侧金盏花种子发育过程中生理生化动态变化特性1)

孙颖 王阿香 杨雪 张晓娇 何淼

(东北林业大学，哈尔滨，150040) (鄂尔多斯市东胜区园林绿化事业局) (东北林业大学)

责任编辑:任 俐。

侧金盏花(Adonis amurensis Regel et Radde)是毛茛科多年生草本植物，一般生长在东北地区山坡或山脚的灌木丛间、阔叶林下以及林缘地上［1］，有“林海雪莲”的美称。侧金盏花花期早，极度抗寒，如在高寒地区进行应用将有很好的发展前景。目前，有关侧金盏花的研究集中在日本、俄罗斯和中国，主要进行的是分类学［2－4］、生物学［5－7］和药物学［8］方面的研究，种子发育的相关研究则很少。种子的发育过程是植物个体发育的最初阶段，该阶段是形成幼苗的必经之路，不仅可以影响种子本身的特性，同时也直接关系到下一代是否能够正常发育［9］。本研究旨在通过研究侧金盏花种子发育过程中形态及生理生化指标的变化规律，掌握侧金盏花种子生产的基础数据，为获得优质、高产的侧金盏花种子提供有力的理论基础。

1 材料与方法

试验材料为2009年从哈尔滨市帽儿山老山人工林试验站引种至哈尔滨市东北林业大学苗圃的300株侧金盏花。引种2 a后，在侧金盏花花期选择生长健壮，株高基本一致的植株进行挂牌。花朵开放后记录同一天开放的花朵，以便获取同一发育时期的试验材料。从开花后第1 d起，每10 d取样1次，每次取30个瘦果，直到种子成熟脱落。共取样7次，持续60 d。期间进行以下项目的试验测定。

种子外部形态的测定:在种子发育期，用游标卡尺(精确到0．01 mm)测量种子横径和纵径，每个取样期随机测量50粒，求取平均值。

种子干质量及含水量的测定:在种子发育期，随机称取100粒种子的质量，然后置于烘箱内(100±4)℃烘干4 h后称量，求取平均值即为种子干质量。前后两次称质量的差值与烘干前的质量的比值即为含水量。含水量=((M2－M3)/(M2－M1))×100%，其中M1为最后1次恒质量时称量容器的质量;M2为烘干前称量容器加上种子的质量;M3为烘干后称量容器加种子的质量。

种子吸水量的测定:选择成熟饱满的侧金盏花种子100粒，放于24℃恒温箱中进行吸胀，每隔1 h取出用滤纸吸干种子表面的水分，称质量，记录，直到吸水量不再增加。重复3次，求取平均值。

种子生理生化指标的测定:种子可溶性蛋白质质量分数测定采用考马斯亮蓝G－250染色法［10］184;可溶性糖质量分数测定采用张志良等［11］、李合生［10］195的方法;过氧化物酶活性的测定采用愈创木酚法［10］164，根据情况做出适当调整。

野生及引种条件下侧金盏花成熟种子形态区别:以采收的帽儿山老山人工林试验站野生的成熟侧金盏花种子为对照，测量野生及引种条件下的成熟种子横径、纵径及千粒质量。

采用SPSS 11．5统计分析软件进行数据统计和分析，并采用Pearson相关系数进行相关分析。

2 结果与分析

2．1 侧金盏花种子形态的动态变化

侧金盏花果实为聚合瘦果，每个瘦果内含有1粒种子。瘦果发育初期为绿色，具光泽;成熟时为黄绿色，无光泽，表面有或无短柔毛。瘦果随熟随落，果熟期在5月末。测量结果显示(表1)，侧金盏花种子纵轴随着发育时间的不断增加而逐渐加长，种子发育40 d左右纵轴长度达到最大值并趋于稳定，平均长度为4．06 mm。种子横轴在开花后50 d左右达到最大并趋于稳定，平均长度为2．91 mm。在开花后20 d左右时，种子横、纵径逐渐接近，相差最小，为0．23 mm，随后纵径增长速度加快，横径增长缓慢，种子形态逐渐变为长椭圆形。观察发现，开花1周左右种子已显示形状，开始为浅绿色，花后4周左右转为深绿色，质地较为坚硬，至花后7周左右，种子变为黄绿色，并开始大量脱落。种子形态变化结果表明:开花后10～40 d是侧金盏花种子形态建成的关键时期。

