孟繁茵，楊 振

(天津南開中學 天津 300100)

活性氧，是指帶有一個不成對電子的氧自由基及其活性衍生物，它是一種既可以得電子又可以失電子的活性基團，可以活躍地參加到體內(nèi)各類生化反應中。[1]活性氧可以在成熟的植物體內(nèi)合成，是植物對外界環(huán)境的一種調(diào)節(jié)，但由于活性氧的活性極高，過多積累時會對植物本身產(chǎn)生極大的損傷。而瞬時活性氧會在一定時間內(nèi)結合成不活躍的氧氣，減少對植物的損害。

種子休眠是植物在長期系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的抵抗不良環(huán)境條件的適應性，是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的最佳時間和空間分布的有效方法，具有普遍的生物學意義。這種特性對種子本身有利，但對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)卻不一定有利，會引起出苗不齊等問題。[2]打破種子休眠的方法有很多，家庭園藝播種常識性處理辦法是以一定濃度(通常為 0.5%)的高錳酸鉀溶液浸泡種子后進行播種，可以有效提高萌發(fā)率和萌發(fā)速度。

在家庭萌發(fā)豆芽的實驗中，發(fā)現(xiàn)過長時間的高錳酸鉀溶液浸泡反而不如高錳酸鉀迅速處理綠豆種子的發(fā)芽率高，筆者認為這可能與含氧物質處理時間以及某個時間節(jié)點內(nèi)種子周圍氧濃度有關，有可能是由于具有瞬時性的高濃度活性氧在打破種子休眠方面更加具有優(yōu)勢。經(jīng)查閱文獻發(fā)現(xiàn)，H2O2(活性氧的一種)化學處理法已經(jīng)成為了一種常用的解除休眠的化學試劑，H2O2和低溫共同處理作為打破預先干燥的未成熟種子休眠的方法，已經(jīng)被用于小麥加代育種研究，已有報道稱 H2O2促進種子萌發(fā)是通過其氧化性軟化種皮，但尚沒有對由 H2O2分解產(chǎn)生的瞬時高濃度活性氧促進種子萌發(fā)的相關研究。故本實驗設計3種處理辦法，對比3種不同的活性氧的產(chǎn)生方法處理新鮮和陳舊種子，觀察它們對萌發(fā)率、萌發(fā)時間和萌發(fā)后種子狀態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮綠豆(市購)，陳舊的綠豆種子(家中)，醫(yī)用H2O2(藥店)，醫(yī)用高錳酸鉀(藥店)，二氧化錳(學校實驗室)，醫(yī)用棉花(藥店)。

1.2 實驗方法

1.2.1 種子預處理

將買來的綠豆種子用清水洗凈后用棉花吸干表面的水分，將其分為對照組(采用自來水浸泡4,min)，瞬時高濃度活性氧處理組(催化劑下處理H2O2，40,s內(nèi)取出)，過 H2O2常態(tài)處理組(過 H2O2直接處理，4,min)和高錳酸鉀溶液處理組(0.5%高錳酸鉀溶液浸泡4,min)，每個處理組平行分3組，每一組50粒，同樣方法處理陳舊綠豆種子，每組50粒。

1.2.2 H2O2處理種子(常態(tài)活性氧)

將處理好的種子浸入3%的H2O2中，盡量保證每粒種子與溶液的接觸面積相同，適度攪拌，計時4,min將種子取出，放入事先墊好飽和濕潤衛(wèi)生紙的培養(yǎng)皿中，在室溫下培養(yǎng)。

1.2.3 H2O2瞬時處理種子(瞬時活性氧組)

將處理好的用同樣的方法浸入摻有二氧化錳的3%的 H2O2中，適度攪拌，40,s(瞬時活性氧能持續(xù)大約45,s)后取出放入培養(yǎng)皿，方法同上。

1.2.4 高錳酸鉀溶液處理種子(溶解活性氧)

將洗凈的種子放入溫水制備 0.5%的高錳酸鉀溶液，適度攪拌，4,min后將種子取出放入培養(yǎng)皿，方法同上。

1.2.5 對照組處理

將處理好的種子浸入自來水中，計時4,min將種子取出，放入事先墊好飽和濕潤衛(wèi)生紙的培養(yǎng)皿中，在室溫下培養(yǎng)。

1.3 收集數(shù)據(jù)

