全 文 ：第 26 卷 第 6 期 作　物　学　报 V o l. 26, N o. 6
2000 年 11 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA N ov. , 2000
铈元素对水稻老化种子发芽影响的研究X
洪法水1, 2　方能虎3　魏正贵2　赵贵文2
(1苏州大学生物系, 江苏苏州, 215151; 2 中国科学技术大学化学系, 安徽合肥, 230026; 3 上海交通大学化工学院, 上海,
200240)
提　要　本文研究Ce 浸种对自然和人工老化的水稻种子发芽的影响。结果表明经Ce 处理后, 自然和
人工老化种子的发芽率、发芽指数、活力指数都有明显提高, 呼吸作用增强。这是由于处理过的老化
种子在发芽过程中 SOD、CA T 和 POD 等保护酶活性增强, O 2·- 自由基和M DA 膜脂过氧化产物含量
降低, 种子浸泡液的电导率下降。Ce 浸种处理对自然老化水稻种子的发芽促进作用好于人工老化种子。
关键词　Ce; 水稻; 老化种子; 发芽
Effect of Cer ium on Aged Seed Germ ina tion of R ice
HON G Fa2Shu i1, 2　FAN G N eng2H u3　W E I Zheng2Gu i2　ZHAO Gu i2W en2
(1 D ep artm ent of B iology , S uz hou U niversity , S uz hou , 215151; 2D ep artm ent of Chem istry , U niversity of S cience and T echnology of Ch ina,
A nhu i H ef ei, 230026; 3D ep artm ent of Chem istry , S hang hai J iaotong U niversity , S hang hai, 200240)
Abstract　T he effects of Ce on natu ra l aged o r art if icia l aged seed vigo r of rice w ere stud ied
by experim en ts. T he resu lts show ed tha t germ ina t ion ra te, germ ina t ion index and vigo r
index of bo th aged seeds of rice w ere increased w ith Ce (NO 3 ) 3 t rea tm en ts. Ce (NO 3 ) 3
t rea tm en ts cou ld enhance act ivit ies of superox ide d ism u tase (SOD ) , ca ta lase (CA T ) and
perox idase (POD ) and decrease O 2·- and m alond ia ldehyde (M DA ) , con ten ts and reduce cell
m em b rane perm eab ility of bo th na tu ra l and art if icia l aged seeds of rice in germ ina t ion stage.
T he vigo r increase of na tu ra l aged seed of rice w as grea ter than tha t of art if icia l aged seed
w ith Ce (NO 3) 3 t rea tm en ts.
Key words　Cerium n itra te; R ice; A ged seed; Germ ina t ion
本文研究了稀土元素铈 (Ce)对自然和人工老化水稻种子发芽的影响及其生理作用, 旨在
为扩大稀土的农业生产应用提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　材料处理和培养
试验材料为水稻 (O ry z a sa tiva ) 品种“汕优 63”的自然老化种子 (已自然贮存 4 年的陈种
子) 和人工老化种子。新种子人工老化前发芽率为 90. 4%。人工加速老化种子的方法为: 将
种子单层均匀的铺在DL 2302 型调温调湿培养箱的金属网上, 种子上面 15 cm 处用滤纸遮盖,
以吸收箱顶滴下的水珠, 于 45±1℃、100% 相对湿度下处理 7d。将老化种子用 0. 1%H gC l2
消毒 15m in, 蒸馏水和去离子水冲洗数次, 再分别用 0 (对照, 去离子水)、2. 5、5、10、15、
X 安徽省重点农业研究项目
