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Biological Effects on Perilla frutescens Seed Treated with Magnetic Field

磁场处理紫苏种子的生物学效应


利用83.5mT(50A)磁场强度处理紫苏[Perilla frutescens(L.)Var.crispa]种子,研究不同处理时间对种子萌发及幼苗生长的影响,为探讨磁场对紫苏种子的作用机理提供依据。结果表明,83.5mT磁场处理紫苏种子后,种子发芽势、发芽率、真叶展开率、株高、根长、须根数以及根系活力都随着处理时间的延长呈先升高后降低的趋势;其中发芽势在2、3h时达到显著水平;发芽率以处理3h时达到最高,为97.3%;真叶展开率在1、2和3h三个处理条件下达到显著水平,且在3h时达到最大值;株高、根长及须根数均在3h时达到最大值;磁场处理3h时根系活力最强,达0. 76TTF mg·(根·h)-1;POD活性及硝酸还原酶活性在2~3h时相对增幅较大;综合分析各指标说明83.5mT的磁场强度处理紫苏种子3h时,对刺激种子活力、促进种子萌发及幼苗生长效果最佳。


全 文 :核 农 学 报  2013,27(11):1670 ~ 1674
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2012⁃12⁃11  接受日期:2013⁃05⁃30
基金项目:国家青年科学基金项目(31201266),山西农业大学博士科研启动基金(XB2008013)
作者简介:王计平,女,副教授,主要从事植物逆境生理与分子生物学研究。 E⁃mail: sxndwjp@ 163. com
通讯作者:王玉国,男,教授,主要从事植物生理与植物组织培养研究。 E⁃mail:tgwygn@ 126. com
文章编号:1000⁃8551(2013)11⁃1670⁃05
磁场处理紫苏种子的生物学效应
王计平1   史华平2   张玲慧1   尹美强1   王玉国1
( 1 山西农业大学农学院,山西 太谷  030801;2 山西省农科院果树所,山西 太谷  030815)
摘  要:利用 83􀆰 5mT(50A)磁场强度处理紫苏[Perilla frutescens(L. )Var. crispa]种子,研究不同处理时间
对种子萌发及幼苗生长的影响,为探讨磁场对紫苏种子的作用机理提供依据。 结果表明,83􀆰 5mT 磁场
处理紫苏种子后,种子发芽势、发芽率、真叶展开率、株高、根长、须根数以及根系活力都随着处理时间的
延长呈先升高后降低的趋势;其中发芽势在 2、3h 时达到显著水平;发芽率以处理 3h 时达到最高,为
97􀆰 3% ;真叶展开率在 1、2 和 3h三个处理条件下达到显著水平,且在 3h时达到最大值;株高、根长及须
根数均在 3h时达到最大值;磁场处理 3h时根系活力最强,达 0􀆰 76TTF mg·(根·h) - 1;POD活性及硝酸
还原酶活性在 2 ~ 3h时相对增幅较大;综合分析各指标说明 83􀆰 5mT 的磁场强度处理紫苏种子 3h 时,
对刺激种子活力、促进种子萌发及幼苗生长效果最佳。
关键词:磁场;紫苏种子;种子萌发;幼苗生长
    紫苏 [Perilla frutescens (L. )Var. crispa]是原产于
中国的一种唇形科紫苏属 (Perilla Linn) 一年生草本
植物,是卫生部首批颁发的既是食品又是药品的 60 种
物品之一[1]。 紫苏油 α -亚麻酸含量达 50% ~ 63% ,
远高于主要食用油(菜籽油、豆油、花生油等)。 而且,
紫苏油不含或很少含芥酸物质,其营养价值明显优于
一般食用油。 所以,医学界认为紫苏油是深海鱼油的
更新换代产品。 紫苏种子表面有较厚的蜡质层,种皮
透水、透气性差,导致其休眠期较长,发芽率很低。 国
