全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 03-0180-05
新麦草种子劣变过程中生理生化变化
李玉荣,韩建国* ,孙　彦,任卫波,王小山
(中国农业大学草地研究所, 农业部牧草与草坪草种子质量监督检验测试中心,北京 100094)
摘要: 研究新麦草( Psathy r ostachy s j uncea Bozoisky )种子在自然老化和人工老化过程中的生理生化变化。结果表明:在自然
和人工老化过程中, 种子发芽率、发芽指数、脱氢酶和酸性磷酸酯酶活性降低; 发芽指数和酸性磷酸酯酶活性的变化先于发芽
率,这是种子质量的敏感指标;种子可溶性糖泄漏随着老化程度的增加而增加; 电导率与种子劣变程度的相关不显著。
关键词: 新麦草种子;种子劣变; 生理生化变化
中图分类号: S 812; S330. 2　　　文献标识码: A
Physiological and Biochemical Changes in russian Wildryegrass
Seed During Seed Deterioration
LI Yu-rong , HA N Jian-guo, SUN Yan, REN Wei-bo, WANG Xiao-shan
( Inst itute of Grass lan d S cience, CAU , Forage and T urfgrass S eed T es t ing Cent re, M inist ry of Agriculture, Beijing 100094, China)
Abstract: A study on the deteriorat ion of in russian w ildr yegrass seed w as conducted to analyze the phy-siologi-
cal and biochemical changes occur ring under natural or accelerated ageing conditions. T he results show ed that
the seed germinat ion percentag e, germinat ion index , dehydrogenase and acid pho sphoesterase act ivity decreased
in the pro cess of ageing. Decrease of germ inat ion index , and acid pho sphoesterase act iv ity sensit iv e parameters
in assessing seed quality, happened earl ier than that of g erminat ion percentage. Leaching of sugar increased
w ith seed ageing, w hile the conductance of leachate w as not corr elated w ith the seed deterior at ion.
Key words : Russian w ildry eg rass seed; Seed deteriorat ion; Phy siolog ical and bio chemical change
　　种子劣变过程中发生了一系列的生理生化变化[ 1] ,
包括膜的透性、酶活性、呼吸强度与三磷酸腺苷含量、生
物合成能力等方面。许多研究表明, 随着种子的老化,膜
透性增加[ 2, 3] , 总脱氢酶活性下降[ 3] , 酸性磷酸酯酶活性
降低[ 4]。研究这些变化,对探讨种子劣变的机理,寻找有
效减缓种子活力下降的措施,具有重要意义。
新麦草( P sathyr ostachy s j uncea Bozoisky )适于我
国干旱半干旱地区的放牧型禾草,具有返青早、寿命和
青绿期长、抗旱抗寒性强、叶量丰富、粗蛋白质含量高、
适口性好等优良特性。但新麦草种子贮藏性较差,原始
