自然贮藏对‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子萌发及抗氧化酶活性的影响
-
关键词:
- ‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子 /
- 休眠释放 /
- 发芽率 /
- 活力水平 /
- 抗氧化酶活性
Effect of Natural Storage on the Germination and Antioxidant Enzyme Activities of ‘Morat Ⅱ’ Brachiaria hybrid Seeds
-
种子休眠是指在预定的时间范围内，有生命活力体征的种子在利于其萌发的环境因子的组合条件下，本该萌发但没有发芽的现象[1-4]。许多植物的种子都具有这种现象，这是植物在长期进化过程中抵抗不良环境条件所形成的一种生态适应性，是植物适应环境的一种生存策略[5-8]。休眠的种子播种后不能及时出苗，导致田间出苗断垄现象时有发生，数年后又沦为田间杂草，这已成为草业生产严重的限制因素，是亟须解决的问题。
杂交臂形草 (Brachiaria hybrid) 为禾本科臂形草属多年生密丛型草本植物，是中国热带、亚热带地区优良的放牧及刈割兼用型牧草[9-10]。该牧草喜温暖潮湿气候，耐高温、耐干旱、耐贫瘠、耐酸，亦较耐寒[10-12]，且生长速度快、产量高。但其种子落粒性强，发芽率低，休眠程度深，严重制约了该种子的推广应用[13-14]。王琰等[9]采用机械处理破除杂交臂形草种子休眠，发现去除稃片可显著提高种子的发芽率和活力指数，发芽率达到76.00%，活力指数为0.20，分别是对照的2.05和1034.78倍。PEREIRA等[15]研究发现：在42 ℃和98%的相对湿度下，长达48 h的加速老化有助于‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的发芽和α-淀粉酶活性的提高。目前，关于杂交臂形草的相关研究主要集中在引种栽培和种子生产技术上，关于种子休眠方面的研究报道很少，其休眠的自然释放及休眠期的长短对生产影响很大，研究又尚未涉及。本试验以自然贮藏0~24个月的‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草的净种子为试验材料，每2个月取样1次，测定其发芽率、活力水平及抗氧化酶活性，研究自然贮藏过程中种子活力及抗氧化酶活性的变化规律，旨在探明其休眠的自然释放过程，确定其休眠期的长短，为该优良牧草的推广应用提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
试验以云南省普洱市生产的‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草大田种子为原始材料。种子采收后经风选获得净种子，然后将其充分混匀，并装入尼龙袋，存放于干燥、通风的储藏室内自然贮藏0~24个月。
1.2 研究方法
1.2.1 种子生活力检测
试验前即贮藏当日，随机选取100粒净种子，采用TTC图像法测定种子生活力[16]，3次重复。
1.2.2 种子预处理
从贮藏之日开始，每2个月取样1次。取样前将袋内种子搅拌均匀，然后随机称取足量种子置于500 mL的烧杯中，并用1.5%硫酸铜溶液浸种10 min进行消毒，取出后用蒸馏水冲洗3次，并将表面水分吸干备用。
1.2.3 种子发芽试验
采用纸上发芽法[17]，随机将100粒种子置于标准发芽床，在人工气候培养箱内进行发芽试验，3次重复。培养箱内全天光照，温度保持在24~26 ℃。发芽期间，每天定时浇水并观察记录种子的发芽情况。第10 天统计种子的发芽势，第21 天统计种子的发芽率。试验结束后，将幼苗置于105 ℃烘箱中杀青15 min，再降至80 ℃干燥24 h，称其干质量，并计算种子的发芽指数和活力指数[16]。
This page contains the following errors:
error on line 1 at column 1: Start tag expected, '<' not foundBelow is a rendering of the page up to the first error.
