不同化學物質處理對沙地云杉種子活力的影響

高春智，湯鵬展，李冬生，陳曉燕，包　蕾

(1.內蒙古赤峰市巴林右旗林業局，內蒙古 赤峰 024000；2.內蒙古農業大學林學院，呼和浩特 010019；

3.內蒙古社會科學院，呼和浩特 010010；4.通遼市科左后旗林業局，內蒙古 通遼 028000)

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不同化學物質處理對沙地云杉種子活力的影響

高春智1，湯鵬展1，李冬生2，陳曉燕3，包蕾4

(1.內蒙古赤峰市巴林右旗林業局，內蒙古 赤峰 024000；2.內蒙古農業大學林學院，呼和浩特 010019；

3.內蒙古社會科學院，呼和浩特 010010；4.通遼市科左后旗林業局，內蒙古 通遼 028000)

摘要：為揭示不同化學物質處理對沙地云杉種子活力的影響，在室溫條件下，通過測定不同濃度維生素E、赤霉素、維生素E和赤霉素組合溶液浸泡沙地云杉種子的萌發特征、生理生化特征，研究了外源赤霉素、維生素E等化學處理對種子活力的影響。研究結果表明：維生素E、赤霉素、維生素E和赤霉素組合溶液可以促進種子萌發并且具有提高沙地云杉種子活力的作用，維生素E、赤霉素、維生素E和赤霉素組合最佳處理濃度分別為2.0、200 mg/L和200 mg/LGA+1.0 mg/L VE；種子經過維生素E、赤霉素、維生素E和赤霉素組合溶液浸種處理后，種子活力受到影響，在被試濃度范圍內，隨濃度增加，種子呼吸速率、丙二醛含量和電導率下降，過氧化物酶活性增加。

關鍵詞：化學物質處理；沙地云杉；種子活力

引文格式：高春智，湯鵬展，李冬生，等.不同化學物質處理對沙地云杉種子活力的影響[J].森林工程，2016，32(1)：10-15.

0引言

幾十年來，我國沙漠化不斷擴張，森林面積大大減少，土地生產力衰退嚴重，物種多樣性減少，生態平衡被打破。持續惡化的環境已經嚴重的影響了生態建設、社會建設及經濟發展[1-2]。恢復生態環境的主要環節之一就是森林的建設，其中人工林的培育是緩解生態環境退化、穩定生態系統平衡的一個有效途徑。林木種子是森林培育最基礎的部分，是高等植物(種子植物)由胚珠發育而成的繁殖器官，因此林木良種的培育很重要。在遭受逆境脅迫時逐漸老化，其發芽能力下降至最后死亡[3-7]。因此，對種子老化進行相關研究，揭示種子老化機理并進而找出相關對策，對于種子質量資源保存和播種育苗、播種造林的出苗率具有重大意義[8-11]。沙地云杉(Piceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu)是三北地區防護林及固沙造林的主要樹種，在生態環境工程中具有重要作用，同時也可以提供林木產品，并兼具其他多種用途，如沙地云杉樹形及樹干均較美觀，可作庭園觀賞和綠化樹種。

維生素E可抑制脂質過氧化，保護機體細胞免受自由基的毒害，充分發揮被保護物質的特定生理功能，還可以穩定細胞膜和細胞內脂類部分，并且高水平的維生素 E 可降低細胞膜的滲透性，從而維護細胞的完整和功能，同時也保持酶的活性，有一定的抗衰老作用。現在越來越多的實驗結果說明維生素E的作用機制除了抗氧化機制以外，還存在其他與抗氧化作用無關的作用機制[12-13]。維生素E可調節相關酶活性機制，最近十幾年的研究結果表明維生素E具有其他抗氧化劑所沒有的生物功能，例如，天然α-生育酚可以抑制蛋白激酶C(PKC)的活性，這與維生素E的抗氧化性能無關。

各種內源生長調節劑與種子萌發過程有密切的關系。體內激素失去平衡是種子老化、活力降低的一個明顯特征。為了提高種子活力、促進種子萌發，可以采用外源激素處理種子調節平衡來實現。赤霉素(GA3)對植物生長具有一定的調節作用，并且是一種在植物生長發育中有重要作用的激素類型。它不僅有解除種子休眠，促進基因的表達功能，而且還具有增加植物內部水解酶的合成作用。赤霉素所具有的這些功能和作用對完整性受到破壞的細胞膜有一定的修復作用，從而減少了種子衰老、提高了種子活力[14-15]。