发芽率为 84% ,自然贮藏 2年后发芽率下降到 27%。
有关新麦草种子劣变过程中的生理生化变化的研究较
少。王显国等( 2000) [ 5]对新麦草种子成熟过程中活力
的变化、云锦凤等( 1998) [ 6]对不同贮藏年限新麦草种
子活力进行过研究。
试验以新麦草种子为材料,探讨了自然和人工加
速老化过程中种子的生理生化变化, 以揭示种子衰老
的机制,为种质及种子的贮藏提供参考数据。同时, 还
可以更有效地探索适宜的种子活力测定方法,为研究
种子质量的评定技术提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　试验材料　
试验于 2003年在中国农业大学牧草种子实验室
进行。供试材料是在自然条件下贮存 1年和 2年的新
麦草种子( Bozoisky 品种)。
1. 2　试验处理
1. 2. 1　自然老化　从自然贮藏 1和 2年的新麦草种
收稿日期: 2004-06-29;修回日期: 2005-01-18
基金项目:农业部“948”重大项目( 202099)资助;博士点基金( 2000001906)资助
作者简介:李玉荣( 1969- ) ,内蒙古赤峰市人,博士研究生,研究方向为牧草种子、牧草育种与生物技术; * 通讯作者: Author for correspondence
　E-mail: gr as slab@ pbl ic3. bta. n et . cn
第 13卷　第 3期
　Vo l. 13　 No . 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 9 月
　Sept. 　　2005
子中, 选择籽粒饱满大小均匀一致的进行自然老化处
理,以贮藏 1年的为对照。
1. 2. 2　人工加速老化　在 45℃和 100%相对湿度下,
将贮藏 1年的种子加速老化处理 0、2、4、5 d 后, 取出
处理种子在室内摊晾使其恢复原重。
1. 3　发芽率和发芽指数测定
采取纸上发芽, 每处理各 100 粒, 重复 4 次, 在
5℃预冷 7 d后移入发芽箱,每日光照 8 h,温度 30 ℃
与黑暗 16 h,温度 20℃。从第 5 d计数至第14 d结束,
计算正常种苗的百分率。前 5 d 每天统计正常种苗数。
计算发芽指数
GI= ∑( Gt / Dt )
式中Gt 为 t日的发芽数, Dt 为相应的发芽日数。
1. 4　电导率测定
取种子 50粒称重, 重复 3次。用去离子水洗 5次,
吸干表面浮水后, 置于 100 m l的三角瓶中, 以未处理
种子为对照。加去离子水80 ml, 加盖后在 20℃恒温培
养箱中放置 24 h,用 DDS-307型电导仪测定浸出液的
电导率。
1. 5　可溶性糖含量测定
取种子 0. 4～0. 5 g 于 100 ml的三角瓶中,加 30
ml蒸馏水,加盖在 20℃恒温箱中放置 24 h。吸取浸出
液 1 m l, 放入干洁试管中, 重复 3 次(以蒸馏水为对
照)加入 5 ml蒽酮试剂,小心振荡使充分混合后,于沸
水浴中加热 10 min,取出冷却至室温,用 754 紫外可
见分光光度计 620 nm 处测定光密度值, 从标准曲线
上查相应的糖浓度,计算可溶性糖含量。
1. 6　酸性磷酸脂酶活性测定
取 0. 1 g 种子,重复3次,用蒸馏水 20℃恒温下浸
泡 24 h, 加 8 ml 0. 05 M Tris- HCl PH 7. 5缓冲溶液
于冰浴中充分研磨, 转移至离心管, 在 4℃下( 4000
rpm)离心 10 m in ,取上清液0. 1
l,加蒸馏水至1 m l,
再加 1 m l醋酸缓冲溶液和对硝基磷酸钠溶液(空白用
研磨缓冲液代替酶制剂) , 充分混匀后在 30℃恒温箱
中保温 10 min 后,再加入 2 ml 0. 5N NaOH 溶液充分
混合, 终止反应, 用 754型分光光度计 400 nm 处测定
光密度值,计算酶活性。
1. 7　脱氢酶活性测定
取完整、饱满种子 50粒,于 20 ℃恒温箱中浸泡
12 h,重复 3次。将种子 3/ 4纵切后剥去种皮, 放入具
