第1卷　第1期1997年12月生命科学研究L ife Science ResearchV ol.1,N o.1D ec.1997用DSC法分析黄皮种子的贮藏特性和脱水敏感性X姜孝成 金剑平(湖南师范大学生物学系,长沙,410081) (广东省珠海市园艺研究所,珠海,519070)杨晓泉 傅家瑞(华南理工大学食品工程系,广州,510640) (中山大学生命科学学院,广州,510275)摘　要　72DA A是黄皮种子发育过程中的特征时期.此时期种子的贮藏特性与在此时期前后采收时相比较均有明显差异,且其不可冻结水的比例最低.旺盛的生理代谢和过高的不可冻结水含量维持细胞或生物大分子结构使黄皮种子的生活力依赖于高含量水分,可能是黄皮种子脱水敏感性的主要原因.用DSC法可以检测黄皮种子在贮藏和脱水过程中种子活力的变化趋势.关键词　黄皮种子,贮藏特性,脱水敏感性,DSC分类号　S339.3Utilization of DSC in Measuring the Storage andthe Desiccation-sensitivity of Wampee SeedsJiang Xiaocheng(D epar tment o f Biolog y,Hunan No r mal U niver sity,Chang sha410081,PR C)Jin Jianping(Zhuhai Hor ticult ur al Research Instit ut e of Guang do ng Pr ov ince,Zhuhai519070,PRC)Y ang Xiaoquan(Department of Fo od Science and T echnolog y,Souther n China U niversity of T echnology,Guangzhou510640,PRC)Fu Jiarui(L ife Science School o f Zhongshan U niv ersit y,G uangzhou510275,P RC)Abstract　Wampee seeds developed to72days after anthesis(DAA)hav e special storage qualities different fro m that of those seeds co llected befo re or after this developmental stage and contain the minim al ratio of non-freezable water in ax is.T he desiccation-sensitivityX国家自然科学基金,国家教委博士点基金资助项目收稿日期:1997-09-10.修回日期:1997-11-15.第一作者:姜孝成,33岁,副教授,博士of w ampee seeds could m ainly be at tributed to the dependence of their viability on the high w ater content and the superhigh ratio of non -freezable w ater w hich are necessary for w ampee seeds to maintain vigor ous physiolog ical metabolism and integrated str uctures o f cells or biolog ical m acro -moleculars.DSC can be used to m easur e the chang ing tendency o f the viability o f w am pee seeds in storage o r dehydratio n.Key words w ampee seeds ,storag e qualities ,desiccation -sensitivity ,DSC探讨种子的耐脱水性或脱水敏感性机制是目前种子生理研究中的一个热点[1].由于水分可影响生物大分子如膜脂[2]、核酸和蛋白质[3]等的结构和特性,因此势必会影响生物组织的功能.已有人应用DSC 法(Differential scanning co lorimetry,差示扫描量热法)分析了顽拗性种子(对脱水敏感)胚轴中水分的热力学特性,初步认识到种子中不可冻结水的含量和可冻结水的熔解热焓的大小与其脱水敏感性之间存在某种相关性[4,5].但有关这方面研究的资料尚不多见,因此水分的热力学特性是否与顽拗性种子的脱水敏感性有关尚不明了.本文以典型顽拗性的黄皮种子的去子叶胚(即胚轴)为材料在这方面进行了较精细的研究,得到了一些有意义的结果.1　材料和方法1.1　材料黄皮是热带亚热带地区的一种重要经济作物,由于其种子脱水易死亡,不耐贮存,因此一般采用营养繁殖.本文用黄皮品种“鸡心”[Clausena lansium (Lour.)Skeels cv.Jix in]为材料,栽培于广州市郊岭南园艺场.采收发育至不同程度的果实,取其种子,挑选大小一致者先后用自来水和蒸馏水洗净,在室内平台上风干表面水分后,加4%百菌清粉末拌匀,装入聚乙烯薄膜袋(厚0.2mm )中,置15℃下保湿存放,用时取出.1.2　种子的水分平衡处理将1.1处理的种子同时放入装有KNO 3饱和溶液(用以保持空气RH90%)的密闭容器中,20～30℃下使种子中水分达到动态平衡.1.3　种子的干燥处理——常压硅胶法将种子放入底部装有干燥硅胶的干燥器内平台的滤纸上,室温(25～35℃)下密闭脱水.1.4　种子、胚轴含水量测定及种子萌发按黄学林等[6]的方法.