韋虹日，苗藝明，劉世男，楊 梅*

(1.廣西雅長林場，廣西 百色 533000；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004)

光皮樺(Betulaluminifera)是樺木科樺木屬落葉喬木[1]，主要分布在秦嶺以南以及兩廣地區(qū)，生長快、耐瘠薄，材質(zhì)優(yōu)良、用途廣，是南方主要速生樹種之一[2]，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。光皮樺繁育技術(shù)研究對豐富南方優(yōu)良造林樹種苗木，促進(jìn)緩解全國木材資源短缺有重要作用。

林木種子預(yù)處理是播種育苗的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一，也是培育良種壯苗的第一步[3]。外源激素作為具有生理調(diào)節(jié)功能的植物生長調(diào)節(jié)劑，通過外源激素的質(zhì)量濃度與配比變化，調(diào)控種子萌發(fā)過程中的SOD、POD和CAT等一系列抗氧化酶活性[4]，從而調(diào)節(jié)種子體內(nèi)代謝及萌發(fā)進(jìn)程，實現(xiàn)林木不同生長發(fā)育階段的需求[5]。李婉茹[6]研究發(fā)現(xiàn)赤霉素處理利于紫斑牡丹(Paeoniarockii)種子POD活性提升，促進(jìn)種子萌發(fā)。賴華燕等[7]發(fā)現(xiàn)高濃度赤霉素和低濃度脫落酸對提高福建青岡(Cyclobalanopsischungii)種子萌發(fā)率和種子內(nèi)POD、SOD、CAT酶活性作用顯著。陶漢之[8]等研究發(fā)現(xiàn)赤霉素處理可以調(diào)高茶籽萌發(fā)過程中的CAT酶活性。余春和[9]等研究表明一定濃度GA3、IAA、IBA能促進(jìn)光皮樺種子萌發(fā)，但生理機理尚不清楚。為提高光皮樺播種育苗種子發(fā)芽率和苗木質(zhì)量，給制定播種育苗技術(shù)提供依據(jù)，我們研究了不同濃度GA3、IAA和IBA處理下光皮樺種子萌發(fā)過程中的抗氧化酶含量變化，分析了這3種激素促進(jìn)種子萌發(fā)的機理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用種子采自于廣西雅長林場生長正常、健壯，中齡期母樹的成熟飽滿健康種子，置于4 ℃?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗設(shè)計與布置

選擇赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)等3種外源激素對光皮樺種子浸種處理24 h，均設(shè)置10、30、50 mg·L-1等3個濃度梯度，以蒸餾水浸泡種子作為對照；每個處理設(shè)置6個重復(fù)，每個重復(fù)100粒種子。

外源激素處理前，選取干凈光皮樺種子浸入0.1%高錳酸鉀溶液10 min進(jìn)行表面消毒，蒸餾水沖洗多次至高錳酸鉀味道消失。種子激素處理后放置在鋪有單層濾紙的無菌培養(yǎng)皿中，每日定時定量補充蒸餾水并觀察統(tǒng)計種子萌發(fā)狀況。

取干燥種子(M)、未萌發(fā)種子(M0，浸泡24 h后)、露白種子(M1)、胚根長度與種子等長種子(M2)、苗期種子(M3)等5個時期的種子樣品，用于生理指標(biāo)測定。

1.3 抗氧化酶活性和MDA含量測定

取光皮樺種子樣品0.25 g，加入濃度0.05 mol·L-1、pH值=7的磷酸緩沖液10 mL及少許石英砂，在冰浴中研磨成勻漿，再分多次加入10 mL緩沖液沖洗并全部轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，搖勻，離心20 min(4 ℃，5 000 rpm)，取上清液測定抗氧化酶活性。

測定MDA含量采用硫代巴比妥算法，測定POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[10]，測定SOD活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法[11]，測定CAT活性采用紫外吸收法[10]，利用多功能酶標(biāo)儀測定樣品吸光度值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010完成所有數(shù)據(jù)的整理與作圖，采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件對種子酶活性指標(biāo)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度GA3、IAA、IBA浸種對抗氧化酶活性的影響

2.1.1 赤霉素 如圖1所示，經(jīng)GA3處理后的種子在萌發(fā)過程中，體內(nèi)POD、CAT、SOD活性隨GA3濃度升高而增強，與對照處理組差異顯著(P<0.05)，萌發(fā)過程中種子內(nèi)MDA含量高于對照組且存在顯著差異(P<0.05)。

