15014 植株不同冠层大豆种子活力及其萌发中抗氧化酶活性的研究.docx

1、15014 植株不同冠层大豆种子活力及其萌发中抗氧化酶活性的研究植株不同冠层大豆种子活力及其萌发中抗氧化酶活性的研究陈思羽，刘鹏，朱末，夏冬冬，李亮，徐克章，陈展宇，张治安*（吉林农业大学农学院，长春，130118）摘 要 以吉农15号和吉农24号大豆品种为材料，根据主茎节位分为下部、中下部、中部、中上部和上部五个冠层，分析不同冠层种子活力及萌发7d子叶中抗氧化酶活性和丙二醛含量的变化。结果表明，吉农15号和吉农24号大豆植株下部、中下部种子的发芽率和发芽势较高，并且下部和中下部冠层的种子活力指数显著高于中上部、上部冠层的种子活力指数。下部、中下部冠层种子萌发后幼苗茎粗显著大于中上部、上部冠层

2、幼苗茎粗。下部与中下部冠层的种子萌发时子叶中抗氧化酶活性高于上部的，而丙二醛含量低于上部的。说明，下部及中下部冠层的大豆种子活力高，萌发后幼苗健壮，子叶新陈代谢旺盛，是优选良种的最佳冠层。关键词 抗氧化酶活性，种子活力，大豆大豆(Glycine max)是全冠层结荚作物(James, 2004)，时间效应导致不同冠层大豆种子的成熟度不同，空间效应导致不同冠层大豆种子的某些品质性状不同（庄炳昌等，1990）。针对这两种效应的影响，科研工作者进行了冠层光合作用、产量分布等多项研究，以期为大豆高产品种选育和栽培提供参考（庄波等，2010；Escalante et al., 1993）。冯引弟等（20

3、14）研究了大豆不同节位叶片光合能力及其与产量关系，结果表明，通过改善大豆中上部节位叶片的光合能力可以使大豆产量得以提高。苗以农等（1989）认为在大豆籽粒鼓粒期，植株中上部叶片与中下部叶片相比，有较高的比叶重和叶绿素a/b比值，以适应外界强光和内部种子生长发育需要等条件，有利于产量的形成。庄炳昌等（1990）通过研究得出蛋白质含量较高的部位是上层和下层，脂肪的分布则是含量较高的地方在中下层。孙卓韬等（1986）研究表明，有限性品种应着重提高的中层生产能力；无限性品种产量主要取决于上层和中层生产力的发挥；亚有限型则应上、中、下层生产力协调发展，均衡增长。种子活力是种子潜力的综合表现，它决定了种

4、子萌发的潜力、出苗的一致性和幼苗正常发育的能力（曹栋栋, 2010；Ertsey et al., 2010）。大豆子叶在种子萌发过程中新陈代谢旺盛，转化自身营养物质供幼苗生长时会产生许多活性氧，从而诱发抗氧化酶活性增加，清除过氧化物(Chen et al., 2006; Juane et al., 2010; Shim et al., 2003)。谢特立等（2005）研究了不同冠层大豆种子的发芽率与电导率，结果表明下部冠层种子发芽率最高。但是，关于不同冠层上大豆种子活力及其萌发时抗氧化酶活性的研究未见报道。本试验以吉农15号和吉农24号两个大豆品种为材料，测定了不同冠层种子活力指标，以及在萌发

5、时SOD、POD、CAT活性和丙二醛含量，系统分析不同冠层种子活力及其萌发时抗氧化酶活性变化，期望为优选良种和高产栽培提供参考。1 材料与方法1.1 材料大豆（Glycine max）供试品种为吉农15号和吉农24号，由吉林农业大学大豆研究所提供。1.2 试验设计与材料培养田间试验于2013年在吉林省长春市(433148N， 1256E)吉林农业大学大豆试验田中进行，作物生长期间(5-10月份)的年平均降雨量为567毫米，大于等于10的有效积温为2880，无霜期140天。每个品种种植5行，行长5米，行距0.65米，3次重复，种植密度为20万株/公顷。于5月1日播种，采用人工点播的方式，于苗期定

