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維生素吡咯喹啉醌對水芹種子萌發的生理效應

發布時間:2019-11-22 09:37所屬分類:工業設計瀏覽:1加入收藏

摘要:研究了不同質量濃度(4 g/mL,8 g/mL,12 g/mL和16 g/mL)的吡咯喹啉醌(PQQ)對水芹種子萌發過程的影響,結果表明:在PQQ的作用下,水芹種子的發芽率、發芽

  摘要:研究了不同質量濃度(4 μg/mL,8 μg/mL,12 μg/mL和16 μg/mL)的吡咯喹啉醌(PQQ)對水芹種子萌發過程的影響,結果表明:在PQQ的作用下,水芹種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和呼吸強度均隨著PQQ質量濃度的增加而提高,其中質量濃度為16 μg/mL的PQQ浸種效果最佳,PQQ具有促進水芹種子萌發的生理效應;PQQ的作用對水芹種子中淀粉酶活力影響不大,對脂肪酶和過氧化物酶活力有著明顯的增強作用.

  關鍵詞:吡咯喹啉醌;水芹;種子萌發;生理效應

工程與試驗

  《工程與試驗》(季刊)創刊于1961年,由中國儀器儀表學會試驗機分會、長春試驗機所主辦。本刊秉承“宣傳貫徹科學技術是第一生產力的思想,介紹新的科技成果,傳播新的科技信息,普及科學知識、科學方法和科學思想,促進生產力的發展”的辦刊宗旨;奉行“科學、嚴謹、務實、求真”的辦刊方針。

  0 引言

  1960年代,一種新型維生素吡咯喹啉醌PQQ(pyrroloquinoline quinone)被科學家發現,它廣泛存在于水果、蔬菜、谷物等食品中,是許多細菌中甲醇脫氫酶、葡萄糖脫氫酶GDH(glucosedehydrogenase)、甘油脫氫酶等的輔酶,能夠參與呼吸鏈電子傳遞[1-2].但是,只有部分革蘭氏陰性菌能夠自身合成PQQ,而人類與動植物主要從外界獲取該維生素[3-4].

  研究表明,PQQ可以縮短植物生長停滯期,促進植物細胞新陳代謝和生長[5].

  張鵬等[6]研究發現,在小麥植株生理代謝調節過程中,PQQ可增加葉綠素含量,使光合速率增加,并提高硝酸還原酶和谷氨轉氨酶活性,從而減少穗部小花敗育,提高小麥結實率.

  匡煒等[7]的研究表明,PQQ能有效提高湘早秈45號水稻的每穗實粒數和結實率,減少每穗空粒數,對水稻增產有促進作用.另外,PQQ作為GDH

  的氧化還原輔因子,可將葡萄糖轉化為葡萄糖酸,溶解不溶性磷酸鹽到土壤中,促進植物吸收生長[8].PQQ還可以促進玫瑰紅蘋果和紅富士蘋果花粉萌發和花粉管生長,但濃度過高則會減弱效果,甚至產生抑制效應,且紅富士蘋果較玫瑰紅蘋果更為敏感,當PQQ濃度高于1 μmol/L時即產生明顯的抑制效應[9].

  總之,PQQ能促進某些植物生長,但其對水芹種子的萌發過程是否有影響尚不明確.本文擬以水芹種子為原料,研究不同質量濃度的PQQ對水芹種子萌發的影響,并進一步研究PQQ的作用對種子萌發過程中關鍵酶(淀粉酶、脂肪酶和過氧化物酶)活性的影響,以明晰PQQ對水芹種子萌發的生理效應和作用機制.

  1 材料與方法

  1.1 材料與試劑

  實驗材料:水芹種子,購于鄭州市種子公司;吡咯喹啉醌(色譜純),由瀚香生物科技公司提供.

  實驗試劑:3,5-二硝基水楊酸、甲苯、乙醇,天津市致遠化學試劑有限公司產;愈創木酚,北京索萊寶科技有限公司產;橄欖油、乙醚,生工生物工程上海股份有限公司產;百里香酚酞,廣東光華化學廠有限公司產.以上試劑均為分析純.