活力指数(VI)=GI×S。
式中，Dt为发芽时间，d；Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数；S为发芽试验结束时正常幼苗单株干质量，g。
1.2.4 种子生理指标测定
过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[18]、超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法[18]、过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外分光光度法[19]测定。
1.3 数据分析
用Excel 2010软件统计数据和作图，用SPSS 22.0软件进行单因素方差(ANOVA)分析，采用Duncan’s检验法进行多重比较。
2. 结果与分析
2.1 种子的生活力和种子萌发随贮藏时间的变化
经TTC (2，3，5-氯化三苯基四氮唑)染色处理后，在立体显微镜下观测到‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种胚被染成红色的种子占供试种子的64.33%。可见，云南省普洱市生产的‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草净种子的生活力为64.33%。
图1显示：随贮藏时间的延长，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的发芽率和发芽势均呈现出逐渐升高的趋势，最后趋于稳定。在种子贮藏12个月内，种子的发芽率变化不大，与对照(CK)均没有显著差异(P>0.05)；贮藏第14个月，种子的发芽率上升到40.00%，是对照的1.25倍(P<0.05)，说明休眠已经开始释放；贮藏22个月，种子的发芽率为53.00%，是对照的1.66倍(P<0.05)；贮藏24个月，发芽率略有上升，达到54.33%，是对照的1.70倍(P<0.05)，但与贮藏22个月没有差异(P>0.05)。种子的发芽势在贮藏6个月内变化不大，与对照(CK)均没有显著差异(P>0.05)；贮藏8~20个月，发芽势缓慢上升，较对照均存在显著差异(P<0.05)；贮藏第22个月后，发芽势趋于稳定，至第24个月，发芽势达到53.00%，是对照的2.27倍(P<0.05)，但与贮藏第22个月无差异(P>0.05)，说明种子早已通过休眠。
![]()
图 1 贮藏时间对莫拉特Ⅱ杂交臂形草种子的影响注：不同字母表示差异显著(P<0.05)；下同。Figure 1. Effect of storage time on ‘Morat Ⅱ’ Brachiaria hybrid seeds germinationNote: Different letters indicate significant difference at the 0.05 level; the same as below.从图1可以看出：‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的活力指数与发芽指数的变化趋势相似，随着贮藏时间的延长，均呈现逐渐升高的趋势。在种子贮藏4个月内，种子的发芽指数变化不大，较对照(CK)没有差异(P>0.05)；贮藏6~22个月，种子的发芽指数呈现缓慢上升的趋势，较对照均有显著差异(P<0.05)；贮藏至第24个月，其发芽指数达到最高值为18.20，是对照的4.78倍(P<0.05)。自然贮藏8个月内，种子的活力指数变化不大，较对照(CK)均没有显著差异(P>0.05)；贮藏10~22个月，种子的活力指数呈现缓慢上升，与对照相比均有显著提高(P<0.05)；至贮藏24个月，种子的活力指数达到最大值，为0.0853，是对照的7.48倍(P<0.05)。
2.2 自然贮藏过程中杂交臂形草种子抗氧化酶活性的变化
图2显示：‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的SOD活性与POD的变化情况相似，随着贮藏时间的延长均呈现逐渐下降的趋势。种子在收获后贮藏当日即对照(CK)的POD活性最高，为28.33 U/(g·min) (FW)，贮藏2个月，POD活性为26.67 U/(g·min) (FW)，与对照无显著差异(P>0.05)；贮藏4~24个月，POD活性缓慢下降，但较对照均有显著降低(P<0.05)，至贮藏24个月，种子酶活性仅为1.67 U/(g·min) (FW)，较对照降低94.12% (P<0.05)。种子在收获后贮藏当日即对照(CK)的SOD活性最高，为4515.15 U/(g·min)(FW)，与贮藏2个月种子的SOD活性差异不大(P>0.05)；贮藏4~24个月，SOD的活性缓慢下降，较对照均有显著差异(P<0.05)；至贮藏24个月，其活性降到最低，为107.85 U/(g·min) (FW)，较对照降低97.61% (P<0.05)。
![]()
图 2 自然贮藏过程中种子抗氧化酶活性的变化Figure 2. Changes of antioxidant enzymes activity during natural storage图2显示：与POD和SOD活性的变化趋势相反，在自然贮藏条件下，随着贮藏时间的延长，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的CAT活性呈现出逐渐升高的趋势。种子贮藏2~12个月，酶活性增幅不大，较对照(CK)均无显著差异(P>0.05)；贮藏14~24个月，酶活性显著提高，较对照及贮藏前期(2~12个月)均有显著差异(P<0.05)。贮藏24个月，种子的CAT活性最高，为813.66 U/(g·min)，较对照显著提高91.29% (P<0.05)。
3. 讨论
3.1 自然贮藏时间对杂交臂形草种子萌发的影响
