% 17. 93%贮藏 年的芍药 种子可溶性蛋白含量降幅最小,而增幅最大,始终高 于其余贮藏年份种子;而贮藏1年种子降幅最大,升

■ t2 Two-year-storage seeds图片1.png

  1  One-year-storage seeds

萌前 露白至生根 生根35 cm

Before gemination Exposing to rooting Rooting 3-5 cm

生根阶段 Rooting stages

误差线表示标准差;小写字母表示差异显著水平(P<0. 05);下同
2不同贮藏年份芍药种子不同生根
阶段中的含水量变化

Error bars indicate standard deviations,the normal letters
indicate different significant levels 
(_P<0. 05) ;The same as below
Fig. 2 The changes in water content of peony seeds
harvested in different years at different rooting stages

幅最小变化较大生根后处于较低水平

2.3.3淀粉含量当年采收贮藏1贮藏2 的芍药种子在生根阶段的淀粉含量和变化趋势相 均呈现逐渐迅速下降的趋势4)。其中它们 先从萌前阶段的12. 97%13. 00%13. 73%分别 下降到露白生根阶段的9. 75%10. 64% 10. 12%然后继续下降至生根35 cm阶段的 6. 78%. 98%5. 59%最终比萌前阶段分别下 降了 47. 73%6. 31 %59. 29%即贮藏2年的芍 药种子降幅最大

2.3.4过氧化物酶和过氧化氢酶活性如图5 示,各贮藏年份芍药种子POD在生根过程中均先升 后降,而其CAT活性均先降后升,并分别在露白生 根阶段达到最大值和最低值其中当年采收贮藏 1贮藏2年的芍药种子POD活性从萌前到露白 生根阶段分别大幅上升了 85. 89%76. 19% 112. 24%后从露白生根到生根35 cm阶段又分 别大幅下降了 52. 85 %92. 57%85. 10%且最终 均低于萌前水平期间种子POD活性始终表现为贮

於藏2 Two-year-storage seeds 这忙藏 1  One-year-storage seeds

 image.png

 

萌前 露白至生根 生根35 cm

Before gemination Exposing to rooting Rooting 3-5 cm

生根阶段 Rooting stages4.png

4不同贮藏年份芍药种子不同生根阶段中的
淀粉含量变化

5 (1).png



Fig. 4 The changes in starch content of peony seeds
harvested in different years at different rooting stages


5 (2).png1<当年采收<贮藏2年;同时,当年采收、贮 1年、贮藏2年的芍药种子CAT活性从萌前到露 白生根过程中分别下降了 51. 35%、24. 24%和 31. 25%,从露白生根到生根3〜5 cm过程中又分别 上升了 72. 22%、27. 27%和18. 18%,期间种子 CAT活性始终表现为贮藏1年>当年采收>贮藏 2年。可见,在芍药种子生根过程中,各贮藏年份种 子中POD活性变化趋势与其CAT活性在某种程 度上正好相反,可能在发挥共同的生理作用时表现 出互补的功能。

3讨论

3.1芍药种子的生根过程

在前人的研究中发现,芍药种子的萌发与牡丹 相似,可分为萌前期、生根期和发芽期3个阶段,其 中芍药种子的生根期又能分为露白和根长 2个阶段[14]。芍药种子的生根过程是连续的,当下 胚轴的休眠被打破,胚开始萌动,白色胚根从种脐处 伸出,并不断伸长。在本研究中,为便于生理生化指 标分析取材时间掌控及种子萌发过程中不同阶段的 详细描述,将芍药种子的生根过程分为萌前阶段、露 白至生根阶段和生根3〜5 cm阶段,以避免芍药种 子生根过程中具有争议的过渡阶段。

3.2低温处理下不同贮藏年份芍药种子生根状况 在本研究的8组低温处理和1组对照的芍药种 子生根实验中,低温处理组芍药种子的生根指数和 生根率均高于对照组,同时低温组的首粒种子生根 时间均低于对照组,各种低温处理下芍药种子的生 根效果均优于对照,这说明在种子沙藏前进行低温 处理有助于解除芍药种子的下胚轴休眠,促进生根。 其中,在同一低温处理下,采收后贮藏1年的芍药种 子的首粒种子生根时间最短、生根指数及生根率最生根结果优于当年采收和贮藏2年的芍药种子 这可能是由于随着贮藏时间的延长,种子完成了生 理后熟,使得生根率大幅度提高,故贮藏1年种子的 生根效果优于当年采收的种子但是如果贮藏时间 继续延长,种子中的水分和营养物质逐渐流失,种子 的生活力渐渐下降,失活种子增多,导致生根率下降 迅速,因此贮藏2年的芍药种子生根结果低于当年 采收的芍药种子且远低于贮藏1年的芍药种子 时,在各种低温处理中,同一贮藏年份下40 °C 理后的种子生根效果优于 20 °C处理,其中又以 40 C处理30d的生根结果最好,其首粒种子生 根时间短,生根指数高,生根率高可见,低温可以 加速打破芍药种子下胚轴休眠促进种子萌发生根 同时更低的温度更有助于打破休眠,在本研究中以 40 C低温处理天数30d时效果最好另外 试验中多因素方差分析发现,尽管不同低温处理可 以促进芍药种子的生根效率,但影响种子生根最显 著的因素却是芍药种子贮藏年份,即种子采收后的 存放时长

3.3不同贮藏年份的芍药种子生根过程中的生理 生化变化特征

3.3.1芍药种子中相关物质含量的变化首先,在 芍药种子贮藏过程中,种子中的水分会不断减少,因 贮藏时间越长的芍药种子萌前阶段含水量越少 与当年采收的芍药种子萌前含水量(27. 81%)相比 贮藏1年(17. 20%)和贮藏2年(7. 69%)的芍药种 子萌前含水量分别减少了 10. 61%9. 51%我们 发现种子含水量的这种变化趋势与室温条件下不同 贮藏年份芍药种子的首粒种子生根时间成正相关 由此我们推测正常条件下种子的含水量一定程度上 可能决定芍药种子开始生根的最短时间

