陳蓉，李旭東，陸娟，蔣震

（1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學，甘肅 蘭州 730070；3.蘭州植物園，甘肅 蘭州 730070）

山桐子Idesia polycarpa是大風子科、山桐子屬 亞熱帶陽性速生落葉喬木，是優(yōu)良的木本油料、用材和城市綠化樹種；山桐子油既可食用，也能制取生物柴油，作為能源樹種日益受到重視[1-2]。目前，我國山桐子人工林數(shù)量較少。山桐子種子自然發(fā)芽率較低，甚至不發(fā)芽[3-4]，制約了播種育苗生產(chǎn)。山桐子種子千粒質(zhì)量1.6～3.6 g，顆粒細小，種皮堅硬，表面有蠟質(zhì)層，具有物理休眠特性[4-5]。山桐子種子催芽研究較少，而且多屬低溫措施。超聲波處理和聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）滲透調(diào)節(jié)均為物理措施，已經(jīng)用于多種植物種子催芽研究[6-8]。超聲波的生物學效應(yīng)主要表現(xiàn)在空化、熱效應(yīng)和機械效應(yīng)以及消毒效應(yīng)[6,9-10]，可加速種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽速度。聚乙二醇為一種惰性高分子滲透保護劑，其溶液具有降低水勢的作用，通過滲透調(diào)控種子吸水速度，修復細胞膜，恢復種子活力，從而促進種子萌發(fā)[8,11]。本研究旨在探索聚乙二醇和超聲波處理對山桐子種子的萌發(fā)效應(yīng)，以期為甘肅山桐子播種育苗提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山桐子種子購于隴南康縣，千粒質(zhì)量2.8 g，凈度98%；聚乙二醇，分子量6 000，濟南翔邦化工有限公司生產(chǎn)。超聲波清洗儀，頻率40 kHz，功率500 W，潔康超聲波清洗機儀器有限公司生產(chǎn)；DDS-12DW 型電導率儀，上海理達儀器廠生產(chǎn)。

1.2 方法

選取飽滿、均勻的山桐子種子為試材。試驗于2019 年4 月在甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院實驗室進行，并開展發(fā)芽及生理指標的測定。

1.2.1 聚乙二醇處理

試驗設(shè)4 個水平，每個水平3 次重復，每次重復200 粒種子。聚乙二醇溶液質(zhì)量分數(shù)分別為0（對照）、10%、20%和30%，溫度控制在13 ℃，待種子處理到3 d，再用清水沖洗。然后，每個重復取50 粒于室溫下（25 ℃左右）擺盤發(fā)芽，逐日觀察記錄發(fā)芽情況；其余150 粒種子分別用于膜透性測定和代謝物質(zhì)的測定。

1.2.2 超聲波處理

試驗設(shè)4 個水平，超聲波清洗儀對山桐子種子分別進行30、40、50 ℃的輻照處理，頻率40 kHz，輻照時間15 min，無超聲波輻照為對照；每個水平3 次重復，每次重復200 粒種子。然后，每個重復取50 粒種子于室溫下（25 ℃左右）擺盤發(fā)芽，逐日觀察發(fā)芽情況并記錄，其余150 粒種子用于膜透性測定和代謝物質(zhì)的測定。

1.2.3 聚乙二醇與超聲波組合處理

聚乙二醇3 個質(zhì)量分數(shù)和超聲波3 個處理溫度全組合處理，超聲波頻率40 kHz，清水浸泡且無超聲波處理為對照，共10 個水平，每個水平3次重復。發(fā)芽溫度為25 ℃，光照12 h，適量水分，發(fā)芽測定時間為21 d。每個重復取50 粒種子置于室溫下擺盤發(fā)芽，統(tǒng)計種子萌發(fā)情況；其余150粒種子用于膜透性測定和代謝物質(zhì)的測定。

1.3 指標測定

山桐子種子膜的透性可通過相對電導率的值表現(xiàn)。處理過的供試種子25 ℃蒸餾水浸泡24 h，電導率儀測定電導率，種子再經(jīng)水浴鍋加熱煮沸0.5 h，再次測定電導率。計算相對電導率：

式中σr為相對電導率，σ0為蒸餾水電導率，σ1為種子煮沸前電導率，σ2為煮沸種子電導率。

處理過的供試種子考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白質(zhì)，計算質(zhì)量分數(shù)：

