全 文 :© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林业科学研究 2006, 19 (6) : 734~739
Forest Research
文章编号 : 100121498 (2006) 0620734206
高 CO2和纯 N2冲击处理对板栗货架期萌芽及
激素含量变化的影响
梁丽松 , 王贵禧 3
(中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木培育重点实验室 ,北京 100091)
摘要 :以‘燕昌 ’板栗为试材 ,研究了 50% CO2和纯 N2冲击处理 5 d和 10 d对经过 0 ℃ 7个月冷藏板栗的货架期呼
吸强度、发芽率和胚芽内几种激素 (ABA、GA3、IAA、ZR)含量变化的影响。结果表明 : (1)纯 N2冲击处理对板栗货架
期呼吸强度有明显的抑制作用 ,但 50% CO2冲击处理与对照差异不明显 ; ( 2) 50% CO2冲击处理可明显抑制板栗的
发芽 ,货架期结束时 ,处理 5 d和 10 d的板栗发芽率分别为 2. 07%和 3. 65% ,显著低于对照 (18. 06% ) ;而纯 N2冲击
处理则显著促进板栗发芽 ,货架期结束时 ,处理 5 d和 10 d的板栗发芽率分别为 45104%和 39. 69% ; (3) 50% CO2冲
击处理可明显提高板栗胚芽中 ABA含量及 ABA /GA3比值 ,而纯 N2冲击处理使板栗胚芽中 ABA含量下降 , ABA /
GA3比值降低 ; (4)虽然各冲击处理的 IAA和 ZR含量与发芽率之间没有表现出明显的相关性 ,但 50% CO2冲击处理
后 ABA /ZR比值较大 ,纯 N2冲击处理 10 d明显抑制了 ABA /ZR比值 ,这与各处理影响板栗发芽的结果基本一致。
关键词 :板栗 ;货架期 ;呼吸 ;萌芽 ;激素 ; 50% CO2 ;纯 N2
中图分类号 : S75918 文献标识码 : A
收稿日期 : 2005211215
基金项目 : 国家林业局“948”项目 :“板栗等果品贮藏保鲜技术引进”的部分内容
作者简介 : 梁丽松 (1972—) ,女 ,硕士 ,副研究员 ,从事林果采后生理、病理与保鲜技术研究 13 通讯作者
Effect of H igh CO2 and N2 Shock Trea tm en t on the Sprouting and Horm one
Con ten t of Ch inese Chestnut( C astanea m ollissim a Blum e) dur ing Shelf2life
L IANG L i2song, WANG Gui2xi3
(Research Institute of forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing 100091, China)
Abstract: In this paper, the effect of 50% CO2 and 100%N2 shock treatment for 5 d and 10 d on the resp iration,
sp routing and hormone contents(ABA、GA3、IAA、ZR) of Chinese Chestnut (Castanea m ollissim a B lume, cv.‘Yan2
chang’) , which was stored for seven months at 0 ℃, during shelf2life were studied. The research showed that
100%N2 treatments p romoted the resp iration, while 50% CO2 treatments inhibited the resp iration of chestnut in
shelf2life. 50% CO2 and 100%N2 treatments could affect the sp routing of chestnut remarkably. The rates of sp rou2
ting of 50% CO2 treatment for 5 d and 10 d were 2. 07% and 3. 65% respectively, while those of 100% N2 treat2
ments for 5 d and 10 d were 45. 04% and 39. 69% respectively, which were much different from the control
(18106% ) at the end of the shelf life. 50% CO2 treatment increased the ABA content and the ratio of ABA /GA3 ,
100% N2 treatment decreased the ABA content and the ratio of ABA /GA3 in the embryonic bud. Though the con2
tents of IAA and ZR had not showed the close relationship with the spouting, 50% CO2 treatment increased the ratio
of ABA /ZR, 100%N2 treatment decreased the ratio of ABA /ZR, which were basically related to the sp routing rate.
