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园 　艺 　学 　报 　2002 , 29 (6) : 542～546
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2001 - 12 - 19 ; 修回日期 : 2002 - 04 - 103 通讯作者
提高甘蓝种子活力的方法与机理研究
吴道藩　宋　明 3
(西南农业大学园艺系 , 重庆 400716)
摘 　要 : 采用人工老化法获得了活力程度不同的甘蓝种子。应用浸泡 —干燥处理和 PEG、甘露醇、赤
霉素、CaCl2 、KH2PO4 、AsA 处理等方法 , 采用 L9 (34) 正交试验设计组合处理活力程度不同的种子 , 结果
表明 : ①以上 7 种方法都能提高甘蓝种子活力 , 其中 PEG处理和赤霉素处理的效果最好 ; ②种子活力提高
后 , 蛋白酶、脱氢酶、SOD、CAT、POD 活性增强 , 种子浸提液相对电导率、MDA 含量显著降低 , 这些指标
与种子活力相关性极显著 ; ③甘蓝种子在活力提高前后染色体形态及核型无明显变化 ; ④甘蓝种子通过人
工老化活力降低后 , 胚根亚细胞结构发生变化 , 活力越低 , 亚细胞结构损伤越严重 , 而通过各种方法处理
提高种子活力后 , 胚根的亚细胞结构的损伤得到了不同程度的恢复。
关键词 : 甘蓝 ; 种子 ; 活力 ; 方法 ; 机理
中图分类号 : S 635. 1 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2002) 0620542205
甘蓝 ( Brassica oleracea L. var. capitata) 种子从采收到播种需有一段时间的贮藏 , 由于自然衰老
或贮藏中受到不利条件的影响 , 种子活力会越来越低。本试验旨在采用多种方法 , 寻求有效途径提高
甘蓝种子活力 , 并对活力提高后种子在细胞水平、组织水平以及生理生化方面的变化进行研究 , 以探
明其机理 , 从而为种子活力的保持与提高提供依据和参考。
1 　材料与方法
‘西园四号’、‘西园八号’由重庆市种子公司提供 ,‘渝丰三号’由重庆市科光公司提供 , 均为当
年 (2001 年) 生产的种子。参照郑晓鹰等〔1〕方法 , 将 3 个品种种子放在 40 ℃、RH 100 %的条件下老
化 , 按规定〔2〕的条件进行发芽 , 检测老化后种子活力的变化。种子活力大小用活力指数 (VI ) = 发芽
指数 ( GI ) ×平均下胚轴长度 (cm) 表示。
将人工老化所得的不同活力程度 (活力中、中下、低) 的种子 , 分别采用L9 (34) 正交试验设计
　　　　　　　方法进行组合处理 (见表 1) , 以筛选最佳处理
条件。种子处理前后的含水量保持一致。
测定种子浸提液相对电导率〔3〕, 蛋白酶〔4〕、
脱氢酶〔5〕、超氧化物歧化酶 ( SOD)〔5〕、过氧化
氢酶 (CAT)〔5〕、过氧化物酶 ( POD)〔5〕活性和丙
二醛 (MDA) 含量〔5〕。将待测种子萌发 3 d 后 ,
取长 1～2 cm 的根尖采用去壁低渗法〔6〕制备染色
体标本。按 Leven 方法对染色体进行计算和命
名 , 按 Stebbins 分类标准进行核型分析。相对长
度 = (每条染色体长度/ 染色体总长度) ×100 ; 臂
比 = 长臂绝对长度/ 短臂绝对长度。取待测干
种子的胚根进行超薄切片 , 电镜观察活力提高
表 1 　各种处理方法及其因素水平表
Table 1 　The factors and levels of all methods
处　理
Treatment
A 温度
Temperature
( ℃)
1 2 3
B 时间
Time
(h)
1 2 3
C浓度
Density
( %)
1 2 3
C
次数
Time
1 2 3
浸泡—干燥 15 20 25 2 4 6 1 3 5
Imbibition2dryback
PEG 15 20 25 24 48 72 15 20 25
甘露源 Mannitol 15 20 25 12 24 36 1 2 3
GA 15 20 25 12 24 36 0. 01 0. 03 0. 05
CaCl2 15 20 25 12 24 36 0. 1 0. 3 0. 5
KH2PO4 15 20 25 12 24 36 0. 1 0. 3 0. 5
AsA 15 20 25 6 12 18 0. 01 0. 05 0. 08
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后组织细胞结构、细胞器及其质膜的超微结构变化等〔7〕。
2 　结果与分析
2. 1 　人工老化对甘蓝种子活力的影响
甘蓝种子随着老化天数的增加 , 活力指数逐
渐下降 , 但下降的趋势不呈线性关系 , 而存在活
力快速变化的转折点。参考前人的研究〔8〕并综合
考虑老化对活力指数、发芽率的影响 , 将西园四
号、八号老化 3、4、5 d , 渝丰三号老化 1、2、
3 d 分别作为中、中下、低 3 种活力程度的研究
对象 , 其活力指数与未老化种子活力指数的百分
比见表 2。
2. 2 　甘蓝种子活力的提高