表1 侧金盏花种子形态动态变化

侧金盏花种子的含水量在种子发育期间变化较为迅速。开花后0～50 d含水量由92．00%降低至30．64%，日均下降速率为1．23%。尤其是开花后30～40 d，含水量下降速度很快，日均下降速率达到2．29%。至花后50 d，含水量下降速率放缓至30%左右。含水量的下降伴随着种子干物质质量的逐渐增加。开花后0～40 d是干物质快速积累阶段，种子干质量增加较快。至开花后40 d，平均干质量已达到5．99 mg·粒－1，开花后40～50 d干质量增加速度降低，开花50 d后种子干质量趋于稳定。

2．2 野生及引种条件下侧金盏花成熟种子形态

观测结果表明(表2)，野生条件下采收的侧金盏花种子要比引种后采收的种子大。帽儿山老山人工林实验站野生条件下采收的种子长4．74 mm，宽3．31 mm，而引种后采收的种子长4．05 mm，宽2．91 mm。两者的种子长度和宽度均差异显著(P＜0．05)。种子质量与种子大小呈现类似的变化趋势，即引种后采收的种子较野生条件下的种子质量小。

表2 侧金盏花种子的相关形态指标

2．3 侧金盏花种子的吸水特性

成熟种子的吸水过程包括快速吸水、滞缓吸水以及吸水的再次增加3个必经阶段，而最后一个阶段通常在种子发芽以后胚轴伸长时发生。侧金盏花种子的吸水试验结果为:侧金盏花在初始吸水的1 h内吸水量最大，吸水速度最快，吸水率达29．45%。随后吸水量随吸水时间的增加呈小幅度地攀升，平均每小时吸水率提高7．22%。至吸水4 h，吸水率达51．11%。随后吸水率上升速率显著放缓，平均每小时吸水率提高1．03%。吸水12 h基本达到饱和，此时吸水率为59．36%。这说明了侧金盏花种子的种皮透水性较好，种皮几乎不可能是侧金盏花种子发芽率低的因素。同时，试验未发现侧金盏花有再次吸水过程，说明其成熟种子已经进入休眠状态。

2．4 侧金盏花种子可溶性糖、可溶性蛋白质质量分数及POD活性的动态变化

侧金盏花种子发育过程中可溶性糖质量分数呈“下降－上升－下降”的变化趋势(表3)。开花后10～20 d糖质量分数消耗程度较高，降为最低(2．44 mg·g－1)，随后可溶性糖质量分数有较明显的提高，至开花后40 d可溶性糖质量分数达到最大值(8．60 mg·g－1)，此上升阶段持续20 d左右，之后又明显下降直至种子成熟，开花后50 d可溶性糖质量分数为5．73 mg·g－1。

可溶性蛋白质质量分数在种子发育期间呈“上升－下降”的变化趋势(表3)。种子发育前20 d，蛋白质合成速度比较缓慢，发育30 d时蛋白质质量分数达到最高，为8．11 mg·g－1，随后开始缓慢代谢，直至种子成熟，发育50 d时蛋白质质量分数为6．65 mg·g－1。

POD活性在种子发育期间呈“上升－下降”的规律性变化(表3)。开花后0～10 d，种子POD活性基本不变，20 d左右POD活性达到最大，为11．33 U·g－1·min－1，随后POD活性开始逐步下降，至50 d时降为最低，为5．62 U·g－1·min－1。

