薛婷婷 ，劉 嘉 ，沈永寶 ，2，劉廣勤

（1.南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，國(guó)家林業(yè)局南方林木種子檢驗(yàn)中心，江蘇 南京 210037；3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，江蘇 南京 210014）

溫度對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響及其機(jī)制初探

薛婷婷1，劉 嘉1，沈永寶1，2，劉廣勤3

（1.南京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，國(guó)家林業(yè)局南方林木種子檢驗(yàn)中心，江蘇 南京 210037；3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，江蘇 南京 210014）

將薄殼山核桃的完整種子與去殼種子在不同溫度條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，并測(cè)定了溫度對(duì)淀粉酶活性的影響，菜豆素（淀粉酶抑制劑）對(duì)完整種子萌發(fā)的影響，以及不同溫度對(duì)種子萌發(fā)初期中，淀粉、可溶性糖、粗脂肪、可溶性蛋白和游離氨基酸變化的影響。結(jié)果表明：薄殼山核桃種子在30、35℃條件下，種子萌發(fā)率分別為84%、82%，顯著高于15、25和40℃3個(gè)溫度下的情況，且所需的萌發(fā)時(shí)間較15、25℃條件下更短；因此薄殼山核桃種子適宜的萌發(fā)溫度為30～35℃的高溫條件，而超過該溫度區(qū)間容易對(duì)種子造成傷害。同時(shí)，生理研究的結(jié)果顯示，15～30℃時(shí)，溫度越高，薄殼山核桃種子淀粉酶活力也越高，而淀粉酶活性抑制劑能夠顯著降低薄殼山核桃種子在30℃中的萌發(fā)率，這表明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度變化可改變淀粉酶活性，從而調(diào)控薄殼山核桃種子萌發(fā)；同時(shí)，其它生理指標(biāo)測(cè)定表明，糖類的代謝與蛋白質(zhì)的代謝在種仁響應(yīng)溫度變化的過程中具有重要的作用。

薄殼山核桃；種子萌發(fā)；溫度；淀粉酶

薄殼山核桃Carya illinoensis為胡桃科山核桃屬高大喬木，原產(chǎn)美國(guó)以及墨西哥北部，既為果用、油用、 材用樹種，又可作為庭園綠化樹種，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]，我國(guó)進(jìn)行了大量的引種栽培實(shí)驗(yàn)[2-4]。前人研究表明[5-6]，溫度是薄殼山核桃種子萌發(fā)的主要限制條件，并且薄殼山核桃種子萌發(fā)最適溫度較高。

溫度作為一種重要的環(huán)境因子，對(duì)調(diào)控植物種子的休眠與萌發(fā)起著重要的作用，因此人們已對(duì)種子萌發(fā)響應(yīng)溫度的生理機(jī)理進(jìn)行了長(zhǎng)期而深入的研究，并取得了豐富的研究成果，但目前研究涉及的植物種子最適萌發(fā)溫度往往在10～25℃等中低溫區(qū)，如萵苣Lactuca sativa種子[7]，并且溫度較高時(shí)還會(huì)引起熱休眠（thermoinhibition）[8-9]。目前我們對(duì)植物高溫（30℃以上）萌發(fā)的生理機(jī)制還知之甚少。因此本文選擇具有高溫萌發(fā)特性的薄殼山核桃種子為研究材料，對(duì)這種萌發(fā)的機(jī)制進(jìn)行初步探究。

本文通過對(duì)薄殼山核桃的完整種子及去殼種子在不同溫度的發(fā)芽條件下進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，以探索薄殼山核桃種子的最適萌發(fā)溫度，并判斷溫度對(duì)種子萌發(fā)的作用部位是在種殼或是種仁。還通過對(duì)不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初期內(nèi)含物的變化，為進(jìn)一步探究薄殼山核桃種子高溫萌發(fā)機(jī)制提供基礎(chǔ)。

另外，前人對(duì)大豆Glycine max與豌豆Pisum sativum種子的研究表明[10-11]，棉籽糖能夠顯著促進(jìn)胚根突破被覆物；而許多研究表明，GA3能夠促進(jìn)薄殼山核桃種子萌發(fā)[6]，而GA3能夠提高α-淀粉酶的活力[12-13]，而溫度又是影響淀粉酶活力的重要原因，并且許多淀粉酶的最適溫度都較高（如唾液淀粉酶的最適溫度為37℃）。因此，我們假設(shè)淀粉酶在核桃高溫萌發(fā)過程中發(fā)揮了重要的作用，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材 料

