第37卷第2期 延边大学农学学报 2015年6月 Agricultural Science Journal of Yanbian University Vo1.37No.2 Jun.2015 文章编号:1004—7999(2015)02—0102 05 DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2015.02.003 文冠果种子萌发过程中主要内含物的转化及相关酶活性变化 金香花 , 李 旭 , 李永德。, 周 燕 , 罗广军 (1.延边州森林调查规划院;2.延边大学农学院:吉林延吉133000) 摘要:以文冠果种子为试验材料,通过测定种子高温催芽过程中内含物质的转化及相关酶活性变化,研究文 冠果种子高温催芽过程中生理生化指标的变化规律。结果表明,高温催芽过程中,种仁内含物的转化趋势是 大分子物质逐渐水解,但小分子物质并非大量积累,而呈前期增加后期减少的态势;子叶内主要是淀粉的水解 而非糖的转化,而幼根内糖类物质的变化主要是可溶性糖的相互转化;子叶脂肪的水解和幼根新脂肪的合成 以及氮类物质是胚根向幼根转化的物质基础。此外,子叶与幼根内含物的转化与其相关酶活性变化一致。 关键词:文冠果;形态建成;种子;生理生化指标;活性 中图分类号:¥722.1。。3 文献标识码:A The research on transformations of main inclusions and changes of related enzyme activity during seed germination of Xanthoceras sorbifolia Bunge JIN Xianghua ,LI Xu。,LI Yongde。, ZHOU Yan。, I.UO Guangj un (1.Academy ofForest Investigation Plan of Yanhian,Yanji Jilin 133002,China; 2.Agricultural College of Yanbian University,Yanji Jilin 133002。China) Abstract:The seeds of Xanthoceras sorbiJblia Bunge as experimental material,the changing role of the physiological and biochemical bases of seeds morphogenesis of Xanthoceras sorbifolia Bunge was studied by measuring the transformation of internal substances and the change of enzyme activity during high tern— perature seed sprouting.The results showed that the transformation trend of internal substances was that macromolecular substances were gradually hydrolyzed but small molecules were not largely accumulated with increase at early stage and reduction at late stage.The hydrolyzation in cotyledons were maj orly con— cerned with starch but not sucrose transformation,whereas the change of saccharides in radicles was con— cerned with reciprocal transformation of water soluble sugars.The hydrolyzation of cotyledons fat and synthesis of new fat in radicles and nitrogen substances were the most important substance{oundation of radicle transformation and germination and growth.Moreover,the transformation of inclusions in cotyle— don and radicle was agreed with the change of related enzyme activities. Key words:Xanthoceras sorbifolia Bunge;morphogenesis;seed;physiological and biochemistry indexes; activity 收稿日期:2015 04—20基金项目:吉林省科技厅项目(20100584);吉林省自然科学基金项目(201115228) 作者简介:金香花(1968一),女(朝鲜族),吉林龙井人,高级工程师,研究方向为森林规划及调查。