觀光木種子浸提液內源抑制物活性

覃靜婷,覃永華,劉 莉,劉世男,盧志海,王禧龍

(1.廣西大學林學院;廣西高校亞熱帶人工林培育與利用重點實驗室,廣西 南寧 530004;2.廣西壯族自治區林業勘測設計院,廣西 南寧 530011;3.廣西壯族自治區南寧樹木園,廣西 南寧 530032)

種子中存在的內源抑制物質與種子休眠緊密相關,能夠影響種子的生理活動,如阻礙細胞分裂、分化、伸長和發育,最終影響種子萌發[1-3]。木蘭科(Magnoliaceae)中的紅花玉蘭(Magnoliawufengensis)新鮮種子外種皮中含有抑制作用較強的內源抑制物質,導致種子萌發率低[4];巴東木蓮(Manglietiapatungensis)種子的抑制物質存在于種皮和胚乳中,且胚乳中抑制物質的抑制作用比種皮更顯著[5];華中五味子(Schis-andrasphenantheraRehd.et Wils.)種子的種皮和種仁中均含有內源抑制物質,且種皮中的抑制物質活性強于種仁[6]。由此可見,木蘭科不同樹種種子通過不同部位不同活性內源抑制物質作用,抑制種子萌發。因此,研究植物種子中內源抑制物質的存在部位和活性,有利于打破種子休眠,促進種子萌發,為后期品種選育、種質資源保存等奠定基礎。

觀光木(Tsoongiodendronodorum)為木蘭科觀光木屬(TsoongiodendronChun)常綠闊葉喬木,是我國珍稀易危物種,屬國家二級保護植物[7],主要分布于我國長江以南地區[8]。觀光木樹干通直圓滿,材質優良,可用于建筑、家具和樂器等[9];因樹形優美、花美芳香、果實獨特,常用于城市綠化和園林建設[10];此外,觀光木樹皮、枝葉、果實揮發油提取物可用作香料、化妝品和醫藥產品的原料[11-12],具有一定的經濟價值和發展潛力。但由于長期采伐、生境退化以及落花落果嚴重,同時,果實易被蟲鼠啃食,且種子休眠期長、發芽率低,導致野生種群的數量及分布范圍不斷減少[13-15]。本研究以觀光木種子為研究對象,以白菜種子為受體植物,利用甲醇萃取觀光木種子假種皮、種皮及胚乳浸提液,探討觀光木種子各部位的內源抑制物活性,為打破觀光木種子休眠、促進種子萌發提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為觀光木當年生種子,2021年11月下旬采自廣西百色市那坡縣德標村。受體材料為曉富種業有限公司提供的白菜種子,純度96%,凈度98%,含水率≤7%,發芽率≥85%。

1.2 觀光木種子不同部位甲醇浸提液制備

參照黃雍容等[16]的方法,取觀光木種子,分離假種皮、種皮和胚乳(帶胚),共3組,分別稱取10 g,利用80%甲醇制備觀光木種子不同部位浸提液原液,質量濃度均為100 g/L;稀釋不同部位浸提液,質量濃度為12.50、25.00、50.00、75.00、100.00 g/L,置于4 ℃下備用。

1.3 種子內源抑制物活性測定

選擇飽滿無損的白菜種子,先用蒸餾水在45 ℃水浴中浸泡10 min,不斷攪拌,取出后備用。分別加入不同質量濃度浸提液5 mL于鋪有濾紙的培養皿(直徑11 cm)內,擺放50粒種子,以蒸餾水作為對照,每個處理3次重復。將培養皿放入(25±1)℃、12 h光照/12 h黑暗、光照度2 500 lx的恒溫培養箱中。每日在固定時間補充浸提液保持培養皿濕潤,24 h后統計萌發數量,如連續3 d無種子發芽視為發芽結束。7 d后分別從各處理培養皿中隨機取10株苗,測定主根長、苗高、單株鮮質量,每個處理3次重復。