6、苗，田间管理与一般的大田管理相同，于成熟期取小区中间3行，两头各去0.5米收获。将收获的大豆植株根据主茎节位分为下部、中下部、中部、中上部和上部五个冠层，然后把每一冠层上的种子分别脱粒，用于种子活力和生理指标测定。1.3测定方法每个冠层设置三次重复，用电子天平测量百粒重。分别挑选籽粒完整无损、大小均匀的大豆种子300粒，每个重复100粒，用0.1的HgCl2浸泡消毒10分钟，去离子水清洗干净并用滤纸吸干后置于直径12.5厘米的培养皿内培养，培养皿底铺有滤纸，每个培养皿中加有适量蒸馏水，恒温箱(251，12/12)中培养。每天补充一定量的蒸馏水，记录发芽数。萌发到第7 d时，每冠层的每次重复随机

7、选取生长一致幼苗10株，先用游标卡尺测定幼苗的茎粗，用直尺测定幼苗的下胚轴长和根长。然后将幼苗烘干后称重，再把子叶分离幼苗分别称重。按下列公式计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数（钱森和等，2009）：发芽率=第7d发芽种子数/供试种子数100%；发芽势=第3d发芽种子数/供试种子数100%；发芽指数=（Gt/Dt）（Gt t日内的发芽数，Dt相应的发芽天数）；活力指数=幼苗干重发芽指数。超氧化物歧化酶（SOD）活性用氮蓝四唑（NBT）光化学还原法（张治安等，2008）测定，以抑制 NBT光氧化还原50%的酶量为一个酶活力单位，用Ug-1表示；过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法（张

8、治安等，2008），酶活性以A470min-1g-1表示；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法（张治安等，2008）测定，以每分钟减少 0.1 个A240值所需的酶量为一个酶活力单位，用表示Ug-1表示；丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）显色法（张治安等，2008）。1.4 数据处理先用Microsoft Excel 2003系统进行数据处理，然后用SPSS ver.16.0 软件(SPSS Inc., USA, IL: Chicago)进行差异显著性分析。2 结果与分析2.1 植株不同冠层的大豆种子百粒重变化百粒重是体现种子大小与充实程度的一项指标，植株不同冠层的大豆种子百

9、粒重存在差异。图1可以看出，中下层的百粒重最大，说明中下层的种子最大，这两个品种都是随着冠层的升高，百粒重呈先略升后逐渐下降的趋势，上部的种子最小。吉农15号中下部的百粒重分别比下部、中部、中上部高0.68%、0.73%、4.79%，但未达到差异显著水平(p0.05)，中下部种子百粒重比上部百粒重高6.13%，差异显著(p0.05)；吉农24号中下部的百粒重分别比下部、中部高0.59%、3.19%，但未达到差异显著水平(p0.05)，中下部种子百粒重分别比中上部、上部百粒重高7.61%、10.32%，差异显著(p0.05)。图1 植株不同冠层的大豆种子百粒重变化 Figure1 Changes

10、 of 100-seed weight in different canopy of soybean plant2.2 植株不同冠层上大豆种子发芽率、发芽势的变化从表1看出，吉农15号和吉农24号萌发到第7d的发芽率是随着冠层的由下往上呈下降的变化，下层的发芽率高，上层的发芽率低，但两个品种各冠层的种子发芽率差异均未达到显著水平(p0.05)。吉农15号和吉农24号的发芽势是随着冠层的从下往上表现为先下降后上升，中层的发芽势最低。中部的种子发芽势显著低于下部、中下和上部的种子发芽势(p0.05)。表1植株不同冠层上大豆种子发芽率和发芽势的变化Table1 Changes of germinat

11、ion rate and germination potential in different canopy of soybean plantCultivarJinong15Jinong24CanopyGermination rate (%)Germination potential (%) Germination rate (%)Germination potential (%)Lower99.4a93.0a100.0a99.2aLower-middle99.2a92.4a99.2a 96.0abMiddle98.1a89.4b99.2a92.1cUpper-middle97.5a90.6a

12、b98.4a94.4bcUpper97.1a92.9a98.4a96.8ab注：同一品种同一列中不同的小写字母表示在0.05水平上差异显著Note: Values within a variety and a column followed by a different small letter represented significantly at 0.05 probability level.2.3 植株不同冠层大豆种子萌发后幼苗各部位干重的变化子叶是大豆重要的贮藏器官，其贮藏的营养物质用于种子萌发、幼苗生长。图2A是萌发到第7d不同冠层大豆子叶干重的变化，随着冠层的由下往上，子叶干重呈

