全 文 :·园林花卉·植物 北方园艺2013(17):74~77
第一作者简介:于凤鸣(1966-),男,博士,教授,现主要从事植物抗
性生理等研究工作。E-mail:yfm8371@163.com.
基金项目:河北省教育厅自然科学研究资助项目(2008445)。
收稿日期:2013-04-15
锌对高羊茅种子萌发及生理指标的影响
于 凤 鸣1,刘 玉 艳2,张 海 荣1
(1.河北科技师范学院 生命科技学院,河北 昌黎066600;2.河北科技师范学院 园艺科技学院,河北 昌黎066600)
摘 要:以“猎狗5号”高羊茅种子为试材,研究了不同浓度外源锌对高羊茅种子发芽率、发芽
势,以及萌发过程种子内可溶性蛋白质、还原糖和总糖含量及淀粉酶活力的影响。结果表明:重
金属Zn处理后降低了高羊茅种子的发芽率和发芽势,使种子萌发整齐度下降。Zn处理使萌发
初期高羊茅种子的淀粉酶总活力和可溶性总糖含量上升,但使α?淀粉酶活力、可溶性蛋白质和还
原糖含量下降。
关键词:锌胁迫;高羊茅;种子萌发;生理
中图分类号:Q 945.79 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)17-0074-04
重金属是环境的主要污染源之一。土壤中的重金
属污染和防治一直是国际上研究的难点和热点。目前,
主要采用物理法、化学法和生物法治理土壤重金属污
染,其中物理方法和化学方法不仅成本昂贵,而且还会
对土壤结构和土壤微生物造成破坏,并引起“二次污
染”[1]。植物修复技术是一种新兴的绿色生物治理方
法,能够在保持土壤的生态环境、结构和微生物活性的
情况下修复被污染的土壤[2]。
Zn是某些酶的活化剂和必需成分,是植物生长必
需的微量元素之一。缺Zn时,植物的株型和生长习性
会发生改变;Zn超过一定含量时,也会导致植物代谢过
程发生紊乱甚至死亡,但仍有些植物能在较高浓度的重
金属中生存而不受明显的损害[3-4]。目前,世界上已经
筛选出400多种重金属富集植物,并对重金属的伤害效
应、机理和植物的抗性机理等方面进行了研究。
高羊茅是多年生草本植物,也是一种常见草坪植
物,其适应性强,生活力、生长势、抗践踏能力亦强,抗寒,
也较抗热,耐干旱,耐潮湿,具有吸收深土层水分的能
力[5]。同时,由于草坪植物不直接进入人类食物链,具
有较高的经济、生态和美学价值,因此,现以高羊茅为研
究对象,研究了重金属Zn对其种子萌发及生理的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试高羊茅“猎狗5号”种子,购自国家林业局林木
种子公司;ZnSO4为分析纯试剂。
1.2 试验方法
试验于2009年11月至2010年1月在河北科技师
范学院生命科技学院植物生理生化实验室和园艺科技
学院园林实验室进行。选取均匀一致饱满的种子,用
3%的高锰酸钾溶液消毒15min后,用自来水冲洗3次,
再用蒸馏水冲洗,将其整齐地排列在铺有2层滤纸的培
养皿中,每皿50粒,加入不同浓度的ZnSO4 溶液(100、
200、400、800mg/L,用蒸馏水配制),对照用蒸馏水培养,
置于26℃恒温培养箱中,用保鲜膜减少水分的蒸发。不
同处理设置3次重复,并随时去除坏死种子,从第2天开
始每天记录种子萌发数量,到对照种子不再萌发为止。
计算种子发芽率及发芽势。
发芽率=萌发的种子数/种子总数×100%[6]。发
Abstract:Taking Gardenia jasminoides cuttings hydroponics seedlings as test materials,the efects of plant fresh weight,
root number,root length,plant height,root weight branches of diferent treatment patterns observed indicators and
chlorophyl a,b content and pH value of the physiological changes with 50~150mg/L indole butyric acid(IBA)
treatment were studied.The results showed that 50~150mg/L IBA treatment increased water culture conditions,
gardenia cuttings of the plant fresh weight,root number,root length,plant height and chlorophyl content,and 100mg/L
IBA treatments more significantly efective.
