溫度和PEG處理對小麥種子萌發期間酶學特性的影響

萬中原等

摘要：以小麥品種濟麥22和山農17為材料，研究了不同溫度及20% PEG-6000模擬干旱條件下小麥種子萌發過程中抗氧化酶和α-淀粉酶活性、可溶性糖含量的變化。結果表明，在不同溫度和模擬干旱條件下，POD、SOD活性隨著萌發時間的延長而升高，但在不同溫度下活性的高低不同；CAT活性在20℃和25℃條件下先升高后降低，在其他處理下逐漸升高；20% PEG-6000處理的抗氧化酶活性要比同溫度下正常萌發的低。可溶性糖含量在萌發初期迅速升高，然后降低。α-淀粉酶活性隨著萌發時間的延長而升高，在25℃和20℃條件下達到最高值后開始下降。

關鍵詞：小麥種子；萌發；抗氧化酶活性；可溶性糖；α-淀粉酶活性

中圖分類號：S512.104.1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0042-04

種子萌發是一個復雜的生理生化過程，受多種因素的影響^[1]。種子劣變后，活力下降，萌發緩慢，發芽率降低，而抗氧化系統的酶活性下降以及脂質過氧化作用加強是種子劣變的主要原因。超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）是植物體內重要的抗氧化酶，其中SOD是自然界唯一的以氧自由基為底物的酶，可以淬滅超氧陰離子產生H2O2；CAT是分解H2O2的重要物質，可以在一定程度內降低活性氧對植物的傷害，減輕膜脂過氧化，保護酶系統的協調一致^[2]。

α-淀粉酶是淀粉代謝的重要酶之一，種子萌發時，胚中產生的GA轉移至糊粉層誘導合成α-淀粉酶等水解酶，以水解胚乳中的貯藏物質，為種子萌發提供能量和底物^[3～5]。郁飛燕等研究表明，較高濃度的PEG處理，能不同程度地抑制α-淀粉酶活性，降低可溶性糖含量，進而影響水稻種子的萌發^[6]；當PEG-6000的濃度大于10%時，小麥胚芽的伸長受到抑制^[7]。本試驗以小麥種子為材料，研究了萌發期間溫度和PEG模擬干旱處理對種子中抗氧化酶和α-淀粉酶活性以及可溶性糖含量的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料及培養方法

以小麥品種濟麥22和山農17的種子為試材。將選取的種子于5%雙氧水中消毒3 min，然后用去離子水沖洗2遍，置于鋪有4層濾紙的發芽盒中。溫度處理的分別置于10、15、20、25℃條件下培養，每天適量澆水；模擬干旱處理的加入適量20%的PEG-6000溶液， 20℃下培養，每天適量補充20%的PEG-6000溶液。定時取樣，重復3次，用于測定不同的生理指標。

1.2抗氧化酶活性測定

1.2.1酶液的制備稱取0.5 g種胚樣品放入研缽中，加入pH 7.8的磷酸緩沖液5 ml，冰浴研磨至勻漿，倒入離心管中，10 000 r/min冷凍離心20 min，取上清，置于0～4℃下保存待用。

1.2.2SOD活性的測定按趙世杰等^[8]的方法進行，以NBT光還原50%為一個酶活性單位（U）。

1.3.2可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法^[9]。

1.4數據處理采用Microsoft Excel軟件進行數據處理和作圖。

2結果與分析

2.1不同溫度和PEG處理對小麥種子萌發期抗氧化酶活性的影響

2.1.1SOD活性由圖1看出，除10℃處理的SOD活性較低、保持基本不變外，其他溫度處理和模擬干旱處理的兩品種SOD活性均隨萌發時間的延長而逐漸升高。萌發24 h后，20℃處理的SOD活性一直保持較高水平，依次高于20% PEG-6000、15℃、25℃和10℃處理。