内外专家研究了用磁场处理种子来提高种子活力的方
法,取得了一定进展。 研究表明,用不同强度磁场处理
小麦[2 - 3]、玉米[4 - 5]、大豆[6]、苦瓜[7]、番茄[8 - 10]、芝
麻[11]等多种植物种子,对种子萌发及幼苗的生长发育
都有很大影响。 但目前有关紫苏种子磁化处理的研究
报道还很少。 本试验利用梯度磁场处理紫苏种子,通
过分析不同处理时间对紫苏种子发芽、幼苗生长及幼
苗生物学特性的影响,旨在探讨能够打破紫苏种子休
眠,提高发芽率的简单易行、成本低的种子处理方法,
为生产创造良好的经济效益。
1  材料与方法
1􀆰 1  试验装置
试验采用大连理工大学静电与特种电源研究所研
制的磁场发生装置(图 1),220V 交变电流通过整流后
变为直流输出,在载流线圈内部产生梯度磁场,其最大
电流强度为 100A。 磁场强度可由电流的改变控制,并
用 SHT -Ⅲ型数字式特斯拉计测定不同电流强度下磁
场强度,电流强度 12􀆰 5、25、37􀆰 5、50、62􀆰 5A 所对应的
磁场强度分别为 20􀆰 9、42􀆰 5、61􀆰 1、83􀆰 5、101􀆰 6mT。
1􀆰 2  试验材料及处理方法
本试验以晋苏 1 号为试材(由山西省农业科学院
棉花研究所提供)。 选取籽粒饱满、大小均匀一致的
紫苏种子分放在不同的培养皿中,每个培养皿放 100
粒种子,用 50A电流的磁场强度处理 0、1、2、3、4、5h,
磁场处理后用 0􀆰 1%的 HgCl2 消毒 8min,再用蒸馏水
漂洗 3 ~ 4 次,在培养皿中事先要铺一层湿润的滤纸,
将种子均匀摆放在培养皿中,然后将其放入培养箱,记
录培养时间并观察种子的发芽情况,发芽后将培养皿
从培养箱中取出,置于光照时间为每天 12h 的培养架
0761
  11 期 磁场处理紫苏种子的生物学效应
注:T为变压器,L为滤波器,C1、C2 为电容器。
Note:T:Transformer L:Choke filter coil C1,C2:Capacitance.
图 1  磁场装置图
Fig. 1  The experimental setup of magnetic field
进行光照培养,其后的培养过程中根据需要定量加入
稀释 10 倍的 Hoagland 营养液,保证水分及营养的充
分供应。
1􀆰 3  试验指标及测定方法
各处理设定 3 次重复,第 4 天统计发芽势,第 7 天
统计发芽率,种子发芽试验参照 GB2772 - 1999 国家
标准。
表 1  磁场处理不同时间对紫苏种子萌发的影响
Table 1  Effect of different time of magnetic field treatment on Perilla seeds germination
处理时间
Treatment time / h
发芽势
Germination potential / %
发芽率
Germination rate / %
真叶展开率
True leaves expansion rate / %
0 80􀆰 12 ± 2􀆰 72e 92􀆰 00 ± 3􀆰 33d 76􀆰 75 ± 8􀆰 43d
1 81􀆰 34 ± 4􀆰 16d 96􀆰 33 ± 3􀆰 33ab 87􀆰 85 ± 2􀆰 44b
2 86􀆰 78 ± 4􀆰 16ab 95􀆰 11 ± 1􀆰 92b 88􀆰 87 ± 5􀆰 30b
3 87􀆰 78 ± 3􀆰 14a 97􀆰 33 ± 5􀆰 77a 91􀆰 67 ± 5􀆰 05a
4 82􀆰 11 ± 1􀆰 57d 93􀆰 33 ± 2􀆰 36c 85􀆰 16 ± 4􀆰 97c
5 85􀆰 44 ± 1􀆰 57c 95􀆰 22 ± 1􀆰 92b 85􀆰 39 ± 3􀆰 89c
    注:字母代表显著差异(p≤0􀆰 05)。
Note: Letters indicated the significant difference at 0􀆰 05 (p≤0􀆰 05) .
