超声波处理对羽扇豆种子活力及生理特性的影响

2017-02-15郭克婷潘春香

湖北农业科学 2016年20期

郭克婷+潘春香

摘要：采用超声波处理羽扇豆（Lupinus micranthus Guss.）种子，对羽扇豆种子的发芽势、发芽率、活力指数、种子浸出液的相对电导率和幼苗的超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量等进行了测定。结果表明，经过超声波处理的羽扇豆种子的发芽势、发芽率都得到了提高，以20 min的处理时间为最佳；处理后提高了羽扇豆幼苗的SOD活性和可溶性蛋白含量，降低了幼苗MDA含量和种子浸出液的相对电导率，提高了种子活力。说明羽扇豆种子萌发之前采用适宜的短时间超声波处理，不仅能促进萌发，还能促进其抗氧化能力的提高。

关键词：羽扇豆（Lupinus micranthus Guss.）；超声波；种子活力；生理特性

中图分类号：S681.9∶S122 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）20-5282-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.029

Abstract：After using ultrasonic treatment on lupin （Lupinus micranthus Guss.） seed， the indices including germination potential， germination rate， vigor index， superoxide dismutase（SOD） activity， soluble protein content， and malondialdehyde（MDA） content were checked. The results showed that the germination potential， germination rate and seed vigor of lupin seeds have been improved after ultrasonic treatment. The best treatment time is 20 min. Ultrasonic treatment can enhance lupin seeds vigor， SOD activity and increase soluble protein content while reduce MDA content and seed leachate conductivity， therefore enhance the vitality of seeds. Using ultrasonic treatment on lupin seeds for a suitable short time before germination could not only promote germination but also improve their antioxidant capacity.

Key words： lupin（Lupinus micranthus Guss.）； ultrasonic wave； seed vigor； physiological characteristics

超聲波是指频率高于20 kHz的一种弹性机械波，其生物学效应非常复杂，既可引起生物分子或细胞损伤，也可促进生物大分子的合成与生物体的生长。由于超声波处理无化学残留、安全性高、简便有效，近年来在生物学、农业技术方面得到了广泛应用。植物种子经超声波处理后，可以提高种子活力、促进种子萌发及幼苗生长、增加植物的抗逆能力及产量[1-4]。羽扇豆（Lupinus micranthus Guss.），为豆科（Leguminosae）羽扇豆属（Lupinus L.）多年生草本植物，多以播种繁殖，春秋播均可。羽扇豆丰富的花色及特别的植株形态是园林植物造景中较为难得的配置材料，观赏价值很高，用作花境背景或在林缘河边丛植、片植等，会使人们的视觉产生别样的感受，因而被专业人士接纳与推崇。此外，羽扇豆还具有饲用价值，茎叶可用于青饲和放牧，也可制作青贮，是猪和奶牛良好的饲料[5]，因此在农、林、牧业里具有巨大的开发价值，也由此产生了强劲的市场需求。试验采用超声波处理羽扇豆种子，研究其对种子萌发及活力的影响，旨在为羽扇豆的标准育苗及规模化生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

羽扇豆种子在韶关市当地花卉市场购买，试验时间在2014年9～11月，试验地点在韶关学院英东农业科学与工程学院植物学实验室。仪器主要有KQ218超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、DDS-11A型电导率仪（上海光学仪器厂）；南京建成生物工程研究所提供试验用测试盒。

1.2 方法

1.2.1 超声波处理将子粒饱满的羽扇豆种子进行漂洗，洗干净后装入纱布袋中，放入超声波清洗器内对种子进行超声波处理，温度波动控制在5 ℃之内。试验共设5个处理，处理时间分别为5、10、15、20、25 min，以不经任何处理的羽扇豆种子作为对照（CK），处理结束后浸种12 h，将各处理其中一部分种子用于发芽试验，进行生长指标的测定；另一部分用于生理指标的测定。

1.2.2 生长指标的测定将超声波处理后的种子放入种子发芽盒中，再放入培养箱中发芽，培养箱温度为25 ℃，每处理50粒种子，重复3次。每天观察并记载种子发芽情况，第七天统计发芽率，并对幼苗重量称重，计算发芽势、发芽指数、活力指数。

