NaCl脅迫對黃精種子活性和生理特性的影響

郭坤元，何美軍，林先明，郭漢玖

(湖北省農(nóng)業(yè)科學院中藥材研究所，湖北恩施 445000)

黃精(PolygonatumsibiricumRed.)，又被稱為老虎姜、雞爪參等，為百合科黃精屬多年生草本植物，可以藥食兩用[1]，根據(jù)《中國藥典》記載，可以將其分為滇黃精(PolygonatumkingianumColl)、黃精(PolygonatumsibiricumRed)、多花黃精(PolygonatumcyrtonemaHua)3類[2]。在栽培種植方面，目前人們多利用黃精的地下根莖部分進行擴繁，但是無性繁殖有一個非常大的缺點，就是種植幾代后，黃精的品質(zhì)會越來越差，非常不利于其持續(xù)性栽培和大面積種植，因此，利用有性繁殖是今后黃精栽培種植的方向[3]。同時植物種子在萌發(fā)生長過程中會遇到各種不利環(huán)境，如干旱、水澇、鹽堿化等[4]，因此研究有關種子在逆境脅迫條件下的生理變化，萌發(fā)情況就顯得尤為重要。目前為止，有關黃精種子在正常條件下含水量[5]、休眠[6]、萌發(fā)[7]等方面的研究已被報道，但是有關黃精種子在逆境脅迫下生理萌發(fā)方面的研究還未發(fā)現(xiàn)。本試驗旨在研究黃精種子在不同濃度的NaCl鹽脅迫條件下，種子內(nèi)部生理生化及活力的變化情況，希望通過這些研究結果為以后黃精種質(zhì)資源的開發(fā)與利用提供前期研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗所用黃精種子于2015年11月采自湖北省恩施市新塘鄉(xiāng)華中藥用植物園實驗基地。采收后的種子經(jīng)過發(fā)酵、揉搓、去皮等處理。挑選籽粒飽滿、無病蟲害、無損壞的種子用于試驗。

1.2 方法

1.2.1 黃精種子的前期處理 根據(jù)國際種子檢驗規(guī)程，挑選飽滿、無損壞、無病蟲害的黃精種子，稱質(zhì)量后均勻的平鋪在烘干盒里，在烘箱里烘干14 h以上直至種子質(zhì)量恒定，冷卻后待用。

1.2.2 黃精種子NaCl鹽脅迫處理 選取30粒烘干至恒質(zhì)量的黃精種子，進行消毒滅菌處理后，于25 ℃培養(yǎng)箱中分別在無菌蒸餾水以及濃度為100、125、150 mmol/L的NaCl溶液中12 h光照/12 h黑暗培養(yǎng)，隨后分別測量培養(yǎng)2 d、1周、2周、3周后黃精種子的丙二醛(MDA)含量、過氧化氫酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、粗脂肪含量等生理指標。

1.2.3 黃精種子各生理指標測定 采用TTC染色法測定不同處理條件下黃精種子的活性情況[8]；利用TBA反應測定MDA的含量[9]；參照《植物生理學實驗教程》測定過氧化物酶POD、過氧化氫酶CAT以及超氧化物歧化酶SOD的活性[10]；利用考馬斯亮藍法和索氏提取法分別測定可溶性蛋白質(zhì)和粗脂肪的含量[11]；采用蔥酮比色法測定可溶性糖的含量[9]。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子活性的影響

種子活性是衡量種子質(zhì)量標準的重要指標之一。由圖1可知，隨著處理時間的延長，4種條件下黃精種子的活性均呈現(xiàn)出降低的趨勢，其中對照組蒸餾水處理的種子活性降低幅度較小，125、150 mmol/L NaCl處理條件下的種子活性降低幅度較大，在處理30 d，對照組種子的活性仍然有60%左右，而試驗組種子的活性則降低到25%左右。

2.2 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子MDA含量的影響

MDA是種子氧化應激反應過程中的產(chǎn)物，影響著種子的質(zhì)量[12]。從圖2可以看出，隨著處理時間的延長，黃精種子的MDA含量均逐漸增加，隨著處理濃度的升高，MDA的含量也逐漸升高，尤其是在150 mmol/L NaCl脅迫條件下，在處理30 d其MDA含量達到1.6 nmol/g左右，而對照組蒸餾水處理的MDA含量僅為0.25 nmol/g左右，表明高濃度的NaCl脅迫處理使種子積累了較多的MDA，不利于種子的萌發(fā)和生長。

2.3 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子CAT活性的影響

CAT可清除種子在萌發(fā)過程中產(chǎn)生的大量過氧化氫，具有保護細胞的作用。從圖3可以看出，隨著處理時間的延長，蒸餾水處理的對照組CAT活性呈現(xiàn)出比較規(guī)律的下降趨勢，而NaCl處理的試驗組中，CAT活性在處理前2 d呈現(xiàn)出降低的趨勢，在2～7 d內(nèi)呈現(xiàn)出增加的趨勢，隨后又呈現(xiàn)出降低的趨勢，NaCl的濃度越高，CAT的活性越低，在處理30 d時，對照組蒸餾水的CAT活性最高，試驗組150 mmol/L NaCl脅迫處理的最低。