薄殼山核桃新鮮種子品種為“金華”，由江蘇省農(nóng)科院園藝所提供，于2015年11月初采自江蘇泗洪，種子采收后自然風(fēng)干，實(shí)驗(yàn)自2015年11月20日開始。經(jīng)測(cè)定，種子橫徑(19.63±1.00)mm，縱徑(32.58±3.00) mm，千粒重(5.64±0.50)kg；種子含水量7.1%，其中種殼含水量12.5%，種仁含水量3.5%。

1.2 方 法

1.2.1 種子萌發(fā)

首先對(duì)種子進(jìn)行如下兩組處理：

a）完整種子：隨機(jī)抽取5組4×50粒完整種子，在室溫（10～25 ℃）條件下于水中浸泡10d（此時(shí)種子充分吸脹，結(jié)果未發(fā)表）。

b）去殼種子：隨機(jī)抽取5組4×50粒完整種子，用胡桃夾子將薄殼山核桃夾出環(huán)形裂口，拔下胚根兩端種殼，取完整種仁，在室溫（10～25 ℃）條件下于水中浸泡1 d（此時(shí)種仁充分吸脹，結(jié)果未發(fā)表）。

將完整種子與去殼種子放置在鋪有濕潤(rùn)棉床的發(fā)芽盒中，其上用濕潤(rùn)脫脂棉覆蓋，分別放至15、25、30、35、40 ℃5個(gè)溫度的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

從置床開始，每日統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)情況，以胚根突破種殼（去殼種子以胚根突破種皮）為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[14-18]。萌發(fā)結(jié)束后，解剖種子，統(tǒng)計(jì)腐爛種子以及既未萌發(fā)也未腐爛的種子的數(shù)量。

1.2.2 種子萌發(fā)過程中內(nèi)含物的含量測(cè)定

隨機(jī)抽取3組3×100粒完好的種子，在室溫條件下于水中浸泡吸脹10 d，而后放置在鋪有濕潤(rùn)棉床的發(fā)芽盒中，分別放至15、25、35℃的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)。浸泡時(shí)取樣3次，分別在吸脹0（干種子）、5、10 d時(shí)取樣；放入恒溫培養(yǎng)箱后，每個(gè)溫度各取樣6次，分別在吸脹12、14、16、18、20、22 d時(shí)取樣。每次取3×10粒種子，剝?nèi)シN殼，取出種仁，切碎混合均勻后，保存于-70 ℃冰箱中備用。

由于吸脹過程中水分會(huì)導(dǎo)致總重變化，因此，測(cè)定內(nèi)含物時(shí)，同時(shí)測(cè)定種仁的含水量，然后將測(cè)得的內(nèi)含物含量換算為每g干種仁中的含量。

每個(gè)生理指標(biāo)均從3×10粒薄殼山核桃混合樣品中取3×4 g進(jìn)行測(cè)定?？扇苄蕴呛康臏y(cè)定采用蒽酮比色法[19]；淀粉含量的測(cè)定采用碘顯色法[20]；粗脂肪含量的測(cè)定采用索氏提取法[21]；可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán) G-250 染色法[19]；游離氨基酸測(cè)定采用 氨基酸與茚三酮顯色反應(yīng)[19]的測(cè)定方法.

1.2.3 溫度對(duì)淀粉酶活性的影響

稱取10 g薄殼山核桃樣品，按照[23]中所述的方法進(jìn)行酶液的提取后分成3份，分別轉(zhuǎn)移至15、25、35 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中按照[23]淀粉酶作用淀粉生成還原糖與 3,5- 二硝基水楊酸的顯色反應(yīng)來測(cè)定酶活性。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3個(gè)重復(fù)。

1.2.4 淀粉酶抑制劑對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響

按照1.2中的方法取2組4×50粒完整種子與2組4×50粒去殼種子，將種子放置在鋪有濕潤(rùn)棉床的發(fā)芽盒中，其上用濕潤(rùn)脫脂棉覆蓋，加4 mg/L α-淀粉酶抑制劑（菜豆素溶液），以加無菌水發(fā)芽種子為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，放至30 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。從置床開始，每日統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)情況，以胚根突破種殼（去殼種子以胚根突破種皮）為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003處理和數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)完整種子與去殼種子萌發(fā)的影響

