聚乙二醇对栝楼种子萌发的影响

第14卷第6期激光生物学报 Vol.14 No.62005年12月 ACTA LASER BIOLOGY SINICADec.2005·基础研究·聚乙二醇对栝楼种子萌发的影响何家庆2,黄训端2,黎承姬,施忠辉(1.安徽大学生命科学学院,中国安徽合肥2300392.安徽省生态工程与生物技术重点实验室,中国安徽合肥230039;3.安徽省绩溪县政府,中国安徽绩溪245300)摘要:针对栝楼籽萌发困难的问题,本试验采用聚乙二醇(PEG)对楼种子进行处理,结果表明:15%G浸种24h,可有效调节渗透水势,改变种子生理生化反应特性,并保持淀粉酶活性连续上升,使可溶性蛋白质含量明显提高,可见PEG在加速大分子动员和提高代谢能力方面发挥了作用,从而促进植物体的组织器官形态建成和生长发育;同时,PEG处理提高了过氧化物酶(POD)活性,降低了丙二醛(MDA)含量,减少了自由基积累,减轻了浸种吸涨对膜系统的损伤,降低了不利因素的影响,提高了种子活力。关键词:聚乙二醇;栝楼;种子;萌发中图分类号:S667;S543文献标识码:A文章编号:1007-716(2005)06-0416-04 Effects of PEG(Polyethylene Glyco) on Seeds Germination of richosanthes kirilowii HE Jia-qing2, HUANG Xun-duan 2, LI Cheng-, SHI Zhong-hui (1. School of Life Sciences, Anhui University, Hefei 230039, Anhui, China; 2. Anhui Key Laboratory of Eco-engineering and Bio-technique, Hefei 230039, Anhui, china; 3. Govemiment of Jixi County, Anhui Province, Jixi 245300, Anhui, China) Abstract In this paper, 15% PEG was applied to soak the seeds of Trichosanthes kirilowii for 24 h in order to promote its germination. The results show that PEG could decrease osmotic pressure of water and change reactions of physiology and bi- ffectively. For example, PEG could bring the high activity of amylase consecutively, and increase the content of dissoluble protein and the activity of POD (Peroxidase), reduce accumulation of free radical, but decrease the content of MDA Malondialdehyde) in seeds. Based on the expe t be said that PEG pretreatment could im- prove metabolic activity and make cell I membrane system less damage in the course of absorbing water in seed, too. All these indicate that PEG can increase seed vitality and germination capacity. Key words: PEG: Trichosanthes kirilowii; seeds;germination栝楼( Trichosanthes kirilowii)俗名瓜蒌、吊瓜,为葫功效。药理学进一步研究发现,天花粉中提取出的有芦科栝楼属药用植物,其果实、种子、根均可入药效活性成分--天花粉蛋白、栝楼蛋白,是一类核糖体失地下块根药称天花粉,具清热生津、消肿排脓、堕胎之活蛋白抗病毒抗肿瘤等近年来人们利用楼基金项目:安徽省星火计划(04053051)第6期何家庆等:聚乙二醇对栝楼种子萌发的影响417籽加工天然和保健食品,市场需求激增。