Key words:indole-3-butyri cacid(IBA);Gardenia jasminoides;hydroponics culture;growth
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北方园艺2013(17):74~77 植物·园林花卉·
芽势:发芽种子数达到高峰时,正常发芽种子的总数与
供试种子总数的百分比[7]。
每皿约1g种子。各个处理共设置5d的试验量,
每天设置3个培养皿重复。每天对萌发种子的胚芽和
根进行取样测定。
1.3 项目测定
蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色
法[8];还原糖和总糖含量的测定采用3,5-二硝基水杨
酸法[8];淀粉酶活力的测定采用3,5-二硝基水杨
酸法[8]。
1.4 数据分析
试验数据用DPS统计分析软件进行显著性检验。
2 结果与分析
2.1 Zn胁迫对高羊茅种子萌发的影响
种子的发芽势和发芽率是检测种子质量好坏的重
要指标,较高的发芽势和发芽率也是培育壮苗的
基础[9]。
2.1.1 Zn胁迫对高羊茅种子发芽率的影响 从表1可
以看出,置种后种子陆续萌发,发芽率逐渐升高,在置种
后第5天达到最高。低浓度的ZnSO4处理后,高羊茅种
子的发芽率与对照差异不显著,随ZnSO4 浓度的升高,
抑制作用逐渐增强,其中800mg/L的处理除置种后第1
天外其它各时期均显著甚至极显著低于对照。
表1 不同浓度ZnSO4对高羊茅种子发芽率的影响
Table 1 Efect of ZnSO4on Festuca elataseed germinating capacity
处理
Treatment/mg·L-1
12月8日 12月9日 12月10日 12月11日 12月12日 12月13日
0 2.00aA 42.67aA 81.33aA 85.33aAB 92.00aA 94.00aA
100 0.67aA 44.00aA 80.00abA 92.00aA 93.33aA 95.33aA
200 0.67aA 36.00abAB 73.33bA 84.67aAB 92.67aA 94.00aA
400 2.00aA 24.67abAB 53.33cB 76.67bBC 82.00bB 86.00bB
800 0.00aA 12.00bB 42.67dC 66.67cC 78.67bB 88.00bB
注:不同大、小写英文字母分别表示差异达0.01、0.05显著水平,下同。
2.1.2 Zn胁迫对高羊茅种子发芽势的影响 从表2可
以看出,ZnSO4 处理影响了高羊茅种子的发芽势,低浓
度的ZnSO4处理(100mg/L)促进了高羊茅种子的发芽
势,但差异不显著;随着浓度的升高,ZnSO4 降低了高羊
茅种子的发芽势,其中200、400mg/L处理与对照差异
不显著,800mg/L处理与对照差异极显著。种子发芽势
高,表示种子活力强,发芽整齐,出苗一致。因此,经过高
浓度的ZnSO4处理后,高羊茅种子发芽的整齐度降低了。
表2 不同浓度Zn处理对高羊茅种子
发芽势的影响
Table 2 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
the Festuca elataseed germinating energy
ZnSO4浓度
ZnSO4Concentration
/mg·L-1
0 100 200 400 800
发芽势
germinating energy
42.67aA 44.00aA 36.00abAB 24.67abAB 12.00bB
2.2 Zn胁迫对高羊茅种子萌发过程中生理指标的影响
2.2.1 Zn胁迫对可溶性蛋白质含量的影响 从表3可
以看出,高羊茅种子萌发期间,可溶性蛋白质含量呈上
升、下降再上升的趋势。800mg/L处理在置种后的第2
天达到峰值,对照、400mg/L处理则在置种后的第3天
达到峰值,100、200mg/L处理在置种后的第5天达到峰
值。置种后的第1天,各处理的蛋白质含量与对照差异
不显著;置种后的第2天,100mg/L处理的蛋白质含量
显著低于对照,200和800mg/L处理的蛋白质含量极显
著的高于对照;置种后的第3天,除400mg/L处理与对
照差异不显著外,其它各处理的蛋白质含量均显著或极
显著低于对照;置种后的第4天,各处理的蛋白质含量
均低于对照,其中100、200mg/L处理分别达到了显著
和极显著水平;但到置种后的第5天,各处理的蛋白质
