聚乙二醇对烟草种子活力及幼苗保护酶活性的影响

第19卷第1期云南农业大学学报Vol.19 No. 12004年2月Journal of Yunnan Agricultural UniversityFeb. 2004聚乙二醇对烟草种子活力及幼苗保护酶活性的影响’张燕',方力,李天飞,吴业池2 ,冯永新2( 1. 云南烟草科学研究院生物技术重点实验室,云南昆明650106 ;2.中国科学技术大学经济技术学院, 安徽合肥230052 )摘要:以烟草种子为材料用不同浓度的聚乙二醇PEG )浸种不同时间测定了浸种后种子萌发过程中和萌发后幼苗中某些生理生化指标及保护酶活性的变化。结果表明,PEG浸种能显著提高种子发芽率和幼苗活力指数,增强萌发种子的呼吸强度和淀粉酶活性,以 20% PEG- 6000浸种48 h效果最好。不同活力水平的种子经20%PEG处理后幼苗活力指数明显提高叶片超氧物歧化酶SOD)过氧化氢酸CAT)和过氧化物酶(P0D等保护酶活性升高膜脂过氧化产物丙二醛(MDA和超氧阴离孔(02-)冶量及电解质外渗率显著低于对照。研究还发现,PEG处理能提高种子在低温下的萌发率增强幼苗抗冷性。关键词: PEG ;活力指数;烟草种子中图分类号:s 572.041文献标识码:A文章编号: 1004- 390X( 2004 )01 - 0036- 05Effects of Seed Soaking in PEG on Seed Vigor andProtective Enzyme Activities of Tobacco SeedlingsZHANG Yan' ,FANGLi ,LI Tian-feil ,WU Ye-chi? , FENG Yong- xin?( 1. Key Laboratory of Biotechnology , Yunnan Academy of Tobacco Science , Kunming 650106 ,China ;2. University of Science and Technology of China , Hefei 230052 , China )Abstract : The tobacco seeds were soaked in the different concentration PEG solution and treat them differ-ent time respectively. During germination seeds and growth seedlings , the physiological and biochemical in-dex and the activity of protective enzyme were determined. The results showed that PEG could obviously pro-mote the germination rate of tobacco seeds and vigor index of tobacco seedlings. It also could increase theintensity of respiration and a-amylase activities of germinating seeds and it had best effect with seed soakingin 20% PEG solution for 48 hours. The activity of superoxide dismutase( SOD ) , the peroxidase( POD ) andcatalase( CAT ) increased compare to the control in different vigor levels seeds. While the content of MDAand the rate of O2- production and electric conductivity decreased significantly than those the control. Thisalso indicate that increased germination rate of seeds and the chilling resistance of seedlings under lowertemperature stress thought immersed pretreatment with PEG .Key words : PEG ; vigor index ; tobacco seedPEG是一种高分子渗压剂其突出的优点是齐的良好效果。近几年来PEG在多种作物和蔬菜本身作为高分子化合物不能渗入种子活细胞内但种子中国煤化工;对促进萌发縮短出可参与细胞内许多生理代谢过程。1973 年Hey-苗时MYHCNMH G性有-定作用1-3。