塞试管,加入 5 ml 0. 1% 2, 3, 5—三苯基四唑( TT C)
溶液,置于 38℃恒温水浴中(加盖保持黑暗)染色 1 h;
将种子洗净吸干后放入另一干洁试管中,加 5 ml 80%
的丙酮,于 54℃中浸提 4 h,取出冷却至室温,摇匀后
用 754紫外可见分光光度计在 490 nm 测定提取液的
吸光度值。
2　结果与分析
2. 1　种子发芽率与发芽指数
2. 1. 1　自然老化和人工老化种子发芽率的变化趋势
一致,均随着老化时间的延长而下降(图 1A)。在自然
条件下贮存 1年和 2年的种子,其发芽率之间差异显
著( P< 0. 05)。人工老化处理后,发芽率的下降并非等
速,在老化初期(前 2 d)发芽率无显著变化, 2 d 后, 随
着老化天数的延长而显著下降,下降幅度随着老化天
数的增加而增大。
2. 1. 2　种子在自然和人工老化过程中,发芽指数变化
趋势与发芽率一致(图 1B) , 但比发芽率变化更明显。
在老化初期, 发芽指数已显著下降。发芽指数方差分析
和多重比较结果表明,各老化处理与对照及处理之间
差异显著( P< 0. 05)。
2. 2　种子浸出液电导率
在自然条件下,不同贮存年限种子的电导率测定结
果表明:电导率并不与其发芽率相对应。随着贮存年限的
增加和发芽率的降低,电导率显著下降了(图2A )。
2. 2. 1　人工老化处理后,种子电导率测定结果与前人
的研究结果也不一致。多数人的研究表明, 种子老化
后膜系统可能受到破坏,从而引起种子内部各种离子
迅速外渗,导致电导率升高,因而,随着种子的老化, 电
导率值随之增加, 即电导率与种子的活力呈负相关。在
本试验中,老化前 4 d,种子电导率随着老化天数的增
加而下降,即电导率与活力呈正相关; 老化 4 d 后, 电
导率开始迅速反弹,在第 5 d 达到最大。
2. 2. 2　方差分析和多重比较结果表明, 对照、老化 2
d、老化 4 d的新麦草种子中任何两个相邻的处理之间
电导率的差异不显著,但老化 4 d的种子,与对照间电
导率的差异显著( P< 0. 05) ,老化5 d 与对照、老化2 d
及 4 d的种子间的电导率差异均显著( P< 0. 05)。种子
的电导率与发芽率和发芽指数的相关系数分别为
-0. 491和-0. 153。说明种子活力及生活力与电导率之
间没有显著的相关性。这可能是由于种皮的结构、化学
组成的不同而造成的。
181第 3期 李玉荣等:新麦草种子劣变过程中生理生化变化
图 1　自然老化和人工老化对种子发芽率( A )和发芽指数( B)的影响
F ig . 1　Effect s o f natural and accelerated ag ing on germination per cent age( A ) and germ ination
index ( B) of r ussian w ildry egr ass seed
图 2　自然老化和人工老化种子浸出液电导率( A )和可溶性糖( B)的变化
Fig . 2　Changes o f the conductiv ity ( A ) and soluble sugar ( B) in leakage o f russian
wildr yeg rass seed dur ing nat ur al and acceler ated aging
2. 3　种子浸出液中可溶性糖含量
2. 3. 1　自然条件下,随着贮存年限的增加,新麦草种
子浸出液中可溶性糖含量显著提高( P< 0. 05)。在人
工老化处理过程中, 可溶性糖泄漏随着老化时间的延
长呈增加趋势(图 2B)。老化 2 d, 种子浸出液可溶性
糖含量与对照间差异不明显; 2 d 后, 随着老化天数的
增加可溶性糖含量显著增高, 增加的幅度也随着老化
天数的延长而加高。
2. 4　种子脱氢酶活性
无论是自然老化还是人工加速老化, 种子的脱氢
酶活性均随着老化时间的增加而呈下降趋势(图 3A)。
贮藏 1、2年的新麦草种子的脱氢酶活性之间差异显著
( P< 0. 05)。在人工加速老化过程中,新麦草种子的脱
氢酶活性在老化处理后的前 4 d比较稳定; 在老化 2 d
