桔梗种子成熟生理动态

桔梗种子成熟生理动态_桔梗生殖生物学及

桔梗种子由授粉胚球逐渐发育而来，完成授精作用后，受粉卵发育成胚、受精极核发育成胚乳，球被发育成种皮。在种子发育过程中，其内部进行了活跃的代谢活动，种子内部生理生化特征也在逐步发生变化，影响着种子活力高低、种子成熟和萌发成苗能力。

1　材料与方法

1.1　取样方法

于2007年7月23日，在多年生桔梗群体中选取当日开放花朵1000朵，挂牌标记，从开花后第25日开始取果实，之后每隔3日取样1次，直到9月28日为止，共取样15次，每次取果实60个并分为两份，1份测定种子千粒重、发芽率、发芽势、发霉率，发霉率结合发芽测定一同进行，另1份冰浴带回实验室测定种子电导率、过氧化物酶活性(POD)和丙二醛(MDA)含量。

1.2　种子测定

发芽率和发芽势测定:不同成熟度种子各取100粒，培养皿垫双层滤纸作为发芽床，25℃光培养，胚根与种子等长为种子发芽标准。重复3次。

千粒重增长量为开花后天数除相当天数的千粒重;成熟度为开花后第55日的千粒重，即最大千粒重1.214g除以相当天数的千粒重所得;成熟度增长量为开花后天数除以相当天数的成熟度。

1.3　电导率测定

称取去壳种子1g，去离子水冲洗种子表面，放入烧杯中，加50ml去离子水，25℃浸泡24 h，用DDS-11A型电导仪测定浸泡液的电导率。重复2次。

1.4　丙二醛(MDA)和过氧化物酶活性(POD)的测定

参照李合生等的《植物生理生化实验原理和技术》(高等教育出版社，2000)方法。

2　结果与分析

2.1　种子千粒重、成熟度动态变化

桔梗种子发育天数与成熟度的关系见表3-2-1，在种子发育过程中，千粒重的变化范围在0.4～1.214g，从开花后25日至种子成熟，随种子发育天数的增加，千粒重也逐渐增加，并于开花后的第55日达到最大为1.214g，之后开始降低。从千粒重日增长量来看，开花后第25～58日，种子千粒重日增长变化幅度较小，表明在这段时期内种子干物质增加比较稳定，每天增长0.020～0.022g;从开花后55d(9月16日)开始，桔梗种子千粒重不再增加反而有所减小，其原因可能是:此时已进入秋季，气候由暖入寒，季节变化引起桔梗物质生产逐渐减慢、生长停止，地上部分开始变黄枯萎，而此时储存在植株中的有机物质主要流向桔梗的主要代谢库根部，而不是种子;另一方面，可能桔梗种子具有生理后熟特性，在此过程中种子呼吸作用加强，消耗了种子贮存物而使种子变轻，千粒重下降。

表3-2-1　种子千粒重、成熟度随种子发育时间的变化

续表

由表3-2-1还可以看出，随开花后天数的增加种子成熟度的变化情况，开花后25d成熟度为40.8%，之后逐渐增加，至开花后55d达到最大为100%，随后成熟度迅速下降。从成熟度的日增加量来看，成熟度的增加较为平稳，其范围在1.49～1.82间变动。因此，桔梗种子千粒重、成熟度达到最大值需要55d，是个平稳渐进的过程，之后出现一个急剧下降的阶段，可能与桔梗有机物质运输贮藏特点、生理后熟特性及种子的田间腐蚀老化等因素有关。

2.2　种子发芽的变化

桔梗种子双层滤纸培养5d开始发芽，7～8d达到发芽高峰期，11d发芽基本结束。开花后时间对桔梗种子发芽率有明显影响。发育前期，种子发芽率随开花后时间的延迟而逐渐增加，但到发育后期，种子发芽率不再增加，反而明显下降。这可能是因为前期种子处在生长发育阶段，随着发育时间的增加，种子逐渐发育完善和成熟，发芽率因而逐渐增加，当种子一旦达到一定成熟度后，发芽率则不再增加，此时如不及时收获而仍保留在田间，由于温度、水分等因素的交替变化以及微生物的活动，均可引起种子田间劣变老化，导致发芽率下降。从表3-2-2中还可以看出，发育不完全的种子发芽速度较慢，开始发芽的时间较长;开花后61d的成熟种子，培养第5d就开始发芽，第6～8d达到发芽高峰;而开花后40d以前的种子，培养8d才开始发芽，发芽的初始时间比成熟种子延迟了3d。

表3-2-2　种子成熟过程中电导率的变化

种子千粒重与发芽率的关系见表3-2-2，在种子发育前期，随千粒重的增加种子发芽率逐渐增加，开花后55d千粒重达到最大1.214g，表明种子已经达到形态成熟，但是此时种子发芽率仅为53.0%;开花后55～61d千粒重开始逐渐下降，但发芽率却迅速上升，61d时达到最大为93.3%。这种现象提示桔梗种子达到形态成熟后，在其内部可能还需经历一个复杂的生理后熟过程，才能达到种子的完全成熟，种子完成生理后熟作用的时间在开花后55～61d，完成这一过程约需6d。