2.1.2POD活性變化由圖2看出，在吸水萌發的12～72 h內，不同溫度處理下兩個品種的POD活性均呈現出隨萌發時間的延長而逐漸升高的趨勢，但萌發24 h內增長比較緩慢，之后除10℃處理變化很小外，各溫度處理下的POD活性均快速升高；不同溫度處理間比較，萌發30 h后，兩個品種的POD活性整體均表現為隨溫度的升高而升高。

20% PEG-6000處理下，濟麥22的POD活性一直保持隨萌發時間的延長而增長的趨勢；而山農17則隨萌發時間的延長，POD活性先增長，至萌發60 h時達到峰值，之后略有下降。

2.1.3CAT活性變化由圖3看出，隨著萌發時間的延長，兩個品種的CAT活性在10℃、15℃處理下呈逐漸升高的趨勢，但10℃處理的CAT活性維持在一個較低的水平；25℃和20℃處理的CAT活性均先升高后降低，濟麥22分別于萌發36 h和48 h達到峰值，山農17分別于萌發42 h和48 h達到峰值。

20% PEG-6000處理條件下，兩品種的CAT活性也隨萌發時間的延長而升高，但萌發前期增長緩慢，濟麥22和山農17分別于萌發42 h和48 h后升高較快。

2.2不同溫度和PEG處理對小麥種子萌發期間α-淀粉酶活性以及可溶性糖含量的變化

2.2.1α-淀粉酶活性的變化由圖4可以看出，在25℃萌發條件下，兩品種的α-淀粉酶活性先迅速升高，至萌發第4天達到最大值，而后又大幅降低。20℃條件下，濟麥22的α-淀粉酶活性隨萌發時間的延長逐漸升高，至萌發第6天時達到峰值，之后又略有下降；山農17的α-淀粉酶活性在萌發前5天緩慢增長，之后快速下降。

3結論與討論

抗氧化酶活性與小麥種子的吸脹萌發進程有關。種子從開始吸水起其抗氧化酶活性就逐步升高，這對于修復細胞結構、清除種子在貯藏過程和萌發時產生的活性氧、形成正常的幼苗是必需的。本試驗結果也表明，在萌發72 h內SOD活性始終保持上升趨勢；POD活性在吸漲萌發24 h前增加十分緩慢，隨著種子萌發率的增加其活性則迅速增加，在種子基本完成萌發后也未下降，這除了與其參與活性氧代謝有關外，還與其他多種功能有關；CAT活性也是在胚根未突破種皮前增加較緩慢，以后隨著種子胚根突破種皮數量的增加其活性則增加較快。10℃條件下3種抗氧化酶活性都維持在很低的水平，變化較小，相應的種子萌發速度較慢。20%PEG模擬干旱條件會加強種子中活性氧代謝，導致活性氧或其他過氧化物自由基積累，從而激活抗氧化酶系統，保護膜結構，增強抗性。

種子萌發是一個從異養到自養的過程，初期所需要的營養物質來自于種子中淀粉的分解，溫度越高，種子萌發越快，對營養物質的需求也就越多，α-淀粉酶活性升高也越快，分解的淀粉越多，從而使得可溶性糖含量迅速升高；在種子完成萌發后，幼苗所需的營養物質可以部分地通過自己的光合作用來合成，種子中的α-淀粉酶活性迅速降低，可溶性糖含量也逐漸降低，但是下降比較慢。

20% PEG-6000處理的兩品種的抗氧化酶活性要比同溫度下正常萌發的低，且總體來說均隨萌發時間的延長而升高，只有山農17的POD活性在萌發60 h后略有降低；α-淀粉酶活性呈緩慢增長的趨勢，除山農17萌發6～7天的活性略高外，萌發過程中兩品種的α-淀粉酶活性均低于同溫度正常萌發的處理；可溶性糖含量也呈單峰曲線變化，兩品種均于萌發48 h達到峰值。表明，20%PEG-6000處理能夠抑制種子萌發。

參考文獻：

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山 東 農 業 科 學第45卷第7期徐雪等：光皮木瓜新梢主要生化成分及其年變化規律的研究