收稿日期: 1999204230, 接受日期: 2000201206

20、25、30 Lg ö mL 的Ce (NO 3) 3 溶液浸泡 48 h (每 24 h 更换一次溶液) , 每处理浓度种子为
100g, 浸泡液 100 mL。处理后做理化指标测定。
1. 2　理化指标测定
1. 2. 1　挑选大小一致、饱满的种子 100 粒播入垫有两层湿纱布的培养皿中 (5 10 cm ) , 并将
培养皿置入 25℃GZ025 型全自动种子发芽箱中在光照下做萌发实验, 光照强度为 400Lm o lö
m
2·s, 每天光照时间为 12 h。每个处理浓度重复 6 次。在水稻种子发芽期间逐日统计发芽
率。7d 后将幼苗烘干称重。按陶嘉龄等方法[ 8 ]计算发芽指数和活力指数。发芽指数= 2 Gt ö D t
(Gt 是 t 时间内的发芽数, D t 是相应的发芽天数)。活力指数= 发芽指数×幼苗干重。
1. 2. 2　取种子 50 粒, 用去离子水冲洗 8 次, 吸干表面水分, 置于 50 mL 去离子水中, 于
25℃下浸泡 12h (每 4h 摇动 1 次)后, 将待测种子分甲乙两组。甲组样品集中放在真空干燥器
中, 用真空泵抽气 3 次, 使电解质易于渗出, 在 25℃下保温 2h。乙组样品直接在沸水水浴上
表 1　　Ce 对水稻老化种子活力的影响
Table 1　　Effect of Cer ium on aged seed v igor of r ice
处理 (Lg ö mL )
T reatm ent of
Ce (NO 3) 3
发芽率 (% )
Germ ination
rate
发芽指数
Germ ination
index
单株幼苗干重
Per seedling dry
w eigh t (m g)
活力指数
V igo r
index
自然老化
N atural
aged
0 47. 9a 34. 1a 2. 6a 88. 7a
2. 5 52. 4b 39. 2b 3. 1b 121. 5b
5 59. 9c 45. 0c 3. 8c 171. 0c
10 69. 3d 54. 8d 4. 1d 224. 7d
15 67. 8d 54. 3d 3. 9c d 211. 8d
20 68. 4d 52. 6d 4. 1d 215. 7d
25 64. 5d 51. 1d 3. 7c 191. 7e
30 60. 3c 44. 9c 3. 4e 149. 3f
人工老化
A rtificial
aged
0 46. 4a 32. 8a 2. 7a 88. 6a
2. 5 49. 4a 37. 4b 2. 9b 108. 5b
5 54. 1b 44. 4c 3. 5c 155. 4c
10 60. 5c 51. 7d 3. 8d 196. 5d
15 61. 2c 50. 6d 3. 9d 197. 3d
20 58. 7c 48. 2cd 3. 8d 183. 2e
25 56. 5bc 44. 1c 3. 2e 141. 1c
30 52. 4b 41. 6bc 3. 1b 129. 0f
　　同一列中不同字母表示在 P≤0. 05 水平上不同处理间有显著差异
(L SD 检验, 下表相同)
V alues fo llow ed by the differen t let ter sign ifican tly at P≤0. 05 level
(L SD tex t) in the sam e rank
加温 15m in, 杀死种子, 这一杀
死对照测定后的结果代表质膜完
全破坏时电解质全部渗出的情
况。将甲乙两组外渗液分别倾于
洁净的小烧杯中, 按电导仪
(DD S211 型电导率仪) 法测定种
子的电导率, 以甲乙两组外渗液
电导率的百分率= 甲组外渗液的
电导率 (L8 ö cm ) ö 乙组外渗液的
电导率 (L8 ö cm ) ×100 表示膜相
对透性。
1. 2. 3　当萌发试验进行到 24h
后, 取发芽种子用小篮子法[ 9 ]测
定呼吸速率。
1. 2. 4　当萌发试验进行到 84h
后, 取幼苗提取和测定 SOD、过
氧化氢酶 (CA T )、过氧化物酶
(POD ) 活性, 丙二醛 (M DA ) 含
量。SOD 的提取和测定采用
Giannopo lit is 法[ 18 ] , 酶活性单位
是以抑制 50%NBT 光化还原为一个单位; CA T 的提取和测定采用W akam atsu 的方法[ 19 ] ,
1U = 0. 1$OD 240nm ö m in; POD 的提取和测定采用愈创木酚法[ 9 ] , 1U = 0. 01$OD 470nm ö m in;
M DA 的提取和测定采用硫代巴比妥酸反应法[ 10 ]; 蛋白质含量测定按考马斯蓝 G2250 染色
法[ 9 ]; O 2·- 的提取采用王爱国等[ 11 ]方法, 测定采用胡文玉等[ 12 ]方法: 取芽段 50 片, 用 4