表 2 　不同活力水平种子与原始种子活力指数的百分比
Table 2 　The vitality index ( VI) percentage of seeds
with different vigor to their original seeds
品　种
Variety
老化天数
Againg days
(d)
活力程度
Vogor degree
活力指数
Vitality
index
百分比
Percentage
( %)
西园四号 　3 中 Medium 45. 37 43. 36
Xiyuan 4 　4 中下 Low2medium 31. 98 30. 56
　5 低 Low 18. 22 17. 41
西园八号 　3 中 Medium 53. 57 52. 60
Xiyuan 8 　4 中下 Low2medium 39. 03 38. 32
　5 低 Low 28. 09 27. 58
渝丰三号 　1 中 Medium 40. 21 48. 91
Yufeng 3 　2 中下 Lowm2edium 26. 11 31. 76
　3 低 Low 11. 20 13. 62
　　方差分析结果表明 , 处理方法、品种及原始活力程度对种子活力的影响达极显著水平。由于本试
验的目的是探讨不同方法对种子活力的影响 , 故仅对方法间的平均活力指数进行多重比较。由表 3 可
知 , PEG和 GA 处理提高活力程度最大 , 与其它 5 种方法的差异达极显著水平 ; 其它方法之间差异不
显著 , 但种子活力指数均极显著高于对照。浸泡 —干燥处理的最佳效果组合都为 A2B3C2 , GA 处理对
中、中下活力种子的最佳效果组合是 A2B3C2 , 而对低活力种子而言 , 最佳组合是 A3B3C1。
表 3 　各种处理甘蓝种子的活力指数
Table 3 　Result of improving seed vigor by all methods
序号
No.
处 理
Treatment
原始种子活力
Primary vitality
of seed
西园四号 Xiyuan 4
活力指数
Vitality
index
最佳组合
Best
combination
西园八号 Xiyuan 4
活力指数
Vitality
index
最佳组合
Best
combination
渝丰三号 Yufeng 3
活力指数
Vitality
index
最佳组合
Best
combination
处理平均活力指数
Average Vitality
index of treatments
1 浸泡—干燥 中 Medium 64. 79 A2B3C2 76. 63 A2B3C2 52. 50 A2B3C2
Imbibition2dryback 中下Low2medium 48. 67 A2B3C2 61. 76 A2B3C2 39. 45 A2B3C2
低Low 33. 88 A2B3C2 47. 57 A2B3C2 21. 33 A2B3C2 49. 620 bc B
2 PEG 中 Medium 62. 45 A3B3C1 88. 16 A2B3C2 79. 42 A2B3C2
Polythyleneglyool 中下Low2medium 51. 21 A2B3C2 72. 32 A2B3C2 57. 52 A2B3C2
低Low 35. 01 A2B3C2 59. 65 A3B3C1 29. 92 A3B3C1 59. 518 a A
3 甘露醇 Mannitol 中 Medium 58. 28 A3B2C3 76. 20 A3B2C3 65. 05 A3B3C1
中下Low2medium 41. 83 A2B3C2 56. 72 A3B3C1 44. 47 A3B3C1
低Low 25. 53 A3B3C1 45. 37 A2B3C2 23. 66 A2B3C2 48. 567 bc B
4 GA 中 Medium 69. 13 A2B3C2 82. 06 A2B3C2 77. 65 A2B3C2
中下Low2medium 53. 79 A2B3C2 62. 18 A2B3C2 53. 01 A2B3C2
低Low 48. 95 A3B3C1 52. 05 A3B3C1 34. 55 A3B3C1 59. 263 a A
5 CaCl2 中 Medium 58. 69 A3B2C3 67. 11 A3B3C1 56. 83 A3B3C1
中下Low2medium 46. 88 A3B3C1 54. 44 A2B3C2 42. 13 A1B3C3
低Low 39. 01 A3B3C1 43. 36 A1B3C3 21. 64 A1B3C3 47. 788 bc B
6 KH2PO4 中 Medium 69. 16 A3B2C3 72. 38 A2B3C2 61. 02 A1B3C3
中下Low2medium 52. 28 A2B3C2 57. 43 A3B3C1 42. 33 A3B3C1
低Low 42. 45 A3B2C3 46. 35 A3B2C3 24. 12 A1B3C3 51. 947 b B
7 AsA 中 Medium 56. 01 A1B2C2 67. 93 A3B2C3 59. 45 A3B2C3
中下Low2medium 45. 12 A1B3C3 54. 64 A3B2C3 43. 02 A3B3C1
