紫椴种皮透性及种子浸提物生物效应的研究

紫椴种皮透性及种子浸提物生物效应的研究

张洁1，杨立学1*，王海南2，王会仁1

(1.东北林业大学 林学院，哈尔滨 150040；2.中南大学 宣传部，长沙 410000)

摘要：采用称重和生物测定的方法，对紫椴种皮透水性及种子各部分浸提物的生物效应研究，实验结果表明，紫椴种子种皮透水性较差，不易吸水。紫椴种子的胚乳、种皮、果皮中确实都含有萌发抑制类的物质，按照其抑制强度从大到小依次为种皮、果皮、胚乳(胚)，且该抑制物质浸提液浓度高则抑制性强，浸提液浓度低则抑制性弱。紫椴种子胚各有机相及水相对白菜种子发芽率的抑制活性从大到小依次为：乙酸乙酯相，石油醚相，乙醚相，水相，甲醇相；对白菜种子胚根长抑制活性从大到小依次为：石油醚相，水相，乙酸乙酯相，乙醚相，甲醇相。种皮的各有机相及水相对白菜种子发芽率和胚根长的抑制活性从大到小依次为：甲醇相，水相，乙醚相，乙酸乙酯相，石油醚相。果皮的各有机相及水相对白菜种子发芽率和胚根长的抑制活性从大到小依次为：甲醇相，乙酸乙酯相，石油醚相，乙醚相，水相。

关键词：紫椴；种皮透性；种子浸提物；生物测定

中图分类号：S 792.36

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2015)02-0001-04

Abstract：The testa permeability of Amur linden seed and biological effect of seed extract were studied using the weight and biological assay methods.Results showed that the testa had poor permeability for the waterproof compact layer.There was germination inhibitors in the pericarp，testa and endosperm(embryo)and the inhibitory activities was ordered as testa>pericarp>endosperm(embryo)，which had a positive correlation with the concentration.The inhibitory activities for the percentage germination of B.pekinensis seedlings of all organic phases and water phase in the embryo was ordered as follows：ethyl acetate phase，petroleum ether phase，ethylether phase，water phase，methanol phase；while the order for the root growth of B.pekinensis seedlings was petroleum ether phase，water phase，ethyl acetate phase，ethylether phase，and methanol phase.The inhibitory activities for the percentage germination of B.pekinensis seedlings and root growth of all organic phases and water phase in the testa orders were methanol phase，water phase，ethylether phase ethyl acetate phase，and petroleum ether phase.For the pericarp，the inhibitory activity orders were methanol phase，ethyl acetate phase，petroleum ether phase，ethylether phase，and water phase.

Keywords：tilia amurensis；testa permeability；seed extract；biological assay

收稿日期：2014-10-11

基金项目：黑龙江省林业科技项目( GA09B202-06)

作者简介：第一张洁，硕士研究生。研究方向：森林培育。

通讯作者：*杨立学，博士，教授。研究方向：林木间化感作用。E-mail：ylx_0813@163.com

Water Permeability of Seed Coat and Bio-effectof Seed Extraction Material ofTiliaamurensis

Zhang Jie1，Yang Lixue1*，Wang Hainan2，Wang Huiren1

(1.School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040；

2.Department of Propaganda，Central South University，Changsha 410000)

引文格式：张洁，杨立学，王海南，等.紫椴种皮透性及种子浸提物生物效应的研究[J].森林工程，2015，31(2)：1-4.

植物休眠具有重要的生态学意义，体现了植物对逆境的适应能力、有利于物种的繁衍[1]。种子，特别硬实性的种子坚实而不透水、透气，或虽能透水、透气，但种皮太坚硬，胚不能突破种皮，被认为是造成种子外源性休眠的重要因素，故种子休眠的深浅很大程度上取决于透性的强弱。紫椴为中国东北地区重要的阔叶树种，研究其种子生物学特性和繁殖技术，对开发利用该树种具有重要的意义。采用称重法是研究种皮透性的有效途径[2-3]。本研究开展了紫椴种皮透水性以及种子各部位不同种类浸提液的生物效应的测定，以期为解除紫椴种子休眠和促进发芽提供理论依据。