mL 0. 05m o lö L pH 7. 8 的磷酸缓冲液在冰浴上迅速研磨, 4 层纱布迅速过滤, 取 500 LL 滤液
加入 500 LL 鲁米诺化学发光剂 (L um ino l, 32氨基邻苯二甲酰肼) , 在L KB 21250 型发光光度
计上测定反应系统 1m in 内最大发光强度, 用发光强度表示O 2·- 产生速率。每项指标测定重
复 3 次。
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2　结果与分析
2. 1　Ce 对水稻老化种子活力的影响
本试验结果表明Ce 处理对自然老化和人工老化的水稻种子发芽率、发芽指数、幼苗干
重和活力指数均有明显的影响, 各处理的相应指标与对照相比差异均达显著水平 (P≤0. 05)。
图 1　　Ce 对水稻老化种子质膜相对透性的影响
F ig. 1　　Effect of Ce on relative m em brane
perm eability of aged seed of rice
Ce 处理对自然老化水稻种子活力的提高
作用更明显些, 而未经 Ce 处理的自然老
化和人工老化水稻种子的活力相近。在 10
～ 20Lg ö mL 浓度范围内, Ce 处理效果较
好。可见 Ce 对水稻老化种子的活力有显
著的提高作用。
2. 2　Ce 对水稻老化种子质膜相对透性的
影响
种子在老化过程中细胞膜遭到破坏,
质膜透性增大, 种子浸泡液中的电解质增
多, 用电导仪测得的电导率就高。一般认
为种子的活力与质膜透性呈负相关。图 1
表明, 经 Ce 处理的水稻老化种子质膜相
对透性明显比对照的低 (P≤0. 01)。而且
图 2　　Ce 对发芽水稻老化种子呼吸速率的影响
F ig. 2　　Effect of Ce on resp irato ry rate of
germ inating aged seed of rice
Ce 处理的自然老化种子膜透性又低
于人工老化种子 (P≤0. 05) , 10～ 15
Lg ö mL Ce 处理的质膜相对透性最低。
这与对发芽率和活力指数影响的浓度
基本上是一致的。这表明 Ce 可以减
少膜系统的渗漏, 提高水稻老化种子
的活力。
2. 3　Ce 对发芽水稻老化种子呼吸作
用的影响
呼吸作用是种子萌发期间的一个
最重要的生理过程, 当种子老化及劣
变时, 呼吸代谢失调, 呼吸强度减弱。
由图 2 看出, 经 Ce 处理的发芽水稻
老化种子呼吸速率高于对照, 尤其是
用 10～ 20 Lg ö mL Ce 处理的呼吸速率提高最明显 (P≤0. 01) , 表明Ce 可增强水稻老化种子
的呼吸作用。而自然老化种子发芽时的呼吸速率又比人工老化种子明显的高 (P≤0. 05)。
2. 4　Ce 对发芽水稻老化种子 3 种保护酶活性的影响
由表 2 看出, 在水稻老化种子发芽期间Ce 处理的 SOD、CA T、POD 活性都显著高于对
照。处理前两种老化种子酶活性差异不大, 而经Ce 处理后自然老化种子的 3 种保护酶活性
均明显高于人工老化种子。由此说明Ce 可提高水稻老化种子的 SOD、CA T、POD 活性。
9396 期　　　　　　　　　　洪法水等: 铈元素对水稻老化种子发芽影响的研究　　　　　　　　　　　　

表 2　　Ce 对发芽水稻老化种子保护酶活性的影响
Table 2　　Effect of Cer ium on protective enzymes
activ ities of germ inating aged seed of r ice
处理 (Lg ö mL )
T reatm ent of
Ce (NO 3) 3
SOD
(U nit·m g- 1
p ro tein)
CA T
(U nit·m g- 1
p ro tein)
POD
(U nit·m g- 1
p ro tein)
自然老化
N atural
aged
0 17. 2a 14. 5a 19. 7a
2. 5 22. 6b 17. 2b 26. 8b
5 27. 2c 22. 6c 32. 3c
10 35. 6d 28. 4d 36. 8d
15 30. 1e 26. 3e 37. 9d
20 30. 8e 25. 7e 37. 2d
25 28. 7c 24. 2ce 34. 4c
30 25. 3f 20. 6f 30. 2e
人工老化
A rtificial
aged
0 16. 9a 13. 8a 20. 8a
2. 5 17. 6a 15. 1b 24. 2b
5 23. 2b 18. 7c 28. 9c
10 29. 8c 23. 9d 29. 7cd
15 29. 9c 22. 1de 31. 2d
20 24. 6d 23. 6d 29. 1cd
25 26. 3e 21. 8e 27. 5ce
30 21. 9b 19. 9ce 25. 5b
