聚乙二醇對栝樓種子萌發(fā)的影響

第14卷第6期激光生物學(xué)報 Vol.14 No.62005年12月 ACTA LASER BIOLOGY SINICADec.2005·基礎研究·聚乙二醇對栝樓種子萌發(fā)的影響何家慶2,黃訓端2,黎承姬,施忠輝(1.安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,中國安徽合肥2300392.安徽省生態(tài)工程與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室,中國安徽合肥230039;3.安徽省績(jì)溪縣政府,中國安徽績(jì)溪245300)摘要:針對栝樓籽萌發(fā)困難的問(wèn)題,本試驗采用聚乙二醇(PEG)對樓種子進(jìn)行處理,結果表明:15%G浸種24h,可有效調節滲透水勢,改變種子生理生化反應特性,并保持淀粉酶活性連續上升,使可溶性蛋白質(zhì)含量明顯提高,可見(jiàn)PEG在加速大分子動(dòng)員和提高代謝能力方面發(fā)揮了作用,從而促進(jìn)植物體的組織器官形態(tài)建成和生長(cháng)發(fā)育;同時(shí),PEG處理提高了過(guò)氧化物酶(POD)活性,降低了丙二醛(MDA)含量,減少了自由基積累,減輕了浸種吸漲對膜系統的損傷,降低了不利因素的影響,提高了種子活力。關(guān)鍵詞:聚乙二醇;栝樓;種子;萌發(fā)中圖分類(lèi)號:S667;S543文獻標識碼:A文章編號: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栝樓( Trichosanthes kirilowii)俗名瓜蔞、吊瓜,為葫功效。藥理學(xué)進(jìn)一步研究發(fā)現,天花粉中提取出的有蘆科栝樓屬藥用植物,其果實(shí)、種子、根均可入藥效活性成分--天花粉蛋白、栝樓蛋白,是一類(lèi)核糖體失地下塊根藥稱(chēng)天花粉,具清熱生津、消腫排膿、墮胎之活蛋白抗病毒抗腫瘤等近年來(lái)人們利用樓基金項目:安徽省星火計劃(04053051)第6期何家慶等:聚乙二醇對栝樓種子萌發(fā)的影響417籽加工天然和保健食品,市場(chǎng)需求激增。藥食同源10000及蒸餾水浸種24h,蒸餾水漂洗后整齊排列在開(kāi)發(fā)潛力大經(jīng)濟效益高,因此被廣泛栽培,如安徽績(jì)培養皿中,置于25℃的恒溫培養箱中培養,逐日觀(guān)察溪、潛山等地已大面積種植。栝樓繁殖雖有有性和無(wú)發(fā)芽情況,統計發(fā)芽率,試驗結果表明濃度為15%性?xún)煞N但目前種植區多采用無(wú)性分根繁殖(繁殖系PEG-10000的催芽效率高。取消毒過(guò)的栝樓種子以數低,種質(zhì)易退化),主要原因是種子萌發(fā)困難,種子15%P1000的種12h、24h、48h和72h處理,外殼堅硬,難以破胸,發(fā)芽時(shí)間長(cháng),出芽不齊一,此外,以上述同樣方法培養,結果是滲透24h的栝樓種子發(fā)浸種不當會(huì )造成二次休眠因此種子萌發(fā)成為栝芽整齊。由此本試驗確立PEG處理栝樓種子濃度樓規?；N植的障礙。15%,處理時(shí)間24hPEG作為一種滲透調節劑,能促進(jìn)種子萌發(fā),縮2.2PE對栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中淀粉酶活性的影短發(fā)芽時(shí)間,使發(fā)芽出苗齊一,并在種子萌發(fā)階段能起響到抗寒作用41。目前已在牧草、松樹(shù)、煙草等種子萌PEG滲透處理,對栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中淀粉酶活發(fā)較為困難的植物中得到了應用,但尚未見(jiàn)PEG性變化產(chǎn)生影響,結果見(jiàn)圖1從圖中曲線(xiàn)可以看出對栝樓萌發(fā)影響的研究。為此,本試驗采用PEG-PEG處理后淀粉酶活性變化表現為持續走高,而對照10000對樓種子進(jìn)行浸泡處理,觀(guān)察其發(fā)芽情況,檢在前5天上升,而后呈下降趨勢。與對照相比,PEG處測萌發(fā)過(guò)程中淀粉酶、POD蛋白質(zhì)和MDA等動(dòng)態(tài)變理前5天淀粉酶活性略低,5天之后卻遠遠高于對照?；?解析PEG對種子萌發(fā)的作用機理,旨在探索栝樓600種子萌發(fā)技術(shù)和促進(jìn)栝樓產(chǎn)業(yè)發(fā)展。