含量均高于对照,其中100mg/L处理达到了显著水平。
蛋白质是植物的贮藏物质、结构物质和生理活性物质。
种子萌发时,不溶性的蛋白体被分解并完全溶解[10]。随
后,蛋白质在酶的作用下,分解为游离氨基酸,再合成新
的蛋白质,用于新细胞的建成。试验后期,可能由于低
浓度的ZnSO4处理促进了种子的发芽(表1),提高了高
羊茅种子的发芽势(表2),使得新组织器官中游离氨基
酸开始合成新的蛋白质,所以蛋白质含量又有所上升。
而高浓度的处理可能是由于抑制了种子的萌发,种子中
可溶性蛋白质分解为氨基酸的数量减少,导致可溶性蛋
白质在种子内的积累。
表3 不同浓度Zn处理对高羊茅萌发种子
可溶性蛋白质含量的影响
Table 3 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
soluble protein content of Festuca elataseed mg/g
处理
Treatment
/mg·L-1
12月25日 12月26日 12月27日 12月28日 12月29日
0 5.4474aA 6.2854bB 9.0132aAB 6.7209aA 7.0438bA
100 5.6497aA 5.3913cB 8.1390bBC 5.5476bcAB 8.2405aA
200 4.9386aA 7.5866aA 7.3114cCD 4.9839cB 7.7579abA
400 5.0786aA 5.7140bcB 9.1550aA 6.3906abA 7.2489abA
800 4.8946aA 8.0100aA 7.1080cD 6.2897abA 7.1848abA
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·园林花卉·植物 北方园艺2013(17):74~77
2.2.2 Zn胁迫对高羊茅种子还原糖和总糖含量的影响
从表4可以看出,高羊茅各处理的总糖含量均呈下降
趋势。置种后第1天,除100和400mg/L处理与对照
差异不显著,其它各处理高羊茅种子中的总糖含量均显
著高于对照,其中200mg/L处理达到了极显著水平;置
种后的第2天,仅有800mg/L处理极显著的高于对照;
置种后的第3天,处理与对照差异均不显著;置种后的
第4天,仅100mg/L处理的总糖含量显著低于对照;置
种后的第5天,仅200mg/L处理的总糖含量显著高于
对照。高羊茅属淀粉类种子,种子萌发时,种子内贮藏
的淀粉经过分解,才能以可利用的方式提供胚生长发育
所需要的碳源和能源[11]。该试验的结果表明,ZnSO4 处
理特别是高浓度的处理可以增加种子内可溶性总糖的
含量,其原因可能与处理后种子萌发速率下降,对可溶
性总糖的消耗减少有关。从表5可以看出,高羊茅种子
中还原糖含量的变化呈先上升后下降的趋势,随后保持
在一个相对稳定的水平,各处理均在置种后的第2天达
到峰值。置种后第1天,除100mg/L处理的还原糖含
量与对照差异不显著外,其它处理均极显著的低于对
照。各处理的峰值亦均极显著的低于对照,且随Zn浓
度的增大而升高。置种后的第3天,100、200和800
mg/L处理均极显著的低于对照,400mg/L处理与对照
差异不显著。随后,各处理的还原糖含量均有所上升。
到试验末期,200、800mg/L处理极显著的高于对照,其
它处理与对照差异不显著。种子萌发初期,由于淀粉降
表4 不同浓度Zn处理对高羊茅萌发种子
总糖含量的影响
Table 4 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
the soluble total sugar content of Festuca elataseed %
处理
Treatment
/mg·L-1
12月25日 12月26日 12月27日 12月28日 12月29日
0 14.01cB 13.52bB 11.85aA 10.49abAB 6.58bcAB
100 15.41bcB 12.22bB 12.40aA 9.33cB 7.06abAB
200 22.74aA 13.30bB 12.05aA 10.99aA 7.24aA
400 15.09bcB 13.25bB 11.54aA 10.28abcAB 6.32cB
800 15.45bB 16.69aA 11.66aA 9.77bcAB 7.04abAB
表5 不同浓度Zn处理对高羊茅萌发种子
还原糖含量的影响
