李小飛， 鄧秋菊， 曹　凡， 梁有旺， 張　瑞， 何海洋， 蘇文川， 彭方仁

(南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 江蘇 南京 210037)

?

激素浸種對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響及其種子吸脹過(guò)程中SOD和POD活性變化

李小飛， 鄧秋菊， 曹凡， 梁有旺， 張瑞， 何海洋， 蘇文川， 彭方仁①

(南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 江蘇 南京 210037)

關(guān)鍵詞：薄殼山核桃; 激素質(zhì)量濃度; 浸種條件; 發(fā)芽率; 種子吸脹; 酶活性

薄殼山核桃〔Caryaillinoinensis(Wangenh.) K. Koch〕為胡桃科(Juglandaceae)山核桃屬(CaryaNutt.)植物，又名美國(guó)山核桃、長(zhǎng)山核桃，是世界上著名的經(jīng)濟(jì)樹種之一[1-2]。目前，主要采用本砧嫁接的方法培育薄殼山核桃良種嫁接苗，而培育優(yōu)質(zhì)實(shí)生苗作為砧木是該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此，了解其種子萌發(fā)特性極為重要。目前，對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)特性的研究主要集中在植物激素催芽方面[3-5]，而有關(guān)激素催芽過(guò)程中的適宜浸泡天數(shù)、種子吸脹過(guò)程中相關(guān)的酶活性變化等問(wèn)題尚不明確。

作者采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)摸索不同激素種類(IAA、GA3和6-BA)、不同激素質(zhì)量濃度(100、200和300 mg·L-1)和不同浸種時(shí)間(1、3和5 d)對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響，并對(duì)薄殼山核桃種子吸脹過(guò)程中超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)的活性變化進(jìn)行分析，旨在探明薄殼山核桃適宜的激素浸種條件以及種子吸脹過(guò)程中抗氧化酶活性的變化，為薄殼山核桃的優(yōu)質(zhì)實(shí)生苗培育提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1材料和方法

1.1材料

供試薄殼山核桃種子購(gòu)自美國(guó)德克薩斯州；種子果型指數(shù)2.0、千粒質(zhì)量2 525 g、單果質(zhì)量2.4 g、出仁率40%、含水率12.8%、凈度99.4%、優(yōu)良度95.7%、生活力91.4%。選取種仁飽滿無(wú)霉變、蟲蛀和損壞的種子供試。

1.2方法

1.2.1激素浸種的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及種子發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定按L9(33)設(shè)計(jì)3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，3因素為激素種類、激素質(zhì)量濃度和浸種時(shí)間，其中激素種類的3水平為IAA、GA3和6-BA，激素質(zhì)量濃度的3水平為100、200和300 mg·L-1，浸種時(shí)間的3水平為1、3和5 d；以清水浸種為對(duì)照。每處理組設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子；每天更換1次處理液(包括清水)。浸種結(jié)束后，吸干種子表面水分，均勻點(diǎn)播到裝有厚約8 cm沙層的塑料盒內(nèi)，播種前將沙面整平，并用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5% KMnO4溶液澆透；置于溫度28 ℃、空氣相對(duì)濕度70%的人工氣候室中，覆蓋保鮮膜并保持沙床濕潤(rùn)，待種子發(fā)芽率超過(guò)50%時(shí)揭去保鮮膜。

播種10 d后，每2天觀測(cè)并記錄種子發(fā)芽數(shù)，以種子發(fā)出的芽尖突破沙層表面為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。播種50 d后，按照公式“發(fā)芽率=(萌發(fā)種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%”、“發(fā)芽勢(shì)=(種子萌發(fā)達(dá)到高峰時(shí)萌發(fā)種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%”和“爛種率=(霉?fàn)€種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%”分別計(jì)算各處理組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和爛種率。

1.2.2種子吸脹過(guò)程中SOD和POD活性測(cè)定選擇300粒健康飽滿種子，用清水浸種，并在浸種的0(CK)、3、8和13 d時(shí)分別取出15粒種子，參照GB 2772—1999的方法破殼取胚，用于超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定；其中，SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[6]180-181，POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚染色法[6]182-183。 每個(gè)指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果取平均值。

