杂交水稻培矮64S和金23B种子萌发相关生理特性比较

欧鸥 王若仲 丁君辉

摘  要：以萌发特性差异显著的杂交水稻品种培矮64S和金23B为材料，通过对其种子萌发率的测定并结合种子萌发过程中内源植酸、肌醇、可溶性糖等生理生化成分含量的动态变化分析，比较了培矮64S和金23 B生理特性的差异。结果表明：在种子萌发过程中，植酸含量均下降，蒸馏水培养金23B 48 h植酸的含量高于培矮64S，120 h含量降至比培矮64S低。肌醇含量均上升，且金23B的升幅大于培矮64S。可溶性糖含量均上升，金23B在各个时间点的含量均低于培矮64S。由此说明，易萌发的金23B种子萌发时的分解代谢作用比培矮64S种子萌发时旺盛。

关键词：杂交水稻;种子萌发;植酸;肌醇;可溶性糖;萌发率

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2014）02-0031-03

Comparison of Physiological Characteristics Related to

Seed Germination between Hybrid Rice Varieties

― Peiai64S and Jin23B

OU Ou， WANG Ruo-zhong， DING Jun-hui

（Hunan Provincial Key Laboratory of Phytohormones and Growth Development， HNAU， Changsha 410128， PRC）

Abstract： Hybrid rice varieties Peiai64S and Jin23B are significant difference in germination characteristics. They were used as experimental materials to compare the physiological characteristics through determining seed germination rate and analyzing dynamic changes in contents of physiological and biochemical compositions （endogenetic phytic acid， inositol， soluble sugar， etc.） during seed germination. The results showed that during whole process of seed germination， the content of phytic acid decreased， in comparison with Peiai64S， it was higher in Jin23B cultured in distilled water for 48 h， but lower after 120 h; the content of inositol increased， and it increased larger in Jin23B than Peiai64S; the content of soluble sugar also increased， but it was lower in Jin23B in each time point in comparison with Peiai64S. Therefore， the variety of easy to sprout rice — Jin23B is more active in catabolism than the other rice variety — Peiai64S when seed germination， but the synthesizing content of α-amylases is lower than Peiai64S.

Key words： hybrid rice; seed germination; phytic acid; inositol; soluble sugar; germination rate

種子的萌发常常被看作是种子植物生命周期的开始，从生理角度看，萌发是无休眠或已解除休眠的种子吸水后由相对静止状态转为生理活动状态，呼吸作用增强，酶的种类和数量显著增加，同时启动大量的酶促反应进行生物转化，种子中储藏的各种物质被转化和提升为可供新生命利用的高活性成分，供给胚的营养，引起胚生长的过程。种子的发芽率是反映种子生命活力的最直接的指标。发芽率不仅受种子大小，饱满度和完整性，遗传性等内在因素的影响，还受种子生长发育成熟期环境、晾晒、贮藏期间温度和湿度的条件与机械加工损伤等外在因素影响[1]。

植酸在种子萌发和发育中有多方面的作用。一定浓度的外源植酸能延缓种子萌发，降低种子萌发率。丁君辉等[2]研究表明，外源植酸能够降低杂交水稻发过程中α-淀粉酶活性，与此同时，其可溶性糖含量也有所下降，同时外源植酸有利于保持水稻种子内源植酸含量的稳定，从而有效抑制淀粉酶活性和种子萌发。同时，植酸还可能对种子萌发起关键作用的磷酸化酶和α-淀粉酶等水解酶活性起到强烈的抑制作用[3]。肌醇是一种水溶性的B族维生素，具有代谢脂肪和胆固醇的作用，在供给脑细胞营养上扮演重要的角色。在植物学上，肌醇可参与细胞壁的形成过程，因而对种子萌发和幼苗的生长是十分重要的。糖类物质是植物生长发育和基因表达的重要调节因子，生物组织中常见的可溶性糖有葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖。赵江涛等[4]发现，糖类物质不仅是能量来源和结构物质，而且参与植物体内渗透调节，并且在信号转导中具有类似激素的初级信使作用。试验以杂交水稻培矮64（难发芽的品种）和金23B（容易发芽的品种）的种子为材料，研究了种子萌发过程中不同时间的萌发率及植酸、肌醇、可溶性糖的含量变化，旨在探讨不同类型杂交水稻种子萌发的差异。

1 材料与方法

1.1 供试材料

杂交水稻金23B种子由湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室提供。杂交水稻培矮64S种子由湖南省隆平高科公司提供。

