全 文 ：武汉植物学研究 2003, 21( 3) : 245～248
Journal of Wuhan Botanical Research
薯蓣皂素对油菜种子萌发及幼苗生长的影响
朱广慧, 李家儒 , 肖春桥
(武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室, 武汉 430072)
摘 要: 薯蓣皂素对油菜种子萌发及幼苗生长的作用随处理浓度的不同而有差别。0. 5 mg/ L 对种子萌发和幼苗生
长有明显的促进作用, 处理后的油菜幼苗下胚轴伸长, 干鲜重增加 ,并且子叶中可溶性蛋白、可溶性总糖、过氧化物
酶和过氧化氢酶、Ca2+ -ATP 酶的活性都高于对照, 这表明适度的薯蓣皂素有利于油菜生长和代谢。
关键词: 油菜; 薯蓣皂素; 过氧化物酶; 过氧化氢酶; Ca2+ -ATP 酶
中图分类号: Q945 文献标识码: A 文章编号: 1000-470X ( 2003) 03-0245-04
Effects of Diosgenin on Seed Germination and
Seedlings Growth of Rape
ZHU Guang-Hui, LI Jia-Ru
, XIAO Chun-Qiao
( K ey Labor atory of MOE f or P lant Dev elop mental Biology, Wuhan Univ ersity , Wuhan 430072, C hina)
Abstract: Rape( Brassica napus) seeds w ere cultured in the so lut ion containing diosgenin at dif fe-
rent concentr at ions. Effects o f diosgenin on seed germ inat ion and seedling growth o f rape are dif-
ferent w ith t reatment concentrations, par ticularly at a concentrat ion o f 0. 5 mg/ L . Diosgenin en-
hanced the length of hypocotyls, increased the dr y w eight and fresh w eight of leaf and stem , there
w er e sim ilar increases the activity of perox idase, catalase and Ca
2+ -ATPase in coty ledons. Dio s-
genin, therefor e, may help r ape seedl ings to grow and metabolize.
Key words : Rape; Dio sg enin; Pero xidase; Catalase; Ca
2+
-AT Pase
薯蓣皂苷配基( Diosg enin,俗称薯蓣皂素)是从
薯蓣属植物块茎中分离出来的一种甾体化合物。由
于它具有甾体激素的基本骨架, 在医学上是合成避
孕药、镇痛药、麻醉药、冠心病药、类风湿关节炎药等
甾体激素类药物的理想原料[ 1] , 目前,对薯蓣皂素
的提取方法及理化性质研究较多。已经知道,甾类激
素对动物的胚胎发育以及成熟个体维持内环境的稳
定具有重要的作用[ 2]。近年来, 随着检测技术的进
步,陆续发现了许多新的植物生长调节物质,其中包
括甾类激素[ 3, 4]。有关甾类激素对植物生理作用的研
究尤以油菜素甾体类化合物( BRs)的研究最为系
统[ 5]。BRs处理可明显促进植物的生长已获广泛研
究[ 6, 7]。薯蓣皂素作为一种甾类激素的类似物,它对
植物的作用并未引起特别的关注。笔者以油菜为材
料,就有关生理生化效应进行了初步研究,以期为薯
蓣皂素的应用提供一定的参考。
1 材料与方法
1. 1 材料的培养
中双 7号油菜( Brassica napus L. )购自中国农
业科学院油料研究所, 为当年收获种。油菜种子用
10% H2O 2消毒 5 min, 然后用自来水冲洗、再用蒸
收稿日期: 2002-09-29,修回日期: 2003-01-14。
