聚乙二醇促进山桐子种子萌发

陈蓉，李旭东，陆娟，蒋震

（1.甘肃省白龙江林业管理局林业科学研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学，甘肃 兰州 730070；3.兰州植物园，甘肃 兰州 730070）

山桐子Idesia polycarpa是大风子科、山桐子属 亚热带阳性速生落叶乔木，是优良的木本油料、用材和城市绿化树种；山桐子油既可食用，也能制取生物柴油，作为能源树种日益受到重视[1-2]。目前，我国山桐子人工林数量较少。山桐子种子自然发芽率较低，甚至不发芽[3-4]，制约了播种育苗生产。山桐子种子千粒质量1.6～3.6 g，颗粒细小，种皮坚硬，表面有蜡质层，具有物理休眠特性[4-5]。山桐子种子催芽研究较少，而且多属低温措施。超声波处理和聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）渗透调节均为物理措施，已经用于多种植物种子催芽研究[6-8]。超声波的生物学效应主要表现在空化、热效应和机械效应以及消毒效应[6,9-10]，可加速种子萌发，提高种子发芽率和发芽速度。聚乙二醇为一种惰性高分子渗透保护剂，其溶液具有降低水势的作用，通过渗透调控种子吸水速度，修复细胞膜，恢复种子活力，从而促进种子萌发[8,11]。本研究旨在探索聚乙二醇和超声波处理对山桐子种子的萌发效应，以期为甘肃山桐子播种育苗提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山桐子种子购于陇南康县，千粒质量2.8 g，净度98%；聚乙二醇，分子量6 000，济南翔邦化工有限公司生产。超声波清洗仪，频率40 kHz，功率500 W，洁康超声波清洗机仪器有限公司生产；DDS-12DW 型电导率仪，上海理达仪器厂生产。

1.2 方法

选取饱满、均匀的山桐子种子为试材。试验于2019 年4 月在甘肃农业大学林学院实验室进行，并开展发芽及生理指标的测定。

1.2.1 聚乙二醇处理

试验设4 个水平，每个水平3 次重复，每次重复200 粒种子。聚乙二醇溶液质量分数分别为0（对照）、10%、20%和30%，温度控制在13 ℃，待种子处理到3 d，再用清水冲洗。然后，每个重复取50 粒于室温下（25 ℃左右）摆盘发芽，逐日观察记录发芽情况；其余150 粒种子分别用于膜透性测定和代谢物质的测定。

1.2.2 超声波处理

试验设4 个水平，超声波清洗仪对山桐子种子分别进行30、40、50 ℃的辐照处理，频率40 kHz，辐照时间15 min，无超声波辐照为对照；每个水平3 次重复，每次重复200 粒种子。然后，每个重复取50 粒种子于室温下（25 ℃左右）摆盘发芽，逐日观察发芽情况并记录，其余150 粒种子用于膜透性测定和代谢物质的测定。

1.2.3 聚乙二醇与超声波组合处理

聚乙二醇3 个质量分数和超声波3 个处理温度全组合处理，超声波频率40 kHz，清水浸泡且无超声波处理为对照，共10 个水平，每个水平3次重复。发芽温度为25 ℃，光照12 h，适量水分，发芽测定时间为21 d。每个重复取50 粒种子置于室温下摆盘发芽，统计种子萌发情况；其余150粒种子用于膜透性测定和代谢物质的测定。

1.3 指标测定

山桐子种子膜的透性可通过相对电导率的值表现。处理过的供试种子25 ℃蒸馏水浸泡24 h，电导率仪测定电导率，种子再经水浴锅加热煮沸0.5 h，再次测定电导率。计算相对电导率：

式中σr为相对电导率，σ0为蒸馏水电导率，σ1为种子煮沸前电导率，σ2为煮沸种子电导率。

处理过的供试种子考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白质，计算质量分数：

式中，mr为可溶性蛋白质质量分数，m0为蛋白质标准曲线查得值；VT为提取液总体积；m1为样品鲜质量；VS为测定时加样量。

每天观察统计种子萌发数，计算发芽率、发芽指数。发芽结束后，每份发芽苗中随机选取10 株完整幼苗，天平称量，以平均值表示苗鲜质量，以发芽指数与苗鲜质量的乘积表示活力指数。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 和SPSS 软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 聚乙二醇处理

方差分析结果表明，在α=0.05 置信水平，聚乙二醇处理对供试种子发芽率、发芽指数、活力指数均有统计学差异；对种子相对电导率、可溶性蛋白质无统计学差异。说明：聚乙二醇对供试种子萌发有效应；对种子膜透性和可溶性蛋白质无效应，不再进行多重比较分析。测定结果见表1。表1 显示，聚乙二醇处理的供试种子发芽率、发芽指数，10%水平与对照无统计学差异，说明该水平对发芽无影响；20%、30%两个水平与对照有统计学差异而且数值大于对照，说明这两个处理水平有促进发芽的效应，同时这两个处理水平之间有统计学差异且前者数值大于后者，说明20%水平处理促进发芽的效应优于30%水平，其中20%水平处理的供试种子发芽率较对照提高31.37 百分点。聚乙二醇处理的供试种子发芽活力指数，3个水平处理与对照均有统计学差异且数值大于对照，说明聚乙二醇处理有提高发芽活力的效应，同时，20%水平处理与10%、30%两个水平处理有统计学差异且数值大于后者，说明20%水平处理提高发芽活力的效应优于后者。