2.4 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子SOD活性的影響

超氧化物歧化酶與植物的逆境脅迫關系密切，它可以保護植物及其種子在不利環(huán)境中正常萌發(fā)及生長。由圖4可知，不同處理條件下黃精種子的SOD活性大體上都呈現(xiàn)出下降的趨勢，其中在100 mmol/L NaCl脅迫條件下，處理的2～7 d 有先上升后下降的趨勢，125、150 mmol/L NaCl脅迫條件下，處理的第2周有上升趨勢，隨后下降。在處理30 d時，對照組蒸餾水的SOD活性最高，試驗組150 mmol/L NaCl脅迫處理的最低。

2.5 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子POD活性的影響

過氧化物酶具有很高的活性，同CAT一樣可以有效清除細胞內(nèi)的過氧化氫，起到保護植物細胞的作用。由圖5可知，不同處理條件下的POD活性大致都經(jīng)歷了先降低后升高再降低的趨勢，不同的是蒸餾水對照組POD活性降低和升高的幅度較小，而NaCl脅迫處理的變化幅度較大，其中在處理 2～14 d，3種NaCl濃度條件下都呈現(xiàn)出升高的趨勢，且在 14 d 時，100 mmol/L NaCl脅迫下的POD活性超過對照組，達到67 U/g左右；在處理30 d時，對照組和100 mmol/L NaCl脅迫下的POD活性比較接近，而125、150 mmol/L NaCl脅迫下的POD活性降至20 U/g左右。

2.6 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子可溶性糖含量的影響

可溶性糖是種子乃至整個植株生長過程中最主要的能量來源，正確測量種子可溶性糖的含量有助于了解種子的萌發(fā)能力[13]。由圖6可知，在對照組和100 mmol/L NaCl脅迫組中，黃精種子可溶性糖含量先增加后降低，且100 mmol/L NaCl脅迫處理的可溶性糖含量高于對照組；在高濃度的NaCl脅迫組中，黃精種子可溶性糖的含量先降低后略微增加，隨后又降低，表明低濃度的NaCl脅迫可以增加黃精種子的可溶性糖含量，同時增加的可溶性糖可以增強黃精種子對NaCl脅迫的抵抗能力，起到控制水分平衡、保水和防止水分流失的作用，而高濃度NaCl脅迫則損壞了黃精種子，使其可溶性糖含量降低。

2.7 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

可溶性蛋白質(zhì)既是種子能量物質(zhì)之一，又是種子酶系統(tǒng)等物質(zhì)的儲存體，在種子活力和萌發(fā)等方面起著重要的作用[14]。由圖7可知，隨著處理時間的延長和處理濃度的增加，黃精種子可溶性蛋白質(zhì)含量均呈現(xiàn)下降的趨勢，其中蒸餾水對照組下降的趨勢較弱，而高濃度NaCl脅迫組下降的趨勢比較明顯，表明NaCl脅迫破壞了黃精種子蛋白質(zhì)結構的穩(wěn)定性，種子受到損傷，不利于生長和萌發(fā)。

2.8 不同濃度NaCl脅迫處理對黃精種子粗脂肪含量的影響

粗脂肪是種子重要的能源物質(zhì)之一，可以在種子萌發(fā)時經(jīng)特定脂肪酶的作用分解為分子量比較小的脂肪酸等物質(zhì)，其中不飽和脂肪酸在不利條件下會被氧化成自由基，產(chǎn)生丙二醛損傷膜脂和膜系統(tǒng)，影響種子活力[15]。由圖8可知，隨著處理時間的延長和處理濃度的增加，黃精種子粗脂肪含量均呈現(xiàn)下降的趨勢，高濃度NaCl脅迫下降更為明顯，可能是因為高濃度的NaCl脅迫嚴重破壞了種子的膜系統(tǒng)，從而導致種子活力下降。

3 討論與結論

本研究對黃精種子在不同濃度NaCl脅迫條件下種子活力及各種生理指標進行了測定，研究發(fā)現(xiàn)，隨著處理時間的延長，4種條件下黃精種子的活性均呈現(xiàn)出降低的趨勢，其中對照組處理的種子活力降低幅度較小，而高濃度NaCl處理的種子活力降低幅度較大，在處理30 d時降低到原來25%左右，表明高濃度的鹽脅迫不利于種子活力的保持[16-17]。MDA測定結果發(fā)現(xiàn)，隨著處理時間的延長，高濃度NaCl處理下種子MDA的含量較高，在30 d時達到1.6 nmol/g，研究認為高濃度的NaCl脅迫可以導致種子積累較多的MDA，不利于種子的萌發(fā)和生長，與林艷等的研究結論一致[12，18]。POD、CAT以及SOD的測定結果發(fā)現(xiàn)，低濃度的NaCl脅迫會刺激種子氧化酶類的產(chǎn)生，可保護其減少傷害，而高濃度的NaCl脅迫嚴重破壞了種子的膜結構，導致種子內(nèi)氧化酶類大量減少，活性降低[19]。可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、粗脂肪的含量測定結果發(fā)現(xiàn)，低濃度NaCl脅迫條件下，黃精種子內(nèi)可溶性糖的含量會升高，升高的可溶性糖可以增強黃精種子對NaCl脅迫的抵抗能力，起到控制水分平衡和防止水分流失的作用，而高濃度NaCl脅迫損壞了黃精種子的膜脂和膜系統(tǒng)，影響種子活力[15]。