基金项目: 国家自然科学基金项目( 30240078) ;湖北省重大科技攻关项目“湖北省地道中药材规范化种植( GAP)研究及示范基地
建设”资助。
作者简介:朱广慧( 1969- ) ,女,讲师,硕士,研究方向为植物生理生化。
通讯作者( E-mail: jrl i@ whu. edu . cn)。
馏水充分洗净,最后将种子排放到铺有 3层滤纸的
培养皿( ×12 cm )中, 每皿 100粒,同时加入不同
浓度的皂素溶液 10 mL,薯蓣皂素设置 3个处理浓
度: 0. 05 mg / L , 0. 5 mg/ L , 5 mg / L , 以蒸馏水中含
少量吐温-80( tw een-80)为对照, 置 25℃恒温室生
长,每天光照 12 h。每个处理3个重复。逐日记载发
芽数,计算发芽率、定期测量地上部分苗高、鲜重、干
重及有关生理指标。
薯蓣皂素为 Sigma 公司产品,先用少许 95%乙
醇溶解,加入少量表面活性剂 tw een-80, 以防定溶
时药品析出, 再加水定溶至所需浓度。
1. 2 酶液的提取
取油菜子叶和近子叶端1 cm长的下胚轴按14
( w / v )比例加预冷的 pH7. 8, 50 mmol/ L的PBS (内
含 1% ( w / v ) 的 PVP, 2 mmo l/ L 的 巯 基 乙 醇,
20 mmol/ L的乙二胺四乙酸)。在冰浴中研磨成匀
浆, 4℃下, 15 000 r/ m in, 离心20 m in, 上清液用于酶
活性分析。
1. 3 酶活性的测定
过氧化氢酶活性测定按文献[ 8]的方法稍作修
改,反应液含有 3 mL 的 100 mmol/ L 磷酸缓冲液
( pH6. 5) , 50 L 粗酶液, 10 L 30% H2O 2, 在
240 nm处比色, 以 0. 01 OD 为 1 个活力单位,以每
克鲜重每分钟的 OD减少量计为总活力。
过氧化物酶活性测定按 Kraus and Fletcher [ 8]
的 方 法, 反 应 总 体 积 为 3 mL, 含 有 1 mL
200 mmol/ L磷酸缓冲液( pH6. 5) , 25 L 粗酶液,
10 L 30% H 2O 2, 50 mmol / L 愈创木酚,在 470 nm
处比色, 以 0. 01 OD为 1个活力单位,以每克鲜重
每分钟的OD增加量计为总活力。
1. 4 Ca2+ -ATP酶活性的测定
Ca
2+ -AT P 酶活性的测定按黄卓辉[ 9]的方法。
酶活力单位以 mol( Pi) / mg (蛋白)·min表示。
1. 5 可溶性蛋白和可溶性总糖含量测定
可溶性蛋白按 Bradfor d[ 10]的方法。以牛血清白
蛋白为标准品。可溶性总糖含量按蒽酮法[ 11]测定。
2 结果与分析
2. 1 薯蓣皂素对油菜种子萌发的影响
不同浓度薯蓣皂素浸种对油菜种子的萌发有不
同的影响(见表 1)。发芽 0. 5 mg/ L 的薯蓣皂素则提
高了萌发率, 0. 05 mg / L 的浓度对发芽率的提高不
显著, 5 mg / L 浓度的处理液对种子萌发具有明显的
抑制作用, 说明较低的薯蓣皂素浓度对种子萌发具
有促进作用,较高浓度对种子萌发具有抑制作用。
表 1 薯蓣皂素对油菜种子萌发率的影响
T able 1 Effect o f diosg enin on rape seed
germ ination r ates
处理浓度
( mg / L )
T reat ment s
发芽率( % ) Germination ra tes
24 h 48 h 72 h
0 83. 00±1. 43 92. 00±1. 32 93±1. 14
0. 05 82. 50±1. 13 93. 50±1. 03 95±1. 21
0. 5 85. 00±1. 36 96. 00±1. 16* 96. 5±1. 39*
5 49. 50±1. 50** 87. 00±1. 18* * 91±1. 10*
注: * , * * 分别表示 5%和 1%差异显著水平(下同)。
No tes: Each data r epr esents the m ean ( w ith SD ) of
thr ee r eplicat es. * , * * Respectiv ely show promi-
nent differ ence level at the 5% , 1% ( The same as
follow s) .