  1.2 儀器與設備

  HH-S型數顯恒溫水浴鍋,江蘇省金壇市醫療器械有限公司產;SHP-250型恒溫光照培養箱,上海鴻都電子科技有限公司產;2300型UV-分光光度計,尤尼克(上海)有限公司產;Sartorius PB-10型pH酸度計,上海市實驗儀器總廠產.

  1.3 實驗方法

  1.3.1 水芹種子萌發

  取大小均勻的水芹種子,將其分為5組,每組20粒.用質量分數1%的NaClO浸種20 min,蒸餾水洗凈,再用不同質量濃度的PQQ(4 μg/mL,8 μg/mL,12 μg/mL和16 μg/mL)室溫浸種48 h,用3 mL不同質量濃度的PQQ溶液浸潤濾紙,并將種子點播吸附在濾紙上,置于恒溫培養箱中于25 ℃下光照培養.其間補加相應質量濃度的PQQ以保持濾紙的濕潤[10].實驗持續5 d,每d記錄正常發芽種子數.按以下公式計算水芹種子的各種活力指標.

  發芽率=種子發芽數供實驗種子數×100%

  1.3.2 呼吸強度測定

  呼吸強度,是植物體新陳代謝強弱的一個重要指標,它是指單位面積或單位質量的植物體,在單位時間內所吸收的O2或釋放的CO2量或損失的干重.

  用飽和堿液吸收一定量的植物材料在單位時間內放出的CO2,再用標準酸液滴定,即能測得植物的呼吸強度.

  參照李海霞等[11]的方法,用上述不同質量濃度的PQQ對種子進行浸種處理,實驗持續 5 d,每d對呼吸速率進行測定,然后按以下公式計算呼吸強度.

  其中,V0為空白滴定用去的草酸量/mL,V1為樣品滴定用去的草酸量/mL,W為樣品鮮重/g,T為測定時間/h.

  1.3.3 酶活力測定

  1.3.3.1 淀粉酶活力測定

  參照張志鵬[12]的方法,采用3,5-二硝基水楊酸還原法,每12 h對不同質量濃度PQQ浸種處理的水芹種子中淀粉酶活性進行測定,實驗持續3 d。酶活力定義為每g樣品在單位時間內生成還原糖(麥芽糖)的量.

  麥芽糖標準曲線的制作:分別配制0 mg/mL,0.2 mg/mL,0.4 mg/mL,0.6 mg/mL,0.8 mg/mL 和1.0 mg/mL的麥芽糖標準溶液,吸取標準溶液1.0 mL于刻度試管中,加3.0 mL 二硝基水楊酸(DNS)試劑,搖勻,沸水浴10 min后經流水冷卻,加蒸餾水定容至15 mL,在520 nm 的波長下比色測定吸光度值,并建立通過吸光度值求麥芽糖質量濃度的回歸方程.

  淀粉酶液制備:稱取1 g經不同質量濃度PQQ溶液作用的水芹種子于研缽中,加入5 mL蒸餾水,研磨勻漿后倒入離心管中,再用10 mL蒸餾水分次將殘渣洗入離心管.在室溫下靜置 20 min 制備提取液,每隔5 min攪動1次,使其充分提取.在4 ℃條件下3000 r/min低溫離心10 min,取上清液加蒸餾水定容至100 mL后搖勻,即為淀粉酶原液,用于α-淀粉酶活力測定.取淀粉酶原液10 mL,用蒸餾水定容至 50 mL 后搖勻,即為淀粉酶稀釋液,用于淀粉酶活力的測定.

  1.3.3.2 脂肪酶活力測定

  脂肪酶可以分解種子中貯藏的營養物質,為種子萌發的異養階段提供能量[13].