Key words: chestnut; shelf2life; resp iration; sp rout; hormone; 50% CO2 ; 100%N2
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第 6期 梁丽松等 :高 CO2和纯 N2冲击处理对板栗货架期萌芽及激素含量变化的影响
板栗 ( Castanea m ollissim a B lume)是我国主要
的经济林树种。我国板栗具有香、甜、糯的独特风
味 ,品质高居世界之首 ,是我国出口创汇的主要果
品之一。板栗是顽拗性种子 ,含水量高 (通常可达
400~600 g·kg- 1 ) ,采后呼吸强度大 ,贮藏过程中
极易失水、腐烂、发芽 ,丧失食用价值和商品价值。
目前 ,通过冷藏、气调等贮藏方式已延长了板栗的
贮藏保鲜期 ,甚至达到周年供应 ,但关于板栗货架
期保鲜方面的研究还鲜见报道。发芽是板栗货架
期最严重的问题之一 ,抑制板栗货架期发芽是实现
板栗高效流通的重要措施。板栗种子具有生理休
眠特性 ,当生理休眠解除后 ,板栗在适宜条件下可
以萌发。低氧、高 CO2、低温等环境条件可以诱导
顽拗性种子产生次生休眠或强制休眠 ,进而抑制发
芽 [ 1 ] 。板栗货架期环境温度较高 ,当板栗度过生
理休眠期并从低温环境进入较高的室温环境时 ,在
很短时间内迅速萌发 ,导致商品价值丧失。种子休
眠除受环境因素影响外 ,还与其本身的生理状态等
密切相关。1960年 , V illiers和 W areing在研究欧
洲白蜡树种子的基础上 ,提出了发芽抑制物和促进
物之间作用的概念 ; 1968年 , Amen提出种子休眠
状态决定于内源抑制物和促进物的平衡 ,这一观点
目前被人们普遍接受 [ 2 ] 。本文在研究高 CO2和纯
N2冲击处理对板栗货架期品质变化的基础上 [ 3 ] ,
探讨了 50% CO2和纯 N2冲击处理对板栗货架期发
芽和内源激素含量变化的影响 ,为板栗货架期保鲜
提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
试验用的“燕昌 ”板栗 (C. m ollissim a B lume, cv.
Yanchang)于 2002年 9月 26日采收于北京市昌平
区 ,采后即入 - 2~0 ℃冷库预冷 48 h后 ,装入打孔
聚乙烯塑料薄膜保鲜袋 ( PE袋 )中冷藏至次年 5月
上旬。
1. 2 货架期前冲击处理
出库前在 0 ℃冷库内分别用 50% CO2 (其余为
N2 )和纯 N2 (100%N2 )进行冲击处理 ,每个处理用果
量 10 kg, 3次重复。将冷藏板栗置于 20 L广口瓶
中 ,由进气口通入已配制好的气体 ,出气口与大气相
通。各组处理时间分为 5、10 d,处理结束后将板栗
取出 ,装入打孔 PE袋于常温 ( 26~28 ℃)下模拟货
架期放置 ,以不做任何处理的板栗为对照。每 3 d
取样 1次进行调查和测定。
1. 3 调查项目和测定指标
1. 3. 1 呼吸强度 气相色谱法测定。将 1 kg板栗
放入干燥器内密封 1 h,取 1 mL气样用 SQ2206气相
色谱测定 CO2的浓度。色谱条件 : F ID检测器 ,温度
120 ℃; GDX2502填充柱 ,温度 70 ℃;转化炉温度
360 ℃;载气为 N2 (压力 0. 1 MPa) ,燃气为 H2 (压力
0. 105 MPa) ,助燃气为空气 (压力 0. 144 MPa)。外
标法定量 ,重复 6次。
1. 3. 2 发芽率 各处理随机取 30粒板栗进行调
查 ,以胚芽萌动即视为发芽 ,统计发芽率。
1. 3. 3 激素含量 植物激素酶联免疫测定法
( EL ISA ) (试剂盒及测定方法由中国农业大学农学
与生物技术学院提供 )测定脱落酸 (ABA )、赤霉素
( GA3 )、吲哚乙酸 ( IAA)、玉米素核苷 ( ZR)。激素的
提取 :称取 0. 2 g板栗胚芽鲜样 ,加 2 mL 提取液
(80%甲醇 ,内含 1 mmol·L - 1 BHT———二叔丁基对
甲苯酚 ,为抗氧化剂 ,先用甲醇溶解 BHT,再配成
80%的浓度 ) ,冰浴下研磨成匀浆 ,摇匀后在 4 ℃下