在萌發(fā)過程M0至M3的4個時期中，低濃度GA3(10 mg·L-1)處理后的光皮樺種子內(nèi)POD活性較對照組降低，分別降低9.8%、14.7%、20.0%、15.6%。而中高濃度GA3(30 mg·L-1、50mg·L-1)處理后的種子萌發(fā)過程中體內(nèi)的POD酶活性明顯高于對照組與低濃度處理組(10 mg·L-1)(P<0.05，圖1b)，且隨GA3濃度的增加，POD酶活性也隨之增強。高濃度GA3(50 mg·L-1)處理后，種子體內(nèi)POD酶活性較對照組分別升高30.8%、21.9%、27.7%、27.7%。

GA3浸種處理后的光皮樺種子體內(nèi)CAT、SOD酶活性顯著高于對照組(P<0.05，圖1c、圖1d)，并且隨GA3濃度升高而增強。在M0至M3的4個時期內(nèi)，高濃度GA3(50 mg·L-1)處理后，種子體內(nèi)CAT活性較對照組分別增高39.1%、35.6%、31.1%、40.3%(圖1c)，SOD活性較對照組分別增高42.6%、51.4%、47.4%、56.3%(圖1d)。

使用GA3處理后種子體內(nèi)的MDA含量呈先增高再降低的變化趨勢(圖1a)。在M1時期，GA3濃度為10 mg·L-1時，種子體內(nèi)的MDA含量達(dá)到峰值，較對照處理組提高79.2%；在M0、M2、M3等3個萌發(fā)階段中，當(dāng)GA3濃度為50 mg·L-1時，種子體內(nèi)MDA含量出現(xiàn)最高值，分別較對照提高60.2%、178.5%、46.8%。

圖1 不同濃度赤霉素處理下的種子抗氧化酶活性

2.1.2 吲哚乙酸 光皮樺種子體內(nèi)POD酶活性隨IAA濃度增加，整體呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(圖2b)。光皮樺種子經(jīng)低中濃度IAA(10、30mg·L-1)處理后，POD活性增強，并隨IAA濃度升高而增高(圖2b)。高濃度IAA(50 mg·L-1)處理后，M0至M3的4個不同時期的種子體內(nèi)POD活性均降低，較對照組分別降低19.4%、15.4%、18.3%、19.3%。在M0至M3的4個萌發(fā)階段中，當(dāng)IAA質(zhì)量濃度為30 mg·L-1時，POD活性達(dá)到最高，此時POD活性分別較對照組增高27.0%、25.1%、19.9%。

整個萌發(fā)過程中，光皮樺種子體內(nèi)CAT、SOD活性隨IAA濃度增加分別呈現(xiàn)先升高再下降的變化(圖2c、圖2d)。在M0至M3的4個時期中，使用30 mg·L-1質(zhì)量濃度IAA處理后，種子體內(nèi)的CAT、SOD活性達(dá)到最高值，CAT活性較對照組提高35.1%、13.8%、19.9%，SOD活性較對照組提高49.6%、41.4%、34.5%、32.6%。

隨IAA濃度的增加，萌發(fā)過程中種子體內(nèi)的MDA含量逐步增高(圖2a)。同一濃度處理下，M3時期種子MDA含量高于其他時期。經(jīng)IAA處理后的光皮樺種子在M3時期的MDA含量較M0時期分別增高43.3%、43.3%、42.0%、43.9%。

圖2 不同濃度吲哚乙酸處理下的種子抗氧化酶活性

2.1.3 吲哚丁酸 光皮樺種子經(jīng)低中濃度IBA(10、30 mg·L-1)浸泡處理后，種子體內(nèi)POD、CAT、SOD酶活性均增高，顯著高于對照處理組(P<0.05)，且抗氧化酶活性隨IBA濃度的增加而增高；經(jīng)高濃度IBA(50 mg·L-1)浸種處理后,光皮樺種子體內(nèi)POD、CAT、SOD酶活性降低。光皮樺種子萌發(fā)過程中，POD、CAT、SOD活性隨著IBA濃度的增加整體呈現(xiàn)先增高后下降的變化趨勢(圖3b、圖3c、圖3d)。

圖3 不同濃度吲哚丁酸處理下的種子抗氧化酶活性

當(dāng)IBA質(zhì)量濃度為30 mg·L-1時，光皮樺種子體內(nèi)的POD、CAT以及SOD酶活性最高，促進(jìn)效果最顯著(P<0.05)。在M0至M3的4個萌發(fā)時期中，30 mg·L-1的IBA處理光皮樺種子后，POD活性相比對照組分別增高23.5%、27.0%、21.2%、21.2%；CAT活性較對照處理組分別增高18.9%、21.0%、23.5%、15.7%；SOD活性較對照處理組分別增高49.9%、51.5%、43.9%、38.9%。