本文對沙地云杉種子采用不同濃度維生素E、赤霉素、維生素E和赤霉素組合溶液進行浸泡處理后，通過對各處理種子萌發特征(發芽率和發芽勢)、生理指標(MDA、POD)、呼吸速率和浸出液電導率的測定來探討赤霉素、維生素E對沙地云杉種子活力影響的機制，以期達到保持和提高老化種子活力的目的，進而為種子繁殖提供依據。

1材料與方法

沙地云杉種子采集于2008年，采集后篩選出發育正常、完整而飽滿優質的種子，去除雜質，置于透風處曬干，然后包裝在麻袋中并置于陰涼干燥處儲存[16]。采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定丙二醛(MDA)含量；用愈創木酚比色法測定過氧化物酶(POD)含量；種子呼吸使用紅外分析儀法測定；浸種液的電導率使用電導率儀測定，從而反映種子的膜透性。

種子凈度為種子的潔凈程度，因此又稱為清潔度。用純凈種子的重量占供檢樣品總重的百分率表示種子凈度[17]。

凈度(%)=

沙地云杉種子凈度為85.1%，千粒重為5.48g。

1.1種子萌發特征測定

使用各濃度溶液，對實驗所用沙地云杉種子進行24h的浸種處理，以蒸餾水浸種作為對照(即處理濃度為0)。每種處理 3 次重復，每個重復100粒種子。在發芽期間每天記錄發芽數和萌發天數，以便計算種子發芽率和發芽勢。

1.2種子生理生化特征測定

種子丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法，過氧化物酶活(POD)性采用愈創木酚比色法測定。種子呼吸采用紅外分析儀，電導率采用CC-505電導儀測定[18-19]。

1.3數據處理

使用EXEL軟件統計數據，使用SPSS13.0進行差異性分析。

2結果與分析

2.1化學處理對沙地云杉種子萌發的影響

由表1和表2可知，采用不同濃度維生素E、赤霉素溶液對沙地云杉種子浸泡處理，種子發芽率與對照相比差異達到顯著水平，并且濃度分別為2.0、200 mg/L處理下的種子萌發最好。由表3可知，除了浸種處理濃度為200 mg/L GA+2.0 mg/L VE外，另外幾個處理對沙地云杉種子的萌發均產生促進作用，并且種子萌發在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE處理下為最好。沙地云杉種子發芽率、發芽勢除了在濃度為200 mg/L GA+2.0 mg/L VE處理下減少外都有不同程度的提高。沙地云杉種子在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE處理下的發芽率與其他各處理和對照有顯著差異，在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE處理下的發芽勢與其他各處理和對照差異顯著。

表1　不同濃度維生素E處理的

注：行中字母不同表示不同濃度之間具有著差異，以下標注相同。

表2　不同濃度赤霉素處理的沙地云杉種子發芽率、發芽勢

表3　赤霉素和維生素E組合處理沙

2.2化學處理對沙地云杉種子生理生化特征的影響

2.2.1化學處理對沙地云杉種子丙二醛含量的影響

由圖1和圖2可知，不同濃度維生素E、赤霉素浸種處理對沙地云杉種子丙二醛含量影響很大，維生素E濃度為1.0、2.0 mg/L和赤霉素濃度為100 mg/L處理下的丙二醛含量與其他各處理和對照有顯著差異。由圖3可知，赤霉素和維生素E組合浸種處理的沙地云杉種子丙二醛含量出現波動的現象，在蒸餾水浸種時出現最大值，然后在處理濃度為200 mg/L GA+1.0 mg/L VE、200 mg/L GA+5.0 mg/L VE時出現提高的現象，可能由于赤霉素和維生素E在這兩個濃度上沒有疊加作用，反而相互抑制了各自的功能，從而使種子丙二醛含量有了短暫提高的現象。赤霉素和維生素E組合濃度為200 mg/L GA+0.5 mg/L VE處理與200 mg/L GA+5.0 mg/L VE、200 mg/L GA+7.0 mg/L VE處理下的丙二醛含量有顯著差異。

圖1　不同濃度維生素E浸種處理對沙地云杉種子丙二醛含量的影響Fig.1 The effect of MDA content ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

圖2　不同濃度赤霉素浸種處理對沙地云杉種子丙二醛含量的影響Fig.2 The effect of MDA content ofPicea mongolica seed treated with GA3

圖3　赤霉素和維生素E組合浸種處理對沙地云杉種子丙二醛含量的影響Fig.3 The effect of MDA content of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