罗广军为通信作者, E mail:gJluo999@163.corn 第2期 金香花,等:文冠果种子萌发过程中主要内含物的转化及相关酶活变化 103 文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge),属无 温培养箱中进行催芽,催芽7 d。剥取种仁并区分为 患子科、文冠果属。又称文官果、文冠花,是我国特 子叶和胚根(幼根)两部分进行相关测定分析,每隔 1天测定种子淀粉酶、转化酶、蛋白酶、脂酶活性和 还原糖、蔗糖、淀粉、脂肪、蛋白质与氨基酸的含量。 重复3次,取平均值。 1.3生理指标测定 有的一种优良木本食用油料树种l1]。面对全球能源 紧张问题,我国正大力发展化石能源的可替代 产品,而生物能源的应用和推广正是现阶段解决化 石能源替代品的途径之一。国家林业局从能源发展 的战略角度出发,将培育和发展林业生物质能源列 入国家“十一五”林业发展规划,林业生物质能源树 种有着巨大的发展机遇 j。 种子是种子植物特有的延存器官 ],其萌发是 种子植物生活史的重要阶段。种子萌发是一个复杂 电子天平称取种子千粒重;淀粉含量及淀粉酶 活性的测定参照曹建康等 。。的方法;可溶性糖测定 采用蒽酮比色法口 ;可溶性蛋白含量的测定采用考 马斯亮蓝G一250染色法E12];粗脂肪及脂肪酸含量的 测定采用索氏提取法口。 ;氨基酸采用茚三酮比色 法口4_;脂肪酶、蛋白酶活性的测定参照张志良等口 的过程,伴随很多酶参与很多化学物质发生转 化。具体表现为呼吸加强,内部会发生一系列的生 人的方法。各指标测定均取3次重复(计算其平均 值)。 理生化变化,为种子发芽和幼苗初期的生长提供必 需的营养物质和能量¨4]。关于种子萌发的生理过程 已被广泛研究l5],这些研究多注重种子萌发过程的 后期,即胚根突破种壳之后_6 ],而对种子萌发的初 始阶段(露白),即干燥种子吸水至胚根突破种壳阶 2结果与分析 2.1 文冠果催芽期种仁主要内含物的转化 段的详细代谢过程 报道较少。本文以文冠果种子 为试验材料,通过探索文冠果种子萌发初始阶段的 物质代谢,进一步了解种子在萌发准备阶段内在的 由表1可知,种仁内含物变化的总趋势是:千粒 重减少,第7天比第1天减少22.9 ;脂肪含量亦 降低,第7天比第1天降低34.1%;脂肪酸第1天 ~复杂的生理生化机制,为文冠果种子催芽处理提供 理论依据。 第6天缓慢上升,其中,第4天比第1天增加 18.3 ,而第7天却比第1天减少7.6 9/6;还原糖的 变化在趋势上与脂肪酸变化相同,前6 d稍有增长, 1材料与方法 1.1 材料 第7天又降低到第1天水平;蔗糖变化趋势是逐渐 降低,第7天比第1天减少62.4 ;淀粉在第2天 稍有增加,而后逐渐减少,第7天比第1天减少 l8。1 ;蛋白质始终呈减少趋势,第7天比第1天减 文冠果种子于2013年9月采自吉林省延边朝 鲜族自治州珲春市文冠果试验基地,采收并晒干置 于凉水中浸种24 h后,将种子}昆沙置于0℃以下保 少42.9%;氨基酸出现前期降低,第6天后呈增加 趋势。高温催芽过程中,种仁内含物的上述转化趋 存备用。 1.2 方法 势是大分子物质如脂肪、蛋白质等逐渐水解,但小分 子物质并非大量积累,而呈前期增加后期减少的 态势。 2014年4月2O日分别挑选大小一致,表面光 滑饱满的种子,置于培养皿中,转入(15±0.2)℃恒 表1 文冠果种子催芽期种仁内含物含量的变化 Table 1 The change of inclusion content during sprouting period of seed in Xanthoceras sorbifolia Bunge (%) 高温催芽时间/d 千粒重/g 35O.O 脂肪 2O.44 19.59 18.62 17.8O 17.O1 15.11 脂肪酸 O.838 0.957 0.970 0.991 O.976 0.955 0.774 还原糖 1.400 蔗糖 1.413 O.969 