不同化学物质处理对沙地云杉种子活力的影响

高春智，汤鹏展，李冬生，陈晓燕，包　蕾

(1.内蒙古赤峰市巴林右旗林业局，内蒙古 赤峰 024000；2.内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019；

3.内蒙古社会科学院，呼和浩特 010010；4.通辽市科左后旗林业局，内蒙古 通辽 028000)



不同化学物质处理对沙地云杉种子活力的影响

高春智1，汤鹏展1，李冬生2，陈晓燕3，包蕾4

(1.内蒙古赤峰市巴林右旗林业局，内蒙古 赤峰 024000；2.内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019；

3.内蒙古社会科学院，呼和浩特 010010；4.通辽市科左后旗林业局，内蒙古 通辽 028000)

摘要：为揭示不同化学物质处理对沙地云杉种子活力的影响，在室温条件下，通过测定不同浓度维生素E、赤霉素、维生素E和赤霉素组合溶液浸泡沙地云杉种子的萌发特征、生理生化特征，研究了外源赤霉素、维生素E等化学处理对种子活力的影响。研究结果表明：维生素E、赤霉素、维生素E和赤霉素组合溶液可以促进种子萌发并且具有提高沙地云杉种子活力的作用，维生素E、赤霉素、维生素E和赤霉素组合最佳处理浓度分别为2.0、200 mg/L和200 mg/LGA+1.0 mg/L VE；种子经过维生素E、赤霉素、维生素E和赤霉素组合溶液浸种处理后，种子活力受到影响，在被试浓度范围内，随浓度增加，种子呼吸速率、丙二醛含量和电导率下降，过氧化物酶活性增加。

关键词：化学物质处理；沙地云杉；种子活力

引文格式：高春智，汤鹏展，李冬生，等.不同化学物质处理对沙地云杉种子活力的影响[J].森林工程，2016，32(1)：10-15.

0引言

几十年来，我国沙漠化不断扩张，森林面积大大减少，土地生产力衰退严重，物种多样性减少，生态平衡被打破。持续恶化的环境已经严重的影响了生态建设、社会建设及经济发展[1-2]。恢复生态环境的主要环节之一就是森林的建设，其中人工林的培育是缓解生态环境退化、稳定生态系统平衡的一个有效途径。林木种子是森林培育最基础的部分，是高等植物(种子植物)由胚珠发育而成的繁殖器官，因此林木良种的培育很重要。在遭受逆境胁迫时逐渐老化，其发芽能力下降至最后死亡[3-7]。因此，对种子老化进行相关研究，揭示种子老化机理并进而找出相关对策，对于种子质量资源保存和播种育苗、播种造林的出苗率具有重大意义[8-11]。沙地云杉(Piceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu)是三北地区防护林及固沙造林的主要树种，在生态环境工程中具有重要作用，同时也可以提供林木产品，并兼具其他多种用途，如沙地云杉树形及树干均较美观，可作庭园观赏和绿化树种。

维生素E可抑制脂质过氧化，保护机体细胞免受自由基的毒害，充分发挥被保护物质的特定生理功能，还可以稳定细胞膜和细胞内脂类部分，并且高水平的维生素 E 可降低细胞膜的渗透性，从而维护细胞的完整和功能，同时也保持酶的活性，有一定的抗衰老作用。现在越来越多的实验结果说明维生素E的作用机制除了抗氧化机制以外，还存在其他与抗氧化作用无关的作用机制[12-13]。维生素E可调节相关酶活性机制，最近十几年的研究结果表明维生素E具有其他抗氧化剂所没有的生物功能，例如，天然α-生育酚可以抑制蛋白激酶C(PKC)的活性，这与维生素E的抗氧化性能无关。

各种内源生长调节剂与种子萌发过程有密切的关系。体内激素失去平衡是种子老化、活力降低的一个明显特征。为了提高种子活力、促进种子萌发，可以采用外源激素处理种子调节平衡来实现。赤霉素(GA3)对植物生长具有一定的调节作用，并且是一种在植物生长发育中有重要作用的激素类型。它不仅有解除种子休眠，促进基因的表达功能，而且还具有增加植物内部水解酶的合成作用。赤霉素所具有的这些功能和作用对完整性受到破坏的细胞膜有一定的修复作用，从而减少了种子衰老、提高了种子活力[14-15]。

本文对沙地云杉种子采用不同浓度维生素E、赤霉素、维生素E和赤霉素组合溶液进行浸泡处理后，通过对各处理种子萌发特征(发芽率和发芽势)、生理指标(MDA、POD)、呼吸速率和浸出液电导率的测定来探讨赤霉素、维生素E对沙地云杉种子活力影响的机制，以期达到保持和提高老化种子活力的目的，进而为种子繁殖提供依据。