药食同源10000及蒸馏水浸种24h,蒸馏水漂洗后整齐排列在开发潜力大经济效益高,因此被广泛栽培,如安徽绩培养皿中,置于25℃的恒温培养箱中培养,逐日观察溪、潜山等地已大面积种植。栝楼繁殖虽有有性和无发芽情况,统计发芽率,试验结果表明浓度为15%性两种但目前种植区多采用无性分根繁殖(繁殖系PEG-10000的催芽效率高。取消毒过的栝楼种子以数低,种质易退化),主要原因是种子萌发困难,种子15%P1000的种12h、24h、48h和72h处理,外壳坚硬,难以破胸,发芽时间长,出芽不齐一,此外,以上述同样方法培养,结果是渗透24h的栝楼种子发浸种不当会造成二次休眠因此种子萌发成为栝芽整齐。由此本试验确立PEG处理栝楼种子浓度楼规模化种植的障碍。15%,处理时间24hPEG作为一种渗透调节剂,能促进种子萌发,缩2.2PE对栝楼种子萌发过程中淀粉酶活性的影短发芽时间,使发芽出苗齐一,并在种子萌发阶段能起响到抗寒作用41。目前已在牧草、松树、烟草等种子萌PEG渗透处理,对栝楼种子萌发过程中淀粉酶活发较为困难的植物中得到了应用,但尚未见PEG性变化产生影响,结果见图1从图中曲线可以看出对栝楼萌发影响的研究。为此,本试验采用PEG-PEG处理后淀粉酶活性变化表现为持续走高,而对照10000对楼种子进行浸泡处理,观察其发芽情况,检在前5天上升,而后呈下降趋势。与对照相比,PEG处测萌发过程中淀粉酶、POD蛋白质和MDA等动态变理前5天淀粉酶活性略低,5天之后却远远高于对照。化,解析PEG对种子萌发的作用机理,旨在探索栝楼600种子萌发技术和促进栝楼产业发展。400 -C K1材料与方法200 --PEG1.1试验材料0一时间(d) 13 5 7 Time栝楼种子由安徽省绩溪县扶贫办公室提供。1.2材料处理图1PEG对栝楼种子萌发过程中淀粉酶活取栝楼种子800粒,先用0.1%HgCl消毒10min,性的影响再用不同浓度的PEG-10000浸种,取出后用蒸馏水漂Fig.1 Effect of PEG on amylase activity in洗4至5次,整齐排列在培养皿中,置于25℃的恒温培 seeds of Trichosanthes kirilowii in course of ger养箱中培养萌发;以蒸馏水浸种24h的种子培养 mination作为对照。分别检测种子萌发过程中的淀粉酶、POD的活性及蛋白质、MDA的含量。种子的萌动初期大量耗能,以满足日趋活跃的生1.3检测方法命活动和生长发育的需要,其唯一来源是靠自身储存1.3.1发芽率测定发芽率(%)=萌发种子数÷的大分子物质提供。淀粉酶的作用是将淀粉转化为寡种子总数×100%聚糖,再进一步在葡萄糖酶的作用下水解成葡萄糖。1.3.2淀粉酶测定3,5-二硝基水杨酸法。以25℃大分子物质降解为小分子物质,在提供能量的同时,也3min水解淀粉释放1mg麦芽糖所需酶量为1个淀粉为生命活动需要的合成代谢提供了原料。因此,淀粉酶活单位(U)。酶的活性变化对种子萌发质量和发芽率会产生重要影1.3.3pod测定愈创木酚法。以25℃1 min OD响。本试验结果证明PEG对淀粉酶活性的调剂作用,值在440nm处变化0.01为1个POD酶活单位(U)。使得对种子淀粉早期消耗缓慢,为较后时间生长发育1.3.4可溶性蛋白质测定考马斯亮蓝法以标对营养的大量需求提供了保障。对照种子早期酶活准蛋白溶液为参照,根据OD值计算蛋白质的含量高,转化物质多,但此时生长发育对营养需求量较小,1.3.5MDA测定硫代巴比妥酸法。以0.5%硫代造成早期过剩甚至浪费。巴比妥酸溶液为参照,根据OD值计算MDA的含量2.3PEG对楼种子萌发过程中可溶性蛋白质含2结果与分析量的影响PEG处理可显著提高栝楼种子萌发过程中可溶2.1PEG处理栝楼种子浓度与处理时间的确定性蛋白质的含量(图2),如PEG处理在萌发过程中的418激光生物学报第14卷16%种子萌发过程中维持较高含量的可溶性蛋白大量的活性氧离子和自由基,其氧化作用对生物体造质,可以满足发育过程中组织器官形态建成对蛋白质成损伤。用PEG处理的种子的POD活性上升幅度较的需求,是种子萌发生长的有力保证。水高,提高生物机体的保护能力,从而提高了种子的发PEG处理提高蛋白质的含量,表明PEG处理促进芽质量。种子贮藏蛋白质和结构蛋白质转化为可溶性蛋白,使2.5PEG对栝楼种子萌发过程中MDA含量的影酶蛋白、游离蛋白增多。