其次,从萌前阶段到露白生根阶段,在适宜的外

界条件下,芍药种子的休眠逐渐解除,胚开始萌动, 此时可能由于种子中蛋白质、淀粉等不溶的大分子 逐渐分解成小分子的可溶性糖,种子可溶性糖含量 会逐渐上升;而在露白生根到生根3〜5 cm阶段,我 们推测因为根系逐渐伸展延长,生理活动消耗了大 量可溶性糖,因此种子可溶性糖含量逐渐减少。同 样是从萌前到露白生根阶段,芍药种子分解了大量 的淀粉用于产生可溶性糖,为种子的萌发生根提供 最初的动力和能量,因此该阶段种子淀粉含量应逐 渐减少[24];在露白生根到生根3〜5 cm阶段,可能 由于根系逐渐伸长,植物体需要继续消耗能量,而此 时还没有叶片能进行光合作用形成淀粉等物质,因 此该阶段种子淀粉含量会减少。我们推测芍药种子 中可溶性糖含量在一定程度上决定其生根率,种子 的成功生根需要消耗能量,而作为直接能源物质的 可溶性糖的含量总体上可能影响芍药种子的生根 率。在萌前阶段,贮藏1年的芍药种子中可溶性糖 含量远高于当年采收和贮藏2年的芍药种子,这种 趋势与各种处理下不同贮藏年份种子的生根率和生 根指数的变化趋势基本_致,同时不同贮藏年份种 子的可溶性糖含量比例与生根率之间的比例也较为 相似。因此,我们猜测萌前阶段芍药种子的可溶性 糖含量与其萌发能力可能有密切的关系。

再次,不同贮藏年份芍药种子的可溶性蛋白质 含量均在生根阶段都是先下降再上升。从萌前到露 白生根阶段,种子可溶性蛋白质含量不断减少,说明 在生根阶段可能有大量的蛋白质被分解成营养物 质,为生根提供营养和最初的动力。之后,种子可溶 性蛋白质含量又不断增加,这可能是由于在这个阶 段根系不断伸长且植物体开始形成新的组织,细胞 开始不断合成新的蛋白质而导致[25]。萌前阶段各 储藏年份间芍药种子的可溶性蛋白质含量的比例与 含水量和首粒种子萌发时间相似,推测芍药种子萌 前阶段可溶性蛋白质含量与其萌发的速度可能也存 在正相关的联系。

3.3.2芍药种子中抗氧化酶活性的变化各贮藏 年份芍药种子POD活性在生根阶段均先增加再降 低。从萌前到露白生根是种子生根启动阶段,种子 POD活性在这一阶段升高,可能影响到了磷酸戊糖 途径,促进种子解除休眠,加速萌发生根[26]。而种 子萌发后,根系不断伸长,种子POD活性开始逐渐 降低。同时,CAT可以清除过氧化氢及其他自由 基,是细胞新陈代谢的标志[27]。一般CAT活性越 高,细胞中过氧化氢含量越少,生活力越高[28]。各 贮藏年份芍药种子CAT活性从萌前到露白生根的 过程中逐渐降低,说明细胞新陈代谢逐渐减弱,而 CAT活性从露白生根至生根3〜5 cm阶段又逐渐 升高,说明此阶段细胞新陈代谢逐渐增强,细胞代谢 产生的大量过氧化氢被CAT清除,此时细胞的生 活力较高。

有趣的是,在我们的结果中发现PODCAT 在芍药种子不同萌发阶段酶活性的变化趋势正好相 反,这可能是因为在清除超活性氧自由基的酶系统 中存在着生理生化功能的重叠和互补,POD CAT在同一萌发时期酶活性变化相反的现象可能 也是由此引起,而超活性氧自由基还存在其它很多 清除剂,在芍药种子萌发过程中超活性氧自由基相 关的生理生化变化还需要后期更完整的分析。此 外,贮藏1年的芍药种子在整个萌发过程中POD 酶活性均低于另外两个贮藏时间,CAT酶活性均高 于另两个贮藏时间,总是处于最大值或最小值的情 况,这个特点与其生根率情况相同,推测这个特点可 能在某方面决定芍药种子的总体生根情况。

综上所述,芍药种子沙藏前进行低温处理有助 于解除种子下胚轴休眠,促进生根。同时,芍药种子 在沙藏前进行低温处理可以有效减少首粒种子生根 时间,使首粒种子生根时间提前,生根率提高,有助 于加快芍药的育种、栽培;其中,一40°C低温处理的 效果优于一20°C处理,并以一40 °C下冷藏30d 再沙藏芍药种子的生根结果最好,首粒种子生根时 间最短、生根指数和生根率最高。采收后芍药种子 的存放时间对生根影响较大,这种影响的效果甚至 大于试验中采用的处理温度、处理时间等因素,且采 收后存放1年的芍药种子生根效果优于当年采收和 贮藏2年的芍药种子。在不同储藏年份芍药种子的 生根过程中,种子含水量、萌前阶段可溶性蛋白质含 量与首粒种子生根时间变化趋势正相关;可溶性糖 含量、CAT酶活性与生根率变化趋势正相关POD 酶活性与生根率变化趋势负相关,推测这些生理生 化变化可能分别决定着芍药种子生根的速度和生根 率。在生产实践中,可以将采收后的芍药种子贮藏 1年,在沙藏前进行一40 C处理30d后进行播种, 以获得最佳的生根结果,得到最短的首粒种子生根 时间和最高的生根率。

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