放置 4 h, 1 000 ×g离心 15 m in,取上清液记录体积。
上清液过 C218固相萃取柱 ,过柱后的上清液转入 5
mL塑料离心管中 ,真空浓缩干燥 ,用样品稀释液
定容。
1. 4 数据处理
实验数据用 SPSS软件进行统计处理 ,采用
ANOVA进行邓肯氏多重差异分析。
2 结果与分析
2. 1 板栗货架期呼吸强度的变化
由图 1可见 ,在货架期初始 ,对照板栗的呼吸
强度明显低于各处理 ,但随货架期的延长总体呈上
升趋势 ,至第 12天货架期结束时 ,对照板栗的呼吸
图 1 板栗货架期呼吸强度的变化
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林 业 科 学 研 究 第 19卷
强度达最高。50% CO2和纯 N2冲击处理对板栗的
呼吸有较大影响 ,在货架期初始 ,各处理板栗的呼
吸强度显著高于对照 ( P < 0. 01) ,且 50% CO2处理
高于纯 N2处理 ,冲击处理 5 d高于冲击处理 10 d;
货架期 6 d以后 ,纯 N2处理的板栗呼吸强度明显降
低 ,显著低于 50% CO2处理和对照 ( P < 0. 05 ) ,而
50% CO2冲击处理的板栗呼吸强度与对照相当 ,无
显著差异。
2. 2 板栗货架期发芽率的变化
由图 2可见 ,在整个货架期内 , 50% CO2和纯 N2
冲击处理对板栗的发芽率均有较大影响 ,与对照相
比 ,纯 N2冲击处理显著促进了板栗发芽 ( P < 0. 01) ,
而 50% CO2冲击处理明显抑制了板栗发芽 ( P <
0101)。对照板栗的发芽率在货架期前 6 d随时间
的延长逐渐升高 ,至第 6天时达最大值 (17. 36% ) ;
纯 N2处理板栗的发芽率在货架期前 3 d急剧升高 ,
至第 3 天时 ,处理 5、10 d 的板栗发芽率分别为
43151%和 35. 88% ,之后没有明显增加 ; 50% CO2处
理板栗的发芽率在货架期前 6 d略有升高 ,第 6天
时 ,处理 5 d和 10 d的板栗发芽率分别为 2. 07%和
3165% ;货架期 6 d以后 ,各处理和对照板栗的发芽
率均不再增加。
图 2 板栗货架期发芽率的变化
2. 3 板栗种子胚芽激素含量的变化
2. 3. 1 货架期 ABA含量的变化 由表 1看出 ,在货
架期前 3 d,对照板栗的 ABA含量升高至最大值 ,此
后随货架期的延长逐渐降低 ,尤其在货架期 9 d以后
迅速下降。与对照相比 , 50% CO2冲击处理板栗的
ABA含量在货架期初始明显升高 ,显著高于对照 ( P
< 0. 01) ,随货架期的延长 ,冲击处理 5、10 d板栗的
ABA含量分别在货架期的第 6天和第 3天降至最低
点 ,此后再次升高。纯 N2冲击处理板栗的 ABA含量
在货架期初始与对照相当 ,此后呈降低趋势 ,并显著
低于对照 ,但在货架期第 12天时含量回升。
表 1 货架期 ABA含量的变化
处理
ABA含量 / ( ng·g - 1 )
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
CK 179. 55 179. 55a 256. 28d 220. 33e 206. 41d 64. 20a
50% CO2 25 d 179. 55 230. 50c 392. 97e 59. 42b 130. 30c 118. 05d
50% CO2 210 d 179. 55 368. 18d 63. 72b 159. 53d 115. 66b 82. 98b
纯 N2 - 5 d 179. 55 161. 27ab 124. 28c 91. 06c 69. 44a 107. 42c
纯 N2 - 10 d 179. 55 195. 97b 11. 35a 24. 66a 63. 84a 146. 42e
注 :表中小写字母表示 P = 5%差异显著 ,以下同。
2. 3. 2 货架期 GA3含量及 ABA /GA3比值的变化
由表 2看出 ,在货架期前 3 d,对照、50% CO2冲击处
理 10 d和纯 N2冲击处理 10 d板栗的 GA3含量显著
降低 ,并在第 3天时降到最低值 ,此后则随货架期的
