低溫處理對纈草種子萌發與生理活性的影響

張影，張躍華，繆天琳，王長寶

(1.佳木斯大學理學院，黑龍江佳木斯154007；2.佳木斯大學 生命科學學院，黑龍江佳木斯154007)

纈草(ValerianaofficinalisL.)是敗醬科的一種草本植物，其以根狀莖和根入藥，有鎮靜及解痛作用，可用于治療失眠、癲癇、腰腿痛等，也是醫藥及香料工業的重要原料[1]。近年來，纈草在市場上用量日益增大，而國內目前以采集野生藥材為主，纈草藥材供不應求，人工栽培已成為必然趨勢。纈草種子屬淺度休眠種子,在自然條件下發芽率僅為20%～30%[2-3]。溫度是植物種子萌發和出苗的基本條件之一，但溫度過高或過低的都會影響種子的活力，導致發芽和出苗不良的結果[4]，而發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數則是直接衡量種子發芽好壞的重要指標[5]。已有前期研究表明，纈草種子在經過低溫處理后能有效打破種子的休眠狀態，從而提高種子的發芽率，但對纈草種子低溫處理的具體方法未見詳細報道。本研究通過改變不同溫度及處理時間，設置對照實驗，統計纈草種子的發芽率和發芽勢并對酶活性變化進行分析，為促進纈草種子萌發和規模化栽培提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

纈草種子(由甘肅省酒泉金秋園藝種苗有限公司惠贈)；麥芽糖、3,5-二硝基水楊酸、檸檬酸、檸檬酸鈉、淀粉愈創木酚、石英砂、NaOH、KNaCHO·4HO、H2O2、KMnO4、

Na2HPO4·7H2O、KH2PO4。

1.2 試驗設計

將3批纈草種子于0℃，5℃，10℃溫度下分別低溫處理10d、20d和30d，每批種子300粒，然后轉移至25℃室溫下進行種子發芽試驗。25℃為常溫對照，每次處理播種100粒。播種前置于0.2% K2MnO4溶液中消毒，浸泡時間為15min。將消毒后的種子取出，用清水沖洗2～3遍，再置培養皿中培養，播種后第2天開始記錄種子的萌發情況。待培養10d后，進行過氧化物酶和淀粉酶活性測定。

1.3 生長指標的測定及數據分析

發芽勢=發芽高峰期發芽的種子數/供試種子數×100%

(1)

發芽率=發芽種子數/供試種子數×100%

(2)

試驗數據采用 Excel 2010 軟件和SPSS 20.0統計軟件進行相關指標的差異性比較和分析，數值均為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 低溫處理對纈草種子萌發特性的影響

如表1所示，纈草種子在 0℃、5℃、10℃和常溫條件下發芽進程和發芽率差異顯著。5℃ 30d條件下纈草種子萌發速率最快，發芽率最終達39.7%；0℃ 10d發芽率僅達13.3%，而對照纈草種子的發芽率為20.7%，說明過低溫度處理纈草種子不利于種子發芽。因此，打破纈草種子熱休眠的最適條件為5℃。

表1 低溫處理對纈草種子萌發的影響

注：采用Duncan方法分析，同一列不同字母表示顯著性差異(p<0.05)

2.2 過氧化物酶(POD)

如圖1所示，POD的活性有明顯的升降變化，與對照相比，僅0℃ 10d和0℃ 20d處理的纈草種子中過氧化物酶活性較低，其余組酶活性均提高。在相同溫度處理下，種子中過氧化物酶的活性隨著處理時間的增加呈上升趨勢，即10d < 20d < 30d。在5℃ 30d處理條件下纈草種子的POD值最高。

圖1 不同低溫處理時間種子中過氧化物酶活性的影響

2.3 淀粉總酶(Amylase)

圖2 不同低溫處理時間種子中淀粉總酶活性的影響

由圖2可知，在不同溫度和時間處理的條件下，纈草種子淀粉酶活性存在明顯差異。與對照組相比，0℃ 10d和0℃ 20d淀粉酶活性較低。在等溫條件下，隨著處理天數的延長，淀粉酶活力顯著增強，即10d < 20d < 30d，且5℃ 30d處理的纈草種子中淀粉總酶活性最高。

3 討論與結論

已有研究表明，低溫處理能有效打破種子休眠，進而促進種子萌發。在本試驗中，對纈草種子進行0℃、5℃和10℃條件下的低溫處理，然后將其放置在室溫下培養，0℃和10℃低溫處理條件下的種子發芽率都明顯低于5℃種子的發芽率，說明過低或過高溫度都會對種子熱休眠的破除有抑制作用。不同低溫處理時間的種子發芽率和發芽勢存在明顯差異，說明破除纈草種子的熱休眠狀態與在一定低溫條件下冷量的供給有關，在供給一定的冷量條件下，才能有效破除纈草種子的熱休眠狀態。在低溫5℃ 30d處理的纈草種子的發芽率、發芽勢和發芽指數都達到峰值，同時測定種子中的過氧化物酶和淀粉酶的活性影響最大。

過氧化物酶是一種普遍存在于植物體內較高活性的酶，與植物的光合作用、呼吸作用及生長素的氧化作用等有著密切的關系，還與植物的抗逆性相關，是植物體內重要的保護酶[6]，在植物的生長過程中隨著外界環境的變化，活性也不斷發生變化，其數值的大小則反映了植物在某種生長環境條件下某一階段體內代謝的變化。本研究中5℃ 30d處理的纈草種子過氧化物酶活性最高，說明此條件下的纈草種子酶活性和體內代謝較旺盛。與對照組相比，僅0℃ 10d和0℃ 20d處理的纈草種子中過氧化物酶活性較低，說明過低溫度處理對種子中過氧化物酶活性有抑制作用。在相同溫度處理條件下，種子中過氧化物酶的活性隨著處理時間的增加呈上升趨勢，表明在這一生長條件下體內代謝逐漸加強。故在適宜低溫處理條件下，能有效提高纈草種子體內代謝及過氧化物酶活性。

淀粉是種子的主要組成成分，種子萌發是一個淀粉分解的過程，在水浸泡一段時間后種子開始發芽，機理是水通過促進種子吸水膨脹，促進種子體內各種酶活性的增強，同時也降解了種子體內的儲存物質，從而促進種子的萌發[7]。淀粉酶是普遍存在于植物體內的一種酶，淀粉酶活力或高或低可以用來評估種子的萌發速率[8]。淀粉酶在低溫條件下雖然可保持活性，但一般活性較低，隨著溫度的不斷升高活性也逐漸增強[9]，這與本試驗研究結果一致，但試驗結果5℃ 30d處理的纈草種子測定淀粉酶活性達到峰值。故在一定低溫處理條件下，能有效提高纈草種子萌發及淀粉酶活性。

綜上所述，5℃ 30d處理條件下的纈草種子的發芽指標、過氧化物酶活性和淀粉酶活性較高，該條件下能有效打破纈草種子的休眠，有利于纈草種子進行播前技術處理和發芽。本研究為促進北方寒冷地區纈草種子萌發和規模化栽培提供了科學依據。