完整薄殼山核桃種子在5個(gè)溫度中的萌發(fā)情況如圖1所示。薄殼山核桃種子在30 ℃時(shí)萌發(fā)率最高，為84%；在35 ℃萌發(fā)溫度時(shí)萌發(fā)率其次，為82%；而在25 ℃萌發(fā)溫度下，萌發(fā)率僅為48%；在40和15 ℃萌發(fā)條件下種子萌發(fā)率僅為3%和0。種子在35 ℃萌發(fā)條件下，最早開始萌發(fā)且萌發(fā)速度最快；30 ℃萌發(fā)溫度下其次；而在25 ℃條件下萌發(fā)，種子置床15 d才開始萌發(fā)，且直到60 d后，萌發(fā)仍未結(jié)束。根據(jù)萌發(fā)情況，30 ℃為最適宜薄殼山核桃種子萌發(fā)的溫度。

去殼薄殼山核桃種子在5個(gè)溫度中的萌發(fā)情況如圖2所示。薄殼山核桃種子在30℃時(shí)萌發(fā)率最高，為89%；在35℃萌發(fā)溫度時(shí)萌發(fā)率其次，為83%；而在25℃萌發(fā)溫度下，萌發(fā)率為72%；在40℃萌發(fā)溫度下，萌發(fā)率為36%；而在15℃萌發(fā)溫度下，種子始終不萌發(fā)。種子在35℃萌發(fā)條件下，最早開始萌發(fā)且萌發(fā)速度最快，30℃萌發(fā)溫度其次；而在40℃條件下萌發(fā)，種子僅萌發(fā)4天即停止萌發(fā)；在25℃條件下萌發(fā)，種子開始萌發(fā)最遲且萌發(fā)速度最慢。

圖1 完整薄殼山核桃種子在5個(gè)溫度下的萌發(fā)情況Fig.1 The germination of whole pecan seed under fi ve different temperatures

圖2 去殼的薄殼山核桃種子在5個(gè)溫度下的萌發(fā)情況Fig.2 The germination of pecan seed without shell under fi ve different temperatures

對(duì)不同溫度下完整種子與去殼種子的萌發(fā)率、腐爛率、有生活力但未萌發(fā)率進(jìn)行多重比較（見表1）可知，完整種子與去殼種子萌發(fā)，在萌發(fā)溫度為30、35 ℃時(shí)萌發(fā)率均顯著高于25 ℃的萌發(fā)率，而25 ℃的萌發(fā)率則顯著高于40 ℃的萌發(fā)率。

另外30、35 ℃時(shí)去殼與完整種子的萌發(fā)率、腐爛率均無顯著差異，且不存在未萌發(fā)也未腐爛的種子；40 ℃時(shí)，去殼種子萌發(fā)率顯著高于完整種子，而腐爛率顯著低于完整種子，也不存在有生活力但未萌發(fā)的種子；25 ℃時(shí)，去殼種子萌發(fā)率顯著高于完整種子，腐爛率顯著低于完整種子，完整種子中有23%的種子有生活力但未萌發(fā)，而去殼種子中沒有這種情況；15℃時(shí)，種子均未萌發(fā)，腐爛率也無顯著差異。

雖然30與35 ℃種子萌發(fā)率與腐爛率并無顯著差異，但是在35 ℃中萌發(fā)率的腐爛率的標(biāo)準(zhǔn)差較大，即35 ℃中萌發(fā)率并不夠穩(wěn)定，且部分更容易腐爛。因此，對(duì)于活力較低的薄殼山核桃種子可能在35 ℃中更容易腐爛，而更適合在30 ℃條件下萌發(fā)。

表1 溫度與去殼處理對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響?Table 1 Effects of decladding and incubation temperature on pecan seed germination

表2可以看出不同溫度下完整種子與去殼種子的萌發(fā)速率的差異，由于在40 ℃條件下萌發(fā)，腐爛的種子極多，而15℃萌發(fā)溫度時(shí)，種子均未萌發(fā)，因此主要分析25、30、35 ℃的情況。無論是萌發(fā)終止時(shí)間、萌發(fā)率達(dá)到最大萌發(fā)率一半所需要的時(shí)間，均顯示25＞30＞35℃，而萌發(fā)開始的時(shí)間表現(xiàn)為25＞30與35 ℃（標(biāo)準(zhǔn)差均為0，無法進(jìn)行多重比較）。因此，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高薄殼山核桃種子萌發(fā)速率顯著提高。