种子活力指数=发芽率(%)×胚根长(cm ).1.5　水分热力学特性分析——DSC 法将待测材料密封于铝制样品盘中,从+20℃开始降温至-60℃(10℃・min -1),用Pekin Elmer Co rp (Nor walk ,CT )DSC —2C 型差示扫描量热仪记录降温温谱图.2　结果2.1　不同发育时期黄皮种子的贮藏特性58DAA(Day s after anthesis,花后天数)后,种子随着发育过程,其含水量缓慢下降,活力37第1期 姜孝成等:用DSC 法分析黄皮种子的贮藏特性和脱水敏感性 图1　不同发育时期的黄皮种子在采收时(空心)和湿存、水分平衡处理后(实心)的含水量、萌发率和活力指数F ig.1　Wat er co ntent,ger mination per centag e a nd v ig our index of different dev elop-mental st age w ampee seeds at the time of collect ion (ho le )and after the treat ment o fmo isture -sto rag e fo r some time and the fo llow ing w ater -equalibrium in 90%RH(so lid)指数则迅速上升.于15℃条件下湿存一段时间后,在90%RH(由KNO 3饱和溶液提供)环境中使种子中水分达到动态平衡.结果发现不同发育时期种子的贮藏特性表现出不同的变化.72DAA 似乎是一个特征时期.即此时期种子的含水量最低,活力指数比采收时略高.而此时期以前的种子经处理后可保持较高的含水量,且活力指数明显比采收时高,而种子在含水量较高和代谢旺盛时是不利于贮藏的;72DAA 以后的种子含水量虽然较低,但与采收时相比,活力指数已急剧下降,这表明种子在贮藏中已出现劣变,或种子成熟以后对脱水的敏感性上升.因此认为,在72DAA 时采收的种子具最佳贮藏特性——此时种子含水量较低,种子的活力指数适中且不随短时期贮藏而下降.2.2　不同发育时期黄皮种子湿存和水分平衡后胚轴中水分的DSC 图谱分析在DSC 降温图谱(图2.A)中,58DAA 至72DAA 种子的胚轴中水分冻结放热的最大峰温值向高温方向漂移,这表明其中不可冻结水的比例逐渐减小,可冻结水的比例不断增大;72DAA 后,胚轴中水分冻结时放热最大峰温转为向低温方向移动,表明其中不可冻结水与可冻结水的比例出现了相反的变化.2.3　黄皮成熟种子在脱水过程中胚轴中水分的DSC 降温图谱的变化图2.B 表明,种子经干燥硅胶脱水的程度越大,最大峰温值出现时温度也越低,当胚轴含水量下降至30.1%(FWB )时,已看不到峰温曲线,这表明此时组织中可冻结水已丧失,剩下的已都是不可冻结水(束缚水).2.4　脱水后的黄皮种子吸湿平衡后种子活力及胚轴中水分的DSC 降温图谱的变化黄皮成熟种子[含水量62.0%(FWB),萌发率100%,活力指数11.0]经硅胶干燥不同天数后,同时在90%RH 条件下吸湿处理,使种子中水分恢复平衡状态.结果(图3)表明,种子经任何程度的脱水后,再吸湿时水分都不能恢复至原来的水平.但经轻度干燥(1～2d)的种子的活力指数明显高于未干燥但同样经受吸湿平衡处理的种子;严重脱水(>3d)的种子吸湿平衡38 生　命　科　学　研　究 1997年图2　不同发育时期黄皮种子湿存、水分平衡后(A )和黄皮成熟种子硅胶脱水(B)以及水分平衡处理后(C)胚轴中水分的DSC 降温图谱.曲线旁边数字分别为花后天数(A )或硅胶脱水天数(B 、C)和含水量(括号内)Fig.2　DSC descending tem per ature gr aphs o f w ater in the ax is of w ampee seedsA .Seeds collected at differ ent developmental stag es ,moistur e-sto red fo r som e time and then simultaneously w ater -equalibr ated in 90%RHB .M atur ed seeds during dehy dr ation by silica gelC .M atured seeds dehy dr ated by silica g el and then w ater -equalibra ted in 90%R HN umber s beside the cur ves indicating D AA (A )o r days for dehydr atio n (B ,C )and w ater contents (in br ackets )respectiv ely后,虽然含水量基本接近未干燥或轻度干燥的种子的水分水平,但其活力已丧失殆尽.DSC 降温图谱(图2.C)表明,虽然经过不同程度脱水处理的种子在吸湿平衡后含水量基本一致,水分与细胞中大分子物质的结合力也应该相似.但经受硅胶脱水的时间越长,最大峰温值出现时温度越低;特别是硅胶干燥3d 后,这种变化更明显.