表3 侧金盏花种子发育过程中可溶性糖、可溶性蛋白质质量分数及POD活性变化

相关分析结果表明(表4)，侧金盏花种子发育过程中，种子纵径与横径呈显著正相关;而种子长度与种子含水量呈显著负相关、与种子干质量呈显著正相关;种子含水量与种子干质量呈显著负相关。其余各项目之间无显著相关性。

表4 发育过程中种子大小，可溶性糖、可溶性蛋白质质量分数，POD活性之间的相关关系

3 结论与讨论

种子大小是植物的一个相对稳定和关键的生活史特征。它与种子传播及其他特性，如种子散布、幼苗竞争能力、休眠、萌发、生长率、植物幼苗的大小、花的大小、植物寿命以及种子库的持久性等均密切相关［12－14］。一般来说，小种子的物种通常能产生更多的种子，而大种子的植物通常产生更结实的幼苗。侧金盏花平均每个聚合果实的种子数量约为59个，单株种子粒数多，但种粒小且胚少，有分化，这是求数量的繁殖策略。相关研究发现，种子的大小和植物后天的生长有很重要的关系。一般来说，产生较大种子的植物在种子萌发和幼苗生长阶段具有较大优势，而产生较小种子的植物在逃避被动物采食和形成持久的土壤种子库方面具有较大优势［15］。连续多年的观察发现，侧金盏花的种子在自然状态下散落后，常常2～3 a后才陆续萌发，土壤种子库为侧金盏花提供了一个良好的缓冲场所，使其能够适应特殊的环境及变化，这成为侧金盏花植被更新的后备动力。许多研究表明，持久种子库更有利于植物在恶劣环境下生存。因为在高寒地区，种子捕食者和真菌的多样性均较低，而且低温可以降低种子胚胎代谢率和种子贮藏的消耗，延长种子寿命［16－17］。另一方面，持久的种子库中的种子可以在土壤中保存更长的时间，以便等候种子萌发及幼苗生长的最佳外界环境，提高幼苗建成的成功率［18］。

环境条件的变化是种子大小变异的一个主要选择压力，不但能直接改变种子的萌发和幼苗的生长，同时还可能改变种子大小和幼苗生长特性之间的一些关系［12，19－20］。研究发现，引种后的侧金盏花种子与野生条件下的种子大小差异显著。野生的侧金盏花种子较为饱满，储存的干物质更多，更适合在野外恶劣的环境中生长。而引种后采收的侧金盏花种子相对较小，储存的干物质相对少，于逆境环境中生长能力较弱。

侧金盏花种子具有随熟随落的特点。种子采收过早风干后不饱满，采收过晚种子脱落则造成采收损失。因此，掌握其成熟时间成为成功采收的关键。本研究结果表明，侧金盏花种子干质量增加的高峰期出现在花后30～40 d，开花后50 d左右干质量趋于稳定;种子整个发育过程中，种子含水量持续下降，下降速度最快的时期仍为花后30～40 d。开花后50 d左右种子含水量为30%左右，之后含水量降低幅度降低。以上结果说明，侧金盏花种子在花后40～50 d达到生理成熟，此时种子质地较为坚硬，色泽黄绿，干质量趋于稳定，为适宜的采收期。

种子在发育期间的细胞增殖、胞质流动、物质合成等活动都需要大量的能量。在开花20 d内，侧金盏花种子可溶性糖质量分数降低很快，说明种子内营养代谢过程中被大量利用，可能被用于淀粉的物质生成。开花20 d后可溶性糖质量分数又出现大幅的攀升及逐步下降并趋于稳定，说明在种子成熟过程中，各种糖类物质在不断的积累和转化。糖类的积累与利用的调节，有利于种子在相对稳定的营养环境下正常发育。侧金盏花种子成熟过程中蛋白质的积累比较早，开花后即开始积累，开花后30 d左右达到最高值。POD活性变化与蛋白质变化趋势一致，它在种子发育初期的升高可以保护细胞膜系统，使其免受活性氧或其他过氧化物自由基的伤害，这种积累与种子成熟进程是一致的［21－23］。

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