低Low 31. 61 A2B3C2 42. 31 A2B1C3 23. 10 A2B3C2 47. 021 c B
对照 Control 中 Medium 45. 37 53. 57 40. 21
中下Low2medium 31. 98 39. 03 26. 11
低Low 18. 22 28. 09 11. 20 32. 642 d C
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2. 3 　甘蓝种子活力提高的机理探讨
2. 3. 1 　酶活性及膜透性变化 　种子活力提高后 , 生理生化水平发生明显的变化。①种子萌发时酶活
性 (蛋白酶和脱氢酶) 、自由基清除系统 (SOD、CAT、POD) 活性都较对照高 , 但各方法处理间增高
的程度不相同。②同一品种不同活力程度的种子的酶和自由基清除系统活性的变化趋势是由中活力 →
低活力逐渐降低 ; 同一品种同一活力程度种子其活性与活力正相关 ; 不同品种间活性大小不同 , 一般
西园八号在相同条件下以上两者的活性比其它两品种高 (但也有相反的情况 , 如渝丰三号低活力种子
的甘露醇和抗坏血酸处理) , 不同品种间其活性变化与其活力大小无规律性 , 体现了基因型的差异 ;
处理方法上 , PEG处理和 GA 处理的种子活性普遍高。③膜透性 (相对电导率表示) 、膜脂过氧化程
度 (MDA 含量表示) 的变化趋势与酶、自由基清除系统活性的变化趋势相反。各生理生化指标在品
种、活力程度及处理方法间的差异及方差分析见表 4。
表 4 　各生理生化指标在品种、活力程度及处理方法间的差异
Table 4 　Difference of investigated parameters in viarieties , vogor degree and methods
品种、活力、处理
Viariety ,
Vigor degree
and method
相对电导率
Relative
electrical
conductivity
( %)
蛋白酶活性
Activity of
protease
(mg·g - 1·h - 1)
脱氢酶活性
Activity of
dehydrogenase
(mg·g - 1·h - 1)
SOD 活性
Activity of
superoxide
dismutase
(U·g - 1)
CAT活性
Activity of
catalase
(mg·g - 1·min - 1)
POD 活性
Activity of
peroxidase
(U·g - 1·min - 1)
丙二醛含量
Content of
malondialdehyde
(nmol·g - 1)
西园四号 Xiyuan 4 33. 260 B 0. 593 A 0. 233 B 106. 988 A 0. 306 A 65. 703 B 21. 888 B
西园八号 Xiyuan 8 31. 141 B 0. 624 A 0. 288 A 122. 123 A 0. 357 A 81. 441 A 23. 030 B
渝丰三号 Yufeng 3 36. 760 A 0. 435 B 0. 199 B 88. 757 B 0. 295 B 59. 259 B 29. 549 A
中 Medium 26. 446 C 0. 725 A 0. 310 A 151. 258 A 0. 429 A 86. 146 A 14. 844 C
中下Low2medium 34. 725 B 0. 564 B 0. 240 B 100. 945 B 0. 308 B 70. 364 B 23. 944 B
低Low 39. 990 A 0. 362 C 0. 164 C 65. 663 C 0. 222 C 49. 893 C 35. 679 A
1 32. 998 BCD 0. 557 BC 0. 246 BC 107. 263 B 0. 323 B 68. 392 B 24. 162 BC
2 30. 652 D 0. 679 A 0. 288 AB 130. 567 A 0. 383 A 82. 264 A 19. 059 D
3 34. 834 BC 0. 526 BC 0. 238 C 104. 751 B 0. 316 B 67. 998 B 24. 942 BC
4 29. 752 D 0. 688 A 0. 294 A 130. 130 A 0. 383 A 83. 042 A 19. 253 D
5 34. 250 BC 0. 524 BC 0. 219 C 101. 730 B 0. 300 B 65. 574 B 24. 323 BC
6 31. 646 CD 0. 601 B 0. 260 ABC 114. 943 AB 0. 344 AB 72. 096 B 22. 097 C
7 35. 639 B 0. 498 C 0. 216 C 98. 762 B 0. 299 B 64. 021 B 26. 479 B
对照 Control 39. 990 A 0. 331 D 0. 142 D 59. 497 C 0. 206 C 47. 020 C 38. 262 A