1.4 幼苗抗氧化參數測定

種子發芽后,連續在培養皿中培養7 d后,參考熊慶娥等[17]《植物生理學實驗教程》中的方法,分別測定SOD、POD、CAT活性和MDA含量。

1.5 數據處理

利用Microsoft Excel 2010統計數據,利用SPSS Statistics 22.0分析數據。數據用平均值±標準誤表示。

2 結果與分析

2.1 觀光木種子浸提液對白菜種子萌發的影響

由表1可知:觀光木種子不同部位浸提液均抑制白菜種子萌發,且隨著質量濃度升高,白菜種子發芽率降低。白菜種子發芽率除在假種皮浸提液質量濃度低于25.00 g/L時與對照差異不顯著外,種皮、胚乳和其他假種皮浸提液各質量濃度均與對照存在顯著差異(P<0.05);在100.00 g/L時,假種皮浸提液處理的白菜種子發芽率比種皮和胚乳浸提液處理分別降低48.67%和46.00%,達到差異顯著水平(P<0.05)。

表1 觀光木種子不同部位浸提液對白菜種子萌發的影響Tab.1 Effect of aqueous extract of different parts of T. odorum seeds on seed germination of cabbage

發芽勢是檢驗種子發芽整齊度和發芽速度的指標。由表1可知:觀光木種子不同部位浸提液處理的白菜種子發芽勢隨質量濃度的升高而降低。在相同質量濃度下,假種皮浸提液處理的白菜種子發芽勢均低于種皮和胚乳浸提液處理,其中,在低于25.00 g/L時,假種皮浸提液處理的白菜種子發芽勢與種皮和胚乳處理相比抑制作用差異不顯著(P>0.05);50.00 g/L時,種皮和胚乳浸提液處理的白菜種子發芽勢差異不顯著(P>0.05),假種皮浸提液處理的白菜種子發芽勢比種皮和胚乳浸提液處理分別降低了38.66%和42.66%,達到差異顯著水平(P<0.05)。

與對照組相比,觀光木種子不同部位浸提液處理的白菜種子發芽指數和活力指數均低于對照組。除胚乳浸提液處理質量濃度為12.50 g/L時的發芽指數與對照無顯著差異外,種皮和假種皮浸提液處理的白菜種子發芽指數均與對照存在顯著差異(P<0.05);胚乳浸提液各處理的白菜種子發芽指數分別比對照降低2.27%、7.86%、7.89%、9.72%、11.50%,種皮浸提液各處理的白菜種子發芽指數分別比對照降低4.00%、4.49%、5.99%、7.50%、10.53%,假種皮浸提液各處理的白菜種子發芽指數分別比對照降低6.29%、10.89%、22.16%、25.83%、30.37%。同一質量濃度不同部位間的發芽指數也存在差異,抑制作用表現為假種皮>胚乳>種皮。在50.00 g/L時,觀光木種子假種皮、種皮和胚乳浸提液處理的白菜種子活力指數達到差異顯著水平(P<0.05)。

綜上可知,觀光木種子的不同部位浸提液對白菜種子萌發存在抑制作用,抑制作用表現為假種皮>胚乳>種皮。

2.2 觀光木種子不同部位浸提液對幼苗生長的影響

由表2可知:觀光木種子胚乳浸提液對白菜根長生長呈現低促高抑現象,當質量濃度低于50.00 g/L時,浸提液對白菜根長生長起促進作用;當浸提液質量濃度為100.00 g/L時,浸提液處理的白菜根長比對照降低36.65%,達到差異顯著水平(P<0.05)。觀光木種子種皮浸提液對白菜根長的影響與胚乳浸提液表現相反,即低抑高促,當質量濃度低于12.50 g/L時,對白菜根長生長有抑制作用,但抑制作用與對照差異不顯著(P>0.05);當質量濃度為25.00 g/L時,對白菜根長生長有促進作用,且促進作用與對照差異顯著(P<0.05)。觀光木種子假種皮浸提液對白菜主根長的影響與胚乳表現趨勢一致,即低促高抑,當質量濃度低于12.50 g/L時,浸提液對白菜根長生長起促進作用,且達到顯著水平(P<0.05);當質量濃度高于25.00 g/L時,浸提液處理的白菜幼苗根長比對照降低30.92%～96.80%,達到差異顯著水平(P<0.05);當質量濃度高于50.00 g/L時,各部位間均存在顯著差異(P<0.05)。