2.2.2化學處理對沙地云杉種子過氧化物酶活性的影響

由圖4和圖5所示，沙地云杉種子用不同濃度維生素E、赤霉素處理后，各濃度浸種的種子POD活力高于蒸餾水浸種的POD活力，POD活力在維生素E浸種濃度2.0 mg/L、赤霉素浸種濃度200 mg/L時最高，蒸餾水處理時最低。這表明赤霉素能提高沙地云杉種子過氧化物酶活性，減弱或消除生物體中的活性氧對細胞膜的損傷，提高細胞代謝的還原能力，并說明維生素E具有抗氧化保護細胞免受自由基的毒害功能。維生素E濃度為2.0 mg/L、赤霉素濃度為200 mg/L處理下的過氧化物酶活力與其他各處理和對照有顯著差異。由圖6還可以看出赤霉素和維生素E組合濃度為200 mg/L GA+5.0 mg/L VE、200 mg/L GA+7.0 mg/L VE處理下的過氧化物酶活力與其他處理均有顯著差異。

圖4　不同濃度維生素E浸種處理對沙地云杉種子過氧化物酶活力的影響Fig.4 The effect of POD content ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

圖5　不同濃度赤霉素浸種處理對沙地云杉種子過氧化物酶活力的影響Fig.5 The effect of POD content ofPicea mongolica seed treated with GA3

2.2.3化學處理對沙地云杉種子呼吸速率的影響

由圖7~圖9所示，沙地云杉種子用不同濃度維生素E、赤霉素處理后，各濃度浸種的種子呼吸速率均低于蒸餾水浸種的呼吸速率，呼吸速率在蒸餾水浸種時最高，在維生素E浸種濃度7.0 mg/L、赤霉素浸種濃度600 mg/L及赤霉素和維生素E組合200 mg/L GA+7.0 mg/L VE時最低。這表明維生素E、赤霉素及赤霉素和維生素E組合浸種處理對沙地云杉種子呼吸有抑制作用，在被試濃度范圍內，呼吸速率隨著維生素E、赤霉素等處理濃度的增加而下降。維生素E濃度為2.0、5.0、7.0 mg/L處理下的呼吸速率與對照有顯著差異。由圖9還可以看出赤霉素和維生素E組合各濃度處理與對照均有顯著差異，濃度為200 mg/L GA+0.5 mg/L VE處理與濃度200 mg/L GA+7.0 mg/L VE處理下的呼吸速率有顯著差異。

圖6　赤霉素和維生素E組合浸種處理對沙地云杉種子過氧化物酶活力的影響Fig.6 The effect of POD content of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

圖7　不同濃度維生素E浸種處理對沙地云杉種子呼吸速率的影響Fig.7 The effect of respiratory rate ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

圖8　不同濃度赤霉素浸種處理對沙地云杉種子呼吸速率的影響Fig.8 The effect of respiration rate ofPicea mongolica seed treated with GA3

圖9　赤霉素和維生素E組合浸種處理對沙地云杉種子呼吸速率的影響Fig.9 The effect of respiratory rate of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

2.2.4化學處理對沙地云杉種子電導率的影響

由圖10~圖12可知，沙地云杉種子經過維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合浸種處理后，浸出液的導電率均低于對照處理下的導電率，這說明，經過以上浸種處理后種子滲透性變小，隨之種子內部的有機酸、氨基酸和糖分等可溶電導質及電解質的外滲隨著種子滲透性變小而減少，因此導致了電導率的下降。并且處理濃度與電導率呈負相關關系，即隨著處理濃度的增高種子浸出液的導電率降低。這說明維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合對種膜來說有一定的修復作用，并修復作用越強，制約導電物外滲作用越強，導電率越低，種子活力越強。修復作用在被試濃度范圍內隨著各處理濃度的增加而增強。種子浸出液電導率最低值出現在浸種處理維生素E濃度為 7.0 mg/L、赤霉素為600 mg/L、赤霉素和維生素E組合為200 mg/L GA+7.0 mg/L VE時，這與之前維生素E濃度為2.0 mg/L、赤霉素濃度200 mg/L、赤霉素和維生素E組合濃度為200 mg/L GA+1.0 mg/L VE對沙地云杉種子萌發最具促進作用并不相互矛盾，適宜濃度的維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合配制液激活了種子內部的活性物質而促進了種子萌發，而對種膜的修復作用則原理不同。由圖10~圖12也可看出，維生素E浸種處理濃度0.1、0.5、1.0、7.0 mg/L之間有顯著差異，與對照處理也有顯著差異；赤霉素浸種處理400、600 mg/L與其他處理和對照處理有顯著差異；赤霉素和維生素E組合各處理濃度與對照處理有顯著差異，處理濃度為200 mg/L GA+0.5 mg/L、200 mg/L GA+5.0 mg/L、200 mg/L GA+7.0 mg/L之間有顯著差異。

圖10　不同濃度維生素E處理對沙地云杉種子浸種液電導率的影響Fig.10 The effect of conductivity ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