O.935 O.9l2 0.945 O.678 O.431 淀粉 O.448 蛋白质 8.40 7.50 氨基酸 O.O77 340.0 1.53O 1.640 1.6OO 1.67O l_5O5 1.4O3 O.513 0.478 0,418 O.394 0.393 0.068 0.060 O.O62 0.063 0.085 O.O8O 32O.8 320.O 31O.5 29O.5 270.5 7.13 5.12 5.28 4.89 4.85 l3.38 O.366 104 延边大学农学学●●●● 报 第37卷 1 ●●●●1 ●●●● ●● 2.2文冠果种子催芽过程中子叶和幼根内含物及 酶活性的变化 2.2.1脂肪转化与脂酶活性 从脂肪量含量变化可知,子叶中脂肪量始终缓 —◆一子叶 慢减少,而幼根从第3天开始增加,第5天以后稍有 减少(图1);从脂肪酸含量变化可知,由于子叶脂肪 — 一幼根 水解,子叶和幼根的脂肪酸量都有增加,后期子叶脂 肪酸量则较大幅降低,但幼根却趋于平稳(图2);子 l 2 3 4 5 6 7 叶中脂肪酶活性呈上升一下降一上升的趋势,而幼根 中脂肪酶活性则呈先上升后下降的趋势(图3)。 2() l5 葶 10 —◆一子叶 磐5 一uI山. 3珈一\ 蜒滋监 — 一幼根 2 2 l 1 0 0 r0 5 5 0 1 2 3 4 5 6 7 催芽时间/d 图1 高温催芽期子叶和幼根中脂肪的变化 Fig.1 The change of fat in cotyledons and radicle during high temperature sprouting period l・2 1 0・8 毒 \ —._-子叶 甾 耋 。一 — 一幼根 O・2 O l 2 3 4 5 6 7 催芽时间/d 图2 高温催芽期子叶和幼根中脂肪酸的变化 Fig.2 The change of fatty acid in cotyledons and radicle during high temperature sprouting period 催芽时间/d 图3高温催芽期子叶和幼根中脂肪酶的变化 Fig.3 The change of lipase in cotyledons and radicle during high temperature sprouting period 2.2.2碳水化合物转化与相关酶活性 高温催芽期种仁子叶及幼根糖类物质转化及相 关的酶活性如图4~8。从酶活性来看,子叶中淀粉 酶迅速增强而后下降,催芽4 d达到活性峰值,而转 化酶则处于相对平缓减弱趋势;幼根则相反,转化酶 活性迅速增强,而淀粉酶活性则呈下降趋势(图4, 5)。子叶内蔗糖和还原糖均呈大幅减少而幼根却呈 增加的趋势,尤其以还原糖增加较多(图6,7);子叶 淀粉减少,幼根稍有增加(图8)。种子在高温催芽 过程中,种仁子叶与幼根内糖类物质的转化与淀粉 酶及转化酶活性变化一致。 25 ^.三 0 s \ 子叶 10 幼根 璇 粪 s O 1 2 3 4 5 6 7 催芽时间/d 图4 高温催芽期子叶和幼根淀粉酶活性的变化 Fig.4 The change of diastase activity in cotyledons and radicle during high temperature sprouting period 第2期 金香花,等:文冠果种子萌发过程中主要内含物的转化及相关酶活变化 1O5 0・9 O・8 一lc 0- 0・ o-5 —◆一子叶 。・ 蜒O.3 — 一幼根 茎 蜱O・l O 催芽时间/d 图5高温催芽期子叶和幼根转化酶活性的变化 Fig.5 The change of invertase activity in cotyledons and radicle during high temperature sprouting l 0.8 O・6 葶 囊叫 —.-.子叶 0.2 — 一幼根 0 l 2 3 4 5 6 7 催芽时间/d 图6高温催芽期子叶和幼根蔗糖含量的变化 Fig.6 The content change of sucrose in cotyledons and radicle du ̄ng high temperature sprouting l・8 l・6 l・4 l・2 1 —◆一子叶 要 0.6 — 一幼根 0.4 ()・2 0 催芽时间/d 图7高温催芽期子叶和幼根还原糖含量的变化 Fig.7 The content change of reducing sugar in cotyledons and radicle during high temperature sprouting 0-8 O.6 薹 型 —._.