1.3數(shù)據(jù)處理

用EXCEL 2007和DPS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表處理、 方差分析和多重對(duì)比(LSD法)； 采用極差分析法(R法)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析。

2結(jié)果和分析

2.1不同激素浸種處理對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響

不同激素種類、質(zhì)量濃度和浸種時(shí)間對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)影響的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)：各處理組的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均高于對(duì)照，且爛種率低于對(duì)照，其中發(fā)芽勢(shì)的差異達(dá)極顯著水平，表明激素浸種有利于提高薄殼山核桃種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)、降低爛種率。各處理組中，T8處理組(200 mg·L-16-BA浸種1 d)的種子發(fā)芽率最高，為86.3%；且爛種率最低，僅為3.3%。極差(R)分析結(jié)果顯示：激素質(zhì)量濃度對(duì)薄殼山核桃種子發(fā)芽的影響最大(R=12.1)，其次為激素種類 (R=8.0)，浸種時(shí)間的影響相對(duì)最小(R=4.8)。從激素質(zhì)量濃度看，用200 mg·L-1激素浸種的種子平均發(fā)芽率最高，其次為300 mg·L-1，用100 mg·L-1激素浸種的種子平均發(fā)芽率最低，分別比對(duì)照組(CK)提高了36.6%、23.5%和17.1%。從激素種類看，用GA3浸種的種子平均發(fā)芽率最高，其次為IAA，用6-BA浸種的種子發(fā)芽率最低，分別比對(duì)照組(CK)提高了32.0%、26.2%和19.0%。浸種時(shí)間對(duì)種子發(fā)芽率影響不顯著，總體上浸種時(shí)間以3 d為宜。以種子發(fā)芽率為考察指標(biāo)優(yōu)選最佳處理組合，表明用200 mg·L-1GA3浸種3 d最適宜于薄殼山核桃種子的萌發(fā)。

處理2)Treat-ment2)因素及水平 Factorandlevel激素種類Phytohormonetype激素質(zhì)量濃度/mg·L-1Massconcentrationofphytohormone浸種時(shí)間/dSoakingtime發(fā)芽率/%Germinationrate發(fā)芽勢(shì)/%Germinationenergy爛種率/%RotrateofseedCK———61.7±1.4Cc 38.3±4.2De 25.0±1.9Aa T1IAA100169.0±3.8BCcd59.3±2.5Ccde17.7±3.7AbabT2IAA200383.3±8.3ABab76.3±5.3ABab7.3±1.1BCcdT3IAA300581.3±5.1ABab68.7±2.3ABCbc11.3±4.4ABCbcdT4GA3100385.7±3.1Aa79.7±2.6Aa8.3±3.2BCcdT5GA3200583.3±3.7ABab77.3±1.6ABa15.3±3.7ABCabcT6GA3300175.3±4.8ABCabc66.3±1.4BCcd14.0±3.3ABCbcT76-BA100562.0±5.0Cc57.0±4.1Ce19.7±5.7AaT86-BA200186.3±2.2Aa78.7±3.9Aa3.3±4.3CdT96-BA300372.0±2.6ABCbcd58.3±2.1Cde21.3±1.7AaX177.972.276.9X281.484.380.3X373.476.275.5R8.012.14.8

1)同列中不同的大寫和小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and small letters in the same column indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences, respectively.

2)X1,X2,X3: 分別表示同一因素同水平處理組的發(fā)芽率平均值 Representing the average of germination rate of the same level treatment group in the same factor, respectively;R: 極差Range.