圖11　不同濃度赤霉素處理對沙地云杉種子浸種液電導率的影響Fig.11 The effect of conductivity ofPicea mongolica seed treated with GA3

圖12　赤霉素和維生素E組合處理對沙地云杉種子電導率的影響Fig.12 The effect of conductivity of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

3結論與討論

3.1結論

(1)沙地云杉種子凈度為85.1%、千粒重為5.48g；發芽率、發芽勢在維生素E處理濃度為2.0 mg/L、赤霉素處理濃度為200 mg/L、赤霉素和維生素E組合濃度為200 mg/L GA+1.0 mg/L VE時最高。用維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合溶液濃度浸種處理與蒸餾水浸種處理的種子對比，經過維生素E、赤霉素溶液浸種處理的種子丙二醛含量降低，過氧化物酶活性提高。

(2)沙地云杉種子呼吸速率受維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合處理的抑制作用而在被試濃度范圍內隨著維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合溶液濃度的增加而降低，濃度分別為600、7.0 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE時呼吸速率最低。

(3)種子活力高，其細胞膜透性低，種子浸泡時電解質和可溶性物質外滲量少，浸出液的電導率低；反之，種子活力低，細胞膜透性高，則浸出液的電導率高。沙地云杉種子隨著維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合溶液處理濃度的增加而浸出液的電導率降低，這說明沙地云杉種子細胞膜結構上受到了赤霉素等化學處理的一定程度改善作用，從而減少了電解質、可溶物質和營養物質等的外滲。

3.2討論

本文研究了維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合對沙地云杉種子萌發、生理指標、呼吸速率及電導率的影響。研究表明，適宜濃度的維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合浸種催芽能解除種子休眠，促進種子萌發，調節種子體內激素平衡，也能提高種子活力，丙二醛含量、呼吸速率、種子浸種液電導率隨著維生素E、赤霉素處理濃度的增加而下降，在一定程度上過氧化酶活力有所提高，赤霉素和維生素E組合濃度為200 mg/L GA+1.0 mg/L VE時發芽率、發芽勢、過氧化酶活性最高。這可能由于維生素E和赤霉素在這兩個濃度上對種子活性有疊加效應，發揮了疊加功能，因此種子發牙率、發芽勢，過氧化酶活性有了最高值。沙地云杉種子在維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合濃度各為7.0、600 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE時種子浸出液電導率最低，與之前維生素E濃度為2.0 mg/L、赤霉素200 mg/L、赤霉素和維生素E組合為200 mg/L GA+1.0 mg/L VE處理對沙地云杉種子萌發最具促進作用并不矛盾，種子內部的活性物質在維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合配制液的適宜濃度范圍內被激活，從而促進了種子萌發，這與對種膜修復作用的原理不同。并且本研究用于處理種子的維生素E、赤霉素、赤霉素和維生素E組合溶液濃度上限各設在了7.0、600 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE，超出該處理濃度，依然是否會產生上述結果或產生與此相反的結果本研究未能涉及，有待進一步研究而得出有效的濃度區間。

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Effects of Different Chemical Treatments on the Seed Vigor ofPiceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu

Gao Chunzhi1，Tang Pengzhan1，Li Dongsheng2，Chen Xiaoyan3，Bao Lei4

(1.Balin Youqi Forestry Bureau of Chifeng City，Chifeng 024000，Inner Mongolia；

2.Forest College，Inner Mongolia Agriculture University，Hohhot 010019；

3.Inner Mongolia Academy of Social Sciences，Hohhot 010010；

4.Kezuo Houqi Forestry Bureau of Tongliao City，Tongliao 028000，Inner Mongolia)

Abstract：In this paper，the seed germination characteristics，physiological and biochemical characteristics ofPiceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu.were measured and studied after soaking the seeds in different concentration of gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E under room temperature conditions.Further，the effects of the exogenous gibberellic，vitamin E and other chemical treatment on the seeds vigor were studied.The results showed that gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E can improve the seed vigor and promote seed germination ofP.mongolica.The best treatment concentration of gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E were 200mg·L-1，2.0mg·L-1，and 200mg·L-1GA+1.0mg·L-1VE，respectively.The results indicated that the above chemical treatments affected the seed vigor，and the MDA content，respiratory rate，and conductivity of the seed decreased and the POD activity increased with the increase of the concentration within the range of the tested concentration.

Keywords：chemical treatment；Piceamongolica；seed vigor

作者簡介：第一高春智，碩士。研究方向：森林培育。E-mail:564105364@qq.com

收稿日期：2015-07-23

中圖分類號：S 714.8

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)01-0010-06