2. 2 薯蓣皂素对油菜幼苗生长的影响
经不同浓度的薯蓣皂素浸种处理 3 d和 7 d, 每
处理随机取样 20 株测量各处理的下胚轴长, 干鲜
重。从结果来看(表 2)所有处理浓度均能促进下胚
轴的伸长,与对照相比 0. 05 mg / L 的处理增长不明
显, 0. 5 mg / L 和 5 mg / L 的增长显著, 其中, 尤以
0. 5 mg/ L 薯蓣皂素处理效果最佳, 薯蓣皂素处理
7 d后鲜重和干重的增长也最大, 并且干重的增加幅
度远大于鲜重。说明 0. 5 mg/ L 薯蓣皂素促进油菜
幼苗生长和植株体内物质的积累。
表 2 薯蓣皂素对油菜幼苗生长的影响
Table 2 Effect o f diosgenin on g r ow th of r ape seedlings
处理浓度
( m g/ L )
T reat ment s
下胚轴长( cm)
The leng th of hypoco ty ls
处理 3 d 处理 7 d
鲜重( mg/株)
F resh w eight ( g / plant )
处理 7 d
干重( mg /株)
Dr y w eight ( mg / plant )
处理 7 d
0 1. 19±0. 12 1. 39±0. 42 18. 00±0. 41 1. 44±0. 12
0. 05 1. 23±0. 15 1. 57±0. 26 18. 70±0. 53 1. 56±0. 19
0. 5 1. 43±0. 17* * 1. 81±0. 18* * 20. 55±0. 50** 2. 00±0. 14**
5 1. 36±0. 14* * 1. 75±0. 27* 19. 75±0. 67* 1. 95±0. 12**
Note : Values ar e means ±SD fr om 20 plants.
246 武 汉 植 物 学 研 究 第 21 卷
2. 3 薯蓣皂素对油菜幼苗可溶性糖和可溶性蛋白
含量的影响
油菜子叶中可溶性糖含量随其生长过程(从子
叶出壳到子叶绿化过程)不断积累,不同浓度皂素处
理3 d、7 d的油菜可溶性糖含量都有所增加, 以
0. 5 mg / L的处理组可溶性糖含量增加幅度最大,随
后则出现下降趋势;经薯蓣皂素处理的油菜子叶可
溶性蛋白在处理后3 d和7 d也高于对照, 尤其是
0. 5 mg / L的处理组蛋白质维持在相对高的水平。这
说明薯蓣皂素对幼苗生长的促进作用依赖于糖类和
蛋白质的代谢(表 3)。
表 3 薯蓣皂素对油菜可溶性糖和可溶性蛋白的影响
T able 3 Effect of dio sg enin on the contents of so luble suga r and so luble pr otein in the rape seedling s
处理浓度
( mg / L )
T r eatments
可溶性糖的含量( % DW)
The contents o f so luble sugar
处理 3 d 处理 7 d
可溶性蛋白的含量( mg / g FW)
T he contents of soluble pro tein
处理 3 d 处理 7 d
0 9. 04±0. 12 10. 93±0. 40 3. 69±0. 21 3. 79±0. 15
0. 05 10. 24±0. 72 12. 44±0. 74* 3. 94±0. 27 4. 89±0. 51*
0. 5 12. 61±0. 39* * 16. 05±0. 25** 4. 45±0. 12** 5. 43±0. 20**
5 10. 48±0. 54* 13. 38±0. 52** 4. 19±0. 26* 4. 99±0. 19**
Note : Each data r epresents the mean( w ith SD ) of t hr ee r eplicates.