延长逐渐升高 ,第 9天后又略有降低。与对照相比 ,
在货架期初始 , 50% CO2冲击处理 10 d板栗的 GA3
含量高于对照 ( P < 0. 01) ,而其它处理均显著低于
对照 ( P < 0. 01)。在整个货架期内 , 50% CO2冲击处
理 5 d和纯 N2冲击处理 5 d板栗的 GA3含量的变化
趋势基本一致 ,即在货架期第 3天达最大值后迅速
下降 ,第 9天后又略有升高。
从表 2还看出 ,在货架期内 ,对照板栗的 ABA /
GA3比值在第 3天达最大值 (1. 69) ,随后逐渐降低 ;
在货架期初始 ,各处理板栗的 ABA /GA3比值均高于
对照 ,且 50% CO2冲击处理板栗的 ABA /GA3比值显
著高于纯 N2冲击处理的 ;在货架期期间 ,纯 N2处理
板栗的 ABA /GA3比值总体低于 50% CO2冲击处理
和对照 ,这一点与纯 N2处理促进发芽的结果相
一致。
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第 6期 梁丽松等 :高 CO2和纯 N2冲击处理对板栗货架期萌芽及激素含量变化的影响
表 2 货架期 GA3含量及 ABA / GA3比值的变化
处理
GA3含量 / ( ng·g - 1 )
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
ABA / GA3比值
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
CK 253. 87 253. 87d 151. 44c 164. 82b 272. 81c 241. 39d 0. 71 0. 71 1. 69 1. 34 0. 76 0. 27
50% CO2 25 d 253. 87 184. 91b 269. 03d 182. 83c 116. 03a 130. 24b 0. 71 1. 25 1. 46 0. 33 1. 12 0. 91
50% CO2 210 d 253. 87 292. 70e 97. 60b 149. 84a 165. 69b 104. 73a 0. 71 1. 26 0. 65 1. 06 0. 70 0. 79
纯 N2 25 d 253. 87 158. 61a 264. 02d 176. 51bc 113. 12a 191. 93c 0. 71 1. 02 0. 47 0. 52 0. 08 0. 56
纯 N2 210 d 253. 87 217. 15c 76. 82a 204. 77d 175. 82b 106. 31a 0. 71 0. 90 0. 15 0. 12 0. 36 1. 38
2. 3. 3 货架期 IAA含量及 ABA / IAA比值的变化
由表 3看出 ,对照板栗的 IAA含量在第 6天达到峰
值 (467. 00 ng·g- 1 FW ) ,且显著高于货架期初始时
的值 ( P < 0. 01) ,与前 6 d呼吸和发芽的快速上升相
一致。50% CO2和纯 N2冲击处理对板栗胚芽 IAA含
量有较大影响 ,冲击处理结束时 ,除纯 N2处理 5 d与
对照差异不显著外 ,其它处理板栗的 IAA含量均显
著增加 ,且 50% CO2和纯 N2冲击处理 10 d的板栗
IAA含量均达到最大值 (前者显著高于后者 , P <
0101) ;在以后的货架期内 ,二者均迅速降低 ,直到货 架期第 6天时 IAA 含量达到最低点 ,之后二者的IAA含量再次升高 (后者显著高于前者 , P < 0. 01)。纯 N2冲击处理 5 d的板栗 IAA含量在货架期的前 9d始终保持较低的水平 ,显著低于其它处理的值 ( P< 0. 05) ,在货架期结束时才显著升高。50% CO2冲击处理 5 d的板栗 IAA含量在货架期的前 3 d逐渐升高 ,随后显著降低 ,到货架期 12 d时再次升高 ,并达到最大值 (820. 75 ng·g- 1 FW ) ,显著高于其它处理和对照。 IAA含量的变化与发芽率的变化没有表现出密切的相关性。
表 3 货架期 IAA含量及 ABA / IAA比值的变化
处理
IAA含量 / ( ng·g - 1 )