及 4 d时, 种子的脱氢酶活性比对照虽低,但差异不显
著;老化 5 d后与对照及老化 2 d、4 d的种子间脱氢酶
活性差异显著( P< 0. 05) , 说明脱氢酶活性只能在一
定程度上反映种子活力,不能准确评价种子的质量。
2. 5　种子酸性磷酸酯酶活性
随着贮藏年限和老化天数的增加, 种子酸性磷酸
酯酶的活性下降(图 3B)。
　　在自然条件下, 两个不同贮存年限种子中的酸性
磷酸酯酶活性差异显著。人工老化处理之间以及老化
处理与对照之间差异显著( P< 0. 05)。
可见, 酸性磷酸酯酶活性可作为评价新麦草种子
质量的一个很好的指标。
182 草　地　学　报 第 13卷
图 3　自然老化和人工老化种子脱氢酶( A )和酸性磷酸酯酶( B)活性的变化
Fig . 3　Dehydrogenase( A ) and acid phosphoesterase( B) activ ity of r ussian w ildr yeg ra ss
seed during natura l and accelerat ed ag ing
3　讨　论
3. 1　Delouche 等 ( 1973) [ 7]建议用加速老化方法预测
种批贮藏性。后来该方法被用来研究种子贮藏期间的
老化机制( Perl等, 1978) [ 8]。本试验结果亦表明,自然
和人工老化种子在生理生化上的变化基本一致。
3. 2　种子老化过程是一种不可逆转生命衰老的积累,
这种积累一直到种子丧失发芽能力。在种子老化初期
有一个持续期,发芽率降低的速度很慢,持续期过后是
急速下降期。在持续期内, 发芽率变化不大,但种子内
部发生大量生化变化, 各生理指标、活力指标先于发芽
率即发生显著变化, 因此, 种子衰老可分为两个阶段,
首先是生化劣变, 其次是生理劣变。在本试验中,发芽
指数和酸性磷酸酯酶活性在发芽率变化之前就已经显
著变化,是反映新麦草种子质量的敏感指标。
3. 3　大量研究表明,质膜受损是种子劣变期间发生的
主要生理变化之一[ 3, 9]。电导率测定方法提供了一个
间接评定质膜完整性丧失的方法 [ 7]。在许多种子中, 电
导率被作为最普遍的方法测定种子膜的泄漏 [ 10, 11] , 后
来这种方法被发展为种子的活力测定方法。然而,王彦
荣等( 2002) [ 12]研究发现苏丹草和老芒麦等禾本科种
子在劣变过程中,电导率与生活力不相关。赵垦田等
( 2000)
[ 13]在对人工老化过程的红松种胚细胞物质外
渗的研究中发现,高活力的种子在老化 1 d、2 d 后, 生
活力变化不大,电导率与种子活力呈正相关,随着劣变
的加深, 种子种胚的电导率略有上升。在本研究中, 新
麦草种子在老化 4 d (发芽率与对照相比已下降了
32%) 之前,种子的电导率随着老化的延长略有下降,
老化 4 d后电导率开始迅速反弹,到第 5 d,电导率达
到最大。这可能是种皮的结构、化学组成造成的。
3. 4　可溶性糖的泄漏被一些研究者作为衡量种子活力
的一个指标,认为劣变的种子,膜的完整性丧失,从而导
致更多的可溶物泄漏到溶剂中[ 14]。然而, Agraw al
( 1977)
[ 15]对稻类品种的研究表明, 贮藏 22个月后种子
浸泡液的可溶性糖含量下降,但是当可溶性糖的泄漏按
总可溶性糖含量百分率计算, 表面上可溶性糖含量下
降, 而事实上却上升了。他认为种子可溶性糖泄漏应该
总是与在特定时间种子内总可溶性糖相联系,才能得出
有意义的结论,因而贮藏过程中种子可溶性糖的泄漏与
生活力丧失之间没有确定的关系。
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183第 3期 李玉荣等:新麦草种子劣变过程中生理生化变化
分胁迫下苜蓿叶片的甜菜碱积累。
4. 3　本试验所选用的 4个苜蓿品种中,抗旱性最强的
是敖汉苜蓿, Vector 抗旱性中等, WL323和皇后苜蓿
抗旱性最弱。
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189第 3期 赵金梅等:水分胁迫下不同紫花苜蓿品种抗旱生理生化指标变化及相互关系