13、下降趋势变化，下部的子叶干重最大。吉农15号下层、中下层、中层的子叶干重比中上层、上层的子叶干重高，差异达到显著水平(p0.05)，吉农24号下层、中下层的子叶干重也显著高于上层的子叶干重(p0.05)。从图2B可以看出，吉农15号和吉农24号去子叶幼苗干重是随着冠层的从下往上是呈逐渐下降的趋势变化，下层去子叶的幼苗干重最大，而上层的最小。去子叶的幼苗干重代表着有多少贮藏物质和光合产物转化为幼苗的生长。吉农15号下层去子叶幼苗分别比中下层、中层、中上层、上层增加12.64%、14.87%、17.53%、24.73%，吉农24号下层无子叶的幼苗分别比中下层、中层、中上层、上层增加11.43%、1

14、5.09%、40.20%、40.50%。图2C表明，吉农15号和吉农24号的带子叶幼苗干重随着冠层的从下往上是逐渐降低的。下层的带子叶幼苗干重显著高于其他冠层，中下层的带子叶幼苗干重显著高于中上层和上层。吉农15号下层的带子叶幼苗干重分别比中下层、中层、中上层、上层重6.31%、9.25%、15.13%、24.12%；吉农24号下层的带子叶幼苗干重分别比中下层、中层、中上层、上层重7.61%、10.71%、19.90%、23.17%。BAC图2植株不同冠层的大豆幼苗各部位干重 (A) 子叶干重； (B) 去子叶幼苗干重； (C) 带子叶幼苗干重Figure2 Dry weight of eac

15、h part in different canopy of soybean seedling(A) Dry weight of the cotyledons; (B) Dry weight of seedling without cotyledons; (C) Dry weight of seedling with cotyledons2.4 植株不同冠层大豆种子发芽指数和活力指数的变化根据图3A看出，吉农15号和吉农24号的发芽指数是先降低后升高，中层的发芽指数最小，但各冠层之间种子发芽指数的差异没达到显著水平(p0.05)。图3B表明，不同冠层大豆种子活力指数随着冠层的从下往上是呈下降趋势

16、变化，下部的种子活力指数最大，说明下部的种子活力最高。下部、中下部冠层的种子活力指数显著高于上部、中上部冠层的种子活力指数(p0.05)，而中上部与上部冠层的种子活力指数间差异未达到显著水平(p0.05)。吉农15号品种下部冠层的种子活力指数分别比中部、中上部、上部的高15.41%、21.50%、24.67%。吉农24号下部冠层的种子活力指数分别比中部、中上部、上部高15.93%、23.82%、27.07%。AB图3植株不同冠层的大豆种子发芽指数、活力指数的变化(A)发芽指数； (B) 活力指数Figure2 Changes of germination index and vigor ind

17、ex in different canopy of soybean plant(A)Germination index; (B) Vigor index2.5植株不同冠层的大豆幼苗茎粗和下胚轴长的变化幼苗的茎、下胚轴的生长状况能够反应幼苗的健壮程度，能够预期幼苗对恶劣环境的适应能力，并且对产量有重要影响。表2看出，吉农15号和吉农24号的茎粗是随着冠层的从下往上呈现逐渐变小的趋势，下层的种子萌发后幼苗茎粗最大，下层、中下层的幼苗茎粗显著大于中上层、上层的幼苗茎粗(p0.05)。吉农15号的幼苗茎粗下层分别比中下层、中层、中上层、上层的高2.27%、5.63%、8.17%、8.70%；吉农24号

18、的幼苗茎粗下层分别比中下层、中层、中上层、上层的高1.02%、3.13%、10.61%、15.12%。两个品种上部冠层幼苗的下胚轴最长，中下部冠层幼苗的下胚轴最短。吉农15号中下部的幼苗下胚轴显著小于其他冠层，分别比下层、中层、中上层、上层小5.46%、7.16%、9.93%、22.53%。吉农24号中下部的下胚轴分别比下层、中层、中上层、上层小4.71%、4.71%、6.87%、8.81%，并且与它们的差异达到显著水平(p0.05)。表2 植株不同冠层的大豆幼苗茎粗和下胚轴长的变化Table2 Differences of stem diameter and hypocotyl length