  參照GB/T 5523—2008[14],稱取2 g水芹種子于研缽中,加入1.0 mL橄欖油,混勻,加入5.0 mL pH=7.5的磷酸緩沖液,研磨后轉入100 mL錐形瓶中,用5.0 mL蒸餾水洗凈研缽,洗液全部轉入錐形瓶中,加3滴甲苯,置于30 ℃恒溫箱內,保溫24 h后取出.加入V(乙醇)GA6FAV(乙醚)=4GA6FA1的混合液50 mL,靜置5 min,加入0.5 mL質量分數為1%的百里香酚酞乙醇溶液指示劑,用0.2 mol/L氫氧化鈉乙醇溶液滴定至終點(淺藍色),記錄用去堿液的體積(V2).另外稱取2 g相應質量濃度試樣做對照試驗,除不用 30 ℃ 保溫24 h外,其余操作同上,記下用去的堿液體積(V3).

  每12 h對不同質量濃度PQQ作用的水芹種子進行脂肪酶活性測定,實驗持續 3 d.

  其中,V2為試樣滴定用去的堿液體積/mL,V3為對照試驗用去的堿液體積/mL,N為實際堿液質量濃度/(mol·L-1),W1為試樣質量/g,M為試樣水分質量分數/%.

  1.3.3.3 過氧化物酶活力測定

  過氧化物酶是以過氧化氫為電子受體催化底物氧化的酶,與呼吸作用、光合作用、生長素的氧化等都有關系[15].

  分別取0.5 g經不同質量濃度PQQ作用的水芹種子于研缽中,加入液氮后充分研磨,再加入3.0 mL磷酸緩沖液,預冷5 min,7000 r/min 離心15 min,上清液為粗酶提取液,提取后低溫保存待用.

  酶活力測定的反應體系為:0.05 mol/L磷酸緩沖液2.9 mL;2%的H2O2 1.0 mL;0.05 mol/L 愈創木酚 1.0 mL;酶液0.1 mL.用加熱煮沸5 min的酶液作為對照.反應體系加入酶液后,立即于34 ℃水浴保溫30 s,在 470 nm 波長處進行比色,開始記錄數據,然后每 0.5 min 記錄一次吸光度值,共測2 min.

  以每min A470的變化值0.01為一個相對酶活單位U,計算植物組織內過氧化物酶活力的大小.每12 h對經不同質量濃度PQQ作用的水芹種子進行過氧化物酶活力測定,實驗持續3 d.

  其中,Vt為酶液的總體積/mL,ΔA470為吸光度的變化值,t為間隔時間/min,Vs為測定時取用的酶液體積/mL,W2為粒種子的質量/g.

  2 結果與分析

  2.1 不同質量濃度的PQQ對水芹種子萌發的影響

  水芹種子萌發實驗結果如圖1所示.由圖1可知,以胚根突破種皮1 mm作為種子發芽標準(圖1a)),萌發初期(即培養期的前96 h)組間差異不明顯,水芹種子基本不發芽或者剛剛露白(圖1b)).圖2為中后期水芹種子萌發情況.由圖2可知,在4種質量濃度范圍內,PQQ質量濃度越高,對種子萌發的促進作用越明顯.在質量濃度為16 μg/mL的PQQ作用下,種子萌發到120 h時的發芽率為43.4%,對照組發芽率為33%;至192 h時的發芽率提升至85%,對照組發芽率為42.6%.在其他3種質量濃度的PQQ作用下的水芹種子的發芽率均高于對照組,低于在質量濃度為16 μg/mL的PQQ作用下的發芽率.由此可見PQQ能有效促進水芹種子的萌發.

  在不同質量濃度的PQQ作用下水芹種子的發芽指數、發芽率和發芽勢如圖3和圖4所示.由圖3和圖4可知,水芹種子在萌發的第 8 d,對照組的發芽率為56.7%,在質量濃度為 8 μg/mL 的PQQ作用下的種子發芽率為70%;在質量濃度為16 μg/mL的PQQ作用下的種子發芽率最高,為86.7%.以萌發第5 d計算發芽勢,在質量濃度為0~16 μg/mL的PQQ作用下,種子的發芽勢從33.3%提高到43.3%.這表明隨著PQQ質量濃度的提高,水芹種子發芽勢逐漸增大,種子活力提高,發芽率隨之提高.


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