種子去殼以后，在25、30、35 ℃時(shí)，萌發(fā)終止時(shí)間均顯著的少于完整種子；25 ℃時(shí)，種子去殼以后萌發(fā)開始時(shí)間比完整種子少了6 d；而30 ℃時(shí)，去殼種子的萌發(fā)率達(dá)到最大萌發(fā)率一半所需要的時(shí)間顯著少于完整種子。并且，這里的萌發(fā)時(shí)間均從種子充分吸脹以后置床的時(shí)間算起，也就是說這種種殼引起的萌發(fā)速率顯著的降低并不是由種殼限制種子吸脹速率引起的。

表2 溫度對(duì)去殼薄殼山核桃種子萌發(fā)速率的影響?Table 2 Effects of temperature on speed of pecan seed germination

2.2 種子萌發(fā)初始階段種子內(nèi)含物變化

2.2.1 可溶性糖含量的變化

種子萌發(fā)時(shí)呼吸速率加快，所需要的直接呼吸底物就是可溶性糖。在種子的萌發(fā)過程中，可溶性糖一方面作為能量來源被快速分解，另一方面又為胚細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂提供了原料，是種子萌發(fā)整個(gè)過程中的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。圖3為不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段可溶性糖含量的變化：在室溫吸脹10 d內(nèi)，種子中的可溶性糖含量不斷上升，由27.3 mg/g上升到37.6 mg/g；而后，放入不同溫度的恒溫培養(yǎng)箱，在15 ℃萌發(fā)溫度下，可溶性糖含量一直下降，最終含量下降至25.0 mg/g；在25 ℃萌發(fā)溫度下，可溶性糖先下降至21.7 mg/g，從18～22 d又有少量的上升；在35 ℃萌發(fā)溫度下，可溶性糖先迅速下降至25.8 mg/g，之后可溶性糖又回升至29.2 mg/g。

2.2.2 淀粉含量的變化

淀粉是種子中貯藏的最重要和最廣泛的碳水化合物，種子萌發(fā)時(shí)，淀粉在淀粉酶的作用下降解為小分子的可溶性物質(zhì)，同時(shí)釋放出大量的能量供胚吸收利用，其含量的變化是種子代謝狀況的重要指標(biāo)。圖4為不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段淀粉含量的變化情況：室溫吸脹階段，種子中的淀粉含量緩慢上升，由1.91 mg/g上升到2.22 mg/g；而后放入不同溫度的恒溫培養(yǎng)箱，在15 ℃萌發(fā)溫度下，淀粉含量先持續(xù)上升至4.42 mg/g，之后含量又下降到3.29 mg/g，呈現(xiàn)很明顯的先升后降的趨勢(shì)；在25 ℃萌發(fā)溫度下，一開始，淀粉含量下降至1.56 mg/g，然后上升至2.16 mg/g，之后下降至1.33 mg/g，淀粉含量呈現(xiàn)出先下降后上升然后又下降的趨勢(shì)；在35 ℃萌發(fā)溫度時(shí)，在10～16 d，淀粉含量變化不大，而從16～22 d含量下降至0.89 mg/g。

圖3 不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段可溶性糖含量的變化Fig.3 Changes on soluble sugar content of the pecan seeds during initial germinating stages

圖4 不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段淀粉含量的變化Fig.4 Changes on starch content of the pecan seeds during initial germinating stages

2.2.3 粗脂肪含量的變化

脂肪是種子主要的貯藏物質(zhì)之一，它與糖和蛋白質(zhì)共同構(gòu)成細(xì)胞的組成物質(zhì)。種子萌發(fā)過程中，脂肪在脂肪酶的作用下水解成脂肪酸和甘油，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為糖類，供胚利用。薄殼山核桃種子初始粗脂肪含量極高，達(dá)77.3%±6.2%（即773±62 mg/g）。圖5為不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段粗脂肪含量的變化情況：無論是室溫吸脹，還是在后期3個(gè)溫度中，種子中的粗脂肪含量變化很小，尤其是15與25 ℃中，22 d時(shí)粗脂肪含量為751 mg/g與732 mg/g，降低的量不足原含量的5%；在35℃中，粗脂肪含量下降最多，但也有649 mg/g，降低的量?jī)H約原含量的15%。從圖中還可以看出，即使中間的時(shí)間點(diǎn)，粗脂肪含量存在微弱的波動(dòng)，但波動(dòng)的幅度較小。

