NaCl胁迫对黄精种子活性和生理特性的影响

郭坤元，何美军，林先明，郭汉玖

(湖北省农业科学院中药材研究所，湖北恩施 445000)

黄精(PolygonatumsibiricumRed.)，又被称为老虎姜、鸡爪参等，为百合科黄精属多年生草本植物，可以药食两用[1]，根据《中国药典》记载，可以将其分为滇黄精(PolygonatumkingianumColl)、黄精(PolygonatumsibiricumRed)、多花黄精(PolygonatumcyrtonemaHua)3类[2]。在栽培种植方面，目前人们多利用黄精的地下根茎部分进行扩繁，但是无性繁殖有一个非常大的缺点，就是种植几代后，黄精的品质会越来越差，非常不利于其持续性栽培和大面积种植，因此，利用有性繁殖是今后黄精栽培种植的方向[3]。同时植物种子在萌发生长过程中会遇到各种不利环境，如干旱、水涝、盐碱化等[4]，因此研究有关种子在逆境胁迫条件下的生理变化，萌发情况就显得尤为重要。目前为止，有关黄精种子在正常条件下含水量[5]、休眠[6]、萌发[7]等方面的研究已被报道，但是有关黄精种子在逆境胁迫下生理萌发方面的研究还未发现。本试验旨在研究黄精种子在不同浓度的NaCl盐胁迫条件下，种子内部生理生化及活力的变化情况，希望通过这些研究结果为以后黄精种质资源的开发与利用提供前期研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验所用黄精种子于2015年11月采自湖北省恩施市新塘乡华中药用植物园实验基地。采收后的种子经过发酵、揉搓、去皮等处理。挑选籽粒饱满、无病虫害、无损坏的种子用于试验。

1.2 方法

1.2.1 黄精种子的前期处理 根据国际种子检验规程，挑选饱满、无损坏、无病虫害的黄精种子，称质量后均匀的平铺在烘干盒里，在烘箱里烘干14 h以上直至种子质量恒定，冷却后待用。

1.2.2 黄精种子NaCl盐胁迫处理 选取30粒烘干至恒质量的黄精种子，进行消毒灭菌处理后，于25 ℃培养箱中分别在无菌蒸馏水以及浓度为100、125、150 mmol/L的NaCl溶液中12 h光照/12 h黑暗培养，随后分别测量培养2 d、1周、2周、3周后黄精种子的丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、粗脂肪含量等生理指标。

1.2.3 黄精种子各生理指标测定 采用TTC染色法测定不同处理条件下黄精种子的活性情况[8]；利用TBA反应测定MDA的含量[9]；参照《植物生理学实验教程》测定过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT以及超氧化物歧化酶SOD的活性[10]；利用考马斯亮蓝法和索氏提取法分别测定可溶性蛋白质和粗脂肪的含量[11]；采用葱酮比色法测定可溶性糖的含量[9]。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子活性的影响

种子活性是衡量种子质量标准的重要指标之一。由图1可知，随着处理时间的延长，4种条件下黄精种子的活性均呈现出降低的趋势，其中对照组蒸馏水处理的种子活性降低幅度较小，125、150 mmol/L NaCl处理条件下的种子活性降低幅度较大，在处理30 d，对照组种子的活性仍然有60%左右，而试验组种子的活性则降低到25%左右。

2.2 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子MDA含量的影响

MDA是种子氧化应激反应过程中的产物，影响着种子的质量[12]。从图2可以看出，随着处理时间的延长，黄精种子的MDA含量均逐渐增加，随着处理浓度的升高，MDA的含量也逐渐升高，尤其是在150 mmol/L NaCl胁迫条件下，在处理30 d其MDA含量达到1.6 nmol/g左右，而对照组蒸馏水处理的MDA含量仅为0.25 nmol/g左右，表明高浓度的NaCl胁迫处理使种子积累了较多的MDA，不利于种子的萌发和生长。

2.3 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子CAT活性的影响

CAT可清除种子在萌发过程中产生的大量过氧化氢，具有保护细胞的作用。从图3可以看出，随着处理时间的延长，蒸馏水处理的对照组CAT活性呈现出比较规律的下降趋势，而NaCl处理的试验组中，CAT活性在处理前2 d呈现出降低的趋势，在2～7 d内呈现出增加的趋势，随后又呈现出降低的趋势，NaCl的浓度越高，CAT的活性越低，在处理30 d时，对照组蒸馏水的CAT活性最高，试验组150 mmol/L NaCl胁迫处理的最低。