2.2薄殼山核桃種子吸脹過(guò)程中抗氧化酶活性的變化

薄殼山核桃種子吸脹過(guò)程中超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性的變化見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)：SOD和POD活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，在吸脹0～8 d時(shí)SOD活性明顯高于POD活性，而在吸脹13 d時(shí)POD活性高于SOD活性。SOD 活性在吸脹起始時(shí)(0 d)較高，并在吸脹3 d時(shí)達(dá)到最高(186.0 U·g-1)，之后降低，在整個(gè)吸脹過(guò)程中SOD活性呈先升高后降低的變化趨勢(shì)且均高于吸脹起始時(shí)的活性，差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。POD活性在吸脹起始時(shí)很低，但在吸脹過(guò)程中逐漸升高，且升高的速率隨吸脹進(jìn)程而加快，在吸脹13 d時(shí)達(dá)到最高(19.9 U·g-1·min-1)，且在整個(gè)吸脹過(guò)程中POD活性的差異均達(dá)到極顯著水平。

□： SOD活性 SOD activity; ■： POD活性 POD activity.

不同的大寫和小寫字母分別表示同一酶活性在不同時(shí)間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05) Different capitals and small letters indicate the extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05) differences in activity of the same enzyme at different times, respectively.

圖1薄殼山核桃種子吸脹過(guò)程中SOD和POD活性的變化

Fig. 1Change in SOD and POD activities during imbibition process of seeds ofCaryaillinoinensis(Wangenh.) K. Koch

3討論

休眠期薄殼山核桃種子的萌芽會(huì)受到抑制，通常在自然環(huán)境條件下存在種子萌發(fā)期推遲和發(fā)芽率不穩(wěn)定等現(xiàn)象[5]。而植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是一類具有植物激素活性的有機(jī)物質(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有促進(jìn)或抑制作用[7]，外源植物激素GA3和6-BA能夠促進(jìn)三島柴胡(BupleurumfalcatumLinn.)[8]和枸杞(LyciumchinenseMill.)[9]等種子的萌發(fā)，而IAA也能顯著提高種子的萌發(fā)能力[10]。本研究結(jié)果顯示：植物激素處理對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)也具有一定的促進(jìn)作用，其中，激素質(zhì)量濃度對(duì)其發(fā)芽率有顯著影響，激素種類的影響效應(yīng)次之，浸種時(shí)間對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)無(wú)顯著影響；其中，經(jīng)不同質(zhì)量濃度GA3處理的種子發(fā)芽率最高，IAA次之，經(jīng)6-BA處理的種子發(fā)芽率最低，但均顯著高于對(duì)照組(清水浸種)的種子發(fā)芽率。因此，若要提高種子的發(fā)芽率應(yīng)選擇合適的植物激素及激素質(zhì)量濃度，而浸泡時(shí)間也是影響種子發(fā)芽的重要因素。通過(guò)上述正交實(shí)驗(yàn)，初步確定適宜于薄殼山核桃種子的激素浸種條件為200 mg·L-1GA3浸泡3 d。

在浸種過(guò)程中干燥種子迅速恢復(fù)代謝活性，完成胚軸伸長(zhǎng)的準(zhǔn)備過(guò)程，為幼苗生長(zhǎng)打下基礎(chǔ)[10]。種子萌發(fā)過(guò)程是從吸脹開(kāi)始的[11]；風(fēng)干種子的生理活動(dòng)非常微弱，處于相對(duì)靜止即休眠的狀態(tài)；在有足夠水分、適宜溫度和正常通氣的條件下，種子開(kāi)始萌發(fā)[12]。種子的吸水過(guò)程是種子與外界環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果，而了解種子吸水過(guò)程中抗氧化酶活性變化可以更深入和全面地獲悉種子萌發(fā)特性[13]。由本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：抗氧化酶活性變化與薄殼山核桃種子的吸脹進(jìn)程有關(guān)，在薄殼山核桃種子的吸脹過(guò)程中其SOD和POD活性變化趨勢(shì)有一定差異，POD活性持續(xù)升高，SOD活性呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，但在吸脹過(guò)程中二者的活性均顯著高于吸脹初期。在種子吸脹過(guò)程中，酶活性的升高可能與呼吸作用等各類代謝作用增強(qiáng)以及脂肪酸代謝和脂肪酸的β氧化增強(qiáng)等有關(guān)。但薄殼山核桃種子吸脹過(guò)程中SOD和POD活性升高的具體原因有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭方仁， 李永榮， 郝明灼， 等． 我國(guó)薄殼山核桃生產(chǎn)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略[J]． 林業(yè)科技開(kāi)發(fā)， 2012， 26(4)： 1-4.

