樊東昌， 穆贏通， 張曉明， 呂麗娟， 李曉杰， 王俊杰

(內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院， 呼和浩特 010019)

北烏頭(AconitumkusnezoffiiReichb.)毛茛科烏頭屬多年生草本植物[1]。北烏頭為重要中(蒙)藥材，中藥用北烏頭干燥塊根入藥，稱附子，具有祛風除濕、溫經止痛之功效。蒙藥使用北烏頭的干燥葉、幼芽、花和塊根等部位入藥，用于風寒濕痹、關節(jié)疼痛、心腹冷痛、寒疝作痛及麻醉止痛等[2]。目前北烏頭主要依賴于野生資源，近幾年野生資源的大量開采，導致野生資源越來越少。此外野生北烏頭烏頭堿含量差異較大，給臨床用藥帶來極大困難，因此進行北烏頭的引種栽培迫在眉睫。北烏頭種子具有形態(tài)生理雙休眠，萌發(fā)率較低，自然條件下從播種到出苗需要4～5個月，給北烏頭引種栽培生產帶來了巨大的困難[3]。薩如拉等[4]、張躍華[5]和樊亞妮[6]都對破除北烏頭種子休眠的方法進行了探討。北烏頭休眠解除過程中的生理學基礎研究較少。因此，本研究對北烏頭種子休眠解除過程中的生理指標進行測定，揭示北烏頭種子休眠解除的生理學基礎，為北烏頭種子休眠解除和萌發(fā)提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2020年9月在內蒙古自治區(qū)赤峰市巴林右旗的賽罕烏拉自然保護區(qū)收獲的野生草烏頭種子，凈度94.23%，千粒重1.524 7 g，含水量9.20%。

1.2 種子發(fā)芽培養(yǎng)

選取大小均一的種子，經0.5%高錳酸鉀溶液浸泡30 min消毒處理后蒸餾水沖洗干凈(Ⅰ階段)。在40 ℃恒溫箱中對預處理的種子進行吸脹，吸脹2 d后取樣(Ⅱ階段)；將吸脹完成的種子置于-5 ℃/4 ℃變溫條件下進行層積培養(yǎng)，在層積的28 d(Ⅲ階段)、42 d(Ⅳ階段，露白)取樣；待種子露白后，放置于15 ℃光照培養(yǎng)箱中催芽處理，7 d后取樣(Ⅴ階段，出苗)。

1.3 生理生化指標測定

采用蒽酮比色法進行可溶性糖含量、淀粉含量測定；采用考馬斯亮藍G-250法進行可溶性蛋白含量測定；采用比色法、Folin-酚法、氮藍四唑(NBT)光化還原法、愈創(chuàng)木酚比色法和紫外吸收法分別對α-淀粉酶和β-淀粉酶、蛋白酶活性、超氧化歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性和過氧化氫酶(CAT)進行測定[7-8]。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel軟件和SAS 9.1軟件進行整理與分析。

2 結果與分析

2.1 種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性變化

北烏頭種子SOD活性在休眠解除過程中呈先下降后上升再下降的趨勢(圖1)，從44.8 U/mg下降到33.8 U/mg，再上升到50.93 U/mg，最后下降到45.97 U/mg。草烏頭種子的SOD活性在露白過程中持續(xù)增強。說明種子在露白的過程中產出大量活性氧。北烏頭種子POD活性隨處理時間呈一直上升的趨勢，從10.58 U/(mg·min)上升到32.97 U/(mg·min)，說明POD在清除種子中的過氧化物，為種子的露白提供適宜條件。北烏頭種子CAT活性在休眠解除過程中呈先升后降的趨勢，從2.3 U/(mg·min)上升到8.27 U/(mg·min)，后下降至4.4 U/(mg·min)，說明草烏頭種子在休眠末期CAT活性最旺盛，清除種子中的H2O2，為種子的露白做準備。