1材料与方法

1.1　实验材料

2009年10月，于黑龙江省五常市宝龙店林场采集母树树龄为30 a的紫椴种子。取其净种子为试验材料。种子千粒重为45.4 g，含水量为18.10%。采用市售白菜种子(Brassicapekinensis)作为生物测定材料。

1.2　试验方法

1.2.1透性试验

分别称取30粒紫椴去果皮种子，30粒紫椴刺破种皮钟子(种皮上刺3个孔)，每处理重复3次。然后分别放入烧杯中，加入蒸馏水，置于25℃恒温条件下，每4 h称量一次至其重量恒定为止。其吸水率计算公式如下：

吸水率(%)=(浸种后重量-浸种前重量)/浸种前重量×100%

根据以上公式，计算两批种子的吸水率。

1.2.2种子浸提物的生物效应

参考文献参照[4]的方法，2009年的11月将紫椴种子在室外进行层级处理，次年5月取出，分离的胚乳(含胚)、果皮、种皮，各称取20 g研磨至粉状，放入三角瓶中，在4℃条件下用80%的甲醇密闭浸提，每隔24 h将浸提液更换一次(期间多次震荡)，重复3次。将浸提液合并后离心，取其上清液在30℃下用旋转蒸发仪减压蒸发，以除去甲醇。将该浓缩液分为2等份，一部分参照系统溶剂分离法`([5])将该浓缩液分离为有机相(乙醚相、石油乙醚相、乙酸乙酯相)和水相。之后将紫椴种子各部分的各有机相分别在旋转蒸发仪上浓缩蒸发至干，最后将各有机相100 mL定容，于5℃条件下保存备用。如图1所示。

图1　紫椴种子各部位有机相和水相浸提过程示意图 Fig.1 The leaching process of various organic phase and water phase of different parts in Tilia amurenis seeds

将各有机相有效浓度调至50粒/mL，对白菜种子进行发芽试验。将直径75 mm的滤纸放入加入2 mL稀释后的溶液的培养皿中，对照组加入2 mL对应的有机溶剂，待溶剂挥发后加入2 mL蒸馏水。将白菜种子在45~50℃下水浴温浸10 min后，每个培养皿均匀摆放15粒，25℃下培养，24 h后统计发芽率，之后36 h后每个培养皿随机取5粒测其胚根长度，重复5次。

2结果与分析

2.1　种皮的透水性

如图2可以看出，紫椴种子的透水性直接影响种子的萌发。完整种子在1 h内经过了急剧吸水的阶段后，则吸水率基本保持不变，整个过程耗时持久。而刺破种子吸水率变化比较明显，其吸水过程大致经历了急剧吸水(0～4 h)、缓慢吸水(4～7 h)、停滞阶段(7～10 h)等3个阶段。种子由于失去了种皮覆盖结构的阻碍作用，吸水率远远大于完整种子。

图2　紫椴完整种子和刺破种皮种子的吸水率曲线 Fig.2 The water absorption curves of intact and coat-pricked Tilia amurenis seeds

2.2　紫椴种子各部位有机相和水相浸提物的生物效应

2.2.1种子各部位不同浓度甲醇浸提液对白菜种子发芽率与胚根长的影响

如图3可以看出，高浓度的紫椴种子各部位的浸提液对白菜种子的发芽率具有显著的抑制作用，浸提液浓度越大，其抑制活性越强。当种子各部位浸提液的浓度为0.01 g/L时，白菜种子萌发率均高于对照(80%)，但是差异不显著(P> 0.05)。这可能是较低浓度的浸提液中抑制成分含量极低，对白菜萌发不足以起到显著的抑制作用，且溶液中含有的营养物质(如糖分)促进了种子的萌发。当种子各部位浸提液的浓度为0.01 g/L时，白菜种子萌发率均低于对照，且差异达到显著水平(P<0.05)。当浓度达到0.5 g/L时，各部位浸提液中抑制物质含量极高，使得白菜种子均不能萌发。

图3　不同浓度紫椴种子各部位甲醇浸提液对白菜种子发芽率的影响 Fig.3 Effects of methanol extract of different parts in amur linden seed with varied concentration on the percentage germination of B.pekinensis seedlings