表1 聚乙二醇处理对供试种子发芽的影响

2.2 超声波处理

方差分析结果表明，在α=0.05 置信水平，超声波处理的供试种子发芽率、发芽指数、可溶性蛋白质无统计学差异，活力指数和相对电导率有统计学差异。说明：超声波对供试种子活力指数和膜透性有效应；对供试种子发芽率、发芽指数、可溶性蛋白质无效应，不再进行多重比较分析。测定结果见表2。表2 显示，超声波处理的供试种子的发芽指数、活力指数，各水平处理与对照均无统计学差异，但各水平处理之间，特别是50 ℃水平处理与30 ℃之间有统计学差异且前者数值小于后者，说明50 ℃水平处理较30 ℃降低了供试种子发芽指数和发芽活力。其中供试种子发芽指数，尽管方差分析无统计学差异，由于最大值与最小值相差超过2 倍而进行了多重比较。超声波处理的供试种子相对电导率，各水平处理与对照均有统计学差异且数值大于后者，说明各水平处理均提高了供试种子的膜透性。

表2 超声波处理对供试种子发芽的影响

2.3 聚乙二醇与超声波组合处理

方差分析结果表明，在α=0.05 置信水平，聚乙二醇与超声波组合处理对供试种子发芽率、相对电导率无统计学差异，发芽指数、活力指数、可溶性蛋白质有统计学差异。说明：组合处理对供试种子发芽指数、活力指数、可溶性蛋白质有效应；对供试种子发芽率、相对电导率无效应，不再进行多重比较分析。测定结果见表3。表3 显示，组合处理各水平的供试种子发芽指数、活力指数、可溶性蛋白质，与对照以及各水平处理之间，或者无统计学差异，或者有，而且数值也与对照相比大小不定，说明组合处理对供试种子发芽指数、活力指数和可溶性蛋白质的效应变化不定。供试种子发芽率数值相差悬殊，30%+50 ℃水平处理数值最小，只有26%，10%+50 ℃最大，高达62%，虽然方差分析表明组合处理对供试种子发芽率无统计学差异，但如此大的数值差异仍然值得重视，或许暗示50 ℃水平超声波与较低水平聚乙二醇处理对种子发芽有联合促进效应。

表3 聚乙二醇与超声波组合处理对山桐子种子发芽的影响

对比表2 和表3 可见，超声波单独处理，对供试种子膜透性有促进效应，但对可溶性蛋白质无效应；超声波与聚乙二醇组合处理，对供式种子膜透性无效应，但对可溶性蛋白质有促进效应。说明超声波处理对供试种子细胞膜造成一定损伤，该损伤可以被聚乙二醇渗透调节作用所修复，同时在渗透调节作用保护下，超声波处理引起供试种子细胞内可溶性蛋白质大量增加，但这种增加对于种子萌发无效应，甚至有降低发芽率的趋势，暗示超声波引起的可溶性蛋白质增加具有较强的不确定性。

3 结论与讨论

分子量6 000 的聚乙二醇20%溶液，13 ℃下浸泡山桐子种子3 d，促进发芽最佳，发芽率从对照的47.30%提高到78.67%，提高31.37 百分点；发芽指数和活力指数均显著大于对照，加速发芽、增强幼苗质量的效应显著。40 kHz 超声波单独辐照15 min，对山桐子种子发芽无效应，但对发芽指数和活力指数有效应，并且损伤种子细胞膜。分子量6 000 的聚乙二醇溶液与40 kHz 超声波辐照15 min组合处理，对山桐子种子发芽无效应，在聚乙二醇保护下，超声波促进种子内可溶性蛋白质大量增加。

对于聚乙二醇渗透调节处理对种子萌发是否存在促进和启动作用，研究者有不同意见[12-13]。本次试验表明，聚乙二醇处理确实可以促进种子萌发，而且具有浓度效应，在10%～30%区间，随着聚乙二醇质量分数增加，促进萌发作用呈先增后减趋势。

多数研究证明超声波辐照处理能够促进种子发芽[6,9-10]，本项试验表明超声波辐照单独处理，对种子萌发无效应，对山桐子种子细胞膜有所损伤。这可能与供试种子种类不同有关。种子内含物通过细胞膜向外渗漏越多，细胞膜的完整性越低，浸泡液的电导性就越高[14]。本项试验表明，组合处理时，聚乙二醇能修复或保护超声波辐照引起的细胞膜损伤，即使较高剂量的超声辐照也不影响种子细胞膜透性，其原因可能是，聚乙二醇渗透调节作用与超声波的空化作用可以保护细胞质膜稳定[6]。

本项研究发现，在10%聚乙二醇低浓度水平时，超声波辐照具有促进萌发的趋势，而且在聚乙二醇修复和保护细胞膜的条件下，超声波能够大幅度提高种子内可溶性蛋白质水平。种子内可溶性蛋白质的含量的变化可以反映种子萌发情况，可溶性蛋白质是组织器官生长发育的能量来源和建构性物质。这可能是超声波对低浓度聚乙二醇促进种子萌发具有增益作用的原因。种子在成熟之前，种胚先期成熟，但种胚被种子内部物质有效抑制萌发[15]。聚乙二醇渗透调节可以控制水分种子细胞，使种子不至于过度膨胀损伤细胞膜，在适宜水分条件下完成发芽准备过程[16]。超声波大幅度提高聚乙二醇保护下的种子内可溶性蛋白质，可能正是这种发芽准备过程的体现，但超声波增加种子可溶性蛋白质具有较大不确定性，具体原因尚需深入研究。