人工加速老化對小麥種子CAT、POD、SOD活性和可溶性蛋白質含量的影響

孔治有劉葉菊覃 鵬

(保山學院生化系1,保山 678000)

(云南農業大學農學與生物技術學院2,昆明 650201)

人工加速老化對小麥種子CAT、POD、SOD活性和可溶性蛋白質含量的影響

孔治有1劉葉菊2覃 鵬2

(保山學院生化系1,保山 678000)

(云南農業大學農學與生物技術學院2,昆明 650201)

為探明小麥種子在種子貯藏過程中的生理生化變化的規律及合適的老化處理條件,采用高溫高濕人工加速老化的方法,對 5個非糯小麥和 5個糯小麥品系的種子在 90%相對濕度和 40、45、50、55、60℃條件下分別處理 0、2、4、6和 8 d,結果表明:SOD、POD和 CAT活性在較低溫度處理下呈升高、而較高溫度處理下則呈下降趨勢;可溶性蛋白質含量在 45℃處理下降低,但在 50℃處理下升高。研究表明,小麥以 90%的相對濕度和 55℃的高溫處理能在較短的時間內達到最佳的老化效果。

小麥種子 人工加速老化 過氧化氫酶 過氧化物酶 超氧化物歧化酶 可溶性蛋白

種子是農業生產最基本和不可替代的生產資料,是農業發展的基礎和先導。一般情況下,種子自成熟后,即進入逐漸衰老的進程,同時引發了種子內部生理生化的變化,導致種子質量、品質的改變,對其農藝經濟性狀造成影響[1]。種子老化是種子貯藏過程中普遍存在的一種現象,不但影響其萌發、幼苗生長及后期種子的產量與品質,而且對種質資源的保存、開發和利用等都產生嚴重的影響[2]。種子的“老化”(seed aging)或“劣變”(deterioration)是指降低種子生存能力、導致其喪失活力及萌發力的不可逆變化,是伴隨著種子貯藏時間的延長而發生和發展的過程[3]。人工加速老化是在人為條件下對種子進行加速老化處理使種子活力迅速喪失的過程,可在短時間內研究在自然條件下需要很長時間才能產生的劣變過程,是研究種子劣變規律的有效途徑[4]。大量研究表明,利用人工老化法使種子活力迅速喪失,可模擬種子的自然老化和劣變過程[5-6]。

目前關于種子老化的生理機制尚不明確,一般認為種子老化始于種子生理成熟時,在老化過程中種子內部發生一系列的生理變化,如種子顏色改變、萌發緩慢、萌發力下降、對不良環境的抵抗力降低、種苗生長緩慢,以及酶活性[過氧化物酶 (POD)、超氧化物歧化酶 (SOD)、過氧化氫酶 (CAT)等]、呼吸作用、合成能力、貯藏物質 (可溶性糖和可溶性蛋白)、有毒物質(MDA)含量和遺傳物質變異等[7]。

陳貞[8]、劉明久[9]、黃善軍等[10]和陳曉玲等[11]分別對紅花、玉米雜交種、粳稻和豇豆等種子進行了此類研究,但有關小麥種子人工加速老化的研究極少。本試驗通過對小麥種子在 90%相對濕度下進行一定時間不同溫度的人工加速老化處理,研究其生理生化特性的變化情況,以探討小麥種子進行人工加速老化的最適條件,為小麥高產、優質、高效、耐貯藏等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

將 5個非糯小麥品系(S-39、04J89、Jan-81、Ⅲ42-4、Ⅲ10)和 5個糯小麥品系 (Waxy 9、Waxy 15、Waxy 4、Waxy 1、Waxy 8)種子分別置于 90%的相對濕度 (RH%)和一定的溫度梯度 (40、45、50、55、60℃)下分別處理 0、2、4、6、8 d,經過處理的種子在4℃下貯藏備用。

1.2 方法

隨機數取麥種兩份,每份 50粒。將兩份麥種分別放入 20℃的發芽箱內進行標準發芽試驗,在第8 d計算發芽率。

用 K MnO4標準溶液滴定法測過氧化氫酶(CAT)活性、愈創木酚法測 POD活性、NBT還原法測 SOD活性和考馬斯亮藍 (G-250)法測可溶性蛋白質含量[12]。

以EXCEL進行統計分析。

2 結果與分析

糯小麥和非糯小麥種子的 CAT活性在 40℃和45℃整個處理期間都呈逐漸升高趨勢,且在 45℃下升高更迅速;當處理溫度高于 50℃后,2種小麥種子的 CAT活性都逐漸小幅降低,但直到處理 8 d均未達到顯著水平(見圖 1)。