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
ABA / IAA比值
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
CK 251. 21 251. 21a 237. 30a 467. 00d 268. 78b 335. 47a 0. 71 0. 71 1. 08 0. 47 0. 77 0. 72
50% CO2 25 d 251. 21 385. 78b 504. 07e 257. 27ab 129. 26a 820. 75d 0. 71 0. 60 0. 78 0. 23 1. 01 0. 19
50% CO2 210 d 251. 21 1 101. 57d 322. 84c 277. 74bc 461. 81c 603. 04b 0. 71 0. 33 0. 20 0. 57 0. 25 0. 17
纯 N2 25 d 251. 21 211. 53a 270. 54b 287. 05c 149. 35a 675. 43c 0. 71 0. 76 0. 46 0. 32 0. 06 0. 28
纯 N2 210 d 251. 21 780. 55c 443. 49d 251. 43a 710. 47d 385. 48a 0. 71 0. 25 0. 03 0. 10 0. 09 0. 28
从表 3还看出 ,在货架期期间 , 50% CO2和纯 N2
冲击处理板栗的 ABA / IAA比值从整体上看低于对
照 ; 50% CO2冲击处理 5 d的板栗 ABA / IAA比值总
体上显著高于处理 10 d的板栗 ;纯 N2冲击处理的板
栗 ABA / IAA比值整体上低于 50% CO2冲击处理的
板栗 ,且纯 N2冲击处理 5 d板栗的 ABA / IAA比值显
著高于处理 10 d的值 ( P < 0. 01)。
2. 3. 4 货架期 ZR 含量及 ABA /ZR 比值的变化
从表 4可以看出 ,对照板栗的 ZR含量在货架期 3 d
时达最大值 (34. 40 ng·g- 1 ) ,与同期板栗发芽率的
快速上升相一致。在货架期内 , 50% CO2冲击处理
10 d板栗的 ZR含量逐步升高并显著高于处理 5 d
的值 ( P < 0. 01) ,该处理的 ZR含量主要在货架期的
后期明显上升 ,所以对发芽没有明显的促进作用。
纯 N2冲击处理 10 d板栗的 ZR含量总体显著高于
其它处理和对照的值 ( P < 0. 01) ,这似乎与纯 N2处
理促进发芽有关 ,但纯 N2处理 5 d的板栗在处理结
束时及货架期 3 d时的 ZR含量并不高 ,说明板栗的
发芽可能还受其它因素的制约。
从表 4还看出 ,对照板栗的 ABA /ZR比值在货
架期前期较低 ,与货架期发芽率快速上升相一致 ,第
6天时急剧升高 ,且达最大值 ( 35. 88) ,此后发芽率
不再升高。50% CO2处理 5、10 d的板栗分别在货架
期 3 d和货架期初始时 ABA /ZR比值较大 ,可能与
抑制板栗发芽有关。纯 N2处理 10 d ,明显抑制了
ABA /ZR比值的增加 ,并且在整个货架期内一直
较低。
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林 业 科 学 研 究 第 19卷
表 4 货架期 ZR含量及 ABA /ZR比值的变化
处理
ZR含量 / ( ng·g - 1 )
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
ABA /ZR比值
处理前
货架期 / d
0 3 6 9 12
CK 11. 40 11. 40b 34. 40d 6. 14a 11. 79a 17. 73a 15. 75 15. 75 7. 45 35. 88 17. 51 3. 62
50% CO2 25 d 11. 40 12. 40bc 6. 83a 11. 04b 21. 72c 16. 83a 15. 75 18. 59 57. 54 5. 38 6. 00 7. 01
50% CO2 210 d 11. 40 12. 91bc 19. 08b 19. 97c 39. 74d 28. 42c 15. 75 28. 52 3. 34 8. 01 2. 91 2. 92