式中，mr為可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，m0為蛋白質(zhì)標準曲線查得值；VT為提取液總體積；m1為樣品鮮質(zhì)量；VS為測定時加樣量。

每天觀察統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽結(jié)束后，每份發(fā)芽苗中隨機選取10 株完整幼苗，天平稱量，以平均值表示苗鮮質(zhì)量，以發(fā)芽指數(shù)與苗鮮質(zhì)量的乘積表示活力指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 和SPSS 軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚乙二醇處理

方差分析結(jié)果表明，在α=0.05 置信水平，聚乙二醇處理對供試種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均有統(tǒng)計學差異；對種子相對電導率、可溶性蛋白質(zhì)無統(tǒng)計學差異。說明：聚乙二醇對供試種子萌發(fā)有效應(yīng)；對種子膜透性和可溶性蛋白質(zhì)無效應(yīng)，不再進行多重比較分析。測定結(jié)果見表1。表1 顯示，聚乙二醇處理的供試種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)，10%水平與對照無統(tǒng)計學差異，說明該水平對發(fā)芽無影響；20%、30%兩個水平與對照有統(tǒng)計學差異而且數(shù)值大于對照，說明這兩個處理水平有促進發(fā)芽的效應(yīng)，同時這兩個處理水平之間有統(tǒng)計學差異且前者數(shù)值大于后者，說明20%水平處理促進發(fā)芽的效應(yīng)優(yōu)于30%水平，其中20%水平處理的供試種子發(fā)芽率較對照提高31.37 百分點。聚乙二醇處理的供試種子發(fā)芽活力指數(shù)，3個水平處理與對照均有統(tǒng)計學差異且數(shù)值大于對照，說明聚乙二醇處理有提高發(fā)芽活力的效應(yīng)，同時，20%水平處理與10%、30%兩個水平處理有統(tǒng)計學差異且數(shù)值大于后者，說明20%水平處理提高發(fā)芽活力的效應(yīng)優(yōu)于后者。

表1 聚乙二醇處理對供試種子發(fā)芽的影響

2.2 超聲波處理

方差分析結(jié)果表明，在α=0.05 置信水平，超聲波處理的供試種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、可溶性蛋白質(zhì)無統(tǒng)計學差異，活力指數(shù)和相對電導率有統(tǒng)計學差異。說明：超聲波對供試種子活力指數(shù)和膜透性有效應(yīng)；對供試種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、可溶性蛋白質(zhì)無效應(yīng)，不再進行多重比較分析。測定結(jié)果見表2。表2 顯示，超聲波處理的供試種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，各水平處理與對照均無統(tǒng)計學差異，但各水平處理之間，特別是50 ℃水平處理與30 ℃之間有統(tǒng)計學差異且前者數(shù)值小于后者，說明50 ℃水平處理較30 ℃降低了供試種子發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力。其中供試種子發(fā)芽指數(shù)，盡管方差分析無統(tǒng)計學差異，由于最大值與最小值相差超過2 倍而進行了多重比較。超聲波處理的供試種子相對電導率，各水平處理與對照均有統(tǒng)計學差異且數(shù)值大于后者，說明各水平處理均提高了供試種子的膜透性。

表2 超聲波處理對供試種子發(fā)芽的影響

2.3 聚乙二醇與超聲波組合處理

方差分析結(jié)果表明，在α=0.05 置信水平，聚乙二醇與超聲波組合處理對供試種子發(fā)芽率、相對電導率無統(tǒng)計學差異，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、可溶性蛋白質(zhì)有統(tǒng)計學差異。說明：組合處理對供試種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、可溶性蛋白質(zhì)有效應(yīng)；對供試種子發(fā)芽率、相對電導率無效應(yīng)，不再進行多重比較分析。測定結(jié)果見表3。表3 顯示，組合處理各水平的供試種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、可溶性蛋白質(zhì)，與對照以及各水平處理之間，或者無統(tǒng)計學差異，或者有，而且數(shù)值也與對照相比大小不定，說明組合處理對供試種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和可溶性蛋白質(zhì)的效應(yīng)變化不定。供試種子發(fā)芽率數(shù)值相差懸殊，30%+50 ℃水平處理數(shù)值最小，只有26%，10%+50 ℃最大，高達62%，雖然方差分析表明組合處理對供試種子發(fā)芽率無統(tǒng)計學差異，但如此大的數(shù)值差異仍然值得重視，或許暗示50 ℃水平超聲波與較低水平聚乙二醇處理對種子發(fā)芽有聯(lián)合促進效應(yīng)。