400 -C K1材料與方法200 --PEG1.1試驗材料0一時(shí)間(d) 13 5 7 Time栝樓種子由安徽省績(jì)溪縣扶貧辦公室提供。1.2材料處理圖1PEG對栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中淀粉酶活取栝樓種子800粒,先用0.1%HgCl消毒10min,性的影響再用不同濃度的PEG-10000浸種,取出后用蒸餾水漂Fig.1 Effect of PEG on amylase activity in洗4至5次,整齊排列在培養皿中,置于25℃的恒溫培 seeds of Trichosanthes kirilowii in course of ger養箱中培養萌發(fā);以蒸餾水浸種24h的種子培養 mination作為對照。分別檢測種子萌發(fā)過(guò)程中的淀粉酶、POD的活性及蛋白質(zhì)、MDA的含量。種子的萌動(dòng)初期大量耗能,以滿(mǎn)足日趨活躍的生1.3檢測方法命活動(dòng)和生長(cháng)發(fā)育的需要,其唯一來(lái)源是靠自身儲存1.3.1發(fā)芽率測定發(fā)芽率(%)=萌發(fā)種子數÷的大分子物質(zhì)提供。淀粉酶的作用是將淀粉轉化為寡種子總數×100%聚糖,再進(jìn)一步在葡萄糖酶的作用下水解成葡萄糖。1.3.2淀粉酶測定3,5-二硝基水楊酸法。以25℃大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì),在提供能量的同時(shí),也3min水解淀粉釋放1mg麥芽糖所需酶量為1個(gè)淀粉為生命活動(dòng)需要的合成代謝提供了原料。因此,淀粉酶活單位(U)。酶的活性變化對種子萌發(fā)質(zhì)量和發(fā)芽率會(huì )產(chǎn)生重要影1.3.3pod測定愈創(chuàng )木酚法。以25℃1 min OD響。本試驗結果證明PEG對淀粉酶活性的調劑作用,值在440nm處變化0.01為1個(gè)POD酶活單位(U)。使得對種子淀粉早期消耗緩慢,為較后時(shí)間生長(cháng)發(fā)育1.3.4可溶性蛋白質(zhì)測定考馬斯亮藍法以標對營(yíng)養的大量需求提供了保障。對照種子早期酶活準蛋白溶液為參照,根據OD值計算蛋白質(zhì)的含量高,轉化物質(zhì)多,但此時(shí)生長(cháng)發(fā)育對營(yíng)養需求量較小,1.3.5MDA測定硫代巴比妥酸法。以0.5%硫代造成早期過(guò)剩甚至浪費。巴比妥酸溶液為參照,根據OD值計算MDA的含量2.3PEG對樓種子萌發(fā)過(guò)程中可溶性蛋白質(zhì)含2結果與分析量的影響PEG處理可顯著(zhù)提高栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中可溶2.1PEG處理栝樓種子濃度與處理時(shí)間的確定性蛋白質(zhì)的含量(圖2),如PEG處理在萌發(fā)過(guò)程中的418激光生物學(xué)報第14卷16%種子萌發(fā)過(guò)程中維持較高含量的可溶性蛋白大量的活性氧離子和自由基,其氧化作用對生物體造質(zhì),可以滿(mǎn)足發(fā)育過(guò)程中組織器官形態(tài)建成對蛋白質(zhì)成損傷。用PEG處理的種子的POD活性上升幅度較的需求,是種子萌發(fā)生長(cháng)的有力保證。水高,提高生物機體的保護能力,從而提高了種子的發(fā)PEG處理提高蛋白質(zhì)的含量,表明PEG處理促進(jìn)芽質(zhì)量。種子貯藏蛋白質(zhì)和結構蛋白質(zhì)轉化為可溶性蛋白,使2.5PEG對栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中MDA含量的影酶蛋白、游離蛋白增多。酶類(lèi)增加可促進(jìn)代謝,提高生響命活力,游離蛋白增加為結構需求提供充足的儲備,從植物細胞膜系統是以脂質(zhì)為主要成分的內外環(huán)境而加速種子萌發(fā)過(guò)程和提高萌發(fā)質(zhì)量。隔離系統,是物質(zhì)交換和調節內環(huán)境的門(mén)戶(hù),代謝中氧化產(chǎn)生的自由基,可使脂質(zhì)過(guò)氧化而造成細胞膜損傷,引起功能下降,嚴重時(shí)造成內容物泄露,或功能喪失。MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化反應的產(chǎn)物,胞內的MDA水平代 -+-PEG表了細胞膜系統受損傷的程度。0.01同7時(shí)間(d)a0.008 Time0.006 -CK00 --PEG圖2PEG對栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中可溶性蛋0.002白質(zhì)含量的影響0時(shí)間(d Fig. 2 Effect of PEG on dissoluble protein con- tent in seeds of Trichosanthes kirilowii in course圖4PEG對樓種子萌發(fā)過(guò)程中MDA含量 of germination的影響 Fig. Effect of PEG on MDA content in seeds2.4eg對樓種子萌發(fā)過(guò)程中POD活性的影響 of Trichosanthes kirilowii in course of germina由圖3可見(jiàn)POD活性在栝樓種子萌發(fā)過(guò)程中呈 tion迅速增長(cháng)態(tài)勢,表明POD在種子萌發(fā)過(guò)程非?；钴S,發(fā)揮著(zhù)重要作用。處理與對照比較,PEG處理的種子peg處理可以引起樓種子萌發(fā)過(guò)程中MDA含第一天的POD活性與對照相當,之后比對照呈更快增量的變化,主要表現在PEG處理降低了MDA含量,見(jiàn)長(cháng),根據此可以得出PEG處理可提高POD活性。圖4。與對照相比,在最初萌發(fā)的幾天里,PEG處理的600MDA含量均小于對照,從而減少脂質(zhì)過(guò)氧化,為萌發(fā)巨400過(guò)程提供更為有利的內環(huán)境條件。但就MDA在種子 -CK萌發(fā)初期的變化來(lái)看,均呈逐步上升變化趨勢,并在第88200peG7天,PEG處理的MDA含量與對照相當,表明MDA隨d)時(shí)間而積累,這是種子萌發(fā)過(guò)程本身所決定的,是代謝35時(shí)間(d活躍和旺盛的表現。圖3PEG對樓種子萌發(fā)過(guò)程中POD酶活3討論與結論的影響 Fig.3 Effect of PEG on POD activity in seeds植物種類(lèi)不同,其種子萌發(fā)的難易程度不同。對 of Trichosanthes kirilowi- in course of germina-多數具有堅硬外殼的種子,由于進(jìn)化過(guò)程中長(cháng)期適應 tion環(huán)境不確定因素,造成萌發(fā)相對困難,如栝樓、松子、麻子等,在生產(chǎn)上表現為種子不易萌發(fā),或種子萌發(fā)質(zhì)量POD是廣泛存在于植物細胞內的氧化還原酶類(lèi),不高,發(fā)芽率低,出苗不整齊等。這是農林業(yè)生產(chǎn)中面是植物體內消除自由基,免除自由基傷害的保護酶系臨的一大技術(shù)難題。組成之一,特別在活性氧代謝過(guò)程中,POD發(fā)揮了重種子萌發(fā)是植物生命的初始階段,主要依賴(lài)自身要的作用種子在發(fā)的過(guò)程中由代謝活躍產(chǎn)生儲備營(yíng)養物質(zhì)的分解和轉化等代謝提供能量,滿(mǎn)足發(fā)第6期何家慶等聚乙二醇對栝樓種子萌發(fā)的影響419求,而這些轉化都必須以水的適度供應為前提條件。間觀(guān)察,PEG處理的種子外殼容易開(kāi)裂。推測粘狀物水是種子萌發(fā)的必備條件之一,是種子萌發(fā)初期的唯可能是糖蛋白一類(lèi)物質(zhì),與外殼裂開(kāi)有一定關(guān)系,可能一能大量滲入其內部的物質(zhì)。水分滲入種子的動(dòng)態(tài)進(jìn)是種阜結構降解產(chǎn)物,或是促進(jìn)種阜裂開(kāi)的酶類(lèi),值得程影響種子萌發(fā),如水分滲入過(guò)少,則不能啟動(dòng)萌發(fā),深入研究。滲入過(guò)多過(guò)快則會(huì )影響某些生化反應平衡,過(guò)多過(guò)速 References吸漲還會(huì )造成質(zhì)構的機械損傷。 