子叶 — 一幼根 0・2 O 2 催芽时间/d 图8 高温催芽期子叶和幼根淀粉含量的变化 Fig.8 The content change of starch in cotyledons and radicle during high temperature sprouting 2.2.3含氮物质转化与蛋白酶活性 文冠果种子由低温处理转入高温催芽过程,其 含氮物质的转化与蛋白酶活性变化如图9~11。^ul山.矗/普 \ 蟮避皿咖 8 7 6 5 4 3 2 1 0 —◆一子叶 — 一幼根 1 2 3 4 5 6 7 催芽时问/d 图9 高温催芽期子叶和幼根蛋白酶活性的变化 Fig.9 The change of proteinase activity in cotyledons and radicle during high temperature sprouting l5 芝 10 —◆一子叶 荆 婿 — 一幼根 1 2 3 4 5 6 7 催芽时问/d 图10 高温催芽期子叶和幼根氨基酸含量的变化 Fig.10 The content change of amino acid in cotyledons and radicle during high temperature sprouting 1O6 0 延8 边6 大4 2 学0 农学学报 第37卷 高温处理前期,子叶和幼根的蛋白酶活性均处 参考文献: [1]牟洪香,侯新村.文冠果的研究进展[J].安徽农业科 学,2007,35(3):703—705. 于活跃状态,后期降低(图9),但子叶蛋白酶均高于 幼根;蛋白酶活性高,促进子叶蛋白质水解,导致子 叶在中期大量累积氨基酸;种子萌发过程中,子叶氨 基酸和蛋白质逐渐减少,而幼根的蛋白质和氨基酸 E2]刘明君.文冠果育苗及栽培管理技术[J].现代园艺, 2O12(12):27 28. 量均有较大增加(图10,11)。 皿删 赵 —._-子叶 -Ⅲ — 一幼根 2 3 4 5 6 7 催芽时问/d 图ll 高温催芽期子叶和幼根蛋白质含量的变化 Fig.1 1 The content change of protein in cotyledons and radicle during high temperature sprouting 3 结论 文冠果种子催芽过程中,种仁内含物的转化趋 势是大分子物质如脂肪、蛋白质等逐渐水解,而小分 子物质并非大量积累,而呈前期增加后期减少的 态势。 子叶内糖类物质的转化主要是淀粉的水解,而 幼根内糖类物质的变化主要是可溶性糖的相互转 化;子叶脂肪的水解和幼根新脂肪的合成以及氮类 物质是胚根向幼根转化的物质基础。此外,种仁子 叶与幼根内含物的转化与其相关酶活性变化一致。 [3]董晓红,万清林,徐娜.胡萝h种子萌发过程中生理生 化变化的研究l_J].生物技术,2006,15(6):55—57. E4]潘瑞炽.植物生理学[M].北京:高等教育出版社, 2012. [53 王友凤,马祥庆.林木种子萌发的生理生态学机理研究 进展I-J].世界林业研究,2007,2O(4):19-23. [6] 尚杰,王文章,赵垦田.白皮松种子萌发过程中有机质 代谢的研究[J].东北林业大学学报,1992(2):24 29. [7]刘忠华,董源,路丙社.阿月浑子种子萌发过程中贮藏 物质含量的初步研究[J].种子,2002(6):28 30. [8]刘凤,曹帮华,蔡春菊,等.毛竹种子萌发过程中生理生 化特性变化的研究_J].种子,2009,28(2):12—14. [9] 陈丽培,沈永宝.油松种子萌发初始阶段物质代谢的研 究EJ].北京林业大学学报,2010(2):69—73. [1o]曹建康,微波,玉梅.果蔬采后生理生化实验指导 l-M].北京:中国轻工业出版社,2007. [11] 李合成.植物生理生化试验原理与技术[M].北京:高 等教育出版社,2000. [12]赵英永,戴云,崔秀明,等.考马斯亮蓝C ̄250染色法 测定草乌中可溶性蛋白质含量EJ].云南民族大学学 报(自然科学版),2006,03:235 237. E1s]韦芳三,李纯厚,戴明,等.索氏提取法测定海洋微藻 粗脂肪含量及其优化方法的研究[J].上海海洋大学 学报,2O11(4):619 623. [14]杨远帆,倪辉,吴黎明.茚三酮法测定蜂蜜及果葡糖浆 中的氨基酸含量[J].中国食品学报,2013(2):l 7l一 176. [15]张志良,翟伟菁,李小方.植物生理学实验指导[M]. 北京:高等教育出版社,2009.