观光木种子浸提液内源抑制物活性

覃静婷,覃永华,刘 莉,刘世男,卢志海,王禧龙

(1.广西大学林学院;广西高校亚热带人工林培育与利用重点实验室,广西 南宁 530004;2.广西壮族自治区林业勘测设计院,广西 南宁 530011;3.广西壮族自治区南宁树木园,广西 南宁 530032)

种子中存在的内源抑制物质与种子休眠紧密相关,能够影响种子的生理活动,如阻碍细胞分裂、分化、伸长和发育,最终影响种子萌发[1-3]。木兰科(Magnoliaceae)中的红花玉兰(Magnoliawufengensis)新鲜种子外种皮中含有抑制作用较强的内源抑制物质,导致种子萌发率低[4];巴东木莲(Manglietiapatungensis)种子的抑制物质存在于种皮和胚乳中,且胚乳中抑制物质的抑制作用比种皮更显著[5];华中五味子(Schis-andrasphenantheraRehd.et Wils.)种子的种皮和种仁中均含有内源抑制物质,且种皮中的抑制物质活性强于种仁[6]。由此可见,木兰科不同树种种子通过不同部位不同活性内源抑制物质作用,抑制种子萌发。因此,研究植物种子中内源抑制物质的存在部位和活性,有利于打破种子休眠,促进种子萌发,为后期品种选育、种质资源保存等奠定基础。

观光木(Tsoongiodendronodorum)为木兰科观光木属(TsoongiodendronChun)常绿阔叶乔木,是我国珍稀易危物种,属国家二级保护植物[7],主要分布于我国长江以南地区[8]。观光木树干通直圆满,材质优良,可用于建筑、家具和乐器等[9];因树形优美、花美芳香、果实独特,常用于城市绿化和园林建设[10];此外,观光木树皮、枝叶、果实挥发油提取物可用作香料、化妆品和医药产品的原料[11-12],具有一定的经济价值和发展潜力。但由于长期采伐、生境退化以及落花落果严重,同时,果实易被虫鼠啃食,且种子休眠期长、发芽率低,导致野生种群的数量及分布范围不断减少[13-15]。本研究以观光木种子为研究对象,以白菜种子为受体植物,利用甲醇萃取观光木种子假种皮、种皮及胚乳浸提液,探讨观光木种子各部位的内源抑制物活性,为打破观光木种子休眠、促进种子萌发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为观光木当年生种子,2021年11月下旬采自广西百色市那坡县德标村。受体材料为晓富种业有限公司提供的白菜种子,纯度96%,净度98%,含水率≤7%,发芽率≥85%。

1.2 观光木种子不同部位甲醇浸提液制备

参照黄雍容等[16]的方法,取观光木种子,分离假种皮、种皮和胚乳(带胚),共3组,分别称取10 g,利用80%甲醇制备观光木种子不同部位浸提液原液,质量浓度均为100 g/L;稀释不同部位浸提液,质量浓度为12.50、25.00、50.00、75.00、100.00 g/L,置于4 ℃下备用。

1.3 种子内源抑制物活性测定

选择饱满无损的白菜种子,先用蒸馏水在45 ℃水浴中浸泡10 min,不断搅拌,取出后备用。分别加入不同质量浓度浸提液5 mL于铺有滤纸的培养皿(直径11 cm)内,摆放50粒种子,以蒸馏水作为对照,每个处理3次重复。将培养皿放入(25±1)℃、12 h光照/12 h黑暗、光照度2 500 lx的恒温培养箱中。每日在固定时间补充浸提液保持培养皿湿润,24 h后统计萌发数量,如连续3 d无种子发芽视为发芽结束。7 d后分别从各处理培养皿中随机取10株苗,测定主根长、苗高、单株鲜质量,每个处理3次重复。

1.4 幼苗抗氧化参数测定

种子发芽后,连续在培养皿中培养7 d后,参考熊庆娥等[17]《植物生理学实验教程》中的方法,分别测定SOD、POD、CAT活性和MDA含量。

1.5 数据处理

利用Microsoft Excel 2010统计数据,利用SPSS Statistics 22.0分析数据。数据用平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 观光木种子浸提液对白菜种子萌发的影响

由表1可知:观光木种子不同部位浸提液均抑制白菜种子萌发,且随着质量浓度升高,白菜种子发芽率降低。白菜种子发芽率除在假种皮浸提液质量浓度低于25.00 g/L时与对照差异不显著外,种皮、胚乳和其他假种皮浸提液各质量浓度均与对照存在显著差异(P<0.05);在100.00 g/L时,假种皮浸提液处理的白菜种子发芽率比种皮和胚乳浸提液处理分别降低48.67%和46.00%,达到差异显著水平(P<0.05)。

表1 观光木种子不同部位浸提液对白菜种子萌发的影响Tab.1 Effect of aqueous extract of different parts of T. odorum seeds on seed germination of cabbage