每12,h觀察一次結果，共觀察12,h。主要觀測萌發(fā)數(shù)量和發(fā)芽率，發(fā)芽率＝萌發(fā)種子數(shù)/種子總數(shù)，并觀察幼芽生長情況，將結果記錄，后期進行統(tǒng)計學分析(見圖1)。

圖1 實驗操作(擺放種子)Fig.1 Experimental operation(placing seeds)

2 實驗結果

2.1 綠豆種子處理結果

瞬時高濃度活性氧處理對綠豆種子萌發(fā)的影響明顯高于普通雙氧水制備的常態(tài)活性氧處理組和高錳酸鉀溶液處理組(兩者的處理時間均為 4,min)，3種處理方法的效果又明顯高于對照組?？梢娀钚匝跷镔|對種子萌發(fā)具有明顯的促進作用，并且以瞬時活性氧最為突出(見圖2、表1)。

表1 不同處理方法處理新種子Tab.1 Treatment of fresh seeds

圖2 不同處理方法處理新鮮綠豆萌發(fā)率Fig.2 Germination rate of fresh mung bean seeds treated with different methods

圖3 不同處理方法促進綠豆種子萌發(fā)趨勢關系圖Fig.3 Relational graph of fresh mung bean seed germination trend under different treatment methods

由圖3可以看出，瞬時高濃度活性氧誘導種子萌發(fā)明顯優(yōu)于其他組，拐點出現(xiàn)較早，其誘導種子萌發(fā)的時效性高于其他組。高錳酸鉀溶液處理和常態(tài)過氧化氫溶液提供的活性氧在相同時效內(nèi)其萌發(fā)率均高于對照組，且二者誘導種子萌發(fā)作用的趨勢相當。未經(jīng)處理的種子，萌發(fā)趨勢呈現(xiàn)線性，切劣于經(jīng)過制氧劑激活后的種子，提示3種作用均可以有效誘導種子萌發(fā)，提高萌發(fā)率。

圖4 不同方法處理24 h后綠豆種子萌發(fā)情況Fig.4 Fresh mung bean seed germination status 24h after treatment

由圖 4可以看出，不同處理方法處理新種子后，瞬時高濃度活性氧組萌發(fā)率明顯高于其他組，且其生長狀態(tài)較其他處理方法處理的綠豆更為成熟，生長更為旺盛。另外兩種氧處理方法其萌發(fā)狀態(tài)與萌發(fā)數(shù)量均優(yōu)于未處理組。

2.2 對陳年綠豆種子的處理結果(見表2)

表2 不同處理方法處理陳年種子Tab.2 Treatment of old seeds

圖5 不同處理方法處理陳舊綠豆萌發(fā)率Fig.5 Germination rate of old mung bean seeds treated with different methods

高錳酸鉀處理組有效提高了陳年種子的萌發(fā)率，打破其休眠，萌發(fā)結果高于對照組。但兩組過氧化氫來源的活性氧并未起到促進作用，相反，還從一定程度上抑制其萌發(fā)，其萌發(fā)率低于對照組(見圖5)。

圖6 不同處理方法處理陳舊種子萌發(fā)率趨勢Fig.6 Relational graph of old mung bean seed germination trend under different treatment methods

由圖6和圖7可以看出，高錳酸鉀溶液處理后，可以顯著促進陳舊種子萌發(fā)，其生長旺盛、狀態(tài)良好，而其他兩種處理方法均會對種子萌發(fā)起到某種抑制作用，萌發(fā)延遲。相同時間下，其萌發(fā)率和新生幼芽的生長狀態(tài)均低于對照組。

圖7 不同處理方法處理24,h陳舊種子萌發(fā)情況Fig.7 Old mung bean seed germination status 24,h after treatment