因此认为脱水导致种子组织内部结构或成分发生了不可逆变化,从而改变了其中水分的热力学特性.3　讨论我们已有报道[7],72DAA 是黄皮种子的生理成熟期,本文结果(图1)证实72DAA 是黄皮种子发育过程中的一个特征时期.在此以前的种子短期湿存后活力指数可显著上升,表明其生理代谢比采收时更旺盛;而此时期以后的种子采收时生理活性即处于较高水平.这两类种子在湿存过程中由于其较高的呼吸强度而会导致贮藏物质的快速消耗,因此都是不利于长期贮藏的.72DAA 的种子则因不可冻结水的含量最低,短期湿存后也不表现种子生活力的显著变化(稍有上升但不下降),因此可以认为是采收种子贮藏的最佳时期.DSC 图谱(图2.A )为我们选择适当时期采收黄皮种子进行贮藏提供了理论和实验依据.另一方面,72DAA 以后的种子短期湿存后活力指数急剧下降的主要原因可能是对脱水敏感,如图2.A 表明种子中不可冻结水的比例回升.因此种子中水分减少可能导致细胞结构的破坏.黄皮种子对脱水敏感,最主要原因可推测为种子成熟后处于旺盛的生理代谢,需要不可冻结水的比例高(图2.B ),种子结构对水分的依赖性强.我们曾有研究[8]指出,顽拗性种子中的水分可能呈均一状态,即其自由水和束缚水区分不象正常性种子那样明显,因此水分稍有下降即可能伤害细胞结构,这与本文试验结果39第1期 姜孝成等:用DSC 法分析黄皮种子的贮藏特性和脱水敏感性 图3　硅胶脱水不同天数的黄皮成熟种子,水分平衡后的含水量、萌发率和活力指数F ig .3W ater content ,g erminat ion per centa ge a ndv ig our index of the matured w ampee seeds dehy -drat ed by silica gel and then w ater equalibrat ed in 90%R H 相符.此外,脱水使黄皮种子产生劣变是一个从量变到质变的过程.图3表明,轻度脱水造成的劣变,种子本身可部分修复(硅胶干燥1～2d 后吸湿处理与未经干燥而直接吸湿处理进行比较),严重脱水时种子修复能力丧失,活力也迅速下降以至死亡(干燥3d 以上).DSC 结果(图2.C)也证明黄皮种子脱水不只是一个物理过程,因为同一发育时期的种子具有相同的物质或代谢基础;但脱水至不同含水量再吸湿使种子内水分重新达到平稳状态时,其水分的热力学特性发生了变化.因此我们认为脱水对黄皮种子活力的影响是直接的.根据DSC 放热图谱曲线的变化,可以检测黄皮种子劣变的程度.但该方法是否可用于检测其它顽拗性种子的贮藏特性和脱水敏感性,尚需进一步研究.参　考　文　献1　Ber jak P ,O sbor ne D ,P ammenter N .2nd inter nat ional w o rkshop o n desiccat ion -to ler ance and -sensitivit y o f seed and veg etativ e plant tissues .Seed Sci Res.1997,(7):612　Cr ow e JH,Gr o we L M.Stabilizatio n o f m embr anes in anhydro biot ic o rg anisms.In L eopold A C(ed ):M em-br anes ,metabolism and dr y o rg anisms .Cor nell U ni It haca ,N Y ,1986:188～2093　Par segian A ,Rau Dand Z immer ber g J .Str uctur al transit ions induced by o smo tic str ess .I n L eopo ld A C(ed):M embranes,met abo lism and dry or ganisms.Cor nell U ni Ithaca,N Y ,1986:306～3174　Ber jak P,V ertucii CW ,P ammenter N.Homo io hydro us seed;dev elo pmental stat us,desiccat ion sensitivit yand t he stat e of w ater in ax es o f L andolp hin k irk ii Dy er .Planta ,1992,(186):249～2615　Berjak P,V ertucci CW,P ammenter N.Effects of dev elo pm ent status and dehy dr tio n r ate on char acter is-tics of w ater and desiccatio n-sensitiv ity in r ecalcitr ant seeds o f Camellia Sinensis .Seed Sci R es,1993,(3):155～1666　黄学林,陈润政,陈光仪等.种子生理实验手册.北京:农业出版社,1990.7　金剑平,傅家瑞,姜孝成.不同发育时期黄皮种子脱水敏感性的研究.热带亚热带植物学报,1994,(2):58～648　姜孝成,杨晓泉,傅家瑞等.正常性种子和顽拗性种子中水分状态的差异.湖南师范大学自然科学学报,1996,(3):54～5840 生　命　科　学　研　究 1997年。