不同栝楼Trichosanthes kirilowii品系种子超微结构及抗旱性对比研究

[摘要]除具传统药效外，栝楼还有较好的保健和食用价值，开发前景广阔，各地大量引种栽培，其种子种苗的抗旱性是品种选育的重要方向。该文以生产上2个重要栝楼品系（KXY-001和KXY-005）为研究对象，采用扫描电镜观察比较2个品系种子表面超微结构，采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟不同程度的干旱胁迫，比较2个品系栝楼种子萌发率、丙二醛含量、叶绿素含量以及抗氧化物酶的活性。结果显示，与品系KXY-005相比，品系KXY-001种子表面色淡，以黄褐色或浅褐色为主；种皮网纹排列致密；种脐较大，中央下陷且平整。不同程度干旱胁迫下，品系KXY-001种子萌发率均高于品系KXY-005。随着干旱程度的加剧，2个品系中的MDA含量呈明显上升趋势；叶绿素含量则急剧下降；品系KXY-001体内的SOD活性明显高于品系KXY-005；但二者的POD，CAT活性总体表现出先升高后降低的趋势。总之，种子表面网纹以及种脐性状可作为鉴别2个品系的鉴别点；2个品系是通过启动SOD和POD来达到抗旱目的，而且品系KXY-001抗旱性优于品系KXY-005。

[关键词]栝楼；品系；超微结构；抗旱

栝楼Trichosanthes kirilowii Maxim来源于葫芦科栝楼属，其果实、种子和根均可入药，果实入药称之为瓜蒌，是主治胸痹的良药；根入药俗称天花粉，具有清热生津、消肿排脓的功效。除传统药用价值外，栝楼还具有良好的保健和食用价值，开发前景广阔[1]，因此各地大量引种。山东是栝楼的主产区，生产上以种子繁殖为主，山东属典型的暖温带季风气候，春季干燥少雨，为栝楼种子萌发带来严峻挑战。因此，栝楼种子种苗的抗旱性是栝楼种质资源和品种选育的重要方向。

超微形态和结构的观察比较在种质鉴定方面的应用日趋广泛。本研究选择生产上2个主要栽培的栝楼品系（编号KXY-001，KXY-005）为研究对象，采用扫描电镜观察比较2个栝楼品系种子表面超微结构，采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟不同程度的干旱胁迫，比较不同品系栝楼应对干旱胁迫的生理适应性反应，为栝楼种质资源鉴定及抗旱品种选育提供依据。

1材料

实验材料来源于山东济南禾宝中药材有限公司栝楼生产基地，经山东中医药大学周凤琴教授鉴定为葫芦科栝楼属栝楼T. kirilowii。本研究选择生产上2个主要栽培的栝楼品系（编号 KXY-001，KXY-005，生物学特性见表1），均为果实用栝楼。其中KXY-001，果型较大，圆球形，直径约8～12 cm，表皮白绿色，皮薄，籽粒饱满；KXY-005，果型较小，椭圆形，直径约6～10 cm，表皮网状墨绿色，皮厚。2012年11月份采收后，分别将2个品系种子取出，晾干备用。

2方法

2.1种子的扫描电镜观察

选择饱满典型的种子，经超声波清洗机清洗，除去种子表面灰尘、杂物及其他附着物，然后在体视显微镜下分别粘贴于扫描电镜样品台的双面胶纸上。真空喷镀金膜， 最后移入Fesem型扫描电镜样品室，在20 kV 加速电压下观察。着重观察种子整体形态、表面纹饰、凸起纹理、种脐性状等。

2.2PEG模拟干旱胁迫

分别选取籽粒饱满、大小均一的2个栝楼品系的种子，用10% H2O2消毒15min，蒸馏水冲洗3～4次，晾干备用。用PEG-6000分别配制成质量分数为10%，20%，30%的溶液，分别将栝楼种子置于铺有2层滤纸且已用处理液润湿的培养皿中，每皿10粒，对照组用不含PEG-6000的蒸馏水培养，于25 ℃光照培养箱中培养，从实验当日起，每天记录种子萌发数（以胚根顶出种皮为发芽标准），适时补充处理液，将连续5 d不再有种子发芽的时间作为种子发芽结束期，发芽率=正常发芽的种子数/供试种子数×100%。待种子发芽结束后，每皿中选择大小一致的栝楼幼苗检测地上部分MDA、叶绿素及抗氧化物酶活性，混合取样，每皿作为一个重复，每个处理6个重复。