2. 4 薯蓣皂素对油菜幼苗过氧化物酶( POD)和过
氧化氢酶(CAT)活性的影响
经不同浓度薯蓣皂素处理7 d后的油菜子叶过
氧化物酶和过氧化氢酶的变化与浓度有关(见图1、
图2)。总体上,处理浓度越大, POD、CAT活性上升
越大, 0. 5 mg/ L 的薯蓣皂素处理可使子叶内的
POD、CAT活性达到最大上升幅度。大于0. 5 mg / L
浓度的则呈现下降趋势。POD和CAT是细胞保护系
统重要的酶类。经过薯蓣皂素的处理使油菜幼苗
POD 和 CAT 活性的提高,有利于消除体内自由基
对膜的伤害, 这对种子萌发和生长是有利的。
图 1 不同浓度薯蓣皂素对油菜子叶
过氧化物酶活性的影响
F ig . 1 Effect o f diosg enin on the activ ity of pero xidase
in rape coty ledons
图 2 不同浓度薯蓣皂素对油菜子叶
过氧化氢酶的影响
Fig . 2 Effect o f diosgenin on t he act ivity o f catalase
in r ape co tyledons
2. 5 薯蓣皂素对油菜子叶 Ca2+ -ATP 酶活性的影
响
活细胞内的生理活动均需 AT P 和 AT P 酶才
能完成。ATP 酶可催化A TP 水解生成ADP 及无机
磷的反应,这一反应放出能量,以供生物体进行各种
需能生命过程。从图 3可见, 3种薯蓣皂素浓度处理
7 d均提高了油菜子叶中Ca2+ -AT P 酶的活性,其中
0. 5 mg / L 的处理组提高程度最大,以后则出现下降
趋势。所得结果与 POD 和 CAT 活性测定结果类
似。
247 第 3 期 朱广慧等: 薯蓣皂素对油菜种子萌发及幼苗生长的影响
图 3 不同浓度薯蓣皂素对油菜子叶
Ca2+ -AT P酶的影响
Fig. 2 Effect of dio sgenin on the activit y o f
Ca2+ -AT Pase in r ape co tyledons
3 讨论
大量的研究资料表明,在植物的各种组织与器
官中(根、茎、叶、花、果实、种子、花粉和茎尖)都有甾
类激素的存在,植物体能够合成和代谢甾类激素,并
影响植物的生长发育过程[ 3]。外源甾类激素对植物
生长的影响是多方面的,如雌激素在适当浓度下对
向日葵幼苗的生长起促进作用[ 12] ,对有些植物种子
的萌发也能起促进作用[ 13, 14] , 特别是油菜素甾醇类
化合物对植物生长的促进作用得到公认。
我们的研究结果表明,薯蓣皂素对油菜种子萌发
和下胚轴的伸长生长有促进作用, 这种促进作用以
0. 5 mg / L 的薯蓣皂素效果最好。外源薯蓣皂素可以
提高油菜子叶可溶性糖和可溶性蛋白含量, 可溶性糖
和可溶性蛋白的相对增加可以为幼苗的生长提供能
源和物质基础。这与外施表油菜素内酯对芹菜[ 15]的
影响及 BR对花生[ 16]可溶性蛋白含量、可溶性糖含量
的影响作用结论相一致。经过薯蓣皂素的处理使
AT P 酶活性提高, 可以为幼苗的生长提供所需的能
量。Cooke和 Bur den论述了甾类物质对 ATP 酶活
性的调节[ 17] , Cooke等也认为油菜素内酯对AT P 酶
有一定的调节作用[ 18]。我们得到的薯蓣皂素可以提
高 Ca2+ -ATP 酶活性的结论也证实了这一点。
以上所述的试验结果表明,薯蓣皂素对油菜生长
的促进作用与甾类激素对植物促进生长作用类似,根
据其作为合成甾类激素的前体物,可以推测薯蓣皂素
可能具有与甾类激素相似的作用。因此它在植物生理
方面的作用有待进一步开展广泛和深入的研究。
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