酶类增加可促进代谢,提高生响命活力,游离蛋白增加为结构需求提供充足的储备,从植物细胞膜系统是以脂质为主要成分的内外环境而加速种子萌发过程和提高萌发质量。隔离系统,是物质交换和调节内环境的门户,代谢中氧化产生的自由基,可使脂质过氧化而造成细胞膜损伤,引起功能下降,严重时造成内容物泄露,或功能丧失。MDA是脂质过氧化反应的产物,胞内的MDA水平代 -+-PEG表了细胞膜系统受损伤的程度。0.01同7时间(d)a0.008 Time0.006 -CK00 --PEG图2PEG对栝楼种子萌发过程中可溶性蛋0.002白质含量的影响0时间(d Fig. 2 Effect of PEG on dissoluble protein con- tent in seeds of Trichosanthes kirilowii in course图4PEG对楼种子萌发过程中MDA含量 of germination的影响 Fig. Effect of PEG on MDA content in seeds2.4eg对楼种子萌发过程中POD活性的影响 of Trichosanthes kirilowii in course of germina由图3可见POD活性在栝楼种子萌发过程中呈 tion迅速增长态势,表明POD在种子萌发过程非常活跃,发挥着重要作用。处理与对照比较,PEG处理的种子peg处理可以引起楼种子萌发过程中MDA含第一天的POD活性与对照相当,之后比对照呈更快增量的变化,主要表现在PEG处理降低了MDA含量,见长,根据此可以得出PEG处理可提高POD活性。图4。与对照相比,在最初萌发的几天里,PEG处理的600MDA含量均小于对照,从而减少脂质过氧化,为萌发巨400过程提供更为有利的内环境条件。但就MDA在种子 -CK萌发初期的变化来看,均呈逐步上升变化趋势,并在第88200peG7天,PEG处理的MDA含量与对照相当,表明MDA随d)时间而积累,这是种子萌发过程本身所决定的,是代谢35时间(d活跃和旺盛的表现。图3PEG对楼种子萌发过程中POD酶活3讨论与结论的影响 Fig.3 Effect of PEG on POD activity in seeds植物种类不同,其种子萌发的难易程度不同。对 of Trichosanthes kirilowi- in course of germina-多数具有坚硬外壳的种子,由于进化过程中长期适应 tion环境不确定因素,造成萌发相对困难,如栝楼、松子、麻子等,在生产上表现为种子不易萌发,或种子萌发质量POD是广泛存在于植物细胞内的氧化还原酶类,不高,发芽率低,出苗不整齐等。这是农林业生产中面是植物体内消除自由基,免除自由基伤害的保护酶系临的一大技术难题。组成之一,特别在活性氧代谢过程中,POD发挥了重种子萌发是植物生命的初始阶段,主要依赖自身要的作用种子在发的过程中由代谢活跃产生储备营养物质的分解和转化等代谢提供能量,满足发第6期何家庆等聚乙二醇对栝楼种子萌发的影响419求,而这些转化都必须以水的适度供应为前提条件。间观察,PEG处理的种子外壳容易开裂。推测粘状物水是种子萌发的必备条件之一,是种子萌发初期的唯可能是糖蛋白一类物质,与外壳裂开有一定关系,可能一能大量渗入其内部的物质。水分渗入种子的动态进是种阜结构降解产物,或是促进种阜裂开的酶类,值得程影响种子萌发,如水分渗入过少,则不能启动萌发,深入研究。渗入过多过快则会影响某些生化反应平衡,过多过速 References吸涨还会造成质构的机械损伤。 1] REN Jing, HE Jia-qing. A study on utilization and value of re采用PEG浸种,可以降低种子萌发最初的水势, source in seeds of Trichosanthes krilowi [)] Wild Plant Resource of China,2001,20(6):21-22(任静,何家庆栝楼子资源的利造成渗透压力低于正常水压的环境,改变水分渗透平用及其价值[]中国野生植物资源2001,20(6):21-22.)衡,从而起到了改变种子某些萌发生理生化反应,影响【] WANG You Trichosanthin Beijing Scientific Pres20包括淀粉酶在内的一些生物活性物质的状态、功能,加6.8-17.(汪猷.