表2 觀光木種子不同部位浸提液對白菜幼苗根長、苗高和鮮質量的影響Tab.2 Effect of aqueous extract of different parts of T. odorum seeds on seedling root length,seedling height and fresh weight of receptor plant

由表2可知:觀光木種子各部位不同質量濃度浸提液對白菜苗高生長均有抑制作用。當觀光木種子胚乳浸提液質量濃度低于50.00 g/L時,浸提液對白菜幼苗苗高生長的抑制作用與對照無差異顯著(P>0.05);在75.00～100.00 g/L時,抑制作用與對照差異顯著(P<0.05);除觀光木種子種皮浸提液在質量濃度低于12.50 g/L時抑制作用與對照無顯著差異外,其他處理均與對照存在顯著差異(P<0.05);觀光木種子假種皮浸提液處理各質量濃度均與對照存在顯著差異(P<0.05)。

觀光木種子胚乳和種皮不同質量濃度浸提液處理的白菜幼苗鮮質量與對照無顯著差異(P>0.05);假種皮浸提液對白菜的鮮質量表現為抑制作用,且都是隨著浸提液質量濃度的升高抑制作用增強。

綜上可見,觀光木種子各部位不同質量濃度浸提液處理對白菜根長、苗高和鮮質量均有不同程度影響。其中,對白菜苗高生長均表現為抑制作用,抑制作用為假種皮>胚乳>種皮;假種皮和胚乳浸提液對白菜根長生長呈現低促高抑現象,而種皮浸提液對白菜根長和鮮質量的影響呈現低抑高促現象。

2.3 觀光木種子不同部位浸提液對白菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影響

由表3可知:白菜幼苗的SOD和CAT活性隨著觀光木種子各部位浸提液質量濃度的提高呈先升高后降低的趨勢。白菜幼苗的SOD和CAT活性在胚乳浸提液質量濃度為50.00 g/L時達到最大;種皮浸提液處理質量濃度為25.00 g/L時,SOD活性與對照無顯著差異(P>0.05),CAT活性達到最大,且與對照差異達到顯著水平(P<0.05);當質量濃度增大到100.00 g/L時,SOD和CAT的活性急劇下降,表現為抑制作用;假種皮浸提液質量濃度為50.00 g/L時,SOD和CAT的活性達到最大,且與對照有顯著差異(P<0.05)。

表3 觀光木種子不同部位浸提液對白菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影響Tab.3 Effect of infusions from different parts of T. odorum seeds on antioxidant enzyme activity and MDA content of cabbage seedlings

白菜幼苗的POD活性和MDA含量隨著種子各部位浸提液質量濃度的提高表現出先下降后上升的趨勢。白菜幼苗的POD活性在胚乳和種皮浸提液質量濃度為12.50 g/L和100.00 g/L時達到最大,除種皮浸提液質量濃度為100.00 g/L時與對照有顯著差異外,其他種皮和胚乳浸提液質量濃度間差異不顯著(P>0.05);假種皮浸提液的POD活性均高于對照,當浸提液質量為100.00 g/L時,與對照差異達到顯著水平。胚乳浸提液在質量濃度高于75.00 g/L時,白菜幼苗的MDA含量增加,對植物的細胞膜造成一定損害,但與對照差異不顯著(P>0.05)。種皮和假種皮浸提液處理的白菜幼苗與對照無顯著差異(P>0.05),在質量濃度低于25.00 g/L時,對植物有促進作用,植物的細胞膜沒有損害;當質量濃度在25.00～100.00 g/L時,植物細胞膜的損害程度不斷加大。

