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人工老化对两种披碱草属种子生理生化特性的影响



全 文 :31 卷 12 期
Vol. 31,No. 12
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
2251 - 2256
12 /2014
DOI:
櫧櫧櫧櫧

櫧櫧櫧






10. 11829 \ j. issn. 1001-0629. 2013-0685
植物
生产层
人工老化对两种披碱草属种子
生理生化特性的影响
吴 浩1,周青平2,颜红波1,梁国玲1,
刘文辉1,魏小星1,刘 勇1
(1.青海畜牧兽医科学院,青海 西宁 810016;2.西南民族大学青藏高原研究院,四川 成都 610041)
摘要:以黑紫披碱草(Elymus atratus)和老芒麦(E. sibiricus)作为供试材料,采用高温(45 ℃)高湿(相对湿度
100%)的人工老化方法对供试种子处理 0、1、2、3、4、5、6 和 7 d。结果表明,随着老化时间的延长,黑紫披碱草和
老芒麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数呈下降趋势,老芒麦种子的下降幅度高于黑紫披碱草。丙二醛
的含量随种子老化进程缓慢上升,可溶性糖含量增加,过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性和可溶性蛋白含量降低,
黑紫披碱草的抗老化能力强于老芒麦。
关键词:黑紫披碱草;老芒麦;老化;生理生化
中图分类号:S543 + . 9;Q945. 6 + 5 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2014)12-2251-06*
Effects of accelerated aging on physiological and
biochemical characteristics of two Elymus species seeds
WU Hao1,ZHOU Qing-ping2,YAN Hong-bo1,LIANG Guo-ling1,
LIU Wen-hui1,WEI Xiao-xing1,LIU Yong1
(1. Qinghai Academy of Animal and Veterinary Science,Xining 810016,China;
2. Institute of Tibetan Plateau,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China)
Abstract:Seeds of Elymus atratus and E. sibiricus were treated with accelerated aging at high temperature (45 ℃)
and high humidity(RH100%)for 0,1,2,3,4,5,6 and 7 d. The results showed that germination rate,germination
energy,germination index and vigor index of both E. sibiricus and E. sibiricus decreased with treatment period ex-
tended whereas E. sibiricus decreased more than E. atratus. The content of malondialdehyde slowly increased and
the content of soluble sugar increased. However,the peroxidase activity,superoxide dismutase activity and the con-
tent of soluble protein decreased with treatment period extended. Resistance to accelerated aging of E. atratusis
better than that of E. sibiricus
Key words:Elymus atratus;E. sibiricus;aging;physiological and biochemical