Table 5 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
the reduced sugar content of Festuca elataseed %
处理
Treatment
/mg·L-1
12月25日 12月26日 12月27日 12月28日 12月29日
0 0.36aA 2.14aA 0.86aA 0.86cC 0.92bcB
100 0.39aA 2.08aA 0.70bB 0.69dD 1.03bB
200 0.18bB 1.11bB 0.50cC 0.70dD 1.22aA
400 0.19bB 1.26bAB 0.86aA 1.03bB 0.88cB
800 0.21bB 1.29bAB 0.48cC 1.36aA 1.21aA
解,大量的多糖转变为还原糖,使种子中还原糖含量上
升。随着时间的推移,大量的还原糖被种子萌发所利
用,含量下降,随后保持在一个相对稳定的水平。由于
ZnSO4抑制了高羊茅种子的萌发,各处理的还原糖消耗
较对照少,导致其含量比对照高。
2.2.3 Zn胁迫对高羊茅萌发种子淀粉酶活力的影响
从表6可以看出,各处理高羊茅种子的α?淀粉酶活力的
变化大致呈上升趋势。置种后第1天,各处理的α?淀粉
酶活力均低于对照,其中200和800mg/L处理分别达
到显著和极显著水平。置种后第2天,除400mg/L处
理外,其它各处理的α?淀粉酶活力均极显著的低于对
照。置种后第3天,200mg/L处理的α?淀粉酶活力显著
低于对照,而400mg/L处理则极显著的高于对照,其它
处理与对照差异不显著。置种后第4天,100mg/L处理
的α?淀粉酶活力极显著的低于对照,其它处理与对照差
异不显著。到试验末期,除200mg/L处理的α?淀粉酶
活力显著高于对照外,其它各处理与对照差异不显著。
ZnSO4处理后,萌发前期种子内的α?淀粉酶活力低于对
照。随着萌发进程,除最高浓度的ZnSO4 处理外,其它
浓度处理的种子的α?淀粉酶活力均比对照高。从表7
可以看出,在整个试验过程中,高羊茅各处理的淀粉酶
总活力表现为先升后降的趋势。各处理的淀粉酶总活
力在下降之前,均显著或极显著高于对照。置种后第1
表6 不同浓度Zn处理对高羊茅萌发种子
α?淀粉酶活力的影响
Table 6 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
theα?amylase activity of Festuca elataseed
mg麦芽糖·g-1FW·min-1
处理
Treatment
/mg·L-1
12月25日 12月26日 12月27日 12月28日 12月29日
0 3.22aA 5.63aA 10.37bB 8.29abA 17.24bA
100 2.41abAB 1.29bB 8.76bcB 4.09cB 19.63abA
200 1.57bcBC 2.19bAB 6.86cB 6.28bcAB 22.85aA
400 1.77bBC 3.45abAB 14.34aA 9.41aA 18.57abA
800 0.74cC 2.94bAB 9.01bcB 5.67bcAB 17.21bA
表7 不同浓度Zn处理对高羊茅萌发种子
淀粉酶总活力的影响
Table 7 Efect of diferent concentration of ZnSO4on
the amylase activity of Festuca elataseed
mg麦芽糖·g-1FW·min-1
处理
Treatment
/mg·L-1
12月25日 12月26日 12月27日 12月28日 12月29日
0 586.27cB 724.87cC 620.75aA 406.26aA 232.12cB
100 625.66bAB 908.83bB 564.79bA 457.59aA 254.03bcAB
200 637.03abAB 1 083.51aA 445.52cB 398.03aA 286.06abAB
400 664.55aA 880.85bBC 621.50aA 423.40aA 283.86abAB
800 651.96abA 887.44bBC 596.58abA 448.47aA 316.14aA
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北方园艺2013(17):74~77 植物·园林花卉·
天,400、800mg/L处理极显著高于对照;置种后第2天
达到峰值时,100、200mg/L处理极显著高于对照。置种