天花粉蛋白[M]北京:科学出版社,2000,6速大分子营养物质动员,促进萌发。本试验结果证明8-17.)PEG能提高蛋白质含量,使淀粉酶活性持续升高,促[3] ZHANG Xiaobo- WANG Chang-chu. study on characteristic of进萌发,提高发芽率。此外,PEG作为分子量较大的 Trichosanthes kirilovoi germination272(章晓波,王昌初瓜篓种子发芽特性的研究[]种子,1998,2:物质不能进入种子内部,不会对种子造成不利影响。17-20.)依据种子干燥损伤理论,干燥后水分活度低,原生] HONG Fa-shui ZHAO Hai-quan Effect of PEG and polyvinyl质呈凝胶状,内膜系统皱折、不完整,导致种子活力下 cohol on seed vigor and cold resistance of cucumber seedling[J].降。采取PEG浸种,萌发初期吸涨缓和,有利于种子 Acta Horticulturae Sinica,19724(4)95-396(法水,赵海萌发逐步进行膜系统的生理生化修复和重建,减少迅泉聚乙二醇和聚乙烯醇对黄瓜种子活力和抗寒性的影响[J].园艺学报1997,24(4):395-396.)速吸涨对细胞膜系统的损伤。脂质过氧化是种子萌发损伤的主要原因之一,特别是萌发初期,代谢旺盛,产 lism in wildrye( Leymus chinensis) seeds[j]. Acta Prataculturae生的自由基较多,对新生组织危害较大。PEG处理可 Sinica21:(杰聚乙二醇处理对羊草种子缓解这个矛盾,如本试验测定的POD较对照高,而萌发及活性氧代谢的影响[J].草叶科学,2002,11(1):59MDA低,这两项指标都反映了PEG处理加强种子对64.)自由基的清除能力,免除脂质过多过氧化,起到了保护 Olgonsis seeds on their vitality []. Joumal of Qigihar Teachers作用。 College,995,15(1):46-50.(王绍林聚乙二醇溶液对长白落根据本试验结果,15%PEG浸种24h,栝楼发芽率叶松种子活力的影响[J]齐齐哈尔师范学院学报,1995,15高,种子活力强,种子萌发易破胸,出芽齐一,试验数据(1):46-50.)也初步解析和证实了促进萌发的效果。此外,EG渗7 UN Wei of soking by PEG on tobacco seed germination透处理后,在培养期间栝楼子外壳出现透明的粘液状sd,2003,3:10-14.(孙渭聚乙二醇浸种对烟草种子萌发的影响[]种子,2003,3:10-14.)物质,用手触摸粘乎乎的,而对照却不明显,在较后时作者简介何家庆:男,1949年生,安徽安庆人,安徽大学教授,任安徽省绩溪县人民政府副县长,三十多年来一直从事植物学的教学与研究工作,并长期致力于山区植物资源研究与开发近几年主持科研项目10余项,获得省部级科技奖励6项,出版专著6部,发表论文30余篇,发明专利4项。 Biography HE Jia-qing: male, born in 1949, Anhui Anqing. Professor of Anhui University. He was ever appointed to a subprefect in Jixi County. By far he has been teaching and reseaching in the field of botany for more than 30 years. He has been bending himself to study and develop the plant resource of mountain area for a long time. Recently, he presides more than 10 research projects. His main academic achievement: awarded 6 science and technogy prizes published 6 monographs and more than 30 pieces academic papers, invented 4 patents.