Corresponding author:ZHOU Qing-ping E-mail:qpingzhou@ aliyun. com
* 收稿日期:2014-01-10 接受日期:2014-05-20
基金项目:“青藏高原优良牧草种质资源研究”省级重点实验室(2014-Z-Y22);青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室
(2014-Z-Y12) ;科技部科技支撑项目“青海地区优质牧草选育及生产利用技术集成与示范”(2011BAD17B05-5)
第一作者:吴浩(1989-),男,山东济宁人,硕士,主要从事牧草栽培育种研究。E-mail:wuhao. 365@ 163. com
通信作者:周青平(1962-) ,男,甘肃宁县人,研究员,博导,博士,主要从事牧草栽培育种,栽培草地建植和草地生态研究。
E-mail:qpingzhou@ aliyun. com
PRATACULTURAL SCIENCE(Vol. 31,No. 12) 12 /2014
披碱草属(Elymus)是禾本科的多年生牧草,广
泛分布于欧亚地区。我国有 80 多种,主要分布在华
北、西北、青藏高原等地区,西北地区是披碱草的重
要多样性分化和分布区中心。披碱草属植物是优良
的牧草,具有经济价值高、抗逆性强、适应性广等特
点[1]。近年来,国内外许多学者对披碱草的生理生
化特性、遗传多样性、抗逆性、生物学特性、种子生理
生化等多方面做了大量的研究,但对披碱草种子老
化方面的研究报道较少。
种子老化是指降低种子的生存能力,导致种
子丧失活力的不可逆变化,是伴随着种子贮藏时
间的延长而发生和发展的、自然而不可避免的过
程[2]。种子在老化过程中发生了包括遗传物质、
膜的透性、贮藏物质、生物合成能力、酶活性等方
面的生理生化变化[3]。研究证明,种子老化后,膜
透性增加[4],总脱氢酶活性下降[5],酸性磷酸酯酶
活性降低[6]。本研究以黑紫披碱草(E. atratus)、
老芒麦(E. sibiricus)两种牧草种子为材料,研究人
工老化处理后种子的活力变化。以期为评价青藏
高原披碱草属种子质量、揭示种子老化机制提供
理论依据,对青藏高原种质资源的保存和利用具
有重要的意义。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
供试材料为黑紫披碱草和老芒麦,2012 年 10
月采集于果洛州达日县德昴乡,清洗晒干后放入布
袋中,室温干燥通风状态下保存于种子库中。由青
海省畜牧兽医科学院草原所种质资源库提供。试验
于 2012 年 12 月进行。
1. 2 种子人工老化处理
随机选取供试种子,参照国际种子检验协会提
供的种子老化方法[7],用 IH-150S 型种子老化箱对
种子处理,即在 45 ℃、100%相对湿度条件下进行人
工老化处理。老化处理时间分别为 0(对照 ck)、1、
2、3、4、5、6 和 7 d。老化后的种子取出在室温条件
下晾干(3 ~ 4 d)[8],4 ℃保存。
1. 3 测定指标及方法
1. 3. 1 种子活力指标 参考《牧草种子检验规
程》[9]中披碱草种子发芽试验,采用培养皿纸上法。
不同老化处理的披碱草属种子随机取出 50 粒 3 次
重复,随机放入 GTOP-I68B 型智能光照培养箱中,
在 25 ℃、光照 24 h 条件下进行发芽。每天统计发
芽种子数,末次计数为第 14 天,第 7 天称取种子的
幼苗鲜重,计算种子的发芽率、发芽势、发芽指数和
活力指数。
发芽率 =发芽种子数 /供试种子总数 × 100%;
发芽势 = 前 5 天发芽种子数 /供试种子数 ×
100%;
发芽指数 =∑(在一定时间内发芽种子数 /相
对应天数);
活力指数 =∑(在一定时间内发芽种子数 /相
对应天数)×第 7 天幼苗的鲜重(g)。
1. 3. 2 生理指标的测定 丙二醛采用硫代巴比妥酸
(TBA)法[10]。取老化处理种子 0. 5 g,加入 5%的三
氯乙酸 5 mL,研磨所得匀浆在 3 000 r·min -1下离
心 30 min。取上清液 2 mL加入 4 mL 0. 5%的硫代
巴比妥酸在 3 000 r·min -1离心 10 min,沸水浴 10
min,冰却后上清液于 450、532 和 600 nm 处比色。
过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法,超氧
化物歧化酶(SOD)活性测定采用 NBT 光还原
法[10]。可溶性糖用蒽酮法测定[10]。可溶性蛋白用