发芽势是检验种子发芽整齐度和发芽速度的指标。由表1可知:观光木种子不同部位浸提液处理的白菜种子发芽势随质量浓度的升高而降低。在相同质量浓度下,假种皮浸提液处理的白菜种子发芽势均低于种皮和胚乳浸提液处理,其中,在低于25.00 g/L时,假种皮浸提液处理的白菜种子发芽势与种皮和胚乳处理相比抑制作用差异不显著(P>0.05);50.00 g/L时,种皮和胚乳浸提液处理的白菜种子发芽势差异不显著(P>0.05),假种皮浸提液处理的白菜种子发芽势比种皮和胚乳浸提液处理分别降低了38.66%和42.66%,达到差异显著水平(P<0.05)。

与对照组相比,观光木种子不同部位浸提液处理的白菜种子发芽指数和活力指数均低于对照组。除胚乳浸提液处理质量浓度为12.50 g/L时的发芽指数与对照无显著差异外,种皮和假种皮浸提液处理的白菜种子发芽指数均与对照存在显著差异(P<0.05);胚乳浸提液各处理的白菜种子发芽指数分别比对照降低2.27%、7.86%、7.89%、9.72%、11.50%,种皮浸提液各处理的白菜种子发芽指数分别比对照降低4.00%、4.49%、5.99%、7.50%、10.53%,假种皮浸提液各处理的白菜种子发芽指数分别比对照降低6.29%、10.89%、22.16%、25.83%、30.37%。同一质量浓度不同部位间的发芽指数也存在差异,抑制作用表现为假种皮>胚乳>种皮。在50.00 g/L时,观光木种子假种皮、种皮和胚乳浸提液处理的白菜种子活力指数达到差异显著水平(P<0.05)。

综上可知,观光木种子的不同部位浸提液对白菜种子萌发存在抑制作用,抑制作用表现为假种皮>胚乳>种皮。

2.2 观光木种子不同部位浸提液对幼苗生长的影响

由表2可知:观光木种子胚乳浸提液对白菜根长生长呈现低促高抑现象,当质量浓度低于50.00 g/L时,浸提液对白菜根长生长起促进作用;当浸提液质量浓度为100.00 g/L时,浸提液处理的白菜根长比对照降低36.65%,达到差异显著水平(P<0.05)。观光木种子种皮浸提液对白菜根长的影响与胚乳浸提液表现相反,即低抑高促,当质量浓度低于12.50 g/L时,对白菜根长生长有抑制作用,但抑制作用与对照差异不显著(P>0.05);当质量浓度为25.00 g/L时,对白菜根长生长有促进作用,且促进作用与对照差异显著(P<0.05)。观光木种子假种皮浸提液对白菜主根长的影响与胚乳表现趋势一致,即低促高抑,当质量浓度低于12.50 g/L时,浸提液对白菜根长生长起促进作用,且达到显著水平(P<0.05);当质量浓度高于25.00 g/L时,浸提液处理的白菜幼苗根长比对照降低30.92%～96.80%,达到差异显著水平(P<0.05);当质量浓度高于50.00 g/L时,各部位间均存在显著差异(P<0.05)。

表2 观光木种子不同部位浸提液对白菜幼苗根长、苗高和鲜质量的影响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:观光木种子各部位不同质量浓度浸提液对白菜苗高生长均有抑制作用。当观光木种子胚乳浸提液质量浓度低于50.00 g/L时,浸提液对白菜幼苗苗高生长的抑制作用与对照无差异显著(P>0.05);在75.00～100.00 g/L时,抑制作用与对照差异显著(P<0.05);除观光木种子种皮浸提液在质量浓度低于12.50 g/L时抑制作用与对照无显著差异外,其他处理均与对照存在显著差异(P<0.05);观光木种子假种皮浸提液处理各质量浓度均与对照存在显著差异(P<0.05)。

观光木种子胚乳和种皮不同质量浓度浸提液处理的白菜幼苗鲜质量与对照无显著差异(P>0.05);假种皮浸提液对白菜的鲜质量表现为抑制作用,且都是随着浸提液质量浓度的升高抑制作用增强。

综上可见,观光木种子各部位不同质量浓度浸提液处理对白菜根长、苗高和鲜质量均有不同程度影响。其中,对白菜苗高生长均表现为抑制作用,抑制作用为假种皮>胚乳>种皮;假种皮和胚乳浸提液对白菜根长生长呈现低促高抑现象,而种皮浸提液对白菜根长和鲜质量的影响呈现低抑高促现象。

2.3 观光木种子不同部位浸提液对白菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影响

由表3可知:白菜幼苗的SOD和CAT活性随着观光木种子各部位浸提液质量浓度的提高呈先升高后降低的趋势。白菜幼苗的SOD和CAT活性在胚乳浸提液质量浓度为50.00 g/L时达到最大;种皮浸提液处理质量浓度为25.00 g/L时,SOD活性与对照无显著差异(P>0.05),CAT活性达到最大,且与对照差异达到显著水平(P<0.05);当质量浓度增大到100.00 g/L时,SOD和CAT的活性急剧下降,表现为抑制作用;假种皮浸提液质量浓度为50.00 g/L时,SOD和CAT的活性达到最大,且与对照有显著差异(P<0.05)。