decker首次利用PEG处理蔬菜种子取得了出苗整Woodstock又发现PEG具有修补老化种子膜损伤作*收稿日期:2003-05 -08作者简赵振燕( 1963- ) ,女安徽合肥人副研究员主要从事烟草生理生化研究。第1期张燕等聚乙二醇对烟草种子活力及幼苗保护酶活性的影响37用。本文就PEG处理对种子活力、幼苗生长及某重计算幼苗活力指数。些与抗逆性有关的酶活性变化进行了探讨,以期为1.3.2 测定项目及方法PEG在烟草上的应用提供理论参考。电解质外渗率测定参照陈光仪4]的方法,用DDS一307 型电导率仪测定浸出液电导率;种子发1材料和方法芽的第6d分别按文献5和文献6]的方法测定1.1 供试材料萌发种子呼吸强度和a-淀粉酶活性,丙二醛烟草品种为NC89 ,PEG- 6000(分析纯)为上海( MDA )含量测定参照朱广廉6的方法超氧阴离子化学试剂厂进口分装。(O2-含量测定参照王爱国7等的方法将显色反1.2 试验方法应产物于530 nm处比色在标准曲线上查得NO2 -1.2.1 PEG处理的浓度后换算成02-产生速率。SOD 活性测定按PEG浸种处理分为2组(1 )分别用10% ,刘鸿先等8]的方法;CAT酶活性按李柏林等9]的方20% 30%( W/V )不同浓度的PEG溶液浸种处理烟法测定;POD 活性测定用愈创木酚法10] ;以上测定草种子24h 48h 72h(2 )用20%的PEG溶液对均重复3次取平均值。高、低不同活力水平种子浸种48h浸种后用蒸馏水洗去种子表面PEG室温下晾干对照种子用蒸2结果与分析馏水浸种。2.1 PEG 浸种对烟草种子萌发和幼苗活力的影响1.2.2 萌发试验.表1结果显示经不同浓度PEG处理不同时萌发试验分为2组( 1将不同浓度PEG处理间后种子发芽率和发芽指数较对照有明显提高幼种子和对照种子在26 C黑暗条件下发芽(2 )20%苗活力指数和生长势较对照有不同程度的增加在PEG处理的种子和对照种子在10~ 12 C低温条件田间表现上可能是出苗率高、出苗整齐。PEG 处理.下萌发。种子萌发后,定量补充Hongland培养液,对种子活力的效应与PEG浓度和作用时间有关。每天光照12h生长温度25+2)C培养20d后取生低浓度下种子发芽率、幼苗活力指数和生长势均.长-致的幼苗测定叶片中有 关生理生化指标。随处理时间的延长而提高高浓度时随处理时间延1.3 测定项目和方法长种子发芽率和活力指数有所下降和对照相比仍1.3.1 种子发芽率和幼苗活力测定高于对照。综合各项指标分析,以20% PEG浸种逐日记载处理和对照种子发芽数，计算种子发48 h效果最佳。芽率和发芽指数测定幼苗根长、苗高及根、苗鲜表1PEG浸种对烟草种子萌发和幼苗活力的影响Tab.1 Effect of seed soaking in PEG on germnination seeds and vigor of tobacco seedingsPEG浓度处理时间苗鲜重/根鲜重/发芽率发芽指数°活力指数 ”活力比/%/%(mg 10株-1)2425.21+ 1.196.14+0. 1684.3325.9715. 84.100.00对照4824.24+ 1.315. 66+0.2085.3325.2114.37 .90.72221.66土1.694.70+0.2979.7323.9311.24 .70.9624.33土1.285.58土0.2486.2326.2314.6992.7410% .27.07土1.557.32+0.3188.37 .27.8320.31128.227229.62+ 1.429.06土0.2889.0327.6025. 12158.5928.84土1.368.75+0.19中国煤化工24.07152. 1520%32.17+ 1.5710.82 +0.25CNMH G30.49192.4929.88土1.399.28+0.2126.24165.6626.61士1.618.24+0.3388.0327.3522.43141.5830%29.48+1.41.8.71+0.2487.6227. .6124.02 .151.6527.67+ 1.287.03+0. 16.86.83 .26. 8018.78118.57注:*废身貉聂GI)= X( G/Dt )Gt逐日发芽数,Dt相应的发芽天数; * *活力指数( VI)=发芽指数x根鲜重mg)38云南农业大学学报第19卷2.2 PEG 浸种对不同活力水平种子的效应对不同活力水平的种子萌发都有促进效应幼苗活刚成熟的烟草种子采收后立即播种发芽率达力指数也有不同程度提高。在-定的范围内,PEG .90%以上，但一-经干燥贮藏种子活力则随贮藏时处理对低活力种子的促进效应较高活力种子显著。间的延长而降低。表2结果显示,20% PEG浸种表220%PEC浸种对不同活力水平种子萌发的影响Tab.2 Effect of seed soaking in 20% PEG on germination seeds of diferent vigor levels发芽率/%活力指数样对照PEG比对照增加/%1(新采收种子)93.3394. 