纯 N2 25 d 11. 40 7. 95a 7. 66a 20. 14c 18. 95b 25. 51b 15. 75 20. 29 16. 22 4. 52 0. 50 4. 21
纯 N2 210 d 11. 40 14. 14c 30. 35c 31. 12d 55. 09e 91. 69d 15. 75 13. 86 0. 37 0. 79 1. 16 1. 60
3 讨论
种子的休眠与萌芽受形态结构、生理作用、生态
因素等调节。通常种子在萌发过程中呼吸作用增
强 [ 2 ] ,从本研究的对照看 ,在货架期的前 6天 ,板栗
呼吸强度的上升和发芽率的上升是一致的 ;但 50%
CO2和纯 N2处理的呼吸强度及发芽率的变化不一
致 ,如 50% CO2冲击处理显著抑制了板栗萌芽但呼
吸强度却高于纯 N2处理 ,而纯 N2冲击处理促进了板
栗萌芽但呼吸强度反而低于高 CO2处理。可见 ,在
经受了外界逆境处理的情况下 ,可能改变了板栗内
部的生理代谢途径。
激素的协同作用是调节生物代谢的一个重要因
素。种子的休眠与萌芽是由赤霉素 ( GA )、细胞分裂
素 (CTK)和发芽抑制物 (如 ABA等 )这三因素决定
的 , GA在调节种子萌发中起原初作用 ,抑制物起抑
制作用 ,而 CTK则起着解抑制作用 [ 2 ]。ABA在种子
发育、萌发和休眠等许多生理生化过程中都起着重
要作用 [ 4, 5 ] ,而种子休眠的打破通常与 ABA水平的
降低相关 [ 6~9 ]。本研究显示 , 50% CO2处理总体上促
进了 ABA 含量的上升 ,纯 N2处理总体上降低了
ABA的含量 ,与高 CO2处理抑制板栗的发芽而纯 N2
处理促进了板栗发芽的结果基本一致。有证据显
示 ,植物体存在逆境反应系统 ,在逆境下植物启动
ABA合成系统 ,合成大量 ABA,增强植株抵抗逆境
的能力 [ 10~13 ]。吴奇 [ 14 ]研究指出 , CO2对冷藏板栗萌
芽的抑制作用可能是由于高 CO2有利于板栗胚内
ABA相对含量升高所致 ,但关于本研究中纯 N2 (缺
O2 )逆境处理抑制 ABA合成的机理还不清楚。GA3
可以促进种子发芽也已被许多实验证明了 [ 8, 9, 15 ]。
在休眠种子中 , GA对于种皮强迫休眠和胚性休眠这
两类休眠种子的萌发都有促进作用 [ 5 ]。徐凯等 [ 16 ]
研究发现 ,板栗种子去内果皮后 ,发芽率显著提高 ,
而内果皮中的 ABA含量远低于种皮 ,说明内果皮的
机械阻力和透气性是导致种子休眠的重要因素之
一 ;板栗种皮一旦剥除 ,休眠即可打破是因为种皮内
ABA含量高 ,而 GA主要存在于种胚和子叶中 ,剥除
种皮后 ,使 GA /ABA比值提高 ,故可打破休眠 ,促进
萌发 ,说明种皮内 ABA是导致板栗种子休眠的另一
重要因素。本文纯 N2处理板栗的 ABA /GA3比值总
体低于 50% CO2处理和对照 ,这一点与纯 N2处理促
进发芽的结果相一致。在高等植物中 , CTK多为玉
米素或玉米素核苷 ( ZR ) ,种子在萌发过程中 , CTK
代谢非常旺盛 ,是解除休眠的主要因子。CTK可直
接参与种子萌发中各种物质和能量代谢的调节过
程 ,也可通过与其它激素的相互作用 ,并参与基因表
达的调控 ,在转录和翻译水平上影响着植物种子的
生理状况与形态建成 [ 10 ]。种子在不同时期各种激
素浓度的变化是由于种子的代谢活动与所处的生态
条件使然的 [ 10, 13 ]。板栗芽在未萌动、萌动和发芽三
种状态下 CTK和 IAA呈上升趋势 [ 14, 17 ]。本研究中
对照板栗的 IAA和 ZR含量在货架期的前期显著升
高 ,与同期的呼吸强度和发芽率的快速增加相一致。
虽然各处理 IAA和 ZR含量的变化与发芽率的变化
没有表现出密切的相关性 ,但 50% CO2处理 5 d和
10 d的板栗分别在货架期 3 d 和货架期初始时
ABA /ZR比值较大 ,纯 N2处理 10 d 明显抑制了
ABA /ZR比值的增加 ,这与各处理影响板栗发芽的
结果基本一致。
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