全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，l2(5)：467—470
Journa／ofTropical and SubtropicalBotany
萌发玉米种子脱水耐性与胚根细胞超微结构的变化
伍贤进 ，宋松泉2，田向荣2，类延保 2，傅家瑞2
(1．怀化学院生物工程系，湖南 怀化 418008：2．中山大学生命科学学院，广东 广州 510275)
摘要：玉米种子脱水试验表明，25~E下萌发 24 h种子脱水耐性开始丧失，丧失 50％和 100％的时间分别为 33 h、58 h。萌
发过程中随着吸胀时间增加，玉米种子脱水耐性逐步丧失。显微观察显示，种子吸胀过程中，胚根细胞的贮藏物质逐步
减少，线粒体等细胞器的分化程度则不断提高，尤其是脂类物质的分解程度与脱水耐性变化的关系似乎更明显。
关键词：玉米种子；萌发；脱水耐性；超微结构
中图分类号 ：Q944．59 文献标识码：A 文章编号：1005—3395(2004)05—0467—04
Changes in Radicle Cell Ultrastructure of Germinated
Zea mays Seeds during Desiccation
WU Xian—j in ‘，SONG Song—quan ，TIAN Xiang—tong ，LEI Yan—bao ，FU J ia-rui
(1．Department of Bioe， needn~Huaihua College，Huaihua418008，China；
2．Colege of ￡ Sciences，Zhongshan University，Guangzhou 510275，China)
Abstract：Germinated maize(Zen ma~s)seeds were used for desiccation tolerance experiment．The seeds started
to lose desiccation tolerance at 25 oC after germination for 24 hours．The lOSS of desiccation tolerance reached 50％
and 100％ after 33 and 58 hours． respectively． Ultrastructure observation showed that the reserve substances
especially lipids in radicle cells decomposed gradually during treatment， while organelles such as
mitochondria were well diferentiated．
Kev words：Ze口r~ys L．seeds；Germ ination；Desiccation tolerance；Ultrastructure
成熟种子的脱水耐性与细胞的分化程度和不
溶性贮藏物质的含量有密切关系，不耐脱水的顽拗
性种子成熟时细胞的不溶性贮藏物较少，细胞仍处
于高度分化状态；而耐脱水的正常性种子成熟时细
胞内不溶性贮藏物丰富，细胞处于脱分化状态[1 。
正常性种子的脱水耐性在成熟过程中获得，在吸胀
萌发过程中逐步丧失[31。在萌发的早期阶段和胚根
突破种皮之前，大多数正常性种子能够再次干燥到
它萌发前的含水量，而不引起伤害。但在萌发的后
期，相同程度的脱水将显著降低种子的生活力，如
果在胚根延长开始后脱水，常常导致死亡【41。如：萌发
6 h的大~(Glycine，懈 (L． Mer．CV．Maple Arrow)
种子能够忍受严重脱水，而萌发 36 h的种子则不能
被脱水[51。绿豆种子吸胀过程中脱水耐性变化的时
间模式表明，正常性种子吸胀过程中脱水耐性是逐
步丧失的，是一种数量特征[61。由此可见，利用正常
性种子萌发不同时间能得到不同脱水敏感程度的
实验材料。本文研究玉米种子萌发时脱水耐性丧失
过程中胚根细胞超微结构的变化，将有利于阐明种
子脱水耐性丧失的机理，以进一步明确脱水耐性与
细胞结构的关系。
1材料和方法
材 料 供试 玉 米 品种 “粤 单 91 17”(Zea
mays L．CV．Yuedan 91 17)购 自广东省农业科学院。
种子萌发和吸胀 选取 120颗种子置于垫
收稿 日期 ：2003—06—16 接受 日期 ：2003—09—29
基金项目：湖南省教育厅科研项目(02C296)；国际植物遗传资源研究所 (IPGRI，00／076)资助
通讯作者 Corresponding author
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468 热带亚热带植物学报 第 l2卷
有两层滤纸的培养皿( =15 cm)中，加入 30 ml蒸馏
水，25％暗中萌发或吸胀，胚根突破种皮 1 rnrn计为
萌发。重复3次。
种子脱水处理 将吸胀萌发不 同时间的
种子 埋 于 活性硅 胶 中 ，脱 水至 含 水 量大 约 为
0．09 g H2O g DW 。
存活率的测定 脱水后的 50颗种子经 0．1％
HgC1 消毒’1 min并用无菌水充分漂洗后，置于放
有 1层滤纸和 15 ml无菌水的培养皿 ((1)=12 cm)
中，25cI二暗中培养 5 d后测定存活率、幼苗的鲜重，
计算活力指数，活力指数 =萌发率 ×幼苗鲜重
(m 。有胚根或侧根生出以及有芽明显生长者计算
为存活。重复3次。
细胞超微结构观察 按张景强等[7J的方法，
将胚根尖端切成 1 mm大小，立即放入预冷的固定
