伯樂(lè)樹(shù)種子不同條件貯藏下前后生理比較

康華靖,陶月良,陳子林,周鈺?shū)?鄭偉成

(1.溫州科技職業(yè)學(xué)院園林系,浙江溫州 325006;2.溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江溫州 325027;3.浙江大盤(pán)山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,浙江磐安 322300;4.浙江九龍山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,浙江遂昌 323312)

伯樂(lè)樹(shù) (Bretschneidera sinensis)又名鐘萼木,是伯樂(lè)樹(shù)科的落葉喬木,它是我國(guó)特有的單種科植物,是第三紀(jì)熱帶植物區(qū)系的孑遺種,對(duì)研究被子植物的系統(tǒng)發(fā)育及古地理、古氣候等具有重大的科學(xué)價(jià)值。伯樂(lè)樹(shù)花大型,總狀花序頂生,粉紅色,夏天滿(mǎn)樹(shù)粉紅色花十分艷麗;入秋后,紅色果實(shí)累累,襯托在金黃色的葉片間,耀眼奪目,可作為園林綠化樹(shù)種。此外,伯樂(lè)樹(shù)樹(shù)冠大、樹(shù)干通直,其木材淡褐黃色,邊心材不明顯,紋理直、結(jié)構(gòu)細(xì),色紋美觀,加工容易,不翹不裂,刨面光滑具光澤,適于家具、膠合板、細(xì)木工板及其它工藝品等,又是優(yōu)良的用材樹(shù)種。由于伯樂(lè)樹(shù)星散分布,個(gè)體數(shù)量極少,被列為國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物[1]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)伯樂(lè)樹(shù)的研究較少,主要集中在人工育苗[2-3]、系統(tǒng)分類(lèi)[4-6]、化學(xué)成分[7]及種子休眠特性[8]上。李鐵華[8]等研究認(rèn)為,伯樂(lè)樹(shù)種子具深休眠特性,在低溫干藏 120 d后再層積 20 d解除休眠的效果最佳。了解種子貯藏過(guò)程中的物質(zhì)變化和種子劣變過(guò)程,對(duì)于探討種子貯藏生理機(jī)制、保持種子活力和提高種子貯藏壽命,以及種質(zhì)保存和生物多樣性的保護(hù)都有著十分重要的意義。本文以 3個(gè)不同地區(qū)的伯樂(lè)樹(shù)種子為研究對(duì)象,設(shè)置不同的貯藏方式探討其貯藏前后的生理變化,旨在為種質(zhì)資源的保存以及伯樂(lè)樹(shù)瀕危機(jī)理的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 種子來(lái)源

種子來(lái)自浙江省麗水市的遂昌縣、福建省南平市浦城縣和衢州的江山市,編號(hào)分別為 1、2和 3。采種時(shí)間為 2007年 10月下旬,清水洗去肉質(zhì)外種皮,置于室內(nèi)稍做晾干 (以此時(shí)的種子作為起始對(duì)照CK)。

1.3 發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的測(cè)定

分別于貯藏前后隨機(jī)選取飽滿(mǎn)的種子平鋪在裝有少許沙子的培養(yǎng)皿 (外徑約 15 cm)中,然后添加蒸餾水,以稍有水分流出為宜,置于 26℃[8]培養(yǎng)箱中 (PYX-DHS-50×65-BS,上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠)。每個(gè)處理 3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù) 100粒種子。每天觀察記錄種子萌發(fā)情況,以胚根長(zhǎng)度大于 3 mm視為萌發(fā),以連續(xù) 3 d不再萌發(fā)視為萌發(fā)結(jié)束。

其中,Gt指第 t天時(shí)的發(fā)芽數(shù),Dt指發(fā)芽天數(shù)。

表1 種子來(lái)源的概況

1.4 形態(tài)指標(biāo)的測(cè)量

隨機(jī)選取 25粒發(fā)育較為一致的種子,采用游標(biāo)卡尺 (0.005)測(cè)量其最長(zhǎng)、最寬和最厚的部位。

1.5 生理指標(biāo)的測(cè)定

隨機(jī)選取 20粒左右種子,除去種皮,小心將其切碎,稱(chēng)取其質(zhì)量 (M1),放入干燥皿中,置于烘箱中,先 105℃烘 30 m in,再調(diào)至 80℃烘至恒重(M 2)。

