第1章文献综述
1.1种子脱水耐性
脱水耐性是指种子在发育过程中所获得的一种综合性状,可以忍受快速干燥、终止代谢活动、并且经过相继的复水过程,仍能存活的一种能力,其反面则称为种子的顽拗性或脱水敏感性。种子的脱水耐性是受多因素影响的,主要与其物质积累有相,不同因素都可能造成种子脱水耐性的差异,因此不能以某一因素来单独衡量种子脱水耐性的强弱与成因。Roberts根据种子的脱水敏感性和贮藏特性把种子分为两种类型,即正常型种子和顽拗型种子,后来又确定介于正常型和顽拗型之间的第 3 种类型,中间型。正常性种子在母株上经历成熟脱水,种子脱落时含水量较低(15~20%),并能被进一步干燥到 1~5%的含水量而不会发生伤害,如含水量降到 5%以下,贮藏 9 年后的花生、小麦、高粱、菜豆等种子的活力并无显著下降。脱水是正常性种子生命周期必经的过程,是种子贮藏繁衍的一种适应性策略。
在干燥和低温条件下能够长期贮藏且不丧失活力,并且可以根据贮藏条件预测其贮藏寿命。而顽拗性种子不经历成熟脱水,种子脱落时含水量相对较高(30~60%),发育过程中不耐脱水,一般在较高临界含水量时生活力就会开始丧失,同时也对低温敏感,在 15℃以下就会造成低温伤害,因此很难用常规方法对其保存;在适合正常型种子贮存的条件下,其贮藏寿命通常只有几天到几个星期。一些顽拗性种子,如大叶茶、可可、荔枝、欧洲七叶树等种子存活的最低含水量约为 0.2~0.3 g H2O g-1DW。
一些热带区域特有的顽拗性种子,如海榄雌、亨氏罗汉松、澳大利亚栗籽豆的成熟胚,其存活的临界含水量大约为 0.6~0.8 g H2O g-1DW。中间型种子表现出中间性贮藏行为,在相对低的含水量下能够存活,但不能忍受像正常性种子一样的水分丧失。轻度脱水时,种子生活力随着含水量的降低而延长,当含水量降至 10~12.5%时,通常会立即发生伤害,这个相对低含水量随物种而异,如咖啡、油棕和番木瓜等植物的种子。当贮藏温度低于 10℃时,中间型种子活力会迅速下降,即使在脱水状态下也可能对低温敏感。因此,种子脱水耐性是判断种子贮藏特定的一个重要依据。用核磁共振法检测表明,正常型种子的自由水完全可以失去,束缚水得以保留;顽拗性种子水分表现出均一状态,干燥时缓慢失去,因而很难看出自由水和束缚水的区别,进而造成不同类型的种子表现出不同的脱水耐性。
随着对顽拗性种子认识的逐渐深入,Hanson认为脱水敏感性的术语更能准确地描述顽拗性种子。Berjak 等则根据种子是否经历脱落前的发育,用含水量变化的和含水量不变的术语来分别描述正常性种子和玩拗性种子。宋松泉和傅家瑞认为上述概念都忽略了顽拗性种子脱落后的行为与脱落前的发育之间的相互关系,而将“顽拗型种子”定义为:“在发育中期获得发芽能力,不经历成熟脱水的发育阶段,脱落后对脱水和低温敏感的种子”。正常性种子耐脱水性丧失是在胚根伸出时,中间型种子耐脱水性的丧失发生在胚根生长之前,而顽拗性种子多在采收前已有胎萌现象,此时对脱水非常敏感。
1.2种子保存
种质保存是实施生物多样性保护的一个重要途径。种子作为一种主要的种质材料,对植物种类的繁衍具有特殊的意义。目前建立的种子基因库,是保存种质资源最普遍易行的方式,在世界库存 610 万份种质资源中,近 90%是以种子形式保存的。贮藏种子的目的在于延长种子寿命、保持活力强度并保存植物固有的种质基因,而延长寿命是最为基本的目的。种子的贮存寿命与种子贮藏时的含水量和贮藏温度密切相关,正常型种子一般在低温干燥的条件下可以长期贮藏而不丧失或丧失很少的生活力。而对那些不耐脱水或脱水耐性不高的和对低温敏感的顽拗性种子,却不能用常规的干燥和低温贮藏方法进行长期保存,这类种子的贮藏是有待攻克的难题。生态环境与植物种子的贮藏特性相关,并且起着决定性的作用。如起源于埃塞俄比亚干冷地区的咖啡,属于中间型种子;而起源于利比里亚湿热地区的咖啡种子,为顽拗性种子。低温对种子的伤害根据植物种类、低温持续时间长短和含水量的不同而不同,一些对低温敏感的种子在温度低于 20℃以下时就可能发生低温伤害。
第2章研究材料和方法
2.1 研究材料
本试验以生长于重庆师范大学(沙坪坝校区)的为材料,于 2009 年12 月 20 日到 2010 年 2 月 10 日先后 3 次采集成熟的种子,立即运回实验室用于试验。当整个花序达到盛花期时开始花期标记,随后观察果实生长发育情况,以种子为研究材料,并适时采集测定种子生理指标和脱水耐性及萌发情况。自花后 60 d开始,从 2010 年 6 月 10 日到 2010 年 11 月 10 日,每 10 d 取样一次,直到种子完全成熟。棕榈成熟种子于 2010 年 12 月 20 日采自重庆市六十八中,种子采集后立即运回实验室,去除果皮后用于试验。2.2 发育阶段的生物学特性与脱水耐性采集不同发育时期的,观测并记录果实和种皮颜色。随即选取籽粒饱满的果实 300 粒,分 3 等分,以精度 0.0001 g 的电子天平测量并计算果实千粒重,并以精度 0.0001 mm 的电子卡尺计算果实长和宽。剥去果皮后,再测定种子千粒重和长、宽等相关指标,并观察内果皮是否已形成。发育期种子脱水:将60~210 DAF(days after flowering,DAF)种子置于硅胶中快速脱水,脱水处理时间分别为 0、10、25、50、75、110 h。
第3章 脱水耐性的研究........................................... 27-39
3.1 的生物学特性变...........................................化........................................... 27-28
3.2 的脱水耐性变化........................................... 28-29
3.3 电导率的变化........................................... 29