331.0717.8329.4365.06x室温密闭贮藏1年)84.1788.455.08 .13.3628.46113.023(室温开放贮藏1年)77.3383..337.769.8221.39117.824(人工老化5d)*45.6757.5325.976.0215. 16.151.83 .$人工老化10d)33.1339.6719.7410.04121.63注:*人工老化条件为35 C 95% RH.2.3 PEG浸种对低温下烟草种子活力和抗寒力的照与高活力种子相比,PEG 对低活力种子的促进影响效果更为明显。经PEG处理后低活力种子的萌种子在较低温度下萌发时表现为发芽缓慢、发发率和活力指数分别较对照增加了21.7%和芽率低,且出苗不整齐。表3结果显示,PEG处理266. 5%高活力种子增加了14. 1%和124.1%.种子在低温下的萌发率和幼苗活力指数均高于对表320%PEG浸种对烟草种子( 10~ 12 C萌发的影响Tab.3 Effect of seed soaking in 20% PEG on germination seed under lower temperatur( 10~ 12 9C )高活力种子低活力种子* *页目萌发率/%74.7385.2314.0558.6271.3321.68 .根鲜重人(mg 10株-1)3.226.3998.451.834.45143.16发芽指数23.6626.7212.93 .15.4323.1750.167.63 .17.07123.7210.33267 .62注:*指室温密闭贮藏1年的种子;* *指人工老化种子(35 C 95%RH 10d)2.4 PEG 浸种对萌发烟草种子呼吸速率和a-淀( 02-和电解质外渗率的影响粉酶活性的影响02-是O2的单电子还原产物,它是生物体内最种子呼吸作用不仅可为胚萌发生长提供必不初产生的活性氧。表5结果显示与高活力种子相.可少的能量,同时呼吸作用也反映了种子代谢机构比,低活力种子中02-含量高,PEG浸种对不同活的完整性因此种子呼吸与活力有密切之相关。从力种子中02-含量都有降低作用但PEG处理对表4看出随着萌发的推进种子呼吸强度逐步加低活力种子的效应大于高活力种子,该结果表明强第10d达到高峰萌发初期对照和处理种子呼PEG处理能有效地降低叶片02-的积累。吸强度差异很小,从第6d开始PEG处理种子呼吸MAD是膜脂过氧化作用的主要产物,其含量强度增加的幅度明显大于对照。萌发种子中a-淀粉酶活性与呼吸强度变化趋势基本一致a-淀电导高低中国煤化工约程度而叶片外渗液粉酶活性提高加速了种子内淀粉等贮藏物质的水MHCNMHG膜受伤害的程度。表解和转化增加了呼吸底物促进种子呼吸作用，两5结果显示不同活力水平的种子内膜脂过氧化作用和细胞膜损伤程度存在较大差异,经PEG处理者之间存在一定的相关性。2.5 PEG浸种对烟草叶片 MDA含量、超氧自由基的叶片MDA含量和外渗液电导率降低,这说明PEG在一定程度上能防止细胞膜脂过氧化减少细第1期张燕等聚乙二醇对烟草种子活力及幼苗保护酶活性的影响39胞内电解质外渗。表420%PEG浸种对烟草萌发种子呼吸速率和a-淀粉酶活性的影响Tab.4 Effects of seed soaking in 20% PEG on rate of respiration and a- amylase activities of germinating seeds呼吸速率[ Qyumot(h g)~( FW)]a-淀粉酶活性/[麦芽糖mg( min g) ( FW)]萌发天数/d对照PEG比对照增减/%0.980.92-6.121.711.60-6.431.221.274.102.021.97- 2.471.4220.4.2.332.493.431.651.9920.62.582.826.87l01.772.2627.72. 8912.01.64.2.1128.72.713.1516.2表5 PEG对烟草幼苗MDA含量、02 -含量和电解质外渗率的影响Tab.5 Effects of seed soaking in 20% PEG on the content of MDA and O2- and conductivity of tobacco leaves高活力种子低活力种子“.目比对照降低/%比对照降低/ %MDA[ pumol g~( FW )]26.4421.717.93 .87.5969.7120.4102-[pmol g-'(FW )]1.110.7334.234.832.9538.92电解质外渗率/%13.6810.5023.2563.4044.0130.58注:*指室温密闭贮藏1年的种子;* *指人工老化种孔(35 C 95% RH ,10d)。2.6 PEG 浸种对烟草叶片保护酶活性的影响子中SOD ,POD和CAT酶活性较低活力种子高经植物体内的活性氧代谢和脂质过氧化过程与PEG处理后的叶片SOD ,CAT和POD酶活性均不许多酶活性,如超氧化物歧化酶(SOD)过氧化物同程度地高于对照。