1材料与方法

沙地云杉种子采集于2008年，采集后筛选出发育正常、完整而饱满优质的种子，去除杂质，置于透风处晒干，然后包装在麻袋中并置于阴凉干燥处储存[16]。采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)含量；用愈创木酚比色法测定过氧化物酶(POD)含量；种子呼吸使用红外分析仪法测定；浸种液的电导率使用电导率仪测定，从而反映种子的膜透性。

种子净度为种子的洁净程度，因此又称为清洁度。用纯净种子的重量占供检样品总重的百分率表示种子净度[17]。

净度(%)=

沙地云杉种子净度为85.1%，千粒重为5.48g。

1.1种子萌发特征测定

使用各浓度溶液，对实验所用沙地云杉种子进行24h的浸种处理，以蒸馏水浸种作为对照(即处理浓度为0)。每种处理 3 次重复，每个重复100粒种子。在发芽期间每天记录发芽数和萌发天数，以便计算种子发芽率和发芽势。

1.2种子生理生化特征测定

种子丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法，过氧化物酶活(POD)性采用愈创木酚比色法测定。种子呼吸采用红外分析仪，电导率采用CC-505电导仪测定[18-19]。

1.3数据处理

使用EXEL软件统计数据，使用SPSS13.0进行差异性分析。

2结果与分析

2.1化学处理对沙地云杉种子萌发的影响

由表1和表2可知，采用不同浓度维生素E、赤霉素溶液对沙地云杉种子浸泡处理，种子发芽率与对照相比差异达到显著水平，并且浓度分别为2.0、200 mg/L处理下的种子萌发最好。由表3可知，除了浸种处理浓度为200 mg/L GA+2.0 mg/L VE外，另外几个处理对沙地云杉种子的萌发均产生促进作用，并且种子萌发在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE处理下为最好。沙地云杉种子发芽率、发芽势除了在浓度为200 mg/L GA+2.0 mg/L VE处理下减少外都有不同程度的提高。沙地云杉种子在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE处理下的发芽率与其他各处理和对照有显著差异，在200 mg/L GA+1.0 mg/L VE处理下的发芽势与其他各处理和对照差异显著。

表1　不同浓度维生素E处理的

注：行中字母不同表示不同浓度之间具有著差异，以下标注相同。

表2　不同浓度赤霉素处理的沙地云杉种子发芽率、发芽势

表3　赤霉素和维生素E组合处理沙

2.2化学处理对沙地云杉种子生理生化特征的影响

2.2.1化学处理对沙地云杉种子丙二醛含量的影响

由图1和图2可知，不同浓度维生素E、赤霉素浸种处理对沙地云杉种子丙二醛含量影响很大，维生素E浓度为1.0、2.0 mg/L和赤霉素浓度为100 mg/L处理下的丙二醛含量与其他各处理和对照有显著差异。由图3可知，赤霉素和维生素E组合浸种处理的沙地云杉种子丙二醛含量出现波动的现象，在蒸馏水浸种时出现最大值，然后在处理浓度为200 mg/L GA+1.0 mg/L VE、200 mg/L GA+5.0 mg/L VE时出现提高的现象，可能由于赤霉素和维生素E在这两个浓度上没有叠加作用，反而相互抑制了各自的功能，从而使种子丙二醛含量有了短暂提高的现象。赤霉素和维生素E组合浓度为200 mg/L GA+0.5 mg/L VE处理与200 mg/L GA+5.0 mg/L VE、200 mg/L GA+7.0 mg/L VE处理下的丙二醛含量有显著差异。

图1　不同浓度维生素E浸种处理对沙地云杉种子丙二醛含量的影响Fig.1 The effect of MDA content ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

图2　不同浓度赤霉素浸种处理对沙地云杉种子丙二醛含量的影响Fig.2 The effect of MDA content ofPicea mongolica seed treated with GA3

图3　赤霉素和维生素E组合浸种处理对沙地云杉种子丙二醛含量的影响Fig.3 The effect of MDA content of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

2.2.2化学处理对沙地云杉种子过氧化物酶活性的影响

由图4和图5所示，沙地云杉种子用不同浓度维生素E、赤霉素处理后，各浓度浸种的种子POD活力高于蒸馏水浸种的POD活力，POD活力在维生素E浸种浓度2.0 mg/L、赤霉素浸种浓度200 mg/L时最高，蒸馏水处理时最低。这表明赤霉素能提高沙地云杉种子过氧化物酶活性，减弱或消除生物体中的活性氧对细胞膜的损伤，提高细胞代谢的还原能力，并说明维生素E具有抗氧化保护细胞免受自由基的毒害功能。维生素E浓度为2.0 mg/L、赤霉素浓度为200 mg/L处理下的过氧化物酶活力与其他各处理和对照有显著差异。由图6还可以看出赤霉素和维生素E组合浓度为200 mg/L GA+5.0 mg/L VE、200 mg/L GA+7.0 mg/L VE处理下的过氧化物酶活力与其他处理均有显著差异。

