马尾松种子生长与幼苗成长过程的养分动态研究

任学栋

摘 要：本文对马尾松种子生长到幼苗成长的过程划分为5个检测点，记录其自身内含养分变化外，其营养方式由异养到光合自养的转换也可能影响了生长速率的变化。这也为后续植物生理生化的研究提供参考。

关键词：马尾松种子；萌发；异养；自养：养分动态

马尾松——生存环境分布十分广泛，可在酸性土壤中存活，固定土壤以防水土流失，是我国重要的人工造林树种之一。其生长迅速、材质优良、耐湿性好，可用于造纸业、水底工程等，且松花松脂药效显著，是良好的中药材。为更好地利用马尾松的经济价值和生态价值，从马尾松的生长特性着手，探究种子萌发生长过程中的机理。当种子萌发时——原生质内转变为溶胶状态，大量蛋白质酶活化将蛋白质分解为氨基酸，供应植物的生长发育，一部分氨基酸可重新合成新蛋白质。例如花生种子萌发时，可溶性蛋白质种类增加，贮藏性蛋白质明显减少；本实验通过蛋白组学的分析，及光合作用中必要的叶绿素以及Rubisco合成进行检测，分析出马尾松种子萌发过程中由异养转变为自养的转换时间点。

一、 材料与方法

选取马尾松成熟种子来自安徽淮河流域、大别山以南，避光、透气、4℃冷藏备用。

1.发芽处理

流水冲洗种子2-3h，阴干后，用0. 5% KMnO4溶液浸泡1h，流水冲洗干净后晾干；将种子置于烧杯中用蒸馏水浸泡，种子与水体积分数为1：3；恒温水浴，每天换水。露白后用湿纱布包裹种子，在恒温32℃条件下发芽。记录不同催芽温度，不同催芽时间的露白率和发芽率。铺种后，观察马尾松形成幼苗全过程的生长情况，选取生长检测点，记录鲜质量、壳质量、生长时间以及长度等。将各时期的鲜样-80℃保存备用。

2.干物质的测量

将各个时期10粒样品分为1组，做3组重复，用滤纸吸干表面水分测定鲜质量并记录。将干燥箱温度预先调整到105℃，将样品放在干净的培养皿中进行烘干。烘干3h后，将样品置于EP管中，在干燥皿中降温至室温测质量。记录数据后，重复烘干直至干燥后样品质量不变。记录干物质的质量。

3.光合速率与叶绿素的测量

将各个时期的鲜样准备好，利用Li-6400光合仪测量呼吸强度和光合强度。呼吸强度用无光源测定，而光合强度利用己有光源测定。光合强度=（光合吸收的CO2量一呼吸释放的CO2量）/叶绿素含量。测定时间为9：00-11：00之间，测量之前植物样品进行正常光照活化处理。根据改良叶绿素含量测定的公式CT= （12. 21 D664—2. 81D645）+（20. 13D645一5. 03 D664 ）计算叶绿素总含量，式中：CT为2种叶绿素之和。

二、淀粉、蛋白质和脂肪酸的测量分析

1.马尾松发芽情况

催芽实验对马尾松的种子进行不同催芽温度和时间的筛选，结果：催芽浸泡温度为45℃，72h露白率最高。在32℃浸泡不同时间均有较高的露白率。但是露白仅表示胚部组织吸水后从种皮裂缝中突显出来，而胚的活性取决胚根的生长。经过发芽率比较，催芽水浴温度为32℃时发芽率最高，但露白率最高的45℃条件下则发芽率为零。因此催芽条件筛选为32℃恒温水浴，浸泡72h后铺种发芽。

根据马尾松种子萌发及生长过程中形态上的明显差异，分为若干个不同的时期，从中选取5个时期的生长检测点（图1）。主要包括成熟期的种子、经催芽处理的萌动期种子、胚根突破种皮的生长1期、子叶未展开前，并且在顶端有部分茎段呈现紫红色和绿色子叶脱壳展开的幼苗。由表1中数据得知，各时期质量增加明显，尤其是在发芽后，鲜质量成倍增长。

图1萌发过程中5个典型差异时期

表1不同发育时期的生长情况

发育时期 鲜质量/mg·粒-1 壳质比/% 生长时间/d 苗长/cm 叶数

成熟期 10.3±2.6 29.61±5 0 0.5±0.1 /

萌动期 14.53±2.69 26.3±4 2±2 0.5±0.1 /

发芽1期 16.3±2.73 23.17±2 4±2 0.6±0.1 /

发芽2期 25.3±2.79 15.3±2 8±2 3.4±0.8 /

幼苗期 51.3±5.99 7.42±2 14±3 7.1±1.0 7±1

2. 马尾松萌发与光合作用

（1）干物质质量的变化

将样品烘干6h以上，干物质质量变化范围不显著。从种子萌发起，种子吸收水分的能力就很强。在G1期胚根突破种壳后，根的吸水能力远大于萌发期种子的吸涨作用，随着胚根根毛的数量增多，吸水能力增强。从萌发到幼苗形态建成，干物质含量有所降低，但是差异不显著。随着贮藏物质经酶解分成小分子物质，被呼吸作用消耗后，从某时期起，幼芽可以从外界获得能源，但是实验条件只提供了充足的水分和适时的光照条件。所以在整个过程中，马尾松种子发芽应该经历了异养阶段到自养过程的转变。

图2 干物质质量与光合作用

检测叶绿素含量和光合速率验证马尾松的自养转变。利用光密度的加和性得到马尾松鲜样的叶绿素总含量（图2b）。马尾松从子叶未伸展前就开始大量合成叶绿素，此时种子茎段顶端呈现红色逐渐转变为绿色，随后子叶脱壳叶绿素大量生成（图2-发芽2期；图2b）。种子萌发后主要进行的是呼吸作用，为植物的生长提供能量，并在胚根突破种壳时-呼吸达到最大值（图2b）。在叶绿素形成时--光合作用出现，并且在光照条件下与呼吸作用相当，达到临界值，出现CO2光合补偿点。当初生子叶完全脱离种壳后，光合作用远大于呼吸作用，马尾松幼苗开始自养进程。

（2）淀粉、蛋白质、脂肪酸含量变化

由图2得知，在萌发后期干物质的含量略有下降，继而分析样品内含物质淀粉、蛋白质以及脂肪酸粉含量偏低，并且各个时期含量总趋势为下降。在催芽过程中淀粉含量下降明显，直到幼苗期淀粉含量还是很低。可溶性总蛋白质含量在种子萌动时大量消耗，在子叶脱壳前出现“平台”期，当子叶展开后蛋白质含量比贮藏时减少3倍。在幼苗形成前，马尾松的物质代谢主要是消耗种子成熟时贮藏的物质，淀粉、蛋白质和脂肪酸含量都呈下降趋势，在种子萌发时脂肪和蛋白质最先动员，为根、茎的生长提供足够的原料和能量。

三、结论

以马尾松种子养分动态为研究对象，选取了马尾松种子萌发过程中的5个时期作为观测点，对其物质含量、种类差异进行分析研究，了解一定的物质代谢规律和重要生长转折点。在整个过程中，蛋白质除了消耗外更多是功能性的转变，Rubisco蛋白的出现为植物能进行光合作用创立了条件，而贮藏性的松球蛋白消耗殆尽。此研究重在为后续植物生理生化的研究提供参考。

参考文献：

[1]潘鹏、吕丹、欧阳勋志等.赣中马尾松天然林不同生长阶段生物量及碳储量研究[J].江西农业大学学报，2014.36 （1） ：131-136.endprint