从开花到种子成熟，虽然其成熟度、千粒重的增加是一个平缓渐进的过程，但发芽率的增加明显出现一个高峰，即开花后25～55d，发芽率平均每天增加仅1.71%，而55～61d提高速度明显加快，平均每天增加6.72%，发芽率增加出现的高峰主要是由于种子完成生理后熟作用引起的。

2.3　种子成熟过程中电导率的变化

电导率是衡量种子细胞膜结构完整性的重要指标，电导率低表明种子膜结构完整性较好，细胞膜具有良好的选择透性，细胞内容物不易外渗，种子性能也较好。由表3-2-2可以看出，随着开花后天数的增加种子电导率逐渐降低，开花后61d电导率达到最小为390μs·cm-1·g-1，之后随着种子田间劣变老化的开始，种子电导率开始上升;表明随种子的发育细胞膜性能逐渐改善，种子完全成熟时膜完整性也最好。种子发霉率与电导率变化趋势相同，即花后25～61d逐渐降低，之后开始升高。种子电导率和发霉率具有相同的变化趋势，原因为种子电导率较高表明质膜完整性较差，细胞内容物较易外渗，使种子带菌较为严重，造成发芽时种子易霉变。

2.4　种子成熟过程中POD活性的变化

POD是植物保护酶系统的重要成员，负责清除过氧化过程中产生的自由基，从而保护细胞膜脂免遭自由基攻击。一般认为种子POD活性与种子性能成正相关。由表3-2-2可以看出随着种子的发育POD活性变化的总趋势是先平缓下降，到开花后49d开始上升，61d达到最高，之后又出现下降趋势。开花后25～49d种子还处在发育的前期，这段时期内种子POD活性略有下降变化较为平缓;开花后49～61d种子POD活性上升较为迅速，可能是因为这一时期内有呼吸跃变和生理后熟作用发生，种子内部物质代谢和消耗加剧，产生较多的各种自由基和过氧化物，从而诱导POD的合成或促使其活性被激活，因此在这一发育时期种子POD活性明显上升;开花61d以后，由于种子已完全成熟，种子开始急剧脱水并逐渐老化，使得桔梗种子内POD由活化状态转变为钝化状态，因此活性有所降低。

2.5　种子成熟过程中MDA含量的变化

MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，其含量是判断膜脂过氧化程度的重要指标。种子发育过程中MDA含量变化见表3-2-2，随着种子的不断成熟其MDA含量呈升高趋势，表明种子MDA含量是一个逐渐累积的过程，随着植株的整体衰老，其含量也在不断增加。

3　讨论

植物传粉受精后，受精卵发育成种胚，胚珠发育成种子，种子形成后在母体上不断地生长发育，最终形成有发芽能力的成熟种子，种子的成熟过程不只是在形态上发生很大变化，而且在生理生化上也发生剧烈变化。对桔梗种子成熟过程中生理变化的研究表明，桔梗种子成熟过程是一个生理特性逐步变化的过程;种子发育期，电导率逐渐下降，细胞膜完整性趋于完善，膜的选择透性也不断提高;此时POD活性先平缓下降，而后逐渐升高直到种子完全成熟，之后又下降;而MDA含量随着种子的成熟老化有一个逐步积累的过程。值得注意的是，当种子发育到开花后的第61日时，其总体生理性能达到最佳状态，保护酶活性最高可有效消除自由基对种子造成的伤害，细胞膜完整性最好，可有效防止由于细胞内容物的大量外渗而引起的种子带菌，此时种子活力和发芽率也达到最高值，之后随着种子的田间腐蚀老化，各项指标迅速劣变，因此认为开花后61d收获的种子其性能达到最佳状态。

严一字等研究了桔梗种子成熟过程中千粒重、成熟度变化及与发芽率的关系后认为，千粒重最大时的种子发芽率也最高，这一结论与我们的研究结果不符，可能是由于研究中所用材料不同引起的。本次研究表明随着种子不断成熟千粒重不断增加，开花后55d达到最大，但此时种子发芽率仅为53.0%，而桔梗的最高发芽率出现在开花后的第61日;开花后55～61d千粒重开始逐渐下降，但发芽率却迅速上升，61d时达到最大为93.3%。这种现象提示桔梗种子达到形态成熟后，在其内部可能还需经历一个复杂的生理后熟过程，才能达到种子的完全成熟，完成生理后熟作用的时间在开花后55～61d，完成这一过程约需6d。

种子千粒重在开花后55d达到最大之后开始下降，千粒重下降的原因可能与桔梗种子的生理后熟作用有关，种子后熟作用发生在秋季，此时气候已由暖入寒，季节变化引起桔梗物质生产逐渐减慢、生长停止，地上部分开始变黄枯萎，而此时储存在植株中的有机物质主要流向桔梗的主要代谢库根部，而不是种子;另一方面，种子后熟过程中呼吸作用急剧加强，种子贮存物被大量消耗而使种子变轻，造成千粒重下降。

4　结论

桔梗开花后55d千粒重达到最大为1.214g，但此时种子发芽率仅为53.0%，开花后55～61d千粒重开始逐渐下降，但发芽率却迅速上升，61d时达到最大为93.3%，此时种子细胞膜结构完整性，POD活性也最高，种子性能达到最佳状态。开花后61d，桔梗种子可完全成熟，种子成熟过程中存在生理后熟现象，后熟期约为6d。

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