2.3测定指标

栝楼幼苗中MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法[2]进行测定。栝楼幼苗中叶绿素含量采用紫外吸收法[3]进行测定。栝楼幼苗中SOD活性采用核黄素-NBT法[4]进行测定。以每毫克蛋白质每分钟抑制光化还原50%的氯化硝基氮蓝四唑（NBT）为1个酶活性单位（U），酶活性以U・mg-1蛋白质表示。栝楼幼苗中POD活性采用愈创木酚比色法[5]进行测定。以每毫克蛋白质每分钟A470变化0.01为1个过氧化氢酶活性单位（U），酶活性以U・mg-1蛋白质表示。栝楼幼苗中CAT活性采用紫外吸收法[6-7]进行测定。以每毫克蛋白每分钟A240减少0.01的酶量为1个酶活单位（U）表示，酶活性以U・mg-1蛋白质表示。

2.4数据分析

采用SPSS 16.0统计软件进行方差分析，Excel软件绘图制表。

3结果与分析

3.12个品系种子外形观察与比较

栝楼种子颜色有黄褐色、褐色等多种颜色，品系KXY-001颜色较浅，多为黄褐色或浅褐色与褐色相间；品系KXY-005颜色较深，以均匀褐色为主。栝楼种子外形以椭圆形为主，品系KXY-005以长椭圆形或矩圆形为主，长宽比较大，边缘较光滑，少棱角；品系KXY-001以短椭圆形为主，长宽比小，边缘多棱角。与品系KXY-001相比，品系KXY-005表面凸起较少，比较光滑。

3.22个品系种子微形态观察与比较

电镜扫描结果显示，2个两栝楼品系种子的表皮均呈条形网状纹饰，网纹凸出成脊，脊之间凹陷成网纹，不同品系间网纹宽度和深度有差异，其中品系KXY-001种皮网纹宽度较窄，排列致密，表面平整，网纹之间的凸起较少；品系KXY-005种皮网纹宽窄不一，表面凸起较多，凹凸不平。两品系种脐均位于种子基部的尖端，大小和性状有所区别，品系KXY-001种脐较大，中央下陷且平整，而品系KXY-005种脐较小，中央微凸，见图1，2。

3.3PEG干旱胁迫下2个栝楼品系种子萌发率比较

不同程度的干旱胁迫下，2个栝楼品系种子的萌发率见表2。10%PEG处理下，品系KXY-001种子萌发率高于品系KXY-005 17.97%（P

3.4PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内MDA含量比较

植物在干旱条件下往往会发生膜脂过氧化，丙二醛通常作为衡量细胞脂质过氧化的重要指标[8]。干旱胁迫下不同品系栝楼体内MDA含量见图3。总的来看，随着干旱程度的加剧，2个栝楼品系中MDA含量呈现明显的上升趋势。10%PEG干旱胁迫下，2个品系中MDA含量未见显著性差异；20%PEG干旱胁迫下，品系KXY-001比品系KXY-005中MDA含量显著高出24.19%（P

3.5PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内叶绿素含量比较

叶绿素在植物吸收、传递和转换光能中起着重要作用。干旱胁迫下叶绿体细胞也会发生膜脂过氧化作用，从而影响叶绿素合成[9]。随着干旱程度的加剧，2个品系中叶绿素含量急剧下降，正常水分供应和10%PEG胁迫下，品系KXY-001中叶绿素含量分别高于品系KXY-005 55.56%（P

3.6PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内保护酶活性比较

3.6.1 PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内SOD活性比较 PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内SOD活性见图3，总的来看，品系KXY-001体内SOD活性明显高于品系KXY-005。正常水分供应条件下，品系KXY-001体内SOD活性高出KXY-005 154.46%（P

3.6.2 PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内POD活性比较 PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内POD活性见图3。随着干旱胁迫程度的加剧，2个栝楼品系体内POD活性总体表现出先升高后降低的趋势，10%PEG胁迫下2个品系体内POD活性均达到峰值。不同程度的干旱胁迫下，品系KXY-001体内POD活性分别高于品系KXY-005 9.57%，325.28%（P

3.6.3 PEG干旱胁迫下2个栝楼品系体内CAT活性比较 随着干旱胁迫程度的加剧，2个栝楼品系体内CAT活性总体表现出先升高后降低的趋势，10%PEG干旱胁迫下品系KXY-001中CAT活性出现峰值，20%PEG干旱胁迫下品系KXY-005中CAT活性出现峰值，见图3。