2.4 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子SOD活性的影响

超氧化物歧化酶与植物的逆境胁迫关系密切，它可以保护植物及其种子在不利环境中正常萌发及生长。由图4可知，不同处理条件下黄精种子的SOD活性大体上都呈现出下降的趋势，其中在100 mmol/L NaCl胁迫条件下，处理的2～7 d 有先上升后下降的趋势，125、150 mmol/L NaCl胁迫条件下，处理的第2周有上升趋势，随后下降。在处理30 d时，对照组蒸馏水的SOD活性最高，试验组150 mmol/L NaCl胁迫处理的最低。

2.5 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子POD活性的影响

过氧化物酶具有很高的活性，同CAT一样可以有效清除细胞内的过氧化氢，起到保护植物细胞的作用。由图5可知，不同处理条件下的POD活性大致都经历了先降低后升高再降低的趋势，不同的是蒸馏水对照组POD活性降低和升高的幅度较小，而NaCl胁迫处理的变化幅度较大，其中在处理 2～14 d，3种NaCl浓度条件下都呈现出升高的趋势，且在 14 d 时，100 mmol/L NaCl胁迫下的POD活性超过对照组，达到67 U/g左右；在处理30 d时，对照组和100 mmol/L NaCl胁迫下的POD活性比较接近，而125、150 mmol/L NaCl胁迫下的POD活性降至20 U/g左右。

2.6 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子可溶性糖含量的影响

可溶性糖是种子乃至整个植株生长过程中最主要的能量来源，正确测量种子可溶性糖的含量有助于了解种子的萌发能力[13]。由图6可知，在对照组和100 mmol/L NaCl胁迫组中，黄精种子可溶性糖含量先增加后降低，且100 mmol/L NaCl胁迫处理的可溶性糖含量高于对照组；在高浓度的NaCl胁迫组中，黄精种子可溶性糖的含量先降低后略微增加，随后又降低，表明低浓度的NaCl胁迫可以增加黄精种子的可溶性糖含量，同时增加的可溶性糖可以增强黄精种子对NaCl胁迫的抵抗能力，起到控制水分平衡、保水和防止水分流失的作用，而高浓度NaCl胁迫则损坏了黄精种子，使其可溶性糖含量降低。

2.7 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子可溶性蛋白质含量的影响

可溶性蛋白质既是种子能量物质之一，又是种子酶系统等物质的储存体，在种子活力和萌发等方面起着重要的作用[14]。由图7可知，随着处理时间的延长和处理浓度的增加，黄精种子可溶性蛋白质含量均呈现下降的趋势，其中蒸馏水对照组下降的趋势较弱，而高浓度NaCl胁迫组下降的趋势比较明显，表明NaCl胁迫破坏了黄精种子蛋白质结构的稳定性，种子受到损伤，不利于生长和萌发。

2.8 不同浓度NaCl胁迫处理对黄精种子粗脂肪含量的影响

粗脂肪是种子重要的能源物质之一，可以在种子萌发时经特定脂肪酶的作用分解为分子量比较小的脂肪酸等物质，其中不饱和脂肪酸在不利条件下会被氧化成自由基，产生丙二醛损伤膜脂和膜系统，影响种子活力[15]。由图8可知，随着处理时间的延长和处理浓度的增加，黄精种子粗脂肪含量均呈现下降的趋势，高浓度NaCl胁迫下降更为明显，可能是因为高浓度的NaCl胁迫严重破坏了种子的膜系统，从而导致种子活力下降。

3 讨论与结论

本研究对黄精种子在不同浓度NaCl胁迫条件下种子活力及各种生理指标进行了测定，研究发现，随着处理时间的延长，4种条件下黄精种子的活性均呈现出降低的趋势，其中对照组处理的种子活力降低幅度较小，而高浓度NaCl处理的种子活力降低幅度较大，在处理30 d时降低到原来25%左右，表明高浓度的盐胁迫不利于种子活力的保持[16-17]。MDA测定结果发现，随着处理时间的延长，高浓度NaCl处理下种子MDA的含量较高，在30 d时达到1.6 nmol/g，研究认为高浓度的NaCl胁迫可以导致种子积累较多的MDA，不利于种子的萌发和生长，与林艳等的研究结论一致[12，18]。POD、CAT以及SOD的测定结果发现，低浓度的NaCl胁迫会刺激种子氧化酶类的产生，可保护其减少伤害，而高浓度的NaCl胁迫严重破坏了种子的膜结构，导致种子内氧化酶类大量减少，活性降低[19]。可溶性糖、可溶性蛋白质、粗脂肪的含量测定结果发现，低浓度NaCl胁迫条件下，黄精种子内可溶性糖的含量会升高，升高的可溶性糖可以增强黄精种子对NaCl胁迫的抵抗能力，起到控制水分平衡和防止水分流失的作用，而高浓度NaCl胁迫损坏了黄精种子的膜脂和膜系统，影响种子活力[15]。