1] REN Jing, HE Jia-qing. A study on utilization and value of re采用PEG浸種,可以降低種子萌發(fā)最初的水勢, source in seeds of Trichosanthes krilowi [)] Wild Plant Resource of China,2001,20(6):21-22(任靜,何家慶栝樓子資源的利造成滲透壓力低于正常水壓的環(huán)境,改變水分滲透平用及其價(jià)值[]中國野生植物資源2001,20(6):21-22.)衡,從而起到了改變種子某些萌發(fā)生理生化反應,影響【] WANG You Trichosanthin Beijing Scientific Pres20包括淀粉酶在內的一些生物活性物質(zhì)的狀態(tài)、功能,加6.8-17.(汪猷.天花粉蛋白[M]北京:科學(xué)出版社,2000,6速大分子營(yíng)養物質(zhì)動(dòng)員,促進(jìn)萌發(fā)。本試驗結果證明8-17.)PEG能提高蛋白質(zhì)含量,使淀粉酶活性持續升高,促[3] ZHANG Xiaobo- WANG Chang-chu. study on characteristic of進(jìn)萌發(fā),提高發(fā)芽率。此外,PEG作為分子量較大的 Trichosanthes kirilovoi germination272(章曉波,王昌初瓜簍種子發(fā)芽特性的研究[]種子,1998,2:物質(zhì)不能進(jìn)入種子內部,不會(huì )對種子造成不利影響。17-20.)依據種子干燥損傷理論,干燥后水分活度低,原生] HONG Fa-shui ZHAO Hai-quan Effect of PEG and polyvinyl質(zhì)呈凝膠狀,內膜系統皺折、不完整,導致種子活力下 cohol on seed vigor and cold resistance of cucumber seedling[J].降。采取PEG浸種,萌發(fā)初期吸漲緩和,有利于種子 Acta Horticulturae Sinica,19724(4)95-396(法水,趙海萌發(fā)逐步進(jìn)行膜系統的生理生化修復和重建,減少迅泉聚乙二醇和聚乙烯醇對黃瓜種子活力和抗寒性的影響[J].園藝學(xué)報1997,24(4):395-396.)速吸漲對細胞膜系統的損傷。脂質(zhì)過(guò)氧化是種子萌發(fā)損傷的主要原因之一,特別是萌發(fā)初期,代謝旺盛,產(chǎn) lism in wildrye( Leymus chinensis) seeds[j]. Acta Prataculturae生的自由基較多,對新生組織危害較大。PEG處理可 Sinica21:(杰聚乙二醇處理對羊草種子緩解這個(gè)矛盾,如本試驗測定的POD較對照高,而萌發(fā)及活性氧代謝的影響[J].草葉科學(xué),2002,11(1):59MDA低,這兩項指標都反映了PEG處理加強種子對64.)自由基的清除能力,免除脂質(zhì)過(guò)多過(guò)氧化,起到了保護 Olgonsis seeds on their vitality []. Joumal of Qigihar Teachers作用。 College,995,15(1):46-50.(王紹林聚乙二醇溶液對長(cháng)白落根據本試驗結果,15%PEG浸種24h,栝樓發(fā)芽率葉松種子活力的影響[J]齊齊哈爾師范學(xué)院學(xué)報,1995,15高,種子活力強,種子萌發(fā)易破胸,出芽齊一,試驗數據(1):46-50.)也初步解析和證實(shí)了促進(jìn)萌發(fā)的效果。此外,EG滲7 UN Wei of soking by PEG on tobacco seed germination透處理后,在培養期間栝樓子外殼出現透明的粘液狀sd,2003,3:10-14.(孫渭聚乙二醇浸種對煙草種子萌發(fā)的影響[]種子,2003,3:10-14.)物質(zhì),用手觸摸粘乎乎的,而對照卻不明顯,在較后時(shí)作者簡(jiǎn)介何家慶:男,1949年生,安徽安慶人,安徽大學(xué)教授,任安徽省績(jì)溪縣人民政府副縣長(cháng),三十多年來(lái)一直從事植物學(xué)的教學(xué)與研究工作,并長(cháng)期致力于山區植物資源研究與開(kāi)發(fā)近幾年主持科研項目10余項,獲得省部級科技獎勵6項,出版專(zhuān)著(zhù)6部,發(fā)表論文30余篇,發(fā)明專(zhuān)利4項。 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.