后第3天,100、200mg/L处理的淀粉酶总活力均高于对
照,分别达到了显著和极显著水平;置种后第4天,各处
理与对照差异均不显著;到试验末期,除100mg/L
处理外,各处理的淀粉酶总活力显著高于对照,其中,
800mg/L处理达到极显著。结果表明,ZnSO4处理后淀
粉酶总活力升高,ZnSO4 浓度超过一定值时,淀粉酶活
力提高幅度下降。
3 结论与讨论
ZnSO4处理可以延缓高羊茅种子的萌发,降低其发
芽势和种子萌发的整齐度。低浓度的ZnSO4 处理提高
了高羊茅种子的发芽率,高浓度的抑制作用较明显,且
随浓度的升高,抑制作用增强。
ZnSO4处理后,降低了高羊茅萌发种子的α?淀粉酶
活力,却提高了淀粉酶总活力。草坪草属淀粉型种子,
淀粉酶使淀粉分解,提供幼胚发育所需的能源、碳源和
制造新组织的主要原料[11]。植物体内的淀粉酶有α?淀
粉酶及β?淀粉酶2类,其中β?淀粉酶是组成酶,α?淀粉酶
是诱导酶[8]。淀粉酶是种子萌发过程中最主要的水解
酶类,而萌发初期起作用的又以α?淀粉酶为主。因此,
ZnSO4处理后α?淀粉酶活力下降可能是导致高羊茅种
子发芽率下降的重要原因。
Zn对高羊茅萌发种子的总糖含量影响不大。在试
验初期,处理种子的还原糖含量显著降低,与高羊茅萌
发种子的淀粉酶活性提高相矛盾,可能是由于种子的呼
吸作用消耗了大量的还原糖,而未用于种子的萌发。到
试验后期,处理种子的还原糖含量高于对照,则与处理
的种子内淀粉酶活力提高有关。
Zn使高羊茅种子内的蛋白质含量下降,从而影响
萌发种子中游离氨基酸的含量,使种子萌发时新组织的
形成受阻,抑制种子的萌发。
尽管Zn对高羊茅种子的萌发产生了一定的影响,
但种子仍能够萌发,说明对重金属Zn有一定的耐受性,
可应用于重金属Zn污染的土壤。至于重金属Zn对高
羊茅幼苗生长的影响,有待进一步研究。
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Effects of Zinc on Seed Germination and Physiology of Festuca elata
YU Feng-ming1,LIU Yu-yan2,ZHANG Hai-rong1
(1.Colege of Life Science and Technology,Hebei Normal University of Science and Technology,Changli,Hebei 066600;2.Colege of
Horticulture and Technology,Hebei Normal University of Science and Technology,Changli,Hebei 066600)
Abstract:Taking Festuca elata‘Liegou NO.5’seeds as the test materials,the efect of diferent concentration of external
source zinc on Festuca elata seed germinating capacity,germinating energy,the protein contents,the reducing sugar and
total sugar contents and the amylase activity were studied.The results showed that Zn inhibited Festuca elata’s seed
germination,reduced the germinating energy.Diferent concentration of Zn had a certain promoting efect on the amylase
activity and the soluble sugar contents,but lowered theα?amylase activity and the contents of soluble protein and reducing
sugar at the initial stage of Festuca elataseed germination.
Key words:Zinc stress;Festuca elata;seed germination;physilology
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