3 討論與結論

種子內源抑制物質是種子難以萌發的原因之一,其種類繁多,可能存在于種子的某個部位,也可能同時存在于種子的不同部位[18-21]。于海蓮等[22]研究發現,相同濃度下,南方紅豆杉(Taxuschinensisvarmairei)種子各部位(胚、胚乳、內種皮、中種皮和外種皮)浸提液均對白菜種子發芽有抑制作用;劉立言等[23]發現,在用白檀(Symplocospaniculata(Thunb) Miq)種子不同部位浸提液處理的白菜種子中,胚乳浸提液對白菜種子發芽率、苗高、根長的生長抑制作用強于種殼和果肉;鄭艷玲等[24]發現,華蓋木(Manglietiastrumsinicum)種子中存在萌發抑制物質,其中,種皮的萌發抑制作用最強。本試驗結果與前人的研究結果相似,觀光木種子不同部位浸提液對白菜種子的萌發均有抑制作用,并且不同浸提液質量濃度下白菜種子的發芽率、發芽指數和活力指數均為假種皮抑制作用最強,其次為胚乳和種皮。由此表明:觀光木種子的假種皮、種皮和胚乳中均含有抑制種子萌發的內源抑制物質,且假種皮中抑制物質的抑制作用高于胚乳和種皮,這可能是因為假種皮、種皮和胚乳中存在的抑制物質種類和活性不同。

本研究中,觀光木種子的假種皮、種皮和胚乳浸提液對白菜幼苗生長表現出不同程度的影響,各浸提液處理對幼苗苗高的抑制作用大于幼苗根長,說明假種皮、種皮和胚乳中存在的內源抑制物質對幼苗地上部分的影響大于地下部分。抑制物質對白菜幼苗的作用部位不同,對幼苗根長和苗高產生不同影響,這與丁言等[25]和王紅佳等[26]的研究結果一致。此外,本試驗中的假種皮和胚乳浸提液對白菜根長生長呈現低促高抑現象,而介于假種皮和胚乳之間的種皮浸提液對白菜根長和鮮質量的影響表現為低抑高促。造成這種現象的原因可能是由于種皮中的內源抑制物質對幼苗生長的抑制作用較弱。劉序等[27]和年慧慧等[28]研究指出,影響幼苗生長的主要原因之一是假種皮和胚乳含有較高的內源抑制物質,這與本研究的結果存在一致性。

本研究表明,隨著觀光木種子各部位浸提液質量濃度的升高,白菜幼苗的POD酶活性與MDA含量表現出先降低后升高的趨勢,說明各部位浸提液均能夠抑制白菜幼苗POD酶活性與MDA含量,這與張翔宇等[29]的研究結果相似;SOD和CAT酶活性表現出先升高后降低的趨勢,表明各部位浸提液不會直接抑制SOD和CAT酶活性,這與鮑紅春[30]、宋會興等[31]的研究結果一致。各部位浸提液在低質量濃度時可以促進SOD和CAT活性提高,可能是因為低質量濃度浸提液雖然使白菜幼苗體內活性氧和自由基得到積累,但白菜幼苗可以調控SOD、CAT活性,予以清除,但當質量濃度繼續升高,超過了白菜幼苗的清理能力時,促使MDA含量升高,幼苗的細胞膜透性增大,膜脂質過氧化作用加重,致使植物細胞損壞,從而導致SOD、POD和CAT酶紊亂,酶隨之失活。

觀光木種子在自然狀態下萌發率低,除受外界環境因素影響外,其種子自身含有抑制萌發的內源物質也是原因之一。本研究結果表明,觀光木種子內存在抑制種子萌發及幼苗生長的物質,在假種皮內含有的影響幼苗CAT、POD、SOD活性和MDA含量的抑制物質活性高于種皮和胚乳,這可能是觀光木種子發芽率低的重要原因,而這類物質的種類和具體成分尚需進一步研究確定。