考马斯亮蓝 G-250 染色法测定[10]。
1. 4 数据处理
试验所得数据用 SPSS 17. 0 进行 Duncan 法多
重比较和 Excel制图分析。
2 结果与分析
2. 1 人工老化处理对披碱草属种子活力指标的影

人工老化处理后黑紫披碱草种子的发芽率、
发芽势、发芽指数、活力指数均呈下降趋势(表
1)。老化处理 7 d后,黑紫披碱草的发芽率下降了
49. 95%,发芽势下降了 74. 86%,发芽指数下降了
59. 96%,活力指数下降了 84. 94%。方差分析可
知,老化处理对黑紫披碱草种子的发芽率、发芽
势、发芽指数和活力指数有显著影响(P < 0. 05)。
多重比较说明,不同老化处理时间种子的发芽率、
发芽指数与对照差异显著,且处理间差异显著。
老化处理 1 d 种子的发芽势和活力指数与对照差
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异不显著(P > 0. 05) ,但处理 2 ~ 7 d 与对照差异 均显著。
表 1 人工老化处理后两种披碱草属种子活力的变化
Table 1 Effect of artificial aging on vigor index of two Elymus seeds

Species
老化时间
Aging
time /h
发芽率
Germination
percentage /%
发芽势
Germination
energy /%
发芽指数
Germination
index
活力指数
Vigor
index
黑紫披碱草
Elymus atratus
0 97. 3 ± 1. 2a 84. 7 ± 6. 4a 63. 299 ± 0. 610a 1. 022 ± 0. 204a
1 92. 0 ± 2. 0b 82. 0 ± 6. 0a 59. 586 ± 1. 980b 0. 981 ± 0. 214a
2 87. 3 ± 1. 2c 68. 7 ± 6. 4b 54. 833 ± 2. 037c 0. 777 ± 0. 118b
3 81. 3 ± 1. 2d 61. 3 ± 4. 2b 49. 635 ± 1. 209d 0. 621 ± 0. 054bc
4 72. 0 ± 1. 2e 46. 7 ± 3. 1c 41. 749 ± 1. 571e 0. 451 ± 0. 040cd
5 66. 0 ± 4. 0f 35. 3 ± 2. 3d 36. 658 ± 1. 577f 0. 336 ± 0. 353de
6 60. 7 ± 2. 0g 26. 0 ± 2. 0e 31. 577 ± 0. 496g 0. 212 ± 0. 247e
7 48. 7 ± 2. 3h 21. 3 ± 3. 1e 25. 346 ± 0. 931h 0. 154 ± 0. 238e
老芒麦
Elymus sibiricus
0 94. 0 ± 2. 0a 62. 7 ± 8. 1a 55. 535 ± 1. 795a 0. 709 ± 0. 136a
1 62. 7 ± 2. 0b 45. 3 ± 2. 3b 38. 387 ± 1. 591b 0. 493 ± 0. 012b
2 54. 0 ± 2. 0c 30. 0 ± 9. 2c 30. 166 ± 1. 933c 0. 329 ± 0. 118c
3 24. 0 ± 6. 9d 12. 7 ± 2. 3d 13. 036 ± 4. 358d 0. 125 ± 0. 039d
4 22. 0 ± 2. 0de 8. 0 ± 0. 1de 11. 326 ± 1. 378ef 0. 062 ± 0. 004d
5 18. 0 ± 0. 1ef 5. 3 ± 1. 2de 8. 706 ± 0. 470ef 0. 036 ± 0. 097d
6 15. 3 ± 2. 3f 4. 0 ± 0. 1e 7. 112 ± 0. 859f 0. 026 ± 0. 008d
7 8. 7 ± 1. 2g 1. 3 ± 1. 2e 3. 619 ± 0. 570g 0. 044 ± 0. 017d
注:同列不同小写字母表示同种处理间存在显著差异(P < 0. 05)。
Note:Different lower case letters within the same column for the same species show significant difference among different treatments at 0. 05 level.