3 討 論

傳統(tǒng)上破除種子休眠的方法有很多，其中針對種皮處理的較多，因為種皮會在萌發(fā)過程中起到抑制作用，它一方面會阻礙種子內(nèi)外的物質交換，尤其是阻止內(nèi)部抑制物質逸出，如脫落酸等；[1]另一方面，過硬的種皮會從物理萌發(fā)過程上抑制胚胎發(fā)育生長，軟化種皮成為了打破休眠的突破口。本實驗涉及的促進種子萌發(fā)的藥物為二氧化錳、高錳酸鉀以及雙氧水，其化學活性相對于植物激素半衰期短，易于清除，尤其是雙氧水，其分解產(chǎn)物為氧氣和水，具有更高的安全性，對于提升我國的食品安全具有很大的積極意義。

從實驗結果上看，催化劑條件下的雙氧水獲得的瞬時高濃度活性氧處理組在促進綠豆種子萌發(fā)的幾組比較中都有明顯優(yōu)勢。提高環(huán)境中氧氣的濃度可以打破休眠，雙氧水本身的氧化性可以軟化種皮，促進活性氧進入，同時活性氧能夠更加活躍地參與到種子的各種生化反應，打破種子休眠。其效果要好于片面提高環(huán)境中的氧含量，這就是2組活性氧處理組能有效提高萌發(fā)數(shù)的原因。催化劑條件下制得的瞬時高濃度活性氧的瞬時性和高濃度更擴大了這個優(yōu)勢，加強了這一過程，雖然雙氧水一直在分解，但其對種皮的氧化性依然存在，也就是說在軟化種皮的同時又快速注入大量的活性氧。

值得注意的是，針對陳年種子的實驗結果，不同處理方法中萌發(fā)率最高的是高錳酸鉀溶液組，雙氧水釋放的常態(tài)活性氧組略高于催化劑條件下的瞬時高濃度活性氧組，兩者都不如對照組萌發(fā)率高。從這個現(xiàn)象可以推斷出由于過氧化氫所釋放的活性氧類物質具有很強的化學活性，而陳年種子的耐受能力偏差，活性氧產(chǎn)生的這種強氧化過程造成內(nèi)部傷害致使種子的萌發(fā)率下降。瞬時活性氧對種子的傷害較大，可能也是因為其氧釋放的高濃度，有可能加強了活性氧對于種子的損傷，但這一現(xiàn)象并不明顯。而高錳酸鉀溶液獲得活性氧由于化學性質較穩(wěn)定，且其具有一定的緩釋作用，故其對于種子作用較為溫和，對陳舊種子而言，這些微量活性氧可能有助于陳舊種胚細胞的激活。

有趣的是，在新綠豆種子的萌發(fā)過程中，催化劑條件下的瞬時高濃度活性氧組和過氧化氫組發(fā)芽的種子在一開始的生長速度明顯高于高錳酸鉀組，說明雙氧水電離出的含氧類物質不只在促進種子萌發(fā)還對幼苗的生長有一定的影響，但其作用方式及時效、量效關系還有待進一步驗證。

4 結 論

活性氧物質可以積極地參加到種子內(nèi)的代謝中，打破休眠，對新鮮種子的作用明顯。同時，雙氧水產(chǎn)生的含氧活性物質有對種子本身有傷害，在陳年種子上體現(xiàn)明顯。

經(jīng)實驗證實，該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的種子處理方法?；谶@一實驗結果可以提出一種促進種子萌發(fā)的優(yōu)化方法，即利用雙氧水尤其是催化劑誘導下的瞬時高濃度活性氧處理植物種子來打破植物種子休眠。該方法可以有效提高種子發(fā)芽率以及縮短植物發(fā)芽周期，使植物同步化生長，從而避免出苗不齊等由種子休眠這一現(xiàn)象引起的不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和園藝欣賞的現(xiàn)象發(fā)生。

［1］ 孫果忠，張秀英，肖世和. 活性氧對 ABA 和水分脅迫抑制的小麥萌發(fā)胚內(nèi)淀粉酶表達的影響[J]，麥類作物學報：2005，25(4)：50-53.

［2］ 邢勇，武月琴. 種子休眠與致休眠因子[J]，生物學教學，2003，28(5)：

［3］ 顏啟傳. 種子學[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.