图4　不同浓度维生素E浸种处理对沙地云杉种子过氧化物酶活力的影响Fig.4 The effect of POD content ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

图5　不同浓度赤霉素浸种处理对沙地云杉种子过氧化物酶活力的影响Fig.5 The effect of POD content ofPicea mongolica seed treated with GA3

2.2.3化学处理对沙地云杉种子呼吸速率的影响

由图7~图9所示，沙地云杉种子用不同浓度维生素E、赤霉素处理后，各浓度浸种的种子呼吸速率均低于蒸馏水浸种的呼吸速率，呼吸速率在蒸馏水浸种时最高，在维生素E浸种浓度7.0 mg/L、赤霉素浸种浓度600 mg/L及赤霉素和维生素E组合200 mg/L GA+7.0 mg/L VE时最低。这表明维生素E、赤霉素及赤霉素和维生素E组合浸种处理对沙地云杉种子呼吸有抑制作用，在被试浓度范围内，呼吸速率随着维生素E、赤霉素等处理浓度的增加而下降。维生素E浓度为2.0、5.0、7.0 mg/L处理下的呼吸速率与对照有显著差异。由图9还可以看出赤霉素和维生素E组合各浓度处理与对照均有显著差异，浓度为200 mg/L GA+0.5 mg/L VE处理与浓度200 mg/L GA+7.0 mg/L VE处理下的呼吸速率有显著差异。

图6　赤霉素和维生素E组合浸种处理对沙地云杉种子过氧化物酶活力的影响Fig.6 The effect of POD content of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

图7　不同浓度维生素E浸种处理对沙地云杉种子呼吸速率的影响Fig.7 The effect of respiratory rate ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

图8　不同浓度赤霉素浸种处理对沙地云杉种子呼吸速率的影响Fig.8 The effect of respiration rate ofPicea mongolica seed treated with GA3

图9　赤霉素和维生素E组合浸种处理对沙地云杉种子呼吸速率的影响Fig.9 The effect of respiratory rate of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

2.2.4化学处理对沙地云杉种子电导率的影响

由图10~图12可知，沙地云杉种子经过维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合浸种处理后，浸出液的导电率均低于对照处理下的导电率，这说明，经过以上浸种处理后种子渗透性变小，随之种子内部的有机酸、氨基酸和糖分等可溶电导质及电解质的外渗随着种子渗透性变小而减少，因此导致了电导率的下降。并且处理浓度与电导率呈负相关关系，即随着处理浓度的增高种子浸出液的导电率降低。这说明维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合对种膜来说有一定的修复作用，并修复作用越强，制约导电物外渗作用越强，导电率越低，种子活力越强。修复作用在被试浓度范围内随着各处理浓度的增加而增强。种子浸出液电导率最低值出现在浸种处理维生素E浓度为 7.0 mg/L、赤霉素为600 mg/L、赤霉素和维生素E组合为200 mg/L GA+7.0 mg/L VE时，这与之前维生素E浓度为2.0 mg/L、赤霉素浓度200 mg/L、赤霉素和维生素E组合浓度为200 mg/L GA+1.0 mg/L VE对沙地云杉种子萌发最具促进作用并不相互矛盾，适宜浓度的维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合配制液激活了种子内部的活性物质而促进了种子萌发，而对种膜的修复作用则原理不同。由图10~图12也可看出，维生素E浸种处理浓度0.1、0.5、1.0、7.0 mg/L之间有显著差异，与对照处理也有显著差异；赤霉素浸种处理400、600 mg/L与其他处理和对照处理有显著差异；赤霉素和维生素E组合各处理浓度与对照处理有显著差异，处理浓度为200 mg/L GA+0.5 mg/L、200 mg/L GA+5.0 mg/L、200 mg/L GA+7.0 mg/L之间有显著差异。

图10　不同浓度维生素E处理对沙地云杉种子浸种液电导率的影响Fig.10 The effect of conductivity ofPicea mongolica seed treated with vitamin E

图11　不同浓度赤霉素处理对沙地云杉种子浸种液电导率的影响Fig.11 The effect of conductivity ofPicea mongolica seed treated with GA3