19、 in different canopy of soybean seedlingCultivarJinong15Jinong24CanopyStem diameter(mm)Hypocotyl length(cm)Stem diameter(mm)Hypocotyl length(cm)Lower2.250.035a4.640.14b1.980.023a7.910.13bLower-middle2.200.067ab4.390.08c1.960.041a7.530.04cMiddle2.130.058bc4.720.19b1.920.066a7.910.18bUpper-middle2.080

20、.037c4.870.14b1.790.083b8.090.23abUpper2.070.069c5.660.03a1.720.058b8.260.05a注：同一列中不同的小写字母表示在0.05水平上差异显著，表中数值为3次重复均值SE。Note: Values within a column followed by a different small letter represented significantly at 0.05 probability level. Values are the average of three replicates, indicated by meanS

21、E.2.6 植株不同冠层大豆种子萌发中抗氧化酶活性及MDA含量变化从表3可以看出，吉农15号和吉农24号种子萌发时子叶的SOD活性随着冠层的从下往上是逐渐降低的，下部的SOD活性最高，中下部的次之，上部的最低。吉农15号下部冠层种子萌发时子叶的SOD活性比中部、中上部、上部的分别高9.86%、16.25%、23.43%，差异显著(p0.05)，吉农24号下部冠层种子萌发时子叶的SOD活性比中部、中上部、上部分别高20.38%、37.57%、55.23%，差异显著(p0.05)。萌发第7d时，不同冠层大豆子叶中的POD活性是先上升后下降，中下部的POD活性最高。吉农15号中下部大豆子叶中的POD

22、活性比下部、中部、中上部、上部高8.51%、9.27%、10.19%、13.71% ，各冠层的差异未达到显著水平(p0.05)。吉农24号中下部大豆子叶中的POD活性比下部、中部、中上部、上部高3.73%、4.38%、9.09%、19.38%，上部的POD活性显著低于与中部、下部、中下部的POD活性 (p0.05)。萌发7d的大豆种子从植株的下部到上部，子叶中CAT活性变化规律与SOD相似，是逐渐由高到低的变化，在下部的CAT活性最高，上部最低。吉农15号下部冠层大豆种子萌发时子叶中CAT活性分别比中部、中上部、上部分别高12.09%、13.09%、20.55%，差异显著(p0.05)，但中下

23、部、中部、中上部、上部之间的差异不显著(p0.05)。吉农24号下部大豆子叶中CAT活性分别比中下部、中部、中上部、上部分别高9.66%、11.49%、17.14%、24.66%，且差异达到显著水平(p0.05)。从表3看出，随着冠层的上升大豆子叶中的丙二醛含量呈增加变化 。吉农15号的下部、中下部、中部大豆子叶中的丙二醛含量显著低于中上部、上部的丙二醛含量(p0.05)，下部、中下部、中部、中上部的丙二醛含量分别比上部的丙二醛含量降低34.92%、33.40%、31.25%、16.06%，差异显著(p0.05)，但是下部、中下部、中部三者之间的差异没达到显著水平。吉农24号下部、中下部、中部

24、、中上部大豆子叶中的丙二醛含量比上部低26.92%、23.50%、19.03%、9.80%，差异达到显著水平(p0.05)。表3 植株不同冠层大豆种子萌发中抗氧化酶活性及MDA含量变化Table3 Changes of antioxidant enzyme activities and MDA content during seed germination in different canopy of soybean CanopyAntioxidant enzyme activitiesSOD activities(Ug-1)POD activities(A470min-1g-1)CAT ac

25、tivities(Ug-1)MDA content(nmolg-1)Jinong15Lower1005.516.1a24.02.83a338.115.7a36.00.48cLower-middle951.610.7b26.11.52a308.610.8ab36.91.46cMiddle915.26.7c23.91.78a301.620.1b38.10.30cUpper-middle865.012.5d23.70.77a298.923.8b46.51.66bUpper814.627.3e22.90.42a280.413.3b55.42.54aJinong24Lower756.724.7a36.9

26、0.33a251.69.45a42.71.15dLower-middle720.412.5b38.33.78a229.56.4b44.72.10cdMiddle628.620.5c36.71.09a225.712.1b47.31.37cUpper-middle550.010.6d35.10.59ab214.815.0bc52.61.63bUpper487.411.6e32.11.70b201.913.5c58.40.62a注：同一品种同一列中不同的小写字母表示在0.05水平上差异显著Note: Values within a variety and a column followed by a