2.2.4 可溶性蛋白含量的變化

蛋白質(zhì)是種子內(nèi)貯藏的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在種子萌發(fā)時(shí)蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生氨基酸，用于新蛋白質(zhì)的合成，為種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)提供氮素營(yíng)養(yǎng)。另外，植物體內(nèi)的可溶性蛋白部分是參與各種代謝的酶類，其含量的變化是了解植物代謝狀況的一個(gè)重要指標(biāo)。圖6為不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段可溶性蛋白含量的變化情況：室溫吸脹階段，種子中的可溶性蛋白含量由9.97 mg/g上升到25.57 mg/g；而后放入不同溫度的恒溫培養(yǎng)箱，15與25 ℃條件下，可溶性蛋白變化的趨勢(shì)基本一致，均為簡(jiǎn)單的先上升后下降的趨勢(shì)，且轉(zhuǎn)折點(diǎn)都在16 d，而35 ℃時(shí)可溶性蛋白的變化與之截然不同，表現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢(shì)，其上升點(diǎn)出現(xiàn)在18 d，這可能是由于，原本作為貯藏的可溶性蛋白在萌發(fā)準(zhǔn)備階段先降解為氨基酸，而與薄殼山核桃種子萌發(fā)相關(guān)的代謝已啟動(dòng)后，新的蛋白質(zhì)又被大量合成，用于胚根與胚芽的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖5 不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段粗脂肪含量的變化Fig.5 Changes on fat contents of the pecan seeds during initial germinating stages

圖6 不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段可溶性蛋白含量的變化Fig.6 Changes on soluble protein contents of the pecan seeds during initial germinating stages

2.2.5 游離氨基酸含量的變化

在種子萌發(fā)過程中，貯藏蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下逐漸分解為氨基酸，使游離氨基酸含量迅速增加，氨基酸運(yùn)至種胚，構(gòu)成新細(xì)胞的原生質(zhì)。圖7為不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段游離氨基酸含量的變化情況：從室溫吸脹開始，以及種子放入3個(gè)溫度的恒溫培養(yǎng)箱中的萌發(fā)，薄殼山核桃中的游離氨基酸均大幅上升，至第22 d，在35 ℃中，游離氨基酸從最初的110.8 μg/g上升至408.6 μg/g；在 25 ℃中上升至 347.3 μg/g；在 15 ℃中273.6 μg/g，但相較于室溫吸脹第10 d的含量264.9 μg/g 變化很小。

2.3 溫度對(duì)薄殼山核桃種子中淀粉酶活性的影響

由圖8可見看出，溫度對(duì)同一粒薄殼山核桃種子中的淀粉酶活性具有極顯著（P＜0.01）或顯著（P＜0.05）的影響，在30 ℃時(shí)，淀粉酶活性高達(dá)21 μ/g，是25 ℃中淀粉酶活性的6.3倍，是15 ℃中淀粉酶活性的17.9倍。

2.4 α淀粉酶抑制劑對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響

圖9和圖10反應(yīng)出α淀粉酶抑制劑—菜豆素能夠顯著抑制薄殼山核桃種子在30℃中萌發(fā)，加入菜豆素以后，完整種子的萌發(fā)率從83%降低至61%，而去殼種子的萌發(fā)率也從89%降低至64%。

圖7 不同溫度下薄殼山核桃種子萌發(fā)初始階段游離氨基酸含量的變化Fig.7 Changes on free amino acid contents of the pecan seeds during initial germinating stages

圖8 不同溫度對(duì)薄殼山核桃種子中淀粉酶活性的影響Fig.8 Effects of temperature on amylase activity in pecan seed

圖9 菜豆素對(duì)完整薄殼山核桃種子在30℃中萌發(fā)的影響Fig.9 Effects of phaseolamin on pecan seed germination at 30℃