图12　赤霉素和维生素E组合处理对沙地云杉种子电导率的影响Fig.12 The effect of conductivity of Picea mongolicaseed treated with combination of gibberellin and vitamin E

3结论与讨论

3.1结论

(1)沙地云杉种子净度为85.1%、千粒重为5.48g；发芽率、发芽势在维生素E处理浓度为2.0 mg/L、赤霉素处理浓度为200 mg/L、赤霉素和维生素E组合浓度为200 mg/L GA+1.0 mg/L VE时最高。用维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合溶液浓度浸种处理与蒸馏水浸种处理的种子对比，经过维生素E、赤霉素溶液浸种处理的种子丙二醛含量降低，过氧化物酶活性提高。

(2)沙地云杉种子呼吸速率受维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合处理的抑制作用而在被试浓度范围内随着维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合溶液浓度的增加而降低，浓度分别为600、7.0 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE时呼吸速率最低。

(3)种子活力高，其细胞膜透性低，种子浸泡时电解质和可溶性物质外渗量少，浸出液的电导率低；反之，种子活力低，细胞膜透性高，则浸出液的电导率高。沙地云杉种子随着维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合溶液处理浓度的增加而浸出液的电导率降低，这说明沙地云杉种子细胞膜结构上受到了赤霉素等化学处理的一定程度改善作用，从而减少了电解质、可溶物质和营养物质等的外渗。

3.2讨论

本文研究了维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合对沙地云杉种子萌发、生理指标、呼吸速率及电导率的影响。研究表明，适宜浓度的维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合浸种催芽能解除种子休眠，促进种子萌发，调节种子体内激素平衡，也能提高种子活力，丙二醛含量、呼吸速率、种子浸种液电导率随着维生素E、赤霉素处理浓度的增加而下降，在一定程度上过氧化酶活力有所提高，赤霉素和维生素E组合浓度为200 mg/L GA+1.0 mg/L VE时发芽率、发芽势、过氧化酶活性最高。这可能由于维生素E和赤霉素在这两个浓度上对种子活性有叠加效应，发挥了叠加功能，因此种子发牙率、发芽势，过氧化酶活性有了最高值。沙地云杉种子在维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合浓度各为7.0、600 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE时种子浸出液电导率最低，与之前维生素E浓度为2.0 mg/L、赤霉素200 mg/L、赤霉素和维生素E组合为200 mg/L GA+1.0 mg/L VE处理对沙地云杉种子萌发最具促进作用并不矛盾，种子内部的活性物质在维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合配制液的适宜浓度范围内被激活，从而促进了种子萌发，这与对种膜修复作用的原理不同。并且本研究用于处理种子的维生素E、赤霉素、赤霉素和维生素E组合溶液浓度上限各设在了7.0、600 mg/L和200 mg/L GA+7.0 mg/L VE，超出该处理浓度，依然是否会产生上述结果或产生与此相反的结果本研究未能涉及，有待进一步研究而得出有效的浓度区间。

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Effects of Different Chemical Treatments on the Seed Vigor ofPiceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu

Gao Chunzhi1，Tang Pengzhan1，Li Dongsheng2，Chen Xiaoyan3，Bao Lei4

(1.Balin Youqi Forestry Bureau of Chifeng City，Chifeng 024000，Inner Mongolia；

2.Forest College，Inner Mongolia Agriculture University，Hohhot 010019；

3.Inner Mongolia Academy of Social Sciences，Hohhot 010010；

4.Kezuo Houqi Forestry Bureau of Tongliao City，Tongliao 028000，Inner Mongolia)

Abstract：In this paper，the seed germination characteristics，physiological and biochemical characteristics ofPiceamongolica(H.Q.Wu)W.D.Xu.were measured and studied after soaking the seeds in different concentration of gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E under room temperature conditions.Further，the effects of the exogenous gibberellic，vitamin E and other chemical treatment on the seeds vigor were studied.The results showed that gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E can improve the seed vigor and promote seed germination ofP.mongolica.The best treatment concentration of gibberellin，vitamin E，and combination of gibberellin and vitamin E were 200mg·L-1，2.0mg·L-1，and 200mg·L-1GA+1.0mg·L-1VE，respectively.The results indicated that the above chemical treatments affected the seed vigor，and the MDA content，respiratory rate，and conductivity of the seed decreased and the POD activity increased with the increase of the concentration within the range of the tested concentration.

Keywords：chemical treatment；Piceamongolica；seed vigor

作者简介：第一高春智，硕士。研究方向：森林培育。E-mail:564105364@qq.com

收稿日期：2015-07-23

中图分类号：S 714.8

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)01-0010-06