如图4所示，不同浓度紫椴种子的胚、种皮、果皮的浸提液均会抑制白菜种子的胚根生长，浸提液浓度越大，其抑制活性越强。当种子各部位浸提液的浓度为0.01 g/L时，白菜种子胚根长度均低于对照(1.62 cm)。当种子各部位浸提液的浓度为0.1 g/L时，白菜种子胚根生长均低于对照，且差异达到显著水平(P<0.05)。当浓度为0.5 g/L时，各部位浸提液抑制活性极高，白菜种子均不能萌发，胚根不生长。

图4　不同浓度紫椴种子各部位甲醇浸提液对白菜种子胚根长的影响 Fig.4 Effects of methanol extract of different parts in amur linden seed with varied concentration on the root growth of B.pekinensis seedlings

2.2.2种子各部位有机相及水相浸提液对白菜种子发芽率与胚根长的影响

由图5可以看出，紫椴种子胚、果皮、种皮的有机相及水相均抑制白菜种子的萌发，且抑制作用随着种子部位与有机相的不同而不同。就胚的各有机相而论，对白菜种子发芽率的抑制程度依次为乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相、甲醇相；种皮各有机相的抑制程度依次为甲醇相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、石油醚相；果皮各有机相的抑制程度依次为乙酸乙酯相、甲醇相、石油醚相、水相、乙醚相。种子各部位之间的抑制作用差异显著(P<0.05)，种皮抑制活性最高，依次为果皮、胚。

图5　紫椴种子各部位有机相及水相浸提液对白菜种子发芽率的影响 Fig.5 Effects of various organic phase and water phase extract of different parts in amur linden seed on the percentage germination of B.pekinensis seedlings

如图6可以看出，紫椴种子胚、果皮、种皮的有机相及水相均抑制白菜胚根的生长，且抑制作用随着种子部位与有机相的不同而不同。就胚的各有机相而论，对白菜种子胚根生长的抑制程度依次为石油醚相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、甲醇相；种皮各有机相的抑制程度依次为甲醇相、水相、乙醚相、乙酸乙酯相、石油醚相；果皮各有机相的抑制程度依次为甲醇相、乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相。种子各部位之间的抑制作用差异显著(P<0.05)，种皮抑制活性最高，依次为胚、果皮。

图6　紫椴种子各部位有机相及水相对白菜种子胚根长的影响 Fig.6 Effects of various organic phase and water phase extract of different parts in amur linden seed on the root growth of B.pekinensis seedlings

3讨论

适当的水分是维持种子生命活动的必要条件之一，也只有水才能促进种子内部的一些生理代谢活动的完成。种皮(果皮)的不透水性是影响种子萌发的重要因素。一些植物种子种皮(果皮)为硬实，不能透水或透水性弱导致种子不能破除休眠[6-7]。自然情况下，细菌和真菌分泌的酶类可水解硬实种子种皮(果皮)的多糖和其他成分，使种皮(果皮)透水透气，以打破休眠。现在一般采用物理、化学方法来破坏种皮，以打破休眠。

本研究结果表明，种皮被刺破的紫椴种子吸水性大大优于完整的紫椴种子，故紫椴种子因属于硬实种子。与本研究结果相似的结果有，东北红豆杉去掉种皮和刺破种皮的种子浸泡16 h 后就得到了完好种皮浸泡32 h 后相近的种子吸水率[8]说明其种皮角质化严重，不利于透水透气。还有黄山花楸刺破种皮后大大提高了其吸水率和吸水速率[9]。有些种子的休眠则并不是由于透水性差造成的，如冬青种子，其种皮具有一定的透水性，其深度休眠是由于其内部存在的种子萌发抑制物所造成的[10]。张军保等发现茶条槭中期在浸水初期具有较高的透水性，但后期却有较大的吸水阻碍，其原因尚未明[11]。杨万霞等发现，青钱柳的种子虽然外种皮角质化，中种皮木栓化，但其未破损种子的胚，仍能具有一定的吸水性，所以紫椴种子的休眠可能是由于其种子结构所导致的机械阻力造成的[12]。