　　本试验中蛋白酶活性变化与种子活力呈正相关 , 这与 Abdul2Baki 1969 年报道水解酶类与活力负相
关的结果不同 , 与刘军〔8〕的研究结果一致。此结果说明甘蓝种子活力下降后 , 对贮藏物质的分解能力
也下降 , 从而不利于种子的萌发和生长。
2. 3. 2 　生理生化水平指标的主成分分析 　将以
上包括活力指数在内的 8 个指标进行样本主成分
分析 , 采用 R 型分析法 , 由 SPSS10. 0 软件完成。
从图 1 可知 , 所有指标分为两类 , 第一类包括蛋
白酶、脱氢酶、SOD、CAT、POD、活力指数 ,
这也表明它们是种子活力变化的主要原因 , 也是
衡量种子活力的可靠指标 (生理生化水平上) 。
第二类是相对电导率、MDA。这种划分从指标间
的相关性和实际一同考虑也是合理的 , 相对电导
率与 MDA 的相关系数达 0. 801 , 而它们与其它
各指标间呈极显著负相关。
图 1 　各指标在坐标平面上的分布
Fig. 1 　Position of investigated parameters on coordinate axis
2. 3. 3 　染色体分析 　对各材料 5 个根尖体细胞有丝分裂中期观察分析 , 结果表明 : 甘蓝种子在活力
提高前后染色体的臂比值、相对长度、核型模式均相同 , 染色体数均为 2n = 2x = 18 ; 染色体绝对长度
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范围在 2. 02～3. 99μm 之间 , 属于小染色体 , 主要由中部着丝粒 (m) 和近中部着丝粒 (sm) 染色体
组成 ; 核型公式为 2n = 2x = 18 = 12m + 6sm , 平均臂比为 1. 61 , 最长与最短染色体比值均在 2 以下 ,
臂比值大于 2 的比例为 0. 11 (在 0. 01～0. 50 之间) , 属于 2A 型。
前人有报道 , 种子在活力降低后会发生基因突变和染色体畸变 (断片、桥接、环状等) 。在本试
验中 , 用于细胞学分析的 72 种材料为能萌发生根 (即有生活力) 的种子 , 且细胞处于分裂中期 , 观
察结果未发现染色体的异常变化 ; 而对于其它分裂期和无活力种子细胞中染色体的形态及其内部结构
情况还需要采用染色体显带、原位杂交等技术进行分析确定。故本试验结果与前人的并不矛盾。
2. 3. 4 　细胞结构分析 　观察发现 , 高活力种子的细胞亚显微结构良好 , 胞间连丝较多 , 膜系统完
整 , 细胞器能清楚辨认 ; 而种子发生劣变、活力降低后 , 细胞器及膜系统均出现损伤 , 主要表现为 :
①胞间连丝减少 ; ②细胞膜内陷或局部断裂 , 造成质壁分离 (图 2 , 1) ; ③细胞质不同程度空泡化 ,
细胞器难以辨认 , 细胞内脂质泡减少 (图 2 , 2) ; ④染色质均质化或呈一团黑色 , 核仁和核膜的界限
模糊 , 核出现空泡化 (图 2 , 3) ; ⑤严重时质体和线粒体肿胀、溃散 , 膜破裂 (图 2 , 2) 。种子活力
越低 , 胞间连丝和脂质泡的数量越少。
经处理种子活力提高后 , 胚根亚细胞结构的损伤得到不同程度恢复。种子初始活力水平越高 , 活
力提高的效果越好 , 亚细胞结构越完整 , 胞间连丝数量也越多。
图 2 　甘蓝种子活力变化中亚细胞结构的变化
M: 线粒体 ; CW: 细胞壁 ; CN : 细胞核
Fig. 2 　Changes of ultrastructure with the variation of seed vigor
M: Mitochondrion ; CW: Cell wall : CN : Cell nucleus
3 　讨论
3. 1 　种子活力提高的复杂性
影响种子处理效果的因素包括处理方法、种子类型、种子原始活力、处理剂量、时间、温度、种
子含水量和处理方式等 , 同时 , 对不同品种及不同活力程度种子而言 , 各种因素的影响程度、主次顺
序各不相同 , 最佳处理组合也不相同。因此要先进行试验 , 找出效果好、经济方便的处理方法。
3. 2 　相对电导率与种子活力
大多数研究表明 , 老化程度小、活力较高的种子 , 膜结构完整 , 透性稳定 , 种子浸提液的相对电
导率低〔10〕。本试验结果也与之相符。但也有相反报道 , 徐本美等〔3〕研究发现 , 当发芽率相差不大时
(约 10 %以内) , 细胞代谢强度有变化但并未改变膜的透性 , 活力与电导率呈正相关 ; 而发芽率相差
较大时 (超过约 10 %) , 细胞膜受损 , 透性改变 , 则活力与电导率呈负相关。因此 , 对于具体的作
物、具体的试验条件 , 拟采用相对电导率来反映种子活力大小时 , 应先试验 , 后应用。
3. 3 　种子活力与组织细胞结构
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Roberts〔11〕综合前人工作指出 , 在种子劣变过程中 , 细胞的亚显微结构发生变化 , 首先是线粒体
损伤 , 随着劣变加深 , 原生质变肿 , 密度减小 , 高尔基体发生“散堆”, 内质网向核区周围伸展扩散 ,
末端肿胀 , 溶酶体裂解。Bewley (1928) 将种子劣变细胞内结构的变化归纳为 : ①原生质膜破裂或发