1􀆰 3􀆰 1  发芽势、发芽率及真叶展开率的测定方法  发
芽以露白为标准,于试验后第 4 天统计发芽势,第 7 天
统计发芽率。 以不进行磁场处理的紫苏作对照,确定
一定磁场强度下的最适处理时间。
种子发芽势 =
4d发芽的种子数
供试种子数
× 100%
发芽率 =前 7d内发芽的种子数供试种子数 × 100%
第 8 天统计第 1 片真叶展开数目,并计算各处理
第 1 片真叶的相对展开率。
真叶展开率 =真叶展开的种子数供试种子数 × 100%
1􀆰 3􀆰 2  株高、根长、须根数的测定   从各处理组的 3
个重复中随机选取 10 株进行株高、根长及须根数测
定,取其平均值。 以不进行磁场处理的紫苏作对照,确
定一定磁场强度下最适合的处理时间。
1􀆰 3􀆰 3  根系活力测定  用氯化三苯基四氮唑(TTC)
法[12]测定根系活力,发芽试验开始后第 11 天,取 10
株根系测定根系活力。
1􀆰 3􀆰 4  过氧化物酶(POD)活性测定  采用愈创木酚
比色法测定 POD活性[13]。
1􀆰 3􀆰 5  硝酸还原酶活性测定  取磁场处理紫苏幼苗
展开叶,按高俊凤《植物生理学实验指导》方法测定紫
苏硝酸还原酶活性[13]。
采用 Excel 2000 和统计分析软件 DPS7􀆰 5 进行各
生理指标分析。 统计分析方法为邓肯氏新复极差法。
2  结果与分析
2􀆰 1 磁场处理不同时间对紫苏种子萌发的影响
经 83􀆰 5mT(50A)磁场强度对紫苏种子处理不同
时间,研究不同处理时间对种子发芽的影响,试验结果
(表 1)表明:83􀆰 5mT磁场处理不同时间对紫苏种子的
发芽势、发芽率及真叶展开率的影响不同。 经 2h 和
3h处理可以显著提高种子发芽势;发芽率以处理 3h
时达到最高,与处理 1 时无显著差异,与其它处理间存
在显著差异(p≤0􀆰 05);经 83􀆰 5mT的磁场处理 1、2、3h
3 个处理组的真叶展开率较对照有明显提高,其中磁
场处理 3h 时,真叶展开率达 91􀆰 67% ,为对照的 1􀆰 2
倍,而处理 1h和 2h之间没有显著差异。
2􀆰 2  磁场处理不同时间对紫苏幼苗形态学指标的影
1761
核  农  学  报 27 卷

在 83􀆰 5mT磁场处理后,培养 25d 时,从每个处理
中随机挑选 5 株幼苗,测量其株高、根长及须根数,求
其平均值,试验结果(图 2、图 3)表明,紫苏种子经磁
场处理后对幼苗的株高、根长及须根数有一定影响。
其中处理 3h时,对幼苗株高、根长及须根数均有促进
作用,株高、根长及须根数分别达到 7􀆰 8、4􀆰 7 和 10cm;
磁场处理 4 ~ 5h时,紫苏株高及根系生长受到抑制,但
抑制作用并不明显。
图 2  磁场处理不同时间对紫苏幼苗生长的影响
Fig. 2  Effect of different time of magnetic field
treatment on Perilla seedling growth
图 3  磁场处理不同时间对紫苏幼苗株高、根长
及须根数的影响
Fig. 3  Effect of different time of magnetic field treatment
on the plant height, root length and root number of
Perilla seedling
2􀆰 3  磁场处理不同时间对紫苏幼苗根系活力的影响
图 4 表明,磁场处理可以提高紫苏幼苗的根系活
力,且根系活力随磁场处理时间的延长而呈现上升趋
势,磁场处理 3h 时根系活力最强,达 0􀆰 76TTF mg·
(根·h) - 1,是对照的 2􀆰 4 倍;处理时间大于 3h 时,随
着处理时间的延长,根系活力逐渐下降,在处理 5 h 时
降到最低,为 0􀆰 45TTF mg ·(根·h) - 1,但仍然可以
达到对照的 1􀆰 4 倍。
图 4  磁场处理不同时间对紫苏幼苗根系活力的影响
Fig. 4  Effect of different time of magnetic field
treatment on the root activity of Perilla seedling
2􀆰 4  磁场处理不同时间对紫苏幼苗 POD 活性的影

在 83􀆰 5mT磁场处理后,培养 25d 测定紫苏叶片
POD活性。 试验结果(图 5)表明,紫苏种子经强度为
83􀆰 5mT磁场处理可以提高 POD 活性,处理 1 ~ 2h 时
POD活性呈上升趋势,随后 POD 活性逐渐降低,其中
2h 处理组 POD 活性最强,可达 76􀆰 17 U · ( g ·
min) - 1。 当磁场处理 5h 时,POD 活性与对照没有显
著差异。
图 5  磁场处理不同时间对紫苏幼苗 POD活性的影响
Fig. 5  Effect of different time of magnetic field
treatment on the POD activity of Perilla seedling
2􀆰 5  磁场处理不同时间对紫苏幼苗硝酸还原酶活性
的影响
硝酸还原酶是一类可将植物体内的硝酸根离子转
化成亚硝酸根离子的酶,在植物氨基酸、蛋白质合成中
起到了至关重要的作用。 植物硝酸还原酶活性的高低
可以间接地反映出植物构建机体的能力和生长的旺盛
2761
  11 期 磁场处理紫苏种子的生物学效应
程度。 试验结果表明,在 83􀆰 5mT 磁场强度下,处理 1
~ 5h硝酸还原酶活性呈先上升而后降低的趋势,其中
2h处理组硝酸还原酶活性最强,可达 0􀆰 84ug·g - 1FW·
h - 1。 而当磁场处理 5h时,硝酸还原酶活性为 0􀆰 32 ug
·g - 1FW·h - 1,低于对照(图 6)。
图 6  磁场处理不同时间对紫苏幼苗硝酸
还原酶活性的影响
Fig. 6  Effect of different time of magnetic field
treatment on the nitrate reductase of Perilla seedling
3  讨论
植物经过长期进化,已形成了一整套适应地球磁
场环境的体系,磁场强度的改变必然会导致植物生长