27、 different small letter represented significantly at 0.05 probability level.3 讨论陈禅友（1992）通过研究证明，种子成熟度越高，出苗率越高。杨晓杰等（2003）指出，大豆种子活力会影响到田间种植及产量。孙卓韬等（1986）指出生育前期使得茎秆粗壮，出苗健壮，有利于获得理想株型，提高抗倒伏能力。本试验研究表明，下部及中下部冠层的大豆种子籽粒大，发芽率高，活力指数大，发芽后幼苗的茎也比其他冠层的粗。这与下部冠层籽粒的成熟度好，籽粒更饱满有关。SOD在植物细胞的叶绿体、线粒体和细胞质中均有存在，主要功能是催化O2 歧化为

28、H2O2，保护细胞膜(Takahashi et al., 1983; Alscher et al., 2002; Juane et al., 2010)。种子在萌发过程中，产生许多的活性氧会由SOD、CAT、POD清除，SOD把超氧游离基变成H2O2，CAT、POD把H2O2变成H2O和O2(Alscher et al.,2002; Juane et al.,2010)，维持活性氧的动态平衡，减轻活性氧造成的脂质过氧化作用，保护种子在萌发过程中膜结构的完整性。CAT活性越高，清除的H2O2越多，从而减少细胞膜结构的损伤，延缓大豆子叶的衰老。丙二醛是细胞质膜脂质过氧化的产物之一，其含量高低及种子

29、浸出液的外渗电导率大小可反映细胞膜脂过氧化的水平和膜受伤害的程度（李合生，2006；张治安等，2005）以及衰老程度。本试验研究表明，萌发7d时下层及中下层大豆子叶中的SOD、CAT、POD活性高，丙二醛含量低，中上层、上层的抗氧化酶活力低，丙二醛含量高，说明下层及中下层的大豆种子萌发时子叶新陈代谢旺盛，衰老速度慢，有利于幼苗生长。随着大豆植株各冠层从下往上，百粒重呈先略增高然后减小变化，各冠层的种子发芽率没有显著差异，中层的发芽势最低。下层及中下层的大豆种子活力指数高，去子叶幼苗干重也高，幼苗茎粗大，子叶中抗氧化酶活性高，丙二醛含量低，种子长出的幼苗健壮，子叶中供给幼苗生长的营养物质丰厚，新

30、陈代谢旺盛，是优选两种的最佳冠层。参考文献曹栋栋 (2010). 多胺对超甜玉米种子发育过程种子质量和萌发的调控作用研究. 博士论文. 浙江大学. pp.4-24. 陈禅友(1992). 豇豆种子活力研究进展. 种子 5, 45-46.苗以农, 朱长甫, 姜艳秋, 刘学军 (1989). 大豆不同生育期不同节位叶片的比叶重及叶绿素和全氮含量. 中国油料 4, 44-48.冯引弟, 徐克章, 季平, 张鹏，徐晨，李大勇 (2014). 新老大豆品种不同节位叶片性状及其与籽粒产量的相关性研究. 西北农林科技大学学报 42, 61-68.钱森和, 厉荣玉, 杨超英, 汤斌, 薛正莲 (2009).

31、PSB对大豆种子活力及其生物学特性影响的研究. 种子 28, 25-28.孙卓韬, 董钻 (1986). 大豆株型、群体结构与产量关系的研究第二报大豆群体冠层的荚粒分布.大豆科学 5, 91-102谢特立, Tekrony DM (2005). 品种、种植密度与结荚位对大豆种子活力的影响研究. 中国生态农业学报 13, 69-72杨晓杰, 孙志琳(2003). 阿司匹林和复方新诺明对大豆种子萌发及活力的影响. 植物生态学报 27, 667671张治安, 王振民, 徐克章 (2005). Cd胁迫对萌发大豆种子中活性氧代谢的影响. 农业环境科学学报 24, 670-673张治安, 陈展宇 (2008). 植物生理学实验指导. 长春:吉林大学出版社. pp.100-111, 180-193.庄炳昌, 徐豹 (1990). 大豆不同节位种子蛋白质脂肪及其组份的分布. 中国油料 3,