发芽率：P=G/S，

式中，G指在测定时间内正常发芽的种子数，S为参试种子数。

发芽指数=ΣGt/Dt，

式中，Gt指在不同时间（第t天）内的发芽量，Dt指不同的发芽试验天数。

活力指数：活力指数=发芽指数×幼苗鲜重。

1.2.3 生理指标测定 ①相对电导率测定，参照文献[6]的方法，用DDS-11A型电导率仪测定羽扇豆种子浸出液的相对电导率。每处理50粒种子，重复3次。②超氧化物歧化酶（SOD）活性、可溶性蛋白及丙二醛（MDA）含量测定，从处理后生长15 d的幼苗中，随机选取30株完整幼苗，分成叶片和幼茎2个部分，分别进行SOD活性、可溶性蛋白及MDA含量测定。每处理都设3次重复，准确称取0.5 g幼苗的叶片和幼茎，剪碎，加入预冷的匀浆介质3 mL，于冰浴中的研钵内研磨成匀浆，再分别用3 mL的研磨介质冲洗2次，转移至10 mL离心管中，于2 000 r/min下冷冻离心15 min，上清液即为蛋白含量和酶活性测定的粗提液。利用南京建成生物工程研究所提供的测试盒，分别对羽扇豆幼苗的可溶性蛋白含量、SOD活性、MDA含量进行测定。可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝法测定[7]，SOD活性采用黄嘌呤氧化酶法（羟氨法）测定[8]，MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定。

1.3 数据处理

试验所得数据采用Microsoft Office Excel 2003软件处理，并用其制表、做图；在SPSS 16.0软件环境下，运用邓肯氏新复极差检验法（Duncan's new multiple range test，DMRT）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同超声波处理时间对羽扇豆种子萌发特性的影响

超声波处理时间对羽扇豆种子萌发特性的影响情况见表1。从表1可见，超声波处理时间可不同程度地影响羽扇豆种子的发芽能力，萌发特性各指标发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗重均高于对照。在种子发芽势方面，超声处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照提高了26.68%、10.00%、3.33%、13.33%、10.00%，以超声处理5 min的效果最好，但各处理与对照间差异不显著（P>0.05）；在种子发芽率方面，超声处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照提高了27.02%、18.93%、43.26%、32.43%、35.11%，以15 min的超声处理效果最好，并且各处理与对照间差异显著（P<0.05）；在幼苗重方面，超声处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照提高了15.97%、10.67%、26.89%、31.42%、24.69%，其中处理20 min的效果最好，除了处理10 min的与对照间差异不显著（P>0.05）外，其他处理与对照间差异显著（P<0.05）；在发芽指数方面，超声处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照提高了27.27%、14.55%、21.82%、21.82%、31.82%，其中以处理25 min的发芽指数最大，除了处理10 min的与对照间差异不显著（P>0.05）外，其他处理与对照间差异显著（P<0.05）；在活力指数方面，超声处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照提高了47.65%、26.47%、54.70%、60.00%、64.12%，但各处理与对照间差异不显著（P>0.05）。综合分析来看，以超声波处理20、25 min的效果最佳，其中处理20 min后胚根较粗壮，其发芽势、发芽率分别达到45.33%和65.33%，分别比对照提高13.33%和32.43%，发芽指数和活力指数分别比对照高21.82%和60.00%，活力指数是反映种子活力的综合指标，粗壮发达的根系有利于幼苗的生长和抵御外界不良环境的影响。

2.2 不同超声波处理时间对羽扇豆种子浸出液相对电导率的影响

电导率的大小在一定程度上反映了植物种子细胞膜的完整程度和修复能力，不同超声波处理时间对羽扇豆种子浸出液相对电导率的影响情况见图1。由图1可以看出，通过超声波处理羽扇豆种子5～25 min后，可降低种子浸出液的相对电导率，从而使种子细胞膜的透性下降，达到减少从细胞内流出内含物的目的，进而为促进种子萌发和提高种子活力提供帮助。种子浸出液的相对电导率大小反映了膜透性的高低，相对电导率高，膜透性大，溶质外渗增多。由图1可见，经超声波处理后，种子浸出液的相对电导率在处理5、10、15、20、25 min后，分别比对照降低了30.0%、16.7%、30.0%、25.0%、30.8%，说明适宜的超声波处理时间具有稳定细胞膜的结构、增加细胞修复能力的作用。

2.3 超声波处理对羽扇豆生理特性的影响

2.3.1 超声波处理对羽扇豆幼苗SOD活性的影响 SOD广泛存在于植物细胞中，与细胞的抗氧化能力相关；不同超声波处理时间对羽扇豆幼苗SOD活性的影响情况见表2。由表2可以看出，不同超声波时间处理后，幼茎的SOD活性均受到激发效应而升高，在处理5、10、15、20、25 min后，羽扇豆幼苗幼茎的SOD活性分别比对照提高了60.39%、36.11%、7.06%、38.33%、15.72%，其中处理5、10、20 min的SOD活性显著高于对照（P<0.05）；叶片的SOD活性分别比对照提高了36.79%、42.77%、23.90%、20.75%、31.13%，其中處理5、10、25 min的SOD活性与对照差异显著（P<0.05）。