2.2 種子萌發(fā)過程中營養(yǎng)物質及相應酶活性

2.2.1種子萌發(fā)過程中營養(yǎng)物質的變化

淀粉是植物種子萌發(fā)過程中重要的營養(yǎng)物質，北烏頭種子的淀粉含量在休眠解除過程中呈不斷下降的趨勢(圖2)，從12.5 mg/g下降到4.93 mg/g，下降60.5%；在種子露白的過程中，淀粉含量顯著下降，從7.3 mg/g下降到4.9 mg/g，下降32.4%，在出苗過程下降幅度較小，因為此時一部分種子可以進行光合作用積累淀粉。北烏頭種子的粗脂肪含量為15.73%，在北烏頭種子休眠解除過程中從15.73%下降到8%。粗脂肪的含量在吸脹過程中下降較快，后期下降比較平緩。北烏頭種子可溶性糖含量在休眠解除過程中呈先上升后下降的趨勢，北烏頭種子可溶性糖含量在露白之前從13.47 mg/g升高到26.37 mg/g，升高了95.8%；從露白開始北烏頭種子可溶性糖含量下降到14.63 mg/g，下降44.5%；說明北烏頭種子在露白以前大量的大分子物質分解成可溶性糖，為北烏頭種子的露白和出苗積累能量。北烏頭種子可溶性蛋白含量呈下降趨勢，從40.94 mg/g下降到22.92 mg/g。在種子發(fā)育過程中大量的可溶性蛋白被消耗，給種子發(fā)育提供能量和氨基酸。

圖2 休眠不同階段北烏頭種子營養(yǎng)物質含量

2.2.2種子萌發(fā)過程中酶活性的變化

α-淀粉酶和β-淀粉酶在淀粉分解過程中起重要的作用。北烏頭種子α-淀粉酶和β-淀粉酶活性隨處理時間呈先升后降的趨勢，在露白以前α-淀粉酶從361 μg/(g·min)(FW)上升到500 μg/(g·min)(FW)，β-淀粉酶活性從513 μg/(g·min)(FW)上升到749 μg/(g·min)(FW)。出苗階段北烏頭種子兩種淀粉酶活性均輕微下降。北烏頭種子蛋白酶活性在休眠解除過程中呈一直上升的趨勢(圖3)，從1.25 μmol/(g·h)上升到1.7 μmol/(g·h)，升高36%。酸性磷酸酶在種子分解脂肪的過程中起重要的作用。北烏頭種子的酸性磷酸酶活性在休眠解除過程中一直上升，從1.67 nmol/(min·mg)上升到4.13 nmol/(min·mg)，此外在露白階段酸性磷酸酶活性上升最大，這是因為在露白階段種子需要大量的能量。

圖3 休眠不同階段北烏頭種子酶活性

3 結論與討論

種子休眠和萌發(fā)是靜態(tài)胚向動態(tài)胚的轉化，在休眠解除的過程中種子中的大分子營養(yǎng)物質被各種酶轉化成可被吸收的小分子營養(yǎng)物質[9]。本研究測定北烏頭種子脂肪含量為15.73%，不屬于油性種子，粗脂肪含量在吸脹過程中下降較快，這與孫海燕等[10]的研究結果一致。在休眠解除過程中北烏頭粗脂肪含量從15.73%下降到8%，說明粗脂肪的分解在北烏頭種子休眠解除過程中起重要的作用。北烏頭種子淀粉含量為12.5 mg/g，在休眠解除過程中下降到4.93 mg/g。在露白階段下降較出苗階段快，因為出苗后一部分北烏頭可以進行光合作用，北烏頭淀粉得到了補充，這與趙婕等[11]、居萍等[12]的研究結果一致?？扇苄蕴鞘菫榉N子提供能量的直接底物[13]，在本研究中露白以前可溶性糖含量一直增加，這是因為隨著休眠的解除，粗脂肪和淀粉被分解成可溶性糖，北烏頭種子可溶性糖的利用速率小于生產速率。在露白階段和出苗階段可溶性糖又開始下降，這是因為胚根和子葉的生長消耗了大量的可溶性糖?？扇苄缘鞍诪榉N子的萌發(fā)提供氮源和能量，本研究中可溶性蛋白含量一直平緩下降。在北烏頭種子休眠解除過程中營養(yǎng)物質的含量雖然下降趨勢不同，但都為種子休眠的解除提供能量。

種子休眠的解除除了依靠營養(yǎng)物質的變化，還需要酶的作用。北烏頭休眠解除過程中雖然3種抗氧化酶活性變化趨勢不同，但在種子露白和出苗產生大量氧自由基的過程中三者都增加，清除自由基保護種子。這與孫曉梅等[14]研究結果一致。淀粉酶在淀粉的分解中起重要的作用，本研究中淀粉酶活性在露白階段一直上升，在出苗階段略微下降。蛋白酶和酸性磷酸酶在北烏頭種子休眠解除過程中一直上升，這與可溶性蛋白和粗脂肪的變化相對應，與戴萍[13]研究結果一致。