3.4 温度对萌发的影响 ...........................................29-30
3.5 IC藏过程中生活力的变化 ...........................................30-31
3.6 保存过程中电导率的变化 ...........................................31-32
3.7 对完全成熟期的含水量...........................................32-34
3.8 对电导率的影响 ...........................................34-35
3.9 对 HDA 含量的影响 ...........................................35
3.10 对脯氨酸含量的影响 ...........................................35-36
3.11 对 SOD 活性的影响........................................... 36-37
3.12 对 POD 活性的影响 ...........................................37
3.13 对 CAT 活性的影响........................................... 37-38
3.14 对 APX 活性的影响 ...........................................38-39
第4章 棕榈种子脱水耐性的研究 ...........................................39-47
4.1 棕榈种子形态特征 ...........................................39
4.2 温度对棕榈种子萌发的影响 ...........................................39-40
4.3 对棕榈种子含水量和萌发的影响........................................... 40-42
4.4 对棕榈种子电导率的影响 ...........................................42
4.5 对掠榈种子 MDA 含量的影响 ...........................................42-43
4.6 对棕榈种子脯氨酸含量的影响 ...........................................43-44
4.7 对棕榈种子 SOD 活性的影响 ...........................................44
4.8 对棕榈种子 POD 活性的影响........................................... 44-45
4.9 对棕榈种子 CAT 活性的影响........................................... 45-46
4.10 对棕榈种子 APX 活性的影响 ...........................................46-47
第5章 分析与讨论 ...........................................47-53
5.1 脱水研究 ...........................................47-50
5.2 掠輸子财聰 ...........................................50-51
5.3 蒲葵与棕榈种子的果比较........................................... 51-53
结论
1.蒲葵种子在 60~200 DAF 期间,含水量和电导率随着成熟度的增加而逐渐降低,果实及种子千粒鲜重、种子干重和生活力逐渐增大。蒲葵种子 130 DAF 达到生理成熟,190 DAF 完全成熟。60~190 DAF 之间种子脱水耐性逐渐增强,190DAF 达到最大。
2,蒲葵种子适宜萌发温度为 20~35 ℃。在贮藏过程中,含水量为 20%和 24%的种子分别在 4 ℃和 15 ℃下保存一段时间后,生活力均逐渐降低,电导率却增大,其中含水量 24%,4℃保存效果最好。
3,蒲葵种子脱水到 12%时,生活力为 15%,含水量下降到 8%时活力完全丧失,种子对脱水敏感,为顽拗型种子。
4,在脱水过程中,蒲葵种子发芽率、发芽势和发芽指数等逐渐下降;膜质过氧化程度不断加强,相对电导率、丙二醛(MDA)和脯氨酸的含量逐渐上升;超氧化物歧化酶(SOD)活性先上升,在含水量22%时出现最大值,之后急速下降;过氧化氢酶(CAT)活性随含水量的下降呈上升趋势;过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)变化趋势相同,均随着含水量的降低先上升,在含水量为17%时,其活性最高,然后逐渐下降。这些结果表明,严重脱水时会降低蒲葵种子的抗氧化酶类活性,并加剧膜质过氧化作用,从而导致种子活力降低,甚至丧失。
5,棕榈种子的初始含水量为 33.07%,萌发率为 83.33%,适宜萌发温度为 25~35℃。
6,棕榈种子快速脱水至含水量 10.07%时,萌发率为 27.67%;慢速脱水至含水量7.87%时,萌发率仅为 15%。棕榈种子表现出中间型种子的特点。
7,在脱水过程中,棕榈种子萌发率、发芽势、发芽指数和含水量等逐渐下降,浸出液电导率、丙二醛(MDA)含量逐渐上升,脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均先增加再减降低。比较两种脱水速率对种子活性的影响发现,快速脱水较慢速脱水敏感性要低
8,顽拗性种子和中间性种子在脱水过程中所受到的伤害,可能均是由于膜质过氧化及自由基攻击造成的。