2.2 试验方法

1.2.1 试验处理及取样 取培矮64S及金23B饱满种子，分别用蒸馏水浸泡，于暗处浸种，温度25oC，处理24 h，用蒸馏水冲洗干净。每个处理取种子200粒，3次重复，置于垫有滤纸的培养皿中。然后在培养皿中加入蒸馏水直至刚好浸没种子，放入人工气候箱 PYX-300Q[温度（30±1）℃，相对湿度（85±5）%、光强93.6 μmol/m2·s 、光照12 h/d]中培养，每隔12 h加水一次，保持滤纸湿润。从培养48 h开始取样，每隔24 h取一次，直至培养120 h，取出样品测其萌发率、以及植酸、肌醇、可溶性糖的含量。设置3次重复。

1.2.2 植酸、肌醇和可溶性糖的含量测定 （1）植酸含量测定采用分光光度法[5]。 取0.5 g种子加入10 mL 1.2%HCl，10% Na2SO4溶液浸提2 h，4 000 r/min离心30 min。取上清液于4oC冰箱冷藏12 h。取提取液2 mL，加15% TCA溶液2 mL于10 mL玻璃试管，混匀。于4oC冰箱放置2 h后，4 000 r/min离心30 min，取上清液2 mL，用0.75 mol/L NaOH调pH值为6.0～6.5，加蒸馏水到30 mL，取3 mL稀释液加1 mL 0.03% FeCl3·6H2O和0.3%磺基水杨酸混匀在500 nm值下用分光光度计比色。

（2）肌醇含量测定采用分光光度法[6]。取2 g已研磨好的干燥粉末状种子倒入10 mL玻璃试管，加入900 mL/L乙醇6 mL，冷浸12 h，过滤，残渣加900 mL/L乙醇4 mL，振摇数分钟，过滤，合并上述滤液，水浴回流2 h，抽滤（回收乙醇），得到的溶液取3 mL转入50 mL烧杯。加硫酸—醋酐溶液200 μL，转动使其溶解，加盖表面皿，沸水浴5 min，冷却，加水500 μL，沸水浴5 min，加6 mol/L乙酸200 μL，水浴使其沉淀溶解，冷却，加盐酸羟胺溶液300 μL，沸水浴8 min，冷却，加浓盐酸160 μL，摇匀，加9.0 g/L FeCl3180 μL。此時溶液呈紫红色，转入10 mL玻璃试管，放置10 mim，在500 nm下用分光光度计比色（FeCl3溶液作空白）。

（3）可溶性糖含量采用蒽酮比色法[7]。取0.05 g干燥粉末状种子倒入10 mL玻璃试管，加4 mL80%乙醇，80℃水浴40 min，冷却，离心或者过滤，残渣加2 mL 80%乙醇重复提取，收集上清液或滤液，加10 mg活性碳，80℃水浴脱色30 min，用80%乙醇定容至10 mL，吸取1 mL乙醇提取液，加入5 mL蒽酮溶液，摇匀，沸水中显色10 min，溶液呈现青绿色，冷却，在625 nm下用分光光度计比色。

2 结果与分析

2.1 培矮64S和金23B种子萌发差异比较

从48～120 h两品种种子的萌发率对比中发现（表1），金23B的萌发率在各个时间点都高于培矮64S，说明金23B具有易萌发品种的特性，且在48 h这个时间点上差异最明显，但到72 h培矮64S的萌发率迅速上升至90%以上。但金23B在96 h的萌发率已达到100%，而培矮64S直到120 h的萌发率也没能达到100%。

2.2 培矮64S和金23B种子萌发过程中植酸含量的变化

种子萌发时所进行的物质代谢和能量转化都与含磷有机物密切相关。在成熟的种子中，植酸（肌醇六磷酸）是磷的一种主要贮藏形式。种子萌发时，植酸在植酸酶的作用下，分解为肌醇和磷酸。

由图1可知，在两个杂交水稻品种的种子萌发过程中，植酸的含量总体来说都呈下降趋势，说明植酸在种子萌发过程中处于分解消耗状态。金23B在48 h的含量超过培矮64，而从48～120 h的含量呈直线下坡趋势，虽然培矮64S在96 h处的含量时候有明显上升趋势，但96 h之后其含量仍呈下降趋势，到120 h金23B植酸的含量已明显低于培矮64S。综合评价，易发芽的金23B植酸的分解代谢作用强于不易发芽的培矮64。