　　同一列中不同字母表示在 P≤0. 05 水平上不同处理间有显著
差异 (L SD 检验)
V alues fo llow ed by the differen t let ter sign ifican tly at P< 0. 05
level (L SD test) in the sam e rank
2. 5　Ce 对发芽水稻老化种子自由基
(O 2·- ) 产生速率和膜脂过氧化 (MDA
含量)的影响
椐图 3, 4 可知, Ce 处理对水稻
老化种子的 O 2·- 产生速率和M AD
含量也有明显的影响。用 2. 5～ 30
Lg ö mL Ce 处理的水稻老化种子的
O 2·- 产生速率和M AD 含量与对照差
异达极显著水平 (P≤0. 01)。自然老
化种子的O 2·- 产生速率和M AD 含
量低于人工老化种子 (P≤0. 05)。由
此可见 Ce 具有降低水稻老化种子
O 2·- 产生速率和M AD 含量的作用。
3　讨论
W oodstock 和郑光华等[ 8 ]利用聚
乙二醇 (PEG) 溶液预处理种子或胚轴
能使低活力的大豆胚轴生长大为改善
及使种子在低温下出苗免受冷害, 出
苗率提高。谭彦帮等[ 13 ]利用青霉素处
理人工老化的水稻种子后, 对发芽率
图 3　　Ce 对发芽水稻老化种子O 2·- 产生速率的影响
F ig. 3　　Effect of Ce on O 2·- p roduction rate of
germ inating aged seed of rice
影响不大, 但发芽指数和活力指数提高,
SOD 和过氧化氢酶活性增加, 种子浸泡液
的电导率下降。本文研究表明在适当浓度
范围内 Ce (NO 3) 3 处理能明显提高自然老
化种子 (自然贮存 4 年的陈种子) 和人工老
化水稻种子的发芽率、发芽指数和活力指
数, 增强萌发期间的呼吸作用, 且Ce 对自
然老化种子的促进作用大于人工老化种
子。焦根林等[ 14 ] 研究表明 L a、Ce、P r、
N d、Sm、Eu、Gd 和 Y 八种稀土元素均能
降低玉米根组织膜透性, 减少离子外渗量。
安建平等[ 15 ] 的实验表明在渗透胁迫下
N dC l3 能提高小麦幼苗的 SOD、POD 活
性, 降低质膜透性及M DA 含量。王金胜
等[ 16 ]研究认为微量的铈离子可清除大量的 O 2·- , 其机理为: Ce3+ 供给 O 2·- 电子氧化为
Ce4+ , O 2·- 还原为H 2O 2; Ce4+ 从O 2·- 获得电子还原为 Ce3+ , O 2·- 氧化为O 2。本文表明 Ce
能增加水稻老化种子的 SOD、CA T、POD 活性, 减少O 2·- 、M DA 的积累, 降低膜渗漏。
植物在遭遇环境胁迫或衰老时, 体内O 2·- 、OH、1O 2和H 2O 2自由基等有毒物质积累, 导
049　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　　 　　　　　　　　26 卷

图 4　　Ce 对发芽水稻老化种子M AD 含量的影响
F ig. 4　　Effect of Ce on M DA conten t of
germ inating aged seed of rice
致膜脂过氧化, 膜差别透性丧失, 引起
一系列生理生化变化, 代谢紊乱, 致使
植物遭受伤害。而植物体内的 SOD 是
O 2·- 等自由基的清除剂, CA T 和 POD
是 H 2O 2 自由基的清除剂, 通过清除
O 2·- 以及降低O 2·- 所产生的H 2O 2 等其
它活性氧而对细胞起保护作用[ 17 ]。Ce
处理后使水稻老化种子在萌发过程中
SOD、CA T、POD 活性得到了明显的提
高, 降低了O 2·- 的产生速率, 进而又减
轻了膜脂的过氧化作用, 维护了膜的稳
定性及完整性, 使得种子发芽率和活力
提高。
由于自然老化是种子逐渐衰变的过
程, 人工老化是种子的突然衰变。本试
验所用水稻种子是 4 年的陈种子, 尚未完全衰变, 膜系统的伤害明显轻于人工老化的种子,
因此Ce 元素容易对其细胞膜和细胞器进行修复, 对自然老化种子发芽的促进作用大于人工
老化的种子。前文试验证明[ 2 ]Ce 可增加水稻种子萌发期间生长素、赤霉素和细胞分裂素的含
量, 因此, Ce 促进老化种子的发芽可能也与这些植物生长激素的增加有关。稀土元素铈处理只
是对尚未完全衰变的种子有一定的逆转作用, 其生理效应也是多方面的, 作用机理仍需研究。
参　考　文　献
1　郭伯生, 竺伟民, 熊炳昆等编者. 农业中的稀土. 北京: 中国农业科技出版社, 1988, 1～ 322
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1496 期　　　　　　　　　　洪法水等: 铈元素对水稻老化种子发芽影响的研究