通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn),初步判斷伯樂(lè)樹(shù)種子為淀粉類(lèi)種子,脂類(lèi)物質(zhì)含量極低,因此本文沒(méi)有對(duì)其變化進(jìn)行研究?？扇苄蕴呛偷矸酆康臏y(cè)量用蒽酮比色法[9];淀粉酶活性測(cè)定采用比色法[9];蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮蘭比色法[10];蛋白酶的測(cè)定采用NaOH滴定法[10]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

上述處理均設(shè)置 3個(gè)重復(fù)。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)用SPSS12.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),運(yùn)用 Excel 2003作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 形態(tài)指標(biāo)

由表2可知,不同地區(qū)的種子之間除厚度差異明顯外,長(zhǎng)度和寬度均未達(dá)到顯著差異 (P>0.05),而長(zhǎng) /寬和長(zhǎng) /厚均以浦城縣 (3號(hào))地區(qū)為最大,而千粒重卻最小,與其他 2個(gè)地區(qū)相比差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05),說(shuō)明該地區(qū)的種子狹長(zhǎng)而扁平, 質(zhì)量較小。

表2 種子的形態(tài)

2.2 發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

由圖1可以看出,新采摘的種子無(wú)論是發(fā)芽率還是發(fā)芽勢(shì)都極低,不同地區(qū)之間也并不存在著顯著差異 (P>0.05)。經(jīng)過(guò)貯藏后,種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均顯著升高 (P<0.05),說(shuō)明種子有休眠期,沙藏破除了種子休眠,從而提高了發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。不同處理之間,干藏的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)相對(duì)較低。

圖1 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的比較

2.3 含水量

3個(gè)地區(qū)的種子貯藏前的初始含水量較為接近,均在 55.0%左右 (P>0.05),經(jīng)過(guò) 130 d的貯藏以后,其含水量達(dá)到 65.0%左右,不同處理之間差異不顯著 (P>0.05)。沙藏處理 (常溫和低溫)與貯藏前相比增加了近 10.0%,其差異達(dá)到顯著水平 (P<0.05);C處理下的種子含水量稍有增加,但與貯藏前相比,其差異并未達(dá)到顯著水平 (P>0.05)。分析認(rèn)為,種子貯藏 130 d后,種子外種皮裂開(kāi),A和B處理種子表面的濕度較大,便于種子吸收水分,而 C處理下的種子外種皮雖也裂開(kāi),但受封口袋貯藏方式的限制,只能吸收少量殘留在的種子表面的水分,因此含水量相對(duì)略低。

圖2 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后含水量的變化

2.4 蛋白含量與蛋白酶

新采摘種子的蛋白質(zhì)含量以江山市為最低,與其他 2個(gè)地區(qū)相比,其差異達(dá)到顯著水平 (P<0.05),推測(cè)這種差異主要是由于樹(shù)齡的差異造成的。經(jīng)過(guò)不同處理后,種子蛋白質(zhì)含量均有明顯的增加 (見(jiàn)圖3)。同樣,蛋白酶活性在貯藏前較低且不同地區(qū)之間并無(wú)顯著差異,貯藏之后,其活性顯著提高 (P<0.05),且不同貯藏方式之間存在差異 (見(jiàn)圖4)。

圖3 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后蛋白質(zhì)含量的變化

圖4 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后蛋白酶活性的變化

2.5 可溶性糖、淀粉含量及淀粉酶的變化

由圖5可知,新采摘的種子,其淀粉含量占干重的 80%左右,說(shuō)明伯樂(lè)樹(shù)的種子為淀粉類(lèi)種子。貯藏 130 d之后種子的淀粉含量下降至 40%左右,這與貯藏后淀粉酶活性的顯著升高有關(guān) (P<0.05)(見(jiàn)圖6)。不同貯藏方式下的種子淀粉含量較為接近,之間的差異均未達(dá)到顯著水平 (P>0.05),說(shuō)明不同的濕度和溫度對(duì)種子淀粉含量的保持影響不大。淀粉酶的活性在不同處理之間并未明顯差異,而貯藏之后與對(duì)照之間存在顯著差異 (P<0.05),說(shuō)明伯樂(lè)樹(shù)種子經(jīng)過(guò)貯藏后,淀粉酶活性明顯增強(qiáng)。

圖5 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后淀粉含量的變化

貯藏之后淀粉酶活性的增強(qiáng),淀粉逐漸被分解,可溶性糖的含量也相應(yīng)的升高 (如圖7所示),與初始可溶性糖含量相比,貯藏之后其含量顯著升高 (P<0.05)。由圖5還可以看出,不同處理之間差異并不顯著 (P>0.05)。