其中高活力种子中以SOD和酶POD和过氧化氢酶(CAT)等保护酶密切相关。POD活性增幅较大,低活力种子中SOD酶活性增叶片中3种酶活性测定结果表明(表6)高活力种幅较大。表620% PEG浸种对烟草叶片SOD CAT和POD活性的影响Tab.6 Effects of seed soaking in 20% PEG on SOD CAT and POD activities of tobacco leaves高活力种子”低活力种子**页比对照增加/%SOD[U g~'( FW)]33.7147.4340.7011.4316.6445.58P0D/[△0D4ni(min g)(FW )]64.5795.0347.1727.2933. 2821.95CAT[( H2O2 )ng( min g)-'( FW )]143.61182.5927.1488.82106.7120.14注:*指室温密闭贮藏1年的种子;* *指人工老化种孔(35 C 95%RH ,10d)映种子活力水平。本试验结果表明, PEC浸种后,3讨论种子活力指数均有不同程度的增加种子萌发期间种子活力是影响农作物产质量的一个重要方的呼吸速率和a-淀粉酶活性提高表现为种子内面,它是指在广泛的田间条件下种子本身具有的部中国煤化王强,这说明PEG处理决定其迅速而整齐出苗及正常苗发育的全部潜力可2:MYHCNMHG过程保证种子萌发和的所有特性11]。由于发芽指数比发芽率更能准确幼苗生长所需要的物质基础和能量基础提高种子地反映种子质量而幼苗生长势与种子活力又是不活力。可分割地联系在一起,因此在衡量种子活力时常研究认为种子贮藏期间膜脂过氧化作用产生将发芽指数写翻描生长势结合起来用活力指数反的活性氧和膜的不完整状态是导致种子活力下降,40云南农业大学学报第19卷影响萌发的主要原因之一。超氧化物歧化酶植物学报,1985 2X3)329 -333.(SOD)过氧化物酶(P0D)和过氧化氢酶(CAT)是[3]顾龚平吴国荣陆长梅等. PEG处理对大豆种子幼细胞抵御活性氧伤害保护酶系统的主要组成部分,苗活力及活性氧代谢的影响[J]中国油料作物学报2000 2X2)26- 30.在清除自由基和阻止自由基形成方面起重要作[4]陈光仪傅家瑞. PEG处理种子的条件及其模拟[ J].用12。本试验结果表明,不同活力水平种子经种子,1983(3):16- 20.PEG浸种后都能提高保护酶活性增强机体清除自[5]薛应龙.植物生理学实验[ M]北京高等教育出版由基的能力从而有效地保护了膜结构的完整性。社,1985.同时种子经PEG浸种后,改变了干燥种子膜磷脂[6]朱广廉,钟诲文,张爱琴.植物生理学实验[ M]北的物理状态限制水分进入种子的速率这样就有京北京大学出版社,1990.可能减小种子因快速吸涨造成膜系统的损伤,有利[7] 王爱国罗广华.植物的超氧自由基与羟胺反应的定于细胞膜的修复减少营养物质的渗漏表现为叶量关系[J]植物生理学通讯,1990(6)55-57.片膜脂过氧化产物MDA和02-的含量及电解质外[8]刘鸿先,曾韶西,王以柔,等.低温对不同耐寒力的渗率降低。从试验结果也可以看出,PEG 对低活力黄瓜幼苗子叶各细胞器的超氧物歧化酶的影响[J].植物生理学报,1985 ,1( 1)48 -57.种子的促进效应较高活力种子显著。由于细胞内[9]李柏林梅慧生.燕麦叶片衰老与活性氧代谢的关系清除自由基的能力增强,膜脂过氧化作用减轻烟[J]植物生理学报,1989 ,151)6-12.草幼苗耐低温胁迫的能力也相应提高。[ 10] 张志良.植物生理学实验指导[ M]. 北京高等教育[参考文献]出版社,1990.[11] 陶嘉龄郑光华.种子活力M]北京科学出版社,[1] 吕小红傅家瑞.聚乙二醇渗调处理提高花生种子活991.力和抗寒性J].中山大学学报,990 29( 1 )63-69.[12]冯文新.钙浸种对小麦幼苗保护酶活性及膜功能的[2] 郑光华徐本美顾增辉. PEG引发"种子的效果[ J ].影响[J]麦类作物,1997 ,173)30- 33.eeEEEEeEeeeeeEEeEEEEEEEEEEEEEEeeeEEEEEEEEEEEEEEEEEEEeeeeEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE简讯2003年云南农业大学被国务院学位委员会批准增列为博士学位授予单位云南农业大学前身为云南大学农学院,创建于1938年。1958 年独立为昆明农林学院,1971 年更名为云南农业大学。办学65年来学校已成为一所以农科为优势农、工、经、管、理、文、法、教育等学科交叉融合、协调发展的省属重点大学。2001 年通过了教育部本科教学工作水平评估被评为良好。现设有本、专科专业55个具有24个硕士点2003年被国务院学位委员会批准增列为博士学位授予单位。并增列作物遗传育种"植物病理学" 2个学科为博士学位授予权学科。“三青内北士学学报》编辑部中国煤化工11月3日MHCNMH G