老化处理的老芒麦种子的发芽率、发芽势、发芽
指数、活力指数均呈下降趋势。老化处理 7 d 后,老
芒麦的发芽率下降了 90. 75%,发芽势下降了
97. 93%,发芽指数下降了 93. 49%,活力指数下降
了 93. 80%,下降幅度均高于黑紫披碱草,说明黑紫
披碱草种子的抗老化性强于老芒麦。方差分析表
明,老化处理对老芒麦种子的发芽率、发芽势、发芽
指数和活力指数有显著影响(P < 0. 05)。多重比较
说明,不同处理种子的发芽率、发芽势、发芽指数和
活力指数与对照相比差异显著,老化处理 5 ~ 6 d 的
发芽率间差异不显著(P > 0. 05) ,老化处理 4 ~ 7 d
的发芽势之间差异均不显著,老化处理 4 ~ 6 d 的发
芽指数之间差异均不显著。
2. 2 人工老化处理对披碱草属种子保护酶活性的
影响
随着老化程度的加深,黑紫披碱草和老芒麦种
子的 POD、SOD 活性都呈下降趋势,第 7 天下降到
最低(图 1)。黑紫披碱草种子的 POD 活性下降了
32%,老芒麦的下降了 62%;黑紫披碱草的 SOD 活
性下降了 55%,老芒麦下降了 77%。方差分析表
明,老化处理对两种披碱草属种子的 SOD、POD 活
性有显著影响(P < 0. 05)。多重比较说明,老化处
理1 ~ 4 d 黑紫披碱草种子的 POD 活性与对照相比
差异不显著(P > 0. 05),处理 5 ~ 7 d 与对照相比差
异显著。老化处理 1 d 老芒麦种子的 POD 与活性
对照相比差异不显著,老化处理 2 ~ 7 d 老芒麦种子
与对照相比差异显著。老化处理 3 ~ 7 d 的黑紫披
碱草种子的 SOD活性与对照相比差异显著,老化处
理 1 ~ 7 d老芒麦种子的 SOD活性与对照差异显著。
2. 3 人工老化处理对披碱草属种子丙二醛含量的
影响
人工老化处理后,两种披碱草属种子的丙二醛
含量随老化时间的增加呈上升的趋势,到第 7 天达
到最大值(图 2)。方差分析可知,老化处理对丙二
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醛含量有显著影响(P < 0. 05)。多重比较说明,老化
图 1 人工老化处理对两种披碱草属种子保护酶活性的影响
Fig. 1 Effects of artificial aging on POD and SOD of two Elymus seeds
注:不同小写字母表示同种处理间存在显著差异(P < 0. 05)。下同。
Note:Different lower case letters in the same species show significant difference among different treatments at 0. 05 level. The same below.
图 2 人工老化处理对两种披碱草属种子丙二醛,
可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响
Fig. 2 Effects of artificial aging on MDA,soluble sugar and
soluble protein of two Elymus seeds
处理 3 ~ 7 d 的黑紫披碱草种子的丙二醛与对照相
比差异显著。老化处理 2 ~ 7 d 的老芒麦种子的丙
二醛与对照相比差异显著。
2. 4 人工老化处理对披碱草属种子可溶性糖含量
的影响
人工老化处理后,黑紫披碱草种子的可溶性糖
含量呈上升趋势,老化 1 ~ 5 d 上升比较明显,第 7
天上升到最大。老芒麦的可溶性糖含量随着处理时
间的增加也呈上升趋势,在老化 5 ~ 6 d 有明显的上
升趋势(图 2)。说明随着老化程度的加深,种子受
到的伤害加大,可溶性糖含量增加,导致细胞质膜的
通透性增大。老化处理 2 ~ 7 d 的黑紫披碱草种子
的可溶性糖与对照相比差异显著(P < 0. 05)。老化
处理 2 ~ 7 d 的老芒麦草种子的可溶性糖与对照相
比差异显著。
2. 5 人工老化处理对披碱草属种子可溶性蛋白含
量的影响
人工老化处理后,黑紫披碱草的可溶性蛋白含
量随老化时间的推移呈下降趋势,第 7 天下降到最
低,老化 0 ~ 1 d有明显的下降趋势。老芒麦的可溶
性蛋白含量在老化 1 d 后略有上升之后呈下降趋
势,到第 7 天下降到最低(图 2)。这可能是由于膜
结构受到破坏,溶酶体解体使蛋白质发生降解。不
同老化处理的黑紫披碱草种子的可溶性蛋白含量与