[2]LOMBARDINI L. One-time pruning of pecan trees induced limited and short-term benefits in canopy light penetration, yield, and nut quality[J]. HortScience, 2006, 41(6): 1469-1473.

[3]兗攀， 曹凡， 王克春， 等. 國(guó)外種源薄殼山核桃種子催芽試驗(yàn)研究[J]. 江蘇林業(yè)科技， 2013， 40(4): 5-7, 33.

[4]李淑芳， 楊建華， 范志遠(yuǎn)， 等． 不同處理對(duì)美國(guó)山核桃種子發(fā)芽的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 28(3): 444-449.

[5]李俊南， 熊新武， 習(xí)學(xué)良， 等． 植物激素對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究， 2013， 31(1)： 81-86.

[6]張治安， 陳展宇． 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M]． 長(zhǎng)春： 吉林大學(xué)出版社， 2008.

[7]毛景英, 閆振領(lǐng)． 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)控原理與實(shí)用技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2005.

[8]趙勝利， 索建政， 陳力眾． 植物激素對(duì)三島柴胡種子萌發(fā)的影響[J]． 中國(guó)中藥雜志， 1992， 17(12)： 715-717.

[9]柴淳， 黎云祥， 陳光登， 等. 外源植物激素對(duì)寧夏枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J]． 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2010， 28(5)： 149-153.

[10]BEWLEY J D, BRADFORD K J, HILHORST H W M, et al. Seeds: Physiology of Development, Germination and Dormancy[M]. 3rd ed. New York: Springer, 2013.

[11]錢春梅， 宋松泉， 伍賢進(jìn)， 等． 綠豆種子吸脹過(guò)程中脫水耐性變化的時(shí)間模式[J]． 中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2000， 39(S2)： 104-111.

[13]張桂紅， 賀學(xué)禮． 8種絹蒿屬植物種子吸水和萌發(fā)特性[J]． 河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2008， 28(5)： 536-541.

(責(zé)任編輯: 郭嚴(yán)冬)

收稿日期:2015-09-28

基金項(xiàng)目:國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201304711); 江蘇省林業(yè)三新工程項(xiàng)目〔Lysx2014(047)〕； 江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

作者簡(jiǎn)介:李小飛(1989—)，男，安徽馬鞍山人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻?jīng)濟(jì)林栽培與育種。 ①通信作者E-mail: frpeng@njfu.edu.cn

中圖分類號(hào)：Q945; S644.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-7895(2016)02-0111-03

DOI：10.3969/j.issn.1674-7895.2016.02.14

Effect of phytohormone soaking on seed germination ofCaryaillinoinensisand change in SOD and POD activities during its seed imbibition process

LI Xiaofei, DENG Qiuju, CAO Fan, LIANG Youwang, ZHANG Rui, HE Haiyang, SU Wenchuan, PENG Fangren①

(College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China),J.PlantResour. &Environ., 2016, 25(2): 111-113

Key words:Carya illinoinensis (Wangenh.) K. Koch； phytohormone mass concentration; seed soaking condition; germination rate; seed imbibition; enzyme activity

Abstract:By using L9(33) orthogonal experimental design, effects of type, mass concentration and soaking time of phytohormones on seed germination of Carya illinoinensis (Wangenh.) K. Koch were studied, and changes in SOD and POD activities were analyzed during its seed imbibition process. The result of orthogonal experiment shows that compared with the control, soaking seed with different mass concentrations of IAA, GA3 and 6-BA at different times can improve germination rate and decrease rot rate of seeds. In which, phytohormone mass concentration has the greatest influence on germination rate， while seed soaking time has no significant effect on it. According to the experimental results, it is preliminarily determined that suitable soaking condition for seed germination of C. illinoinensis is soaking seeds for 3 d with 200 mg·L-1GA3. In addition, SOD and POD activities increase obviously during seed imbibition process, in which, SOD activity appears the trend of first increasing and then decreasing, while POD activity increases continuously.