2.3.2 超声波处理对羽扇豆幼苗MDA含量的影响细胞里MDA含量的多少，能在一定程度上反映膜脂过氧化作用的强弱和细胞膜系统的完整程度，不同超声波处理时间对羽扇豆幼苗MDA含量的影响情况见表2。从表2可见，不同超声波时间处理后，羽扇豆幼茎的MDA含量变化有所不同，除了处理 5 min的MDA含量稍微高于对照外，其他的10、15、20、25 min处理的幼茎MDA含量都低于对照，分别比对照降低了14.58%、13.02%、20.31%、44.27%，其中处理25 min的幼茎MDA含量仅为0.107，显著低于对照以及其他4个处理（P<0.05）。而叶片的MDA含量表现为不规律的变化，故不做分析。下一步进行研究讨论。

2.3.3 超声波处理对羽扇豆种子可溶性蛋白含量的影响种子的萌发离不开蛋白质的参与，植物体内的可溶性蛋白大多数是各类代谢酶类，所以可溶性蛋白含量的变化在一定程度上反映了植物体内的代谢变化。不同超声波处理时间对羽扇豆幼苗可溶性蛋白含量的影响情况见表2。从表2可见，不同超声波时间处理后，羽扇豆幼茎和叶片中的可溶性蛋白含量都高于对照，在超声波处理5、10、15、20、25 min后，幼茎的可溶性蛋白含量分别比对照提高了13.28%、10.96%、27.30%、32.13%、6.10%，其中15、20 min处理的种子，其幼茎可溶性蛋白含量显著高于对照（P<0.05）。而叶片中的可溶性蛋白含量在5～15 min处理内上升，到15 min达到最大值，其后则下降，各处理的可溶性蛋白含量与对照差异不显著（P>0.05）。

3 讨论

超声波技术是一种简捷实用、高效环保的技术。超声波的生物学效应主要是由空化作用引起，低强度超声波作用于种子的细胞后，能提高细胞膜和细胞壁的穿透性，促进种子的新陈代谢。张卫华等[9]研究表明，超声波处理抱茎獐牙菜（Swertia franchetiana H. Smith）种子20～50 min，对种子的萌发均有促进作用，其中以超声波处理35 min的效果较好。王剑龙等[10]研究表明，超声波处理黄精（Polygonatum sibiricum Delar.ex Redoute）种子可以促进种子萌发，以超声波处理20 min的效果最明显，处理时间在10～60 min范围内均有效果，在本试验中，超声波处理羽扇豆种子时间在5～25 min范围内，其发芽率、发芽势、发芽指数、幼苗重和活力指数均超过了对照，而以处理20～25 min的效果较好，再一次证明超声波处理可以提高种子活力。但由于种子的大小、形态、种皮的厚薄各异，超声波处理种子的最佳时间也就不同。

抗氧化酶系统可加速对自由基的清除，减轻自由基对膜的破坏，有利于膜的修复。本试验结果表明，超声波处理提高了羽扇豆幼苗的叶片和幼茎的SOD活性，降低了MDA含量，有效减轻了活性氧对膜的伤害，保护了膜系统结构和功能的完整性。超声波处理后，羽扇豆种子外渗液电导率降低，有利于种子活力的提高。经超声波处理后，羽扇豆种子可以保持较高的抗氧化酶活性，减少MDA的积累，保持细胞膜的相对完整性，提高了种子的活力。羽扇豆种子发芽势和发芽率提高的机理可能是通过提高SOD活性、修复种子吸胀过程中引起的膜损伤来实现的。由于超声波是一种弹性机械波，其生物学效应非常复杂，既可引起生物分子甚至细胞损伤，也可促进生物大分子的合成及生物体的生长[11，12]，对种子既有有益的一面，也有有害的一面，此次超声波处理时间试验对羽扇豆种子的处理是在5～25 min条件下实施的，处理时间最长为25 min，从羽扇豆种子发芽率来看，处理25 min与最佳时间15 min差异不显著，说明超声波处理25 min还没有对种子造成伤害，但究竟处理多长时间才会对种子产生伤害，有待进一步深入研究来证实。

参考文献：

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