对照相比差异显著(P < 0. 05),但不同处理时间之
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间差异不显著(P > 0. 05)。老化处理6 ~ 7 d 的老芒
麦种子可溶性蛋白含量与对照相比差异显著。
3 讨论
种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数是
研究种子活力可靠指标。人工老化处理后,黑紫
披碱草和老芒麦种子随老化程度的加深,其发芽
率、发芽势、发芽指数和活力指数都呈下降趋势,
与 Bailly 等[11]研究向日葵(Helianthus annuus)的
结论一致。老化处理后,种子的发芽率、发芽势、
发芽指数、活力指数都有不同程度的下降,老芒麦
种子的下降幅度要大于黑紫披碱草种子,这说明
黑紫披碱草种子的抗老化能力强于老芒麦,黑紫
披碱草种子更耐贮。
人工老化处理后,种子会产生导致细胞膜脂过
氧化的活性氧和自由基,如·O2
-、H2O2 等,使膜透
性增加,内容物外渗,而细胞中清除活性氧和自由基
的保护酶系统是十分重要的,如 POD、SOD,它们的
增减直接影响细胞受伤害的程度[12]。过氧化物酶、
超氧化物歧化酶作为细胞的保护酶,在人工老化处
理时,这些保护酶会变化,清除活性氧和自由基的能
力减弱,从而影响细胞的正常代谢。这与 Jeng 和
Sung[13]对花生(Arachis hypogaea)的研究结果相类
似。在老化试验中,随着老化程度的加深,保护酶的
活性是降低的,这会导致细胞内活性氧和自由基的
增加,加速细胞的老化。在老化处理初期,酶活性下
降趋势平缓,这可能是对老化的主动适应[14]。老芒
麦 SOD、POD 活性的下降幅度要大于黑紫披碱草
的,这说明黑紫披碱草更抗老化。
可溶性糖是种子从萌发开始到进行光合作用前
的底物。可溶性糖能反映种子老化中受到的损伤程
度,也能反映呼吸底物的丧失,这样会影响细胞正常
的代谢。木豆(Cajanus cajan)种子老化过程中,老
化时间延长会造成渗出液中可溶性糖的含量也增
加[15]。在高羊茅(Festuca arundinacea)种子老化也
得出相同的结论[16]。本试验中,老化处理后种子的
可溶性糖含量增加,这可能是细胞膜结构受到破坏,
内容物外渗所引起的。MDA 通常作为脂质过氧化
物的产物之一,其含量可以反映细胞膜受到活性氧
和自由基伤害的大小[17]。本试验中老化处理种子
的丙二醛含量随老化程度的加深而增加,这与在棉
花(Gossypium hirsutum)[18]和玉米(Zea mays)[19]中
的结论一致。然而,随着 POD、SOD 活性减弱,细胞
内的活性氧和自由基逐渐积累,加剧了细胞膜脂过
氧化作用,作为膜脂过氧化产物之一的 MDA 增加,
又进一步抑制了 POD、SOD 的活性,使种子老化加
剧。SOD、POD的活性可以作为衡量这两种牧草种
子活力的指标。
蛋白质是构成细胞的重要物质,可溶性蛋白
可以反映在细胞生长过程中蛋白质的损伤情
况[20]。一般人们认为,在种子老化的过程中,可溶
性蛋白的含量可以衡量种子在代谢过程中发生损
伤的指标。韩建国[21]在研究种子老化过程中发
现,蛋白质的合成能力降低。Ching[22]在研究绛三
叶(Trifolium incarnatum)种子老化过程中也得出相
似的结论。本试验中,老化处理的黑紫披碱草、老
芒麦种子的可溶性蛋白含量随着老化程度的加深
而降低,在小麦(Triticum aestivum)种子上[23]也得
到相似的结论,这可能是细胞膜受到一定的的影
响,溶酶体遭到破坏,导致蛋白质降解。
4 结论
黑紫披碱草、老芒麦种子在经过人工老化处理
后,种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数随老
化时间的延长而降低,老芒麦种子活力的下降幅度
要高于黑紫披碱草,说明黑紫披碱草抗老化能力强
于老芒麦。老化处理后,种子 MDA 含量缓慢升高,
可溶性糖含量升高,POD 和 SOD 活性降低,可溶性
蛋白质含量下降。SOD、POD 活性和丙二醛之间的
关系能更好地揭示种子的老化机理,从生理角度证
明黑紫披碱草的抗老化能力更强。种子的 SOD 活
性、POD活性、可溶性糖含量与种子活力的变化趋
势大体一致,可以作为衡量这两种牧草种子活力的
指标。
参考文献
[1] 耿以礼.中国主要植物图说———禾本科[M].北京:科学出版社,1959:421-446.