3 結(jié)論與討論

3.1 萌發(fā)最適條件

完整薄殼山核桃種子在5個(gè)溫度中的萌發(fā)結(jié)果顯示，在30、35 ℃條件下，種子萌發(fā)率分別為84%、82%，顯著高于15、25和40 ℃3個(gè)溫度下的情況；而30、35 ℃條件下無論初始萌發(fā)時(shí)間、達(dá)到最大萌發(fā)率一半的時(shí)間、以及達(dá)到最大值所需時(shí)間都大幅低于于15、25 ℃條件下。因此30～35 ℃是最適宜薄殼山核桃種子萌發(fā)的溫度，這與前人的[24-26]的研究結(jié)果一致。

圖10 菜豆素對(duì)去殼薄殼山核桃種子在30 ℃中萌發(fā)的影響Fig.10 Effect of phaseolamin on germination of pecan seeds without shell at 30℃

另外，在40 ℃時(shí)，雖然萌發(fā)初始時(shí)間與萌發(fā)結(jié)束時(shí)間均早于30、35 ℃條件下，但萌發(fā)率很低。此時(shí)極高的種子腐爛率反應(yīng)出超過35 ℃以后，高溫對(duì)種子造成了顯著的傷害，導(dǎo)致種子活力降低，難以萌發(fā)成苗。

需要指出的是，《林木種苗標(biāo)準(zhǔn)匯編》中給出的薄殼山核桃種子萌發(fā)方法“種子吸脹2～3d后，低溫層積2個(gè)月后在25 ℃中萌發(fā)”，但按照這一方法，最終萌發(fā)率僅能達(dá)到70%左右，且耗時(shí)很長(zhǎng)，因此該方法并不可取。此方法不僅選錯(cuò)了適宜的萌發(fā)溫度，且萌發(fā)前的吸脹時(shí)間過短。李近雨等對(duì)核桃Juglans regia種子的研究表明[27]，不完全吸脹的核桃種子更容易腐爛；而薄殼山核桃種子完全吸脹需要10 d，因此2～3 d的吸脹時(shí)間也可能會(huì)導(dǎo)致了薄殼山核桃種子腐爛，萌發(fā)率降低。

3.2 種殼的作用

在去殼條件下，不同溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響具有顯著的差異，30、35℃條件下的萌發(fā)率顯著高于15、25和40 ℃3個(gè)溫度下的情況，這就說明種仁的生理代謝對(duì)溫度的響應(yīng)影響了種子的萌發(fā)。

在25、30與35 ℃條件下，去殼顯著降低了種子萌發(fā)所需的時(shí)間，這表明種殼對(duì)種子的萌發(fā)速率是具有限制作用的。有趣的是，在25 ℃下，去殼能夠顯著提高薄殼山核桃種子的萌發(fā)率，而在30與35 ℃條件下，去殼薄殼山核桃種子的萌發(fā)率無顯著影響；這表明較高的溫度（30～35 ℃）能夠解除種殼對(duì)種子萌發(fā)率的限制作用，即溫度能夠直接或間接的作用于種殼以調(diào)控種子的萌發(fā)。

3.3 高溫萌發(fā)的生理機(jī)制

3.3.1 糖代謝

3個(gè)溫度下可溶性糖表現(xiàn)出截然不同的變化：在15 ℃中可溶性糖始終降低，而35與25 ℃中可溶性糖的含量在下降一段時(shí)間后又先后出現(xiàn)了較大回升。可能是由于萌發(fā)過程中可溶性糖作為重要的能源物質(zhì)需求量很大，因此前期均在消耗；而后期淀粉等高分子物質(zhì)科轉(zhuǎn)化為小分子糖，使可溶性糖得到了補(bǔ)充。

這一推測(cè)在淀粉與淀粉酶活性的測(cè)定結(jié)果中得到了證實(shí)：（1）15～30 ℃時(shí)，溫度越高，薄殼山核桃種子淀粉酶活力也越高；（2）15℃中，淀粉的含量在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間中都持續(xù)升高；而在25與35 ℃中，淀粉含量維持不變一段時(shí)間后，在16～18 d開始顯著降低，這與可溶性糖含量上升的轉(zhuǎn)折時(shí)間基本一致。因此認(rèn)為，糖代謝與薄殼山核桃種子高溫萌發(fā)的機(jī)制存在極大的聯(lián)系。

另外，溫度能夠直接影響淀粉酶的活性，而淀粉酶活性抑制劑（菜豆素）能夠顯著降低薄殼山核桃種子在30 ℃中的萌發(fā)率。這表明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度可通過改變淀粉酶活性來調(diào)控薄殼山核桃種子的萌發(fā)。