種子萌發(fā)中，隨著IBA濃度的增加，種子體內(nèi)的MDA含量增高(圖3a)；相同濃度IBA處理后，M3時期種子體內(nèi)MDA含量高于其他時期；10、30、50 mg·L-1等3個濃度IAA處理下，同濃度M3時期種子的MDA含量與M0時期種子MDA含量相對比，分別增高25.0%、44.7%、44.7%。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1)外源激素處理與種子MDA含量的關(guān)系

種子萌發(fā)過程是種子與外界環(huán)境相適應(yīng)、作用的過程，了解種子萌發(fā)過程中抗氧化酶活性變化有利于更深入和全面地獲悉種子萌發(fā)特性[12]。植物器官在生長過程中受傷害時，會發(fā)生膜脂過氧化作用，最終分解產(chǎn)生丙二醛(MDA)，因此MDA含量可作為評價細(xì)胞膜受損傷程度的重要指標(biāo)[13]。

本試驗中，光皮樺種子GA3處理后，萌發(fā)過程中體內(nèi)MDA含量隨GA3濃度增加呈不規(guī)則變化；IAA、IBA處理后的種子體內(nèi)的MDA含量隨GA3濃度增加呈增高趨勢；低濃度(10 mg·L-1)GA3處理后的光皮樺種子，在露白時期(M1)體內(nèi)MDA含量最高，種子細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害最嚴(yán)重；在M0、M2、M3時期，隨GA3處理濃度升高，種子體內(nèi)MDA含量增高，對種子細(xì)胞膜的傷害加重，種子抗性逐漸降低。這與左月桃研究玉米種子GA3處理后胚內(nèi)MDA含量呈現(xiàn)先增加后降低變化趨勢結(jié)果[14]不同。

IAA、IBA處理后的光皮樺種子，體內(nèi)MDA含量隨著IAA、IBA濃度增高而增高，表明光皮樺種子細(xì)胞膜的損傷也隨之加重。同一濃度IAA、IBA處理后的光皮樺種子在苗期種子(M3)時期MDA含量最高，說明在該時期植物細(xì)胞受到的損傷程度最為嚴(yán)重。以上說明，不同外源激素對不同種類種子萌發(fā)期間細(xì)胞膜產(chǎn)生的傷害程度不同，體內(nèi)MDA含量的變化差異較大。

(2)外源激素處理與種子SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性的關(guān)系

施加外源激素調(diào)控SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，維持種子體內(nèi)活性氧的正常代謝和植物正常生長發(fā)育，可減緩發(fā)育過程中出現(xiàn)的膜脂過氧化對光皮樺種子細(xì)胞的傷害[15]，可以使種子萌發(fā)后期生長力逐步增強，抗氧化酶活性增強[16]。

本試驗表明，不同外源激素的不同濃度對光皮樺種子萌發(fā)過程中的抗氧化酶活性的影響存在差異，使用合適濃度外源激素處理種子，增強體內(nèi)抗氧化酶活性使種子生長更迅速，種苗更健壯。GA3浸種處理后的光皮樺種子，萌發(fā)過程中POD、SOD、CAT酶活性隨著處理濃度升高而增大，當(dāng)浸種濃度達(dá)到50 mg·L-1時，種子體內(nèi)的抗氧化酶活性最高，表明該濃度對抗氧化酶活性的促進(jìn)效果最顯著(P<0.05)，與福建青岡種子GA3處理后子葉抗氧化酶活性變化規(guī)律一致[7]。

光皮樺種子在IAA、IBA浸種處理后的萌發(fā)過程中，SOD、POD、CAT酶活性隨處理濃度增高呈先升高后降低的變化趨勢。表明低濃度IAA、IBA對光皮樺種子體內(nèi)抗氧化酶活性具有促進(jìn)作用，高濃度IAA、IBA對種子體內(nèi)抗氧化酶活性有抑制作用，與IBA溶液處理下山椒子幼苗葉片抗氧化酶活性變化趨勢一致[17]。

3.2 結(jié)論

外部施用高濃度GA3和中低濃度IAA、IBA能顯著提高光皮樺種子萌發(fā)過程中的抗氧化酶活性，促進(jìn)種子生長，增強種子的生長力，提高幼苗的強健程度，有效解決光皮樺種苗培育和人工栽植上的一些困難，滿足實際生產(chǎn)需求。