圖6 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后淀粉酶活性的變化

圖7 伯樂(lè)樹(shù)種子貯藏前后可溶性糖含量的變化

3 討 論

種子形態(tài)是物種遺傳變異的重要特征之一,可以影響到它的萌發(fā)和幼苗定植[11-12]。研究表明,生物統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)一個(gè)種地理變異規(guī)律的研究結(jié)果與種源試驗(yàn)結(jié)果基本一致,因此了解果實(shí)及種子的地理變異規(guī)律,不僅可以為種源試驗(yàn)采樣和試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供信息,而且可以對(duì)種子區(qū)劃及調(diào)撥范圍的確定提供指導(dǎo)[13]。3個(gè)地區(qū)種子性狀比較得知,與其他2個(gè)地區(qū)相比,浦城縣地區(qū)的種子狹長(zhǎng)而扁平,質(zhì)量較小。另外,在相同的貯藏條件下,福建浦城縣地區(qū)種子的發(fā)芽率均較低 (P<0.05)。分析認(rèn)為,該地區(qū)伯樂(lè)樹(shù)呈極為零星分布,且年齡級(jí)較小,開(kāi)花的母樹(shù)只有一棵,缺乏基因交流,有可能影響了種子的質(zhì)量。

萌發(fā)實(shí)驗(yàn)還表明,新采收的種子,即使給予適宜的外界因子,其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均極低,經(jīng)過(guò)貯藏之后發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均有顯著提高。研究表明,層積處理可以促使胚形態(tài)發(fā)育成熟、激素發(fā)生變化、抑制物質(zhì)降解、大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)、提高一些酶的活力、促進(jìn)有關(guān)基因的表達(dá)、低溫下種皮透性增強(qiáng)、提高呼吸速率,以及使胚對(duì)脫落酸的敏感性降低等[14-15]。同樣,利用適當(dāng)?shù)牡蜏乩鋬鎏幚砟軌蚩朔N皮的不透性,增進(jìn)種子內(nèi)部的新陳代謝,促進(jìn)赤霉素和細(xì)胞分裂素等激素的合成,降解或轉(zhuǎn)化脫落酸等抑制激素,從而促進(jìn)種子的萌發(fā)[16]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示濕沙低溫貯藏下的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均稍高。

種子的貯藏物質(zhì)需要經(jīng)過(guò)分解后,才能以可利用的方式動(dòng)員到胚中去,以支持胚的迅速生長(zhǎng),這樣就需要一些分解酶類(lèi)的迅速合成。因此,種子發(fā)芽時(shí),酶的活化是最為明顯的現(xiàn)象之一[17]。貯藏之后,種子的淀粉酶和蛋白酶活性均顯著升高。新采集的伯樂(lè)樹(shù)種子淀粉含量達(dá)到其濕重的 80%左右,說(shuō)明其種子屬于淀粉類(lèi)種子。因此,淀粉酶活性對(duì)伯樂(lè)樹(shù)種子萌發(fā)過(guò)程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量提供有重要影響。淀粉酶分解種子中儲(chǔ)存的淀粉經(jīng)一系列反應(yīng)形成葡萄糖,供呼吸作用消耗?？扇苄蕴鞘欠N子貯藏過(guò)程中的主要呼吸底物[18],種子中可溶性糖主要由種胚和胚乳已貯藏的可溶性糖提供,并且可以從淀粉等高分子的多糖降解來(lái)得到補(bǔ)充[19-20],導(dǎo)致可溶性糖含量不降反升 (見(jiàn)圖7)。淀粉酶活性的增加、淀粉含量的降低以及可溶性糖含量增加表現(xiàn)出了內(nèi)部生理變化的一致性。而貯藏之后,蛋白質(zhì)的含量與蛋白酶活性同時(shí)升高,分析認(rèn)為這是由于種子萌發(fā)前期大量酶類(lèi)物質(zhì)的合成從而使蛋白質(zhì)含量反而有所增加。

綜合本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,伯樂(lè)樹(shù)種子經(jīng)不同條件貯藏 130 d后,種子含水量均明顯增加,種皮出現(xiàn)裂痕,種子內(nèi)的淀粉酶、蛋白酶活性也均升高,休眠得以解除,從而表現(xiàn)出較高的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),這表明伯樂(lè)樹(shù)種子不適宜較長(zhǎng)時(shí)間保存。

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