探讨高效促进种子萌发的新策略

孟繁茵，杨 振

(天津南开中学 天津 300100)

活性氧，是指带有一个不成对电子的氧自由基及其活性衍生物，它是一种既可以得电子又可以失电子的活性基团，可以活跃地参加到体内各类生化反应中。[1]活性氧可以在成熟的植物体内合成，是植物对外界环境的一种调节，但由于活性氧的活性极高，过多积累时会对植物本身产生极大的损伤。而瞬时活性氧会在一定时间内结合成不活跃的氧气，减少对植物的损害。

种子休眠是植物在长期系统发育过程中形成的抵抗不良环境条件的适应性，是调节种子萌发的最佳时间和空间分布的有效方法，具有普遍的生物学意义。这种特性对种子本身有利，但对农业生产却不一定有利，会引起出苗不齐等问题。[2]打破种子休眠的方法有很多，家庭园艺播种常识性处理办法是以一定浓度(通常为 0.5%)的高锰酸钾溶液浸泡种子后进行播种，可以有效提高萌发率和萌发速度。

在家庭萌发豆芽的实验中，发现过长时间的高锰酸钾溶液浸泡反而不如高锰酸钾迅速处理绿豆种子的发芽率高，笔者认为这可能与含氧物质处理时间以及某个时间节点内种子周围氧浓度有关，有可能是由于具有瞬时性的高浓度活性氧在打破种子休眠方面更加具有优势。经查阅文献发现，H2O2(活性氧的一种)化学处理法已经成为了一种常用的解除休眠的化学试剂，H2O2和低温共同处理作为打破预先干燥的未成熟种子休眠的方法，已经被用于小麦加代育种研究，已有报道称 H2O2促进种子萌发是通过其氧化性软化种皮，但尚没有对由 H2O2分解产生的瞬时高浓度活性氧促进种子萌发的相关研究。故本实验设计3种处理办法，对比3种不同的活性氧的产生方法处理新鲜和陈旧种子，观察它们对萌发率、萌发时间和萌发后种子状态的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

新鲜绿豆(市购)，陈旧的绿豆种子(家中)，医用H2O2(药店)，医用高锰酸钾(药店)，二氧化锰(学校实验室)，医用棉花(药店)。

1.2 实验方法

1.2.1 种子预处理

将买来的绿豆种子用清水洗净后用棉花吸干表面的水分，将其分为对照组(采用自来水浸泡4,min)，瞬时高浓度活性氧处理组(催化剂下处理H2O2，40,s内取出)，过 H2O2常态处理组(过 H2O2直接处理，4,min)和高锰酸钾溶液处理组(0.5%高锰酸钾溶液浸泡4,min)，每个处理组平行分3组，每一组50粒，同样方法处理陈旧绿豆种子，每组50粒。

1.2.2 H2O2处理种子(常态活性氧)

将处理好的种子浸入3%的H2O2中，尽量保证每粒种子与溶液的接触面积相同，适度搅拌，计时4,min将种子取出，放入事先垫好饱和湿润卫生纸的培养皿中，在室温下培养。

1.2.3 H2O2瞬时处理种子(瞬时活性氧组)

将处理好的用同样的方法浸入掺有二氧化锰的3%的 H2O2中，适度搅拌，40,s(瞬时活性氧能持续大约45,s)后取出放入培养皿，方法同上。

1.2.4 高锰酸钾溶液处理种子(溶解活性氧)

将洗净的种子放入温水制备 0.5%的高锰酸钾溶液，适度搅拌，4,min后将种子取出放入培养皿，方法同上。

1.2.5 对照组处理

将处理好的种子浸入自来水中，计时4,min将种子取出，放入事先垫好饱和湿润卫生纸的培养皿中，在室温下培养。

1.3 收集数据

每12,h观察一次结果，共观察12,h。主要观测萌发数量和发芽率，发芽率＝萌发种子数/种子总数，并观察幼芽生长情况，将结果记录，后期进行统计学分析(见图1)。

图1 实验操作(摆放种子)Fig.1 Experimental operation(placing seeds)

2 实验结果

2.1 绿豆种子处理结果

瞬时高浓度活性氧处理对绿豆种子萌发的影响明显高于普通双氧水制备的常态活性氧处理组和高锰酸钾溶液处理组(两者的处理时间均为 4,min)，3种处理方法的效果又明显高于对照组。可见活性氧物质对种子萌发具有明显的促进作用，并且以瞬时活性氧最为突出(见图2、表1)。

表1 不同处理方法处理新种子Tab.1 Treatment of fresh seeds

图2 不同处理方法处理新鲜绿豆萌发率Fig.2 Germination rate of fresh mung bean seeds treated with different methods

图3 不同处理方法促进绿豆种子萌发趋势关系图Fig.3 Relational graph of fresh mung bean seed germination trend under different treatment methods

由图3可以看出，瞬时高浓度活性氧诱导种子萌发明显优于其他组，拐点出现较早，其诱导种子萌发的时效性高于其他组。高锰酸钾溶液处理和常态过氧化氢溶液提供的活性氧在相同时效内其萌发率均高于对照组，且二者诱导种子萌发作用的趋势相当。未经处理的种子，萌发趋势呈现线性，切劣于经过制氧剂激活后的种子，提示3种作用均可以有效诱导种子萌发，提高萌发率。