发育发生变化[14]。 国内外大量研究表明,磁场强度的
改变对植物种子萌发、光合作用、细胞分裂、基因表达
以及酶活性等方面都有显著影响[15 - 19]。 利用磁化等
离子体处理大豆种子的研究结果表明 2􀆰 5A 的磁化等
离子体对刺激种子活力、促进种子发芽及幼苗生长有
良好效果[6]。 王红梅[20]通过研究不同磁场强度和切
割速度对绿豆芽生长的影响,证明磁场处理对绿豆芽
的鲜重和芽长都有一定促进作用。 本试验主要研究磁
场对紫苏种子萌发的影响,在 83􀆰 5mT 的磁场处理下,
发芽率和真叶展开率均以处理 3h时达到最大,分别为
97􀆰 33%和 91􀆰 67% ;经 2h和 3h 处理可以显著提高紫
苏种子的发芽势;而磁场处理 3h时,对幼苗株高、根长
及须根数均有促进作用,株高、根长及须根数分别达到
7􀆰 8、4􀆰 7 和 10cm。 紫苏种子经磁场处理后还可以提
高幼苗根系活力,处理 3h时根系活力最强。
作为一种生物催化剂,酶是促进一切代谢反应的
物质,在人类生产生活和生命过程中起着非常重要的
作用。 磁场处理对酶的影响与磁场处理后酶分子的空
间构象变化、酶结构中金属原子的顺磁性和酶蛋白半
导体性变化有关[21]。 磁场处理玉米种子后与自由基
相关的超氧化物歧化酶( SOD) 和过氧化氢酶( CAT)
活性增高, 丙二醛( MDA) 含量降低[22]。 也有研究表
明用 1000 - 1400GS 磁场处理水浸种番茄,可以显著
提高硝酸还原酶活性,从而促进植物对 NO3 -的吸收
和利用,增强作物的氮代谢[23]。 试验采用 83􀆰 5mT 磁
场强度处理紫苏种子,测定幼苗 POD活性及硝酸还原
酶活性,发现磁场处理 2h时二者活性均达到最强。
综上所述,适当强度的磁场处理能有效刺激种子
当代活力,促进种子萌发和幼苗生长;同时,幼苗的根
系活力及酶活性明显提高,有效促进了幼苗的生长代
谢。
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Biological Effects on Perilla frutescens Seed Treated with Magnetic Field
WANG Ji⁃ping1   SHI Hua⁃ping2   ZHANG Ling⁃hui1   YIN Mei⁃qiang1   WANG Yu⁃guo1
( 1College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi  030801;
2Pomology Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taigu, Shanxi  030815)
Abstract:In this research, Perilla frutescens seeds were treated by the magnetic field of 83􀆰 5mT with different processing
time. At the same time, the seed germination, seedling growth, root activity and POD activity of seedlings were
investigated to provide the theoretical basis of exploring the mechanism of plant seeds with magnetic treatment. The
results showed that when Perilla seeds were treated by the magnetic field for 1 to 5 hours, seed germination rate,
germination energy, true leaves expansion rate, plant height, root length, root number and root activity increased at
first, then decreased following with the different treatment time. Among them germination energy and true leaves
expansion rate reached the significant level under 3 hours treatment, germination rate was the highest at 3 hours and
reached 97􀆰 3% , and plant height, root length and root number also reached maximum at 3 hours. When the magnetic
treatment time was 3 hours, the root activity reached 0􀆰 76TTF mg / root·h while the POD and nitrate reductase activity
increased obviously after the magnetic treatment for 2 hours. From this research, it was tested that the magnetic
treatment of 83􀆰 5mT for 3 hours was the optimum treatment time to stimulate Perilla frutescens seed vigor, promote seed
germination and seedling growth.
Key words:Magnetic field; Perilla frutescens seeds; Seed germination; Seedling growth
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