发芽率是衡量种子质量好坏的重要指标，反映种子发芽数量的多少；发芽势是反映种子质量优劣的主要指标之一，体现种子发芽的快慢和整齐度；发芽指数反映种子在整个发芽期的综合活力；活力指数既能反映种子发芽率和发芽速度的高低，又能够反映生长势及生长活力的强弱[20]。本试验表明：在自然贮藏过程中，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的发芽率和各项活力指标均随贮藏时间的延长而逐渐升高，与同为热带牧草和休眠程度同样较深的纳罗克非洲狗尾草种子的情况[21]类似。
‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草净种子的生活力为64.33%，贮藏22个月时，其种子的发芽率达到53.00%，较贮藏24个月没有差异(P>0.05)，说明此时种子的休眠已经基本释放完毕，发芽率随贮藏时间的延长继续提高的空间越来越小。从另外一个角度来看，贮藏22个月时种子的发芽率占净种子生活力的82.39%，按照80.00%具有生活力的种子能正常发芽作为通过休眠的标准[16]，也说明贮藏22个月后种子已经通过休眠。因此，可以确定‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的休眠期为22个月。
3.2 自然贮藏过程中杂交臂形草种子抗氧化酶活性的变化
SOD、POD和CAT是细胞内清除活性氧的主要保护酶系统。POD是植物体内重要的一种抗氧化酶，CAT是植物体内重要的清除酶，两者协同作用清除植物体内产生的过氧化氢等活性氧[22]，增强植物的抗逆性。SOD可以使有害的超氧阴离子自由基发生歧化作用，形成分子氧和过氧化氢，从而消除自由基对植物造成的伤害[23]。杨艳等[24]在研究珙桐(Davidia involucrate Baill)种子休眠解除与萌发的过程中发现：种子通过各抗氧化酶活性间的相互作用，促进种子萌发。本研究发现：随着贮藏时间的延长，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子POD和SOD的活性均逐渐降低，这与王秋爽等[25]研究NaCl胁迫对鸡冠花(Celosia cristata L.)种子的酶活变化相似。韦小丽等[26]研究指出：随着贮藏时间的延长，麻风树种子SOD活性逐渐下降；钱秀珍等[27]研究贮藏时间对油菜种子生理生化的影响时发现：随着贮藏时间的延长，种子SOD活性也逐渐下降。说明在贮藏初期杂交臂形草种子的POD和SOD酶活性较高，有助于种子休眠解除，为种子休眠释放创造了有利条件；而随着自然贮藏时间的延长杂交臂形草种子的CAT活性则呈现逐渐升高的趋势，这与罗富成等[28]研究种子休眠完全解除之前CAT活性的变化趋势一致，金小雯等[29]也证实白燕7号在4年的贮藏期内，CAT活性呈上升趋势。说明种子在自然贮藏过程中，代谢强度逐渐增加，种子休眠逐渐释放。
4. 结论
(1)在自然贮藏条件下，随着贮藏时间的延长，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的发芽率和活力水平逐渐升高，贮藏第14个月发芽率为40.00%，种子休眠已经开始释放，至贮藏第22个月，种子休眠已经释放完毕，其休眠期为22个月。说明‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的休眠释放是一个渐进的过程。
(2)在自然贮藏条件下，随着贮藏时间的延长，‘莫拉特Ⅱ’杂交臂形草种子的POD和SOD活性逐渐降低，贮藏初期的高活性为种子休眠的自然释放创造了有利条件；CAT活性则逐渐上升，使种子代谢强度逐渐增加，推动了种子的休眠释放过程。
-
![]()
图 1 贮藏时间对莫拉特Ⅱ杂交臂形草种子的影响
注：不同字母表示差异显著(P<0.05)；下同。
Figure 1. Effect of storage time on ‘Morat Ⅱ’ Brachiaria hybrid seeds germination
Note: Different letters indicate significant difference at the 0.05 level; the same as below.
-
[1] CHEN D L, LUO X P, YUAN Z, et al. Seed dormancy release of Halenia elliptica in response to stratification temperature, duration and soil moisture content[J]. BMC Plant Biology, 2020, 20(1): 1. DOI: 10.1186/s12870-020-02560-8.
[2] SOPPE W, BENTSINK L. Seed dormancy back on track; its definition and regulation by DOG1[J]. New Phytologist, 2020, 228(3): 816. DOI: 10.1111/NPH.16592.
[3] 高荣岐, 张春庆. 种子生物学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2009. [4] 赖晓辉, 李群. 种子休眠与萌发分子机制研究进展[J]. 种子, 2014, 33(5): 53. DOI: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2014.05.039. [5] YAN A, CHEN Z. The control of seed dormancy and germination by temperature, light and nitrate[J]. The Botanical Review, 2020, 86(1): 1. DOI: 10.1007/s12229-020-09220-4.
[6] FINKELSTEIN R, REEVES W, ARIIZUMI T, et al. Molecular aspects of seed dormancy[J]. Annual Review of Plant Biology, 2008, 59: 387. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092740.