表3 观光木种子不同部位浸提液对白菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影响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含量随着种子各部位浸提液质量浓度的提高表现出先下降后上升的趋势。白菜幼苗的POD活性在胚乳和种皮浸提液质量浓度为12.50 g/L和100.00 g/L时达到最大,除种皮浸提液质量浓度为100.00 g/L时与对照有显著差异外,其他种皮和胚乳浸提液质量浓度间差异不显著(P>0.05);假种皮浸提液的POD活性均高于对照,当浸提液质量为100.00 g/L时,与对照差异达到显著水平。胚乳浸提液在质量浓度高于75.00 g/L时,白菜幼苗的MDA含量增加,对植物的细胞膜造成一定损害,但与对照差异不显著(P>0.05)。种皮和假种皮浸提液处理的白菜幼苗与对照无显著差异(P>0.05),在质量浓度低于25.00 g/L时,对植物有促进作用,植物的细胞膜没有损害;当质量浓度在25.00～100.00 g/L时,植物细胞膜的损害程度不断加大。

3 讨论与结论

种子内源抑制物质是种子难以萌发的原因之一,其种类繁多,可能存在于种子的某个部位,也可能同时存在于种子的不同部位[18-21]。于海莲等[22]研究发现,相同浓度下,南方红豆杉(Taxuschinensisvarmairei)种子各部位(胚、胚乳、内种皮、中种皮和外种皮)浸提液均对白菜种子发芽有抑制作用;刘立言等[23]发现,在用白檀(Symplocospaniculata(Thunb) Miq)种子不同部位浸提液处理的白菜种子中,胚乳浸提液对白菜种子发芽率、苗高、根长的生长抑制作用强于种壳和果肉;郑艳玲等[24]发现,华盖木(Manglietiastrumsinicum)种子中存在萌发抑制物质,其中,种皮的萌发抑制作用最强。本试验结果与前人的研究结果相似,观光木种子不同部位浸提液对白菜种子的萌发均有抑制作用,并且不同浸提液质量浓度下白菜种子的发芽率、发芽指数和活力指数均为假种皮抑制作用最强,其次为胚乳和种皮。由此表明:观光木种子的假种皮、种皮和胚乳中均含有抑制种子萌发的内源抑制物质,且假种皮中抑制物质的抑制作用高于胚乳和种皮,这可能是因为假种皮、种皮和胚乳中存在的抑制物质种类和活性不同。

本研究中,观光木种子的假种皮、种皮和胚乳浸提液对白菜幼苗生长表现出不同程度的影响,各浸提液处理对幼苗苗高的抑制作用大于幼苗根长,说明假种皮、种皮和胚乳中存在的内源抑制物质对幼苗地上部分的影响大于地下部分。抑制物质对白菜幼苗的作用部位不同,对幼苗根长和苗高产生不同影响,这与丁言等[25]和王红佳等[26]的研究结果一致。此外,本试验中的假种皮和胚乳浸提液对白菜根长生长呈现低促高抑现象,而介于假种皮和胚乳之间的种皮浸提液对白菜根长和鲜质量的影响表现为低抑高促。造成这种现象的原因可能是由于种皮中的内源抑制物质对幼苗生长的抑制作用较弱。刘序等[27]和年慧慧等[28]研究指出,影响幼苗生长的主要原因之一是假种皮和胚乳含有较高的内源抑制物质,这与本研究的结果存在一致性。

本研究表明,随着观光木种子各部位浸提液质量浓度的升高,白菜幼苗的POD酶活性与MDA含量表现出先降低后升高的趋势,说明各部位浸提液均能够抑制白菜幼苗POD酶活性与MDA含量,这与张翔宇等[29]的研究结果相似;SOD和CAT酶活性表现出先升高后降低的趋势,表明各部位浸提液不会直接抑制SOD和CAT酶活性,这与鲍红春[30]、宋会兴等[31]的研究结果一致。各部位浸提液在低质量浓度时可以促进SOD和CAT活性提高,可能是因为低质量浓度浸提液虽然使白菜幼苗体内活性氧和自由基得到积累,但白菜幼苗可以调控SOD、CAT活性,予以清除,但当质量浓度继续升高,超过了白菜幼苗的清理能力时,促使MDA含量升高,幼苗的细胞膜透性增大,膜脂质过氧化作用加重,致使植物细胞损坏,从而导致SOD、POD和CAT酶紊乱,酶随之失活。

观光木种子在自然状态下萌发率低,除受外界环境因素影响外,其种子自身含有抑制萌发的内源物质也是原因之一。本研究结果表明,观光木种子内存在抑制种子萌发及幼苗生长的物质,在假种皮内含有的影响幼苗CAT、POD、SOD活性和MDA含量的抑制物质活性高于种皮和胚乳,这可能是观光木种子发芽率低的重要原因,而这类物质的种类和具体成分尚需进一步研究确定。