生收缩 , 造成质壁分离 ; ②内质网碎片上多核糖体丧失 ; ③核糖体随机地分散在细胞质中 ; ④分散的
高尔基体不可辨认 ; ⑤质体和线粒体溃散 ; ⑥细胞核中染色质集结 , 核本身也很可能破裂 ; ⑦小脂肪
团融成大脂肪团。宋学之等〔7〕报道 , 高含水量的坡垒、青皮种子在严重脱水的情况下 : ①细胞空泡
化 , 密度大大减小 ; ②细胞核破裂 ; ③严重质壁分离 , 染色均质化或呈一团黑色 ; ④完全丧失生活力
的种子原生质解体 , 细胞器不可辨认。本试验中亦看到了上述所指的类似现象。
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Studies on Methods and Mechanisms of Improving Vigor in Cabbage Seed
( Brassica oleracea L. var. capitata)
Wu Daofan and Song Ming
( Department of Horticulture , Southwest Agriculture University , Chongqing 400716 , China)
Abstract : Cabbage seeds of different vigor degree were obtained by accelerated aging. Some methods ,
Including treatments of imbibition/ dryback , mannitol gibberellin ( GA ) , polythyleneglyool ( PEG) , CaCl2 ,
KH2PO4 , ascorbic acid (AsA) , were were investigated to enhance the forgoing seed vigor by L9 (34) orthogonal
experiment. Then the changes of cabbage seed at physiological and biochemical level , cell level and structure of
tissue cells were investigated. The results indicated that : ①All the 7 methods could improve seed vigor of
cabbage. Seed vigor was significantly enhanced after seed were treated by all the best effect combination , and
PEG, GA treatment was the best one , the difference between PEG, GA and others methods was significant . ②
Some physiological and biochemical changes were obvious : protease , dehydrogenase , SOD , CAT and POD were
reduced significantly ; relative elelctive conductivity ( REC) and the content of MDA in seed were increased
significantly. Analysis indicated that they were correlated significantly with vigor , they were the main reason of
change of seed vigor , and were reliable indexes of measuring seed vigor (at physiological and biochemical level) .
③Karyotype of root tip chromosome showed that the chromosome did not change clearly before and after improving
seed vigor. ④Observation on the ultrastructure of the radicle cell of cabbage seed indicated that ultrastructure
changed with seed vigor reduced , the lower seed vigor , the clearer the change. When seed vigor was improved by
all kinds of methods , ultrastructure of cell would be recovered at different degree.
Key words : Cabbage seed ; Seed vigor ; Methods ; Mechanisms
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