圖1 溫度對不同小麥種子CAT活性的影響

糯小麥和非糯小麥種子的 POD活性在 40℃和45℃整個處理期間逐漸升高,該變化趨勢在 45℃處理時尤為明顯,而在 50～60℃處理下其變化未達到顯著水平(見圖2)。

圖2 溫度對不同小麥種子 POD活性的影響

45℃處理時,糯小麥和非糯小麥種子的 SOD活性呈急劇升高后迅速降低,但在 50℃和 55℃處理的 2 d內先降低而后無顯著變化,而在 40℃和 60℃的處理期間均無顯著變化(見圖 3)。

圖3 溫度對不同小麥種子 SOD活性的影響

非糯小麥種子可溶性蛋白質含量在 40℃處理8 d呈輕微下降,而在 45℃下則先輕微降低后保持穩定;糯小麥種子在 40～45℃處理下顯著降低。兩種小麥種子的可溶性蛋白質含量在 50～60℃處理下都呈現升高后逐漸降低趨勢。此外,糯小麥種子 SOD活性在各處理時間均高于非糯小麥 (見圖4)。

圖 4 溫度對不同小麥種子可溶性蛋白質含量的影響

3 討論

可溶性蛋白含量是植物體代謝過程中蛋白質損傷的重要指標,其變化可以反映細胞內蛋白質合成、變性及降解等多方面的信息[20]。蛋白質的代謝受多種因素的影響,變化的環境因子或環境脅迫如干旱、水澇、鹽漬、病蟲害和紫外輻射等都會影響細胞內蛋白質代謝的變化[21]。本試驗中糯小麥和非糯小麥種子在 40℃和 45℃老化處理下,可溶性蛋白質的含量逐漸降低,其中在 45℃處理下表現為迅速降低后保持較低水平,可能是在相對較低溫度下蛋白質分解加劇且抑制了新蛋白的合成;但當老化處理溫度超過 50℃后,可能由于熱激反應,合成的熱激蛋白可識別暴露于變性蛋白表面的疏水性區域,協助它們重新折疊[15],此外可能因蛋白質降解酶系統受損,導致 2種小麥種子的可溶性蛋白質含量都不同程度的增加,但當種子細胞膜系統最后受到嚴重破壞時,種子內滲透調節物質外滲,從而導致可溶性蛋白質含量降低。

4 結論

糯小麥和非糯小麥種子在高溫高濕人工加速老化處理條件下 SOD、POD、CAT活性和可溶性蛋白質含量變化趨勢基本一致。

45℃和 90%RH的處理條件可顯著導致 2種類型小麥種子內 SOD、POD、CAT活性升高;超過 50℃后 3種酶活性都逐漸降低,且隨溫度的升高降低越明顯。

志謝:本試驗室內工作由李群映、高蕊、彪萬超、羅榮鳳、王華、余詠華完成,在此致以衷心的感謝!

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Effects ofAccelerated Aging on CAT,POD,SOD Activities and Soluble Protein Content ofWheat Seeds

Kong Zhiyou1Liu Yeju2Qin Peng2
(Department ofBiology and Chemistry,Baoshan University1,Baoshan 678000)
(College ofAgronomy and Biotechnology,Yunnan AgriculturalUniversity2,Kunming 650201)

Experiments were conducted to evaluate the physiological and biochemical characteristics of waxy wheat seeds during accelerated aging conditions.In present research,fivewaxywheat lines,Waxy 9,Waxy 15,Wax2 y 4,Waxy 1,Waxy 8,and five non-waxywheat lines,S-39,04J89,Jan-81,ⅢI42-4,and III10 were stud2 ied.The seedswere subjected to accelerated aging at 40,45,50,55,and 60℃,and relative humidity 90%for 0, 2,4,6 and 8 days,respectively.Results:SOD,POD and CAT activities increase at low-temperature treatments, but decrease at severe treatments.Soluble protein content decreases at 45℃,but increases and then decreases at 50℃.It is revealed that RH 90%and 55℃are the best accelerated aging conditions for the maximum efficiency.

wheat seed,accelerated aging,CAT,POD,SOD,soluble protein

S37 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)10-0024-04

云南省教育廳自然科學基金(08Y0166)

2009-10-18

孔治有,男,1970年出生,副教授,植物生理與組織培養研究

覃鵬,男,1977年出生,博士,小麥遺傳育種與品質改良研究