4讨论

栝楼以种子繁殖为主，其发育从胚珠形成到脱落果实的整个过程均在植物繁殖器官中进行，受外界环境影响较小，因此它的特征性状在分类学上具有重要意义。本研究通过对2个栝楼品系种子表面进行超微结构扫描电镜观察发现，品系KXY-001种脐较大，中央下限且平整，品系KXY-005种脐较小，中央微凸，种脐性状差异可以作为一个鉴别点；品系KXY-001种皮网纹宽度较窄，排列致密，表面平整，品系KXY-005种皮网纹宽窄不一，凹凸不平，不同品系间网纹宽度和深度也可作为一个鉴别点。

种子萌发是植物生长发育的第一阶段，在很大程度上决定药材产量。本实验采用PEG-6000模拟干旱胁迫处理2个品系种子，研究结果表明轻度干旱（10%PEG）和中度干旱（10%PEG）胁迫下品系KXY-001种子萌发率明显高于品系KXY-005，重度干旱（30%PEG）胁迫下2个品系萌发率都明显下降，但无显著性差异，可见品系KXY-001抗旱性优于品系KXY-005。

本研究结果表明，随着干旱程度的增加，2个品系体内MDA含量均呈现升高趋势。随着干旱程度的加剧，品系KXY-005中MDA含量稳步增加，中度干旱胁迫下品系KXY-001中MDA含量达到峰值，在重度干旱胁迫下MDA含量有所下降，这可能是该品系的一种避旱反应。

叶绿素含量的高低直接影响光合作用，影响药材产量。Heath等研究发现，叶绿素的漂白与丙二醛同时产生，丙二醛最大值的出现和叶绿素的完全源白在时间上一致[10]。本实验结果表明，随着干旱程度的加剧，2个系体内叶绿素含量逐渐降低，中度和重度干旱胁迫下2个品系体内叶绿素含量急剧下降，说明干旱对栝楼叶绿体膜几乎造成不可逆损伤。

植物在逆境条件下通常会导致细胞内自由基大量积累，保护酶系统主要是担负着清除活性氧，其中SOD，POD，CAT协调一致的作用可使活性氧维持在一个较低水平[11]。本实验结果表明，轻度干旱胁迫下2个品系体内各保护酶活性明显升高，随着干旱程度的增加各保护酶活性有所下降，表明栝楼通过启动SOD，POD，CAT来清除自由基，达到抗旱的目的。在不同程度的干旱胁迫下，品系KXY-001体内SOD和POD活性明显高于品系KXY-005，表明品系KXY-001主要通过启动SOD，POD活性来维持机体内活性氧的含量，达到较好抗旱性的目的。总的来看，栝楼品系KXY-001的抗旱性优于KXY-005，而且在耐受范围内通过启动体内SOD，POD的活性来抗旱目的。

[参考文献]

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[11] 余叔文，汤章城. 植物生理和分子生物学[M].北京：科学出版社，1999：739.

Comparison on surface ultrastructure characteristic and drought

resistance of different Trichosanthes kirilowii strains

ZHOU Jie1， ZOU Lin2， BIAN Li-hua2， FANG Lei1， LIU Wei1， ZHANG Yong-qing2， LI Jia2， ZHANG Fang2， WANG Xiao1*

（1. Shandong Analysis and Test Center， Ji′nan 250014， China；

2. Shandong University of Traditional Chinese Medicine， Ji′nan 250355， China）

[Abstract] Trichosanthes kirilowii has been widely cultivated as its medicinal use， health care and food value. Drought resistance of seedlings is an important feature in breeding. Seeds of two T. kirilowii strains were used to research the difference of surface ultrastructure characteristic and drought resistance. Scanning electron microscope was used to identify the surface ultrastructure characteristic of seeds and PEG was used to simulate drought stress. The seeds germination rate， MDA content， chlorophyll content and the antioxidant enzymes activity were measured under the drought stress. The results showed that the seed surface colour of KXY-001 was lighter than that of KXY-005. The testa cobwebbing of KXY-001 was more intensive than that of KXY-005. The germination rate of KXY-001 was higher than that of KXY-005 under drought stress. The MDA content was increased and the chlorophyll content was decreased with the increasing of drought degree. The SOD activity of KXY-001 was higher than that of KXY-005， while the activity of POD and CAT was also increased firstly and decreased later. Surface reticulate of seeds and hilar traits can be used as identification points to identify the investigated strains. SOD and POD are activated to resist drought in T. kirilowii seedlings and the drought resistance of KXY-001 is superior than that of KXY-005.

[Key words] Trichosanthes kirilowii； strains； ultrastructure characteristic； drought resistance

doi：10.4268/cjcmm20140904