液(0．1 mol／L磷酸缓冲液(pH7．2)、4％戊二醛)中抽真
空 20 min，固定。材料脱水前用磷酸缓冲液冲洗 6
次，每次 20 min；然后依次在 50％、70％、80％、90％、
100％乙醇、含有无水硫酸铜的 100％乙醇、环丙烷和
含有无水硫酸铜的环丙烷中脱水，每次 15 min。脱
水完毕依次用 3：1、1：1和 1：3的环氧丙烷：Epson分
别进行包埋 1 h、4 h和 1 h。用 Philip FEITECHNAI
12分析透射电镜观察拍照。
2结果和分析
2．1萌发率和吸胀作用对种子脱水耐性的影响
玉米种子的萌发和脱水耐性丧失 曲线均为
“S”形。种子初始萌发时问为 16 h，50％ (T铀】和
100％ (]r o)萌发的时间分别为38h和 66h；24-53 h
的萌发率快速增长(图 1)。吸胀 24 h内的玉米种子
是耐脱水的，且活力指数比干种子还有所提高；吸
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胀 24 h后，种子脱水耐性(存活率和活力指数)逐步
下降，存活率丧失 50％和 100％的吸胀时问分别约
为 33 h和 58 h(图2)。种子脱水耐性丧失最快的时
问与种子萌发率快速增长的时问大体相同。
喜
巴
錾=霎
童
萌发时间 Germination time(h)
图 1玉米种子萌发过程中萌发率的变化
Fig．1 The changes in germination rate ofmaize seeds
at diferent germ ination times
2．2胚根细胞超微结构
未吸胀的胚根细胞内贮藏物质含量丰富，含有
淀粉粒的质体、脂肪体和蛋白体几乎充满了整个细
胞，沿细胞膜还分布着一圈排列整齐的脂肪体，线
粒体虽然可以观察到，但其内膜很不发达f图版 I：1—
3)。吸胀 24 h后细胞内贮藏物质已开始减少，尤其
是脂肪体的数量已明显减少，且脂肪体的电子密度
也比未吸胀的要低，但沿细胞膜分布的脂肪体仍明
显存在(图版 I：4)。吸胀 33 h后线粒体的内膜系统已
发育得较完备，线粒体数量也较多，并有内质网的
出现，细胞内的脂肪体进一步减少，沿细胞膜分布
的一圈脂肪体己完全消失(图版 I：5、6)。在吸胀 58 h
的细胞中脂肪体 己很少，线粒体数量较多、内膜发
育很完善(图版 I：7、81。
吸胀时间 Imbibition time(h)
图 2吸胀对玉米种子存活率、活力指数的影响
Fig．2 Effects of imbibition time on survival rate and vigor index ofmaize seeds
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第 5期 伍贤进等：萌发玉米种子脱水耐性与胚根细胞超微结构的变化
3讨论
研究表明，玉米种子萌发过程中，脱水耐性丧
失与其胚根细胞结构变化有密切关系。玉米种子萌
发过程中脱水耐性和细胞结构的变化，与正常性种
子菜豆成熟时脱水耐性及细胞结构变化趋势恰好
相反，前者是丧失脱水耐性，贮藏物质分解，细胞结
构分化(图版 I)；后者则是获得脱水耐性，贮藏物质
积累，细胞结构脱分化【”。萌发 58 h玉米种子的脱水
耐性与顽拗性种子已十分相似，其胚根细胞的结构
和贮藏物质也与顽拗性种子基本相似【-．2]。研究还表
明，玉米胚根细胞的各类贮藏物质中，以脂肪类与
脱水耐性的关系最为密切，而淀粉则关系不大。如，
萌发 24 h靠近细胞膜内侧脂肪体的电子密度 已减
少，到33 h时这些脂肪体完全消失，而萌发 58 h细
胞内的脂肪体几乎观察不到，但淀粉粒仍有存在。
从玉米种子萌发过程中胚根细胞结构的变化可以
看出，正常性种子萌发时细胞内贮藏物质的消耗和
细胞分化程度的提高是逐步的，当然其脱水耐性的
丧失呈现一定的数量特征网。Sun提出用萌发的正常
性种子作为材料来研究顽拗性种子脱水敏感性的
机理，这样可以不受地理分布和成熟季节的限制来
研究顽拗性种子脱水敏感性机理[3]，但正常性种子
脱水伤害的机理是否与顽拗性种子一致尚需进行
更深入的研究。本研究表明，萌发 58 h的玉米种子
胚根细胞结构的确与顽拗性种子十分类似；控制玉
米种子的萌发时间可获得一系列不同脱水耐性的
材料。因此，可以用萌发的正常性种子来研究顽拗
性种子的脱水敏感性机理。
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图版说明Explanation ofplate
图舨 I PlateI
CW：细胞壁 Cel wal；ER：内质网 Endoplasmic reticulum；L：脂
肪体 Lipid body；M：线粒体 Mitochondrion；N：细胞核Nucleus；P：质
体 Plastid；PL：质膜 Plasmolemma；s：淀粉粒 Starch
1—8为玉米种子吸胀过程中胚根细胞的超微结构 Radicle cel
ultrastructure ofmaize seeds during imbibition．1—3．吸胀 Imbibed 0 h．
1．x3 000，2．x8 350，3．×l8 000；4．吸胀 Imbibed 24h，x3 000；5-6．
吸胀 Imbibed 33 h，5．x3 000，6．×15 000；7-8．吸胀 Imbibed 58 h．7．
x3 000，8．xl8 000．
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WU Xian—lln．el a1 Ptate
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