[7] 姚林君, 张克亮, 熊作明, 等. 种子形态生理休眠研究进展[J]. 生态学杂志, 2019, 38(1): 247. DOI: 10.13292/j.1000-4890.201901.021. [8] 赵凯玥, 杜利霞, 马晓莉, 等. 禾草种子休眠研究进展[J]. 草学, 2019(4): 10. DOI: 10.3969/j.issn.2096-3971.2019.04.003. [9] 王琰, 刘金海, 朱德荣, 等. 机械处理对莫拉特Ⅱ杂交臂形草种子休眠的破除效果[J]. 种子, 2020, 39(4): 150. DOI: 10.16590/j,cnki.1001-4705.2020.04.150. [10] 罗荣太, 陈兴乾, 刘仁善. 杂交臂形草引种栽培利用简介[J]. 广西畜牧兽医, 2008, 24(6): 359. DOI: 10.3969/j.issn.1002-5235.2008.06.022. [11] 陈兴乾, 黄世洋. 杂交臂形草引种试验研究初报[J]. 畜牧与饲料科学, 2009, 30(4): 63. DOI: 10.3969/j.issn.1672-5190.2009.04.032. [12] 黄世洋, 刘仁善, 罗荣太, 等. 广西南部地区四种臂形草的品比试验[J]. 广西畜牧兽医, 2010, 26(2): 71. DOI: 10.3969/j.issn.1002-5235.2010.02.002. [13] 杨连珍, 白昌军, 刘国道. 臂形草属牧草种子生产试验[J]. 热带作物学报, 2004(2): 81. DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2004.02.018. [14] 蔡小艳, 史静, 管淑艳, 等. 刈割期和留茬高度对杂交臂形草产量和品质的影响[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2017(13): 139. DOI: 10.13881/j.cnki.hljxmsy.2017.1165. [15] PEREIRA D D S, CARVALHO M L M D, GUIMARÃES R M, et al. Physiological changes in hybrid Brachiaria cv. Mulato Ⅱ after accelerated aging to overcome dormancy[J]. Journal of Seed Science, 2017, 39(3): 244. DOI: 10.1590/2317-1545v39n3171313.
[16] 胡晋. 种子生物学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006. [17] DB/5300B20001—1991. 牧草种子检验规程[S]. [18] 孙群, 胡景江. 植物生理学研究技术[M]. 杨凌: 西北农林科技大学出版社, 2006. [19] 蔡庆生. 植物生理学实验[M]. 北京. 中国农业大学出版社, 2013. [20] 唐华江, 赵丽丽, 陈超, 等. 不同处理方法对2种雀稗属牧草种子萌发的影响[J]. 种子, 2017, 36(2): 73. DOI: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.073. [21] 罗富成. 纳罗克非洲狗尾草种子的活力形成及休眠的机理研究[D]. 昆明: 云南农业大学, 2015. [22] 陈熙. 植物免疫学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1989. [23] LI Y A, YAN L, KONG X, et al. Cloning, expression, and characterization of a novel superoxide dismutase from deep-sea sea cucumber[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 163: 1875. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.09.135.
[24] 杨艳, 黎云祥, 胥晓. 珙桐种子休眠解除和萌发过程中主要抗氧化酶活性和代谢产物含量的变化[J]. 植物分类与资源学报, 2015, 37(6): 779. DOI: 10.7677/ynzwyj201515074. [25] 王秋爽, 程广有. NaCl胁迫对鸡冠花种子萌发与抗氧化酶活性的影响[J]. 北华大学学报(自然科学版), 2018, 19(2): 262. DOI: 10.11713/j.issn.1009.2018.02.026. [26] 韦小丽, 周晓东. 不同贮藏条件对麻疯树种子生理生化和萌发的影响[J]. 种子, 2011, 30(2): 33. DOI: 10.16590/j.cnki.1001.2011.02.059. [27] 钱秀珍, 伍晓明, 胡琼, 等. 贮藏时间对油菜种子生理生化性状的影响[J]. 中国油料, 1993(3): 32. [28] 罗富成, 段新慧, 彭健, 等. 纳罗克非洲狗尾草种子休眠人工破除方法[J]. 草业科学, 2014, 31(2): 256. DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2013-0363. [29] 金小雯, 张炜炜, 赵桂琴, 等. 贮藏年限对燕麦种子生理生化特性的影响[J]. 草地学报, 2019, 27(2): 356. DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2019.02.012. -
期刊类型引用(3)
1. 侯小进，张梦，刘克帅，蔡祖国，陈莹莹，王保全. 低温处理对桃种子贮藏物质及抗氧化酶活性的影响. 河南科技学院学报(自然科学版). 2024(01): 9-15 . 
百度学术
2. 聂宇婷，张昭，崔凯伦，吕艳贞，孙娟，闫慧芳. 草种子活力的生物学调控与提高技术研究进展. 草地学报. 2023(08): 2263-2274 . 百度学术
3. 许世达，王立，吴莹，徐汤俊，耿兴敏，祝遵凌. 低温层积对3种椴树属植物种子活性氧含量和抗氧化酶活性的影响. 植物资源与环境学报. 2022(06): 84-86 . 百度学术
其他类型引用(1)
下载:
计量
- 文章访问数: 2207
- PDF下载量: 9
- 被引次数: 4