2.3 培矮64S和金23B种子萌发过程中肌醇含量的变化

从图2中看出，在2个品种的种子萌发过程中，肌醇含量一直处于上升的趋势，说明种子内的植酸一直处于分解过程中。金23B的肌醇含量在各个时间点均高于培矮64S，说明金23B种子内植酸的分解量在各个时间点都高于培矮64S。48～72 h，两个杂交稻品种种子的肌醇增长幅度基本一致，72 h后，金23B的增长幅度大于培矮64S。根据以上分析，金23B由植酸分解产生肌醇的含量和速率都大于培矮64S，再次证明了金23B的分解代谢作用强于培矮64S。

2.4 培矮64S和金23B种子萌发过程中可溶性糖含量的变化

可溶性糖是种子萌发过程中淀粉的水解产物。淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶作用下水解为葡萄糖。

从图3中可以看出，在2个品种种子萌发的过程中，可溶性糖含量都呈上升趋势，说明其分解代谢都呈现逐步增强的趋势。种子萌发前仅含有β-淀粉酶，萌发后才形成α-淀粉酶，可能是由于金23B种子糊粉层合成α-淀粉酶的含量在各个时间点都比培矮64S合成α-淀粉酶的含量低，所以金23B的α-淀粉酶水解淀粉为葡萄糖的含量比培矮64在各个时间点的都低。从图3中可见，两条折线的斜率相差不大，证明两个品种种子α-淀粉酶的合成量虽然有差别，但合成量的增长速率比较接近。关于这两个品种萌发特性相异的种子在萌发过程中α-淀粉酶的合成量存在差别的原因还有待进一步研究。

3 结  论

试验结果表明，易发芽的金23B在96 h已经达到100%发芽，而难发芽的培矮64S在120 h仍未能全部萌發，说明了两个品种种子萌发特性上的显著差别。在萌发过程中，金23B的植酸含量由开始高于培矮64S到后来低于培矮64S ，说明金23B种子内的植酸分解作用明显强于培矮64S，即从一个方面证明了易发芽的金23B在萌发过程中分解代谢作用强于不易发芽的培矮64S。

肌醇是植酸分解得到的产物，金23B种子内肌醇产生的数量和速率都大于培矮64S，再次从另一个方面证明了易发芽的金23B在萌发过程中的分解代谢作用强于不易发芽的培矮64S。

可溶性糖是淀粉酶水解淀粉得到的产物，两品种种子萌发过程中，可溶性糖含量都处于增长状态，说明淀粉在被逐步水解，这与林琼等[8]的研究结果一致。他们的研究结果还表明，在种子萌发过程中，淀粉含量随着淀粉酶活性的升高逐渐降低，两者之间呈显著负相关。可溶性含量的变化趋势，反映了植物体内碳水化合物的转运情况，而且在有机物的代谢中起着重要作用，这也是种子能顺利萌发和生长的重要生理基础之一。在种子的萌发过程中，金23B的可溶性糖含量变化趋势与培矮64S一致，但是前者的合成量低于后者，合成量出现差别的原因还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 冯培煜，宋瑞莲，王春华，等. 玉米种子生产过程中发芽率降低的原因及预防措[J]. 作物学报，2008，（4）：105-107.

[2] 丁君辉，彭应龙，欧 鸥. 植酸对杂交水稻V20B种子萌发及生理特性的影响[J]. 亚热带植物科学，2012，41（2）：6-8.

[3] 宋国清，肖竞鹏，周 勇，等. 植酸对杂交稻种子萌发过程及几种酶活性影响的研究[J]. 湖北大学学报，1997，（4）：379-383.

[4] 赵江涛，李晓峰，徐睿忞，等. 可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用[J]. 安徽农业科学，2006，（24）：6423-6425，6427.

[5] Haug W，Lantzsch H J. Sensitive method for the rapid determination

of phytate in cereals and cereal prodcts[J].Sci Food Agric.，1983，

34：1423-1426.

[6] 王秀丽，李叶云，周 会，等. 败酱草中肌醇含量测定[J]. 安徽中医学院学报，2002，（1）：52- 53.

[7] 梁建生，曹显祖，徐  生，等. 水稻籽粒库强与其淀粉积累之间关系的研究[J]. 作物学报，1994，20（6）：685-691.

[8] 林 琼，黄 华，李 辉，等. 凤仙花种子萌发过程中的生理生化变化[J]. 贵州农业科学，2009，37（6）：48-50.

（责任编辑：高国赋）