5522
PRATACULTURAL SCIENCE(Vol. 31,No. 12) 12 /2014
[2] Anderson,J. D. Metabolic changes associated with senscence[J]. Seed Science and Technology,1973,1:401-416.
[3] Abdul-Baki A A. Biochemical aspects of seed vigor[J]. Hortscience,1980,15:735-771.
[4] Kalpana R,Rao K V M. On the ageing mechanism in pigeonpea(Cajanus caja(L.)Millsp.)seeds[J]. Seed Science and Tech-
nology,1995,23:1-9.
[5] Basavarajappa B S,Shetty H S,Prakash H S. Membrane deterioration and other biochemical changes,associated with accelerated
ageing of maize seeds[J]. Seed Science and Technology,1991,19:279-286.
[6] 毛培胜,韩建国.贮藏处理对老芒麦种子活力的影响[J].草业科学,2003,20(4) :16-19.
[7] Hampton J G,Tekrony D M. Handbook of Vigour Test Methods[M]. 3rd Edition. Zurich,Switzerlang:ISTA,1995:22-46.
[8] 周小梅,王自霞,乔燕祥.人工老化处理对芝麻种子生理生化特性影响[J].中国油料作物学报,2008,30(4) :460-463.
[9] 王彦荣,余玲,孙建华.牧草种子检验规程. GB /T 29304 - 2001[S].北京:中国标准出版社,2001.
[10] 李合生.植物生理生化实验技术原理与技术[M].北京:高等教育出社,2002:192-194.
[11] Bailly C,Benamar A,Corbineau F. Free radicalscavenging as effected by accelerated ageing and subse quent priming in sunflow-
er seeds[J]. Physiological Plant,1998,104:646-652.
[12] 万里强,李向林,石永红,何峰,贾亚雄. PEG 胁迫下 4 个黑麦草品种生理生化指标响应与比较研究[J]. 草业学报,
2010,19(1):83-88.
[13] Jeng T L,Sung J M. Hydration effect on lipid peroxida-tion and peroxide scavenging enzyme activity of artificially aged peanut
seed[J]. Seed Science Technology,1994,22:531-539.
[14] 张永娟,韩蕊,原烨,梁红,冯子蓉,戎郁萍.罗布麻种子老化过程中的生理生化特性[J].草业科学,2011,28(12) :2130-
2135.
[15] Kalpana R,Madhava R K V. Lipid changes during accelerated aging of seeds of pigeon pea cultivars[J]. Seed Science and
Technology,1996,24:275-285.
[16] 浦心春,韩建国,王培,毛培胜.高羊茅种子生活力丧失过程中遗传物质的降解[J].草地学报,1996,4(3) :180-185.
[17] Zhang M,Nakamaru Y,Tsuda S. Enzymatic conver sation of volatile metadolites in dryseeds during storage[J]. Plant Cell Physi-
ology,1995,36:157-164.
[18] Goel A,Sheoran I S. Changes in oxidative stress enzymes during artificial aging in cotton(Gossypium hirsutum L.)seed[J].
Seed Science,2004,28:157-162.
[19] 乔燕祥,高平平,马俊华,周建萍,马建萍.两个玉米自交系在种子老化过程中的生理特性和种子活力变化的研究[J].
作物学报,2003,29(1):123-127.
[20] 邵世光,阎斌伦,许云华,张蕾,郑霞,李廷友. Cd2 +对条斑紫菜的胁迫作用[J].河南师范大学学报(自然科学版) ,2006,
34(2) :113-116.
[21] 韩建国.牧草种子学[M].北京:中国农业大学出版社,2000:36-37.
[22] Ching T M. Biochemical aspects of seed vigor[J]. Seed Science and Technology,1973,1:73-88.
[23] 孔治有,刘叶菊,覃鹏. 40 ℃加速老化处理对小麦种子生理生化特性的影响[J].安徽农业科学,2010,38(12) :6155-
6157.
(责任编辑 武艳培
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