表3 聚乙二醇與超聲波組合處理對山桐子種子發(fā)芽的影響

對比表2 和表3 可見，超聲波單獨處理，對供試種子膜透性有促進效應(yīng)，但對可溶性蛋白質(zhì)無效應(yīng)；超聲波與聚乙二醇組合處理，對供式種子膜透性無效應(yīng)，但對可溶性蛋白質(zhì)有促進效應(yīng)。說明超聲波處理對供試種子細胞膜造成一定損傷，該損傷可以被聚乙二醇滲透調(diào)節(jié)作用所修復，同時在滲透調(diào)節(jié)作用保護下，超聲波處理引起供試種子細胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)大量增加，但這種增加對于種子萌發(fā)無效應(yīng)，甚至有降低發(fā)芽率的趨勢，暗示超聲波引起的可溶性蛋白質(zhì)增加具有較強的不確定性。

3 結(jié)論與討論

分子量6 000 的聚乙二醇20%溶液，13 ℃下浸泡山桐子種子3 d，促進發(fā)芽最佳，發(fā)芽率從對照的47.30%提高到78.67%，提高31.37 百分點；發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著大于對照，加速發(fā)芽、增強幼苗質(zhì)量的效應(yīng)顯著。40 kHz 超聲波單獨輻照15 min，對山桐子種子發(fā)芽無效應(yīng)，但對發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)有效應(yīng)，并且損傷種子細胞膜。分子量6 000 的聚乙二醇溶液與40 kHz 超聲波輻照15 min組合處理，對山桐子種子發(fā)芽無效應(yīng)，在聚乙二醇保護下，超聲波促進種子內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)大量增加。

對于聚乙二醇滲透調(diào)節(jié)處理對種子萌發(fā)是否存在促進和啟動作用，研究者有不同意見[12-13]。本次試驗表明，聚乙二醇處理確實可以促進種子萌發(fā)，而且具有濃度效應(yīng)，在10%～30%區(qū)間，隨著聚乙二醇質(zhì)量分數(shù)增加，促進萌發(fā)作用呈先增后減趨勢。

多數(shù)研究證明超聲波輻照處理能夠促進種子發(fā)芽[6,9-10]，本項試驗表明超聲波輻照單獨處理，對種子萌發(fā)無效應(yīng)，對山桐子種子細胞膜有所損傷。這可能與供試種子種類不同有關(guān)。種子內(nèi)含物通過細胞膜向外滲漏越多，細胞膜的完整性越低，浸泡液的電導性就越高[14]。本項試驗表明，組合處理時，聚乙二醇能修復或保護超聲波輻照引起的細胞膜損傷，即使較高劑量的超聲輻照也不影響種子細胞膜透性，其原因可能是，聚乙二醇滲透調(diào)節(jié)作用與超聲波的空化作用可以保護細胞質(zhì)膜穩(wěn)定[6]。

本項研究發(fā)現(xiàn)，在10%聚乙二醇低濃度水平時，超聲波輻照具有促進萌發(fā)的趨勢，而且在聚乙二醇修復和保護細胞膜的條件下，超聲波能夠大幅度提高種子內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)水平。種子內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)的含量的變化可以反映種子萌發(fā)情況，可溶性蛋白質(zhì)是組織器官生長發(fā)育的能量來源和建構(gòu)性物質(zhì)。這可能是超聲波對低濃度聚乙二醇促進種子萌發(fā)具有增益作用的原因。種子在成熟之前，種胚先期成熟，但種胚被種子內(nèi)部物質(zhì)有效抑制萌發(fā)[15]。聚乙二醇滲透調(diào)節(jié)可以控制水分種子細胞，使種子不至于過度膨脹損傷細胞膜，在適宜水分條件下完成發(fā)芽準備過程[16]。超聲波大幅度提高聚乙二醇保護下的種子內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)，可能正是這種發(fā)芽準備過程的體現(xiàn)，但超聲波增加種子可溶性蛋白質(zhì)具有較大不確定性，具體原因尚需深入研究。