一些研究认为紫椴种子休眠是由于种皮的硬实性(不透水透气)以及其果皮、种皮和胚乳中可能含有的一种为ABA的抑制物质造成的[13-14]，并怀疑萌发抑制物质才是紫椴种子休眠的重要原因。但这些研究并未对紫椴种子不同部位所含抑制剂的活性进行比较研究。本实验证实紫椴种子的胚乳、种皮、果皮中确实都含有萌发抑制类的物质，按照其抑制强度从大到小依次为种皮、果皮、胚乳(胚)，且该抑制物质浸提液浓度高则抑制性强，浸提液浓度低则抑制性弱。若对种皮进行抑制剂浸提，各浸提液中抑制剂对白菜种子发芽率的抑制活性强度从大到小依次为：甲醇相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、石油醚相，对白菜种子胚根长度的抑制性强度从大到小依次为：甲醇相、水相、乙醚相、乙酸乙酯相、石油醚相；若对果皮进行抑制剂浸提，各浸提液中抑制剂对白菜种子发芽率的抑制活性强度从大到小依次为：乙酸乙酯相、甲醇相、石油醚相、水相、乙醚相，对白菜种子胚根长度的抑制性强度从大到小依次为：甲醇相、乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相；若对胚进行抑制剂浸提，各浸提液中抑制剂对白菜种子发芽率的抑制活性强度从大到小依次为：乙酸乙酯相、石油醚相、乙醚相、水相、甲醇相，对白菜种子胚根长度抑制性强度从大到小依次为：石油醚相、水相、乙酸乙酯相、乙醚相、甲醇相。本实验表明紫椴种子不仅具有不透水性，而且其种皮、果皮、以及胚中均含有种子萌发抑制物质。

[1]尹华军，刘庆.种子休眠与萌发的分子生物学的研究进展[J].植物学通报，2004，21(2)：156-163.

[2]徐本美.论木本植物种子休眠与萌发的研究方法[J].种子，1995(4)：56-58.

[3]于卓，王林和.三种沙拐枣种子休眠原因研究初报[J].西北林学院学报，1998，13(3)：9-13.

[4]杨晓玲，郭守华，关学敏.山楂种子层积过程中抑制物质的变化[J].经济林研究，2009，27(2)：44-48.

[5]黄耀阁，李向高.西洋参果实中抑制白菜种子发芽物质的分离与鉴定[J].植物生理学报，1997，23(1)：83-88.

[6]赵同芳.种子休眠生理概述[J].植物生理学通讯，1960(3)：23-30.

[7]藤伊政，刘瑞征，译.植物的休眠与发芽[M].北京：科学出版社，1980.

[8]程广有，唐晓杰，高红兵，等.东北红豆杉种子休眠机理与解除技术探讨[J].北京林业大学学报，2004，26(1)：5-9.

[9]陈昕，曹珊珊，张红星.黄山花楸种子休眠影响因素[J].东北林业大学学报，2010，38(7)：5-7.

[10] 王宁，吴军，张桂菊，等.冬青种壳种皮透水性及种皮浸提液的生物鉴定[J].河南科学，2006，24(4)：528-531.

[11]张军保，张振全，沈海龙，等.色木槭种皮透水性与种子浸提液生物效应的研究[J].安徽农业科学，2008，36(20)：8571-8574.

[12]杨万霞，洑香香，方升佐.青钱柳种子的种皮构造及其对透水性的影响[J].南京林业大学学报(自然科学版)，2005，29(5)：25-28.

[13]王九龄，杨建平.紫椴种子休眠原因的初步研究[J].林业科学，1981(3)：317-324.

[14]邹学忠，阎忠林，刘清田，等.紫椴种子休眠原因及催芽处理方法的研究[J].辽宁林业科技，1991(5)：6-10.

[15]邢勇，武月琴.种子休眠与致休眠因子[J].生物学教学，2003，28(5)：7-8.

[16]Kozlowski T T.Seed Biology(Edition 2)[M].New York：Academic Press，1972.

[17]姜华，唐佩华，郭仲深.田菁种皮的结构及其与透性的关系[J].植物学报，1992，34(3)：197-202.

[责任编辑：李洋]