图4 不同方法处理24 h后绿豆种子萌发情况Fig.4 Fresh mung bean seed germination status 24h after treatment

由图 4可以看出，不同处理方法处理新种子后，瞬时高浓度活性氧组萌发率明显高于其他组，且其生长状态较其他处理方法处理的绿豆更为成熟，生长更为旺盛。另外两种氧处理方法其萌发状态与萌发数量均优于未处理组。

2.2 对陈年绿豆种子的处理结果(见表2)

表2 不同处理方法处理陈年种子Tab.2 Treatment of old seeds

图5 不同处理方法处理陈旧绿豆萌发率Fig.5 Germination rate of old mung bean seeds treated with different methods

高锰酸钾处理组有效提高了陈年种子的萌发率，打破其休眠，萌发结果高于对照组。但两组过氧化氢来源的活性氧并未起到促进作用，相反，还从一定程度上抑制其萌发，其萌发率低于对照组(见图5)。

图6 不同处理方法处理陈旧种子萌发率趋势Fig.6 Relational graph of old mung bean seed germination trend under different treatment methods

由图6和图7可以看出，高锰酸钾溶液处理后，可以显著促进陈旧种子萌发，其生长旺盛、状态良好，而其他两种处理方法均会对种子萌发起到某种抑制作用，萌发延迟。相同时间下，其萌发率和新生幼芽的生长状态均低于对照组。

图7 不同处理方法处理24,h陈旧种子萌发情况Fig.7 Old mung bean seed germination status 24,h after treatment

3 讨 论

传统上破除种子休眠的方法有很多，其中针对种皮处理的较多，因为种皮会在萌发过程中起到抑制作用，它一方面会阻碍种子内外的物质交换，尤其是阻止内部抑制物质逸出，如脱落酸等；[1]另一方面，过硬的种皮会从物理萌发过程上抑制胚胎发育生长，软化种皮成为了打破休眠的突破口。本实验涉及的促进种子萌发的药物为二氧化锰、高锰酸钾以及双氧水，其化学活性相对于植物激素半衰期短，易于清除，尤其是双氧水，其分解产物为氧气和水，具有更高的安全性，对于提升我国的食品安全具有很大的积极意义。

从实验结果上看，催化剂条件下的双氧水获得的瞬时高浓度活性氧处理组在促进绿豆种子萌发的几组比较中都有明显优势。提高环境中氧气的浓度可以打破休眠，双氧水本身的氧化性可以软化种皮，促进活性氧进入，同时活性氧能够更加活跃地参与到种子的各种生化反应，打破种子休眠。其效果要好于片面提高环境中的氧含量，这就是2组活性氧处理组能有效提高萌发数的原因。催化剂条件下制得的瞬时高浓度活性氧的瞬时性和高浓度更扩大了这个优势，加强了这一过程，虽然双氧水一直在分解，但其对种皮的氧化性依然存在，也就是说在软化种皮的同时又快速注入大量的活性氧。

值得注意的是，针对陈年种子的实验结果，不同处理方法中萌发率最高的是高锰酸钾溶液组，双氧水释放的常态活性氧组略高于催化剂条件下的瞬时高浓度活性氧组，两者都不如对照组萌发率高。从这个现象可以推断出由于过氧化氢所释放的活性氧类物质具有很强的化学活性，而陈年种子的耐受能力偏差，活性氧产生的这种强氧化过程造成内部伤害致使种子的萌发率下降。瞬时活性氧对种子的伤害较大，可能也是因为其氧释放的高浓度，有可能加强了活性氧对于种子的损伤，但这一现象并不明显。而高锰酸钾溶液获得活性氧由于化学性质较稳定，且其具有一定的缓释作用，故其对于种子作用较为温和，对陈旧种子而言，这些微量活性氧可能有助于陈旧种胚细胞的激活。

有趣的是，在新绿豆种子的萌发过程中，催化剂条件下的瞬时高浓度活性氧组和过氧化氢组发芽的种子在一开始的生长速度明显高于高锰酸钾组，说明双氧水电离出的含氧类物质不只在促进种子萌发还对幼苗的生长有一定的影响，但其作用方式及时效、量效关系还有待进一步验证。

4 结 论

活性氧物质可以积极地参加到种子内的代谢中，打破休眠，对新鲜种子的作用明显。同时，双氧水产生的含氧活性物质有对种子本身有伤害，在陈年种子上体现明显。

经实验证实，该方法优于传统的种子处理方法。基于这一实验结果可以提出一种促进种子萌发的优化方法，即利用双氧水尤其是催化剂诱导下的瞬时高浓度活性氧处理植物种子来打破植物种子休眠。该方法可以有效提高种子发芽率以及缩短植物发芽周期，使植物同步化生长，从而避免出苗不齐等由种子休眠这一现象引起的不利于农业生产和园艺欣赏的现象发生。

［1］ 孙果忠，张秀英，肖世和. 活性氧对 ABA 和水分胁迫抑制的小麦萌发胚内淀粉酶表达的影响[J]，麦类作物学报：2005，25(4)：50-53.

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

［3］ 颜启传. 种子学[M]. 北京：中国农业出版社，2005.