前人研究也表明了糖類對(duì)種子萌發(fā)具有非常重要的作用：棉籽糖[28-29]（也是一類可溶性糖）有利于胚根突破種皮；綠豆萌發(fā)初期，與糖類代謝相關(guān)的化合物——蔗糖、單糖、棉籽糖家族寡糖,與莽草酸代謝相關(guān)的羧酸和氨基酸等化合物含量均發(fā)生了顯著性的改變,而棉籽糖家族寡糖的降解可能是綠豆萌發(fā)最主要的能量來源[30]。

3.3.2 蛋白質(zhì)代謝

此外，蛋白質(zhì)的代謝同樣與溫度存在一定的相關(guān)性。15與25 ℃條件下，可溶性蛋白變化的趨勢(shì)基本一致，均為簡(jiǎn)單的先上升后下降的趨勢(shì)，且轉(zhuǎn)折點(diǎn)都在16 d，而35 ℃時(shí)可溶性蛋白的變化與之截然不同，表現(xiàn)出先上升后下降再上升的趨勢(shì)，其上升點(diǎn)出現(xiàn)在18 d，這可能是由于，原本作為貯藏的可溶性蛋白在萌發(fā)準(zhǔn)備階段先降解為氨基酸，而與薄殼山核桃種子萌發(fā)相關(guān)的代謝已啟動(dòng)后，新的蛋白質(zhì)又被大量合成，用于胚根與胚芽的生長(zhǎng)發(fā)育。

雖然種子中的游離氨基酸含量在3個(gè)溫度中有一定的差異，但是其變化趨勢(shì)基本一致，并且在前期游離氨基酸含量差異不大；而隨著萌發(fā)的進(jìn)程的推進(jìn)，游離氨基酸含量均提高，且溫度越高游離氨基酸含量越高。這表明游離氨基酸也參與了對(duì)溫度的響應(yīng)。

3.3.3 脂肪代謝

在不同溫度中，粗脂肪的變化很小。同樣的，前人對(duì)白皮松Pinus bungdan[31]種子在萌發(fā)過程粗脂肪含量前期變化幅度不大，種子突破種皮后才開始大量利用脂肪，并且脂肪降解生成大量的糖。而阿月渾子Pistacia vera[32]、歐洲榛子Corylus avellana[33]等種子萌發(fā)過程也表現(xiàn)出相似的情況。因此，薄殼山核桃在高溫中的萌發(fā)機(jī)制可能與油脂代謝無太大關(guān)聯(lián)。

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Study on the seed germination characteristic ofCarya illinoensis

XUE Tingting1, LIU Jia1, SHEN Yongbao1,2, LIU Guangqin3
(1. College of Forestry, Nanjing Forestry University,Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 2. Co-innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University; Southern Tree Seed Inspection Center National Forestry Administration, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 3. Jiang Su Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu, China)

A germination test of complete, shelledCarya illinoinensisseeds at different incubation temperature. And during the initial germinating stages of pecan seeds, the soluble sugar content, starch content, fat content, soluble protein content and free amino acid content was determined at different temperatures. Results showed that the germination percentages were 84% and 82% at 30℃ and 35℃respectively, which were signi fi cantly higher than that at 15℃ , 25℃ and 40℃ and need less germination time. However, high incubation temperature is harmful to pecan seeds，so the optimal incubation temperature is 30 to 35℃ for pecan seed(especially for pecan seeds in low vigor); At 15-30 ℃, the higher the temperature, the pecan seed amylase activity is also higher. And the amylase activity inhibitor can signi fi cantly reduce the germination rate of Pecan seed at 30 ℃. This shows that in a certain temperature range, the temperature can change the activity of amylase, thereby regulating pecan seed germination. In addition, physiological results shows that soluble sugar content and soluble protein content play a important role in pecan seed germination in respond to different temperatures.

Carya illinoensis; seed germination; temperature; amylase

S722.1

A

1673-923X(2017)11-0042-09

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.11.008

2016-08-30

江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PAPD）

薛婷婷，博士研究生

沈永寶，教授，博士；E-mail:ybshen@njfu.com.cn

薛婷婷，劉 嘉，沈永寶，等.溫度對(duì)薄殼山核桃種子萌發(fā)的影響及其機(jī)制初探[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,37(11): 42-50.

[本文編校：吳 毅]