LS1802基礎生命科學實驗 講義4

實驗四:種子萌芽與酵素的作用

一、 種子休眠與萌芽 二、 澱粉水解脢(Amylase) 之表現 實驗目的: (一)瞭解引起種子休眠的因素及打破種子休眠或縮短種子休眠期,以促進種子萌芽。 (二)藉由觀察種子發芽過程中澱粉水解脢的表現情形,了解澱粉轉換成醣類過程中酵 素的作用。

實驗一:種子休眠與打破種子休眠

(參考自王月雲、陳是瑩、童武夫編著、植物生理學實驗,藝軒圖書公司,1993) 實驗原理: (一) 種子萌芽的條件: (水分充足(氧氣充分(溫度適宜30∼40℃(光線適當(促進劑高於抑制劑。 種子萌芽時需有充分水分及氧氣,進行呼吸作用放出能量;當溫度適宜時可提早種子萌芽 。光線對於種子萌發有甚大影咨,有的可促進萌芽,有的則抑制萌芽,如萵苣種子對光具 敏感性。 (二) 種子休眠原因; (1) 種皮原因:可能由於種皮太厚、太堅硬,以致不透水、不透氣,而阻礙細胞代謝。 可劃破種皮,或強酸處理,以促進萌芽。 (2) 胚原因:當胚完全發育時,萌芽作用始能發生。若胚不成熱,即偵在各種良好萌發 條件下,亦不會萌芽。胚未成熟的種子可利用後熟作用,或低溫處理,加速種子成熟。 (3) 有阻礙物質:有些果實中也含有抑制萌芽的物質或因其外圍之物質而得不到充分的 水分;可利用揉破或敲破其果實外之黏狀物。這類物質廣泛存在於植物界;諸如Coumarin ,Parascobic acid,Phthalids,Ferulic acid,Dehydroacetic acid 等皆屬天然抑制劑。 材料與藥品: 蠶豆,絲瓜種子 120顆 刀片 1把 蘿蔔種子 200顆 濾紙 1張 木瓜 l個 培養皿 8套 硫酸 lOml 保溫箱 1台 蕃茄 2個 冰箱 1台 松柏類種子 20顆 (如果實驗室未能準備的種子、請自行準備) 實驗方法: 打破各種植物種子休眠的有效法各不相同,茲將一般常用之方法略述如下 : (1) 各種不同處理對於硬皮種子發芽的影響: 取120顆蠶豆、絲瓜等種子浸水過濾,從中選擇30顆未膨脹的種子,將其視作"硬皮種子"。 以10顆為1組,分別處理如下: (A) 對照試驗,不經任何處理。 (B) 利用刀片之尖端,將種皮劃開數處。 (C) 在濃硫酸中浸潤5分鐘後,再用自來水充分沖洗至少須換水10次, 最後用蒸餾水沖洗 二次。 將每組種子置於潮濕濾紙之培養皿中發芽,經過三、五、七天分別計算種子發芽率,試解釋 其結果。 (2) 低溫或交替溫度促進胚成熟: 將松柏類種子20顆,貯存於5∼1O℃之溫度達2∼3個月,則可增加其萌芽率。 將種子交互置於不同溫度與低溫環境中,亦能打破其休眠,其溫度之差在lO∼2O℃ 間。亦可加速其萌芽。 (3) 光: 部分植物種子之萌芽必須光之存在始能發生,如高苣種子,在紅光下可促進萌芽 ,但遠紅光對其萌芽有抑制作用。 (4) 從種子中移去天然抑制物後對於發芽之影響: 將木瓜或蕃茄切開後,取其種子,將其中之一半,小心揉去其種子外之透明膠狀 物,分別置於潮濕濾紙的培養皿內;另一半種子保持原狀,也置於潮濕濾紙上,加蓋置於 保溫箱內,一星期後觀察其發芽情形,由於時間長久,須時常加水。 (5) 天然抑制劑抑制種子萌芽: 取木瓜種子100顆左右,剝取假種皮(透明膠狀物);於磨砵中加3ml水磨成汁液 ,以紗布過濾,用蒸餾水稀釋成10%、 30%、 50%、70%等, 分別處理在水稻種子上,置 于生長箱內,觀察其抑制效果。 討論問題: 1. 木瓜假種皮有天然抑制劑,如何證明? 2. 有人曾想利用木瓜假種皮的抑制性,來應用於梅兩季節水稻收穫,您認為可能性如何? 3. 種子休眠如何喚醒? 4. 新鮮而成熟的水果種子是否可以直接萌芽成長? 5. 為什麼有些植物的種子必須經過動物的消化之後才能萌芽?

實驗二、澱粉水解脢(Amylase) 之表現

實驗原理: 種子萌發過程的不同時期裡,澱粉水解脢會在不同部位陸續表現的情形,藉由觀察種子切 片的各個部位如果有澱粉水解脢的表現,將會分解緊貼在澱粉膠盤中的澱粉而成為不會呈 色的醣類,其餘沒有被水解脢作用的部分則會呈色。因此可由澱粉和碘溶液的成色現象, 觀察澱粉水解脢在種子各部位表現的位置。 材料:培養皿、單面刀片、小鑷子、澱粉(配置1.5%的澱粉膠),碘溶液(I2/KI),花豆 或其他種子。 實驗方法: 1.實驗課之前三∼四天,即開始按日陸續將一∼二粒種子泡水或溼潤,促使其開始萌發, 因此在實驗課進行之時即可以得到不同萌發程度的種子。 2.將不同時間萌發的種子和發芽的子葉,按照不同切面(橫切和縱切)以徒手切片的方式 ,切成數個薄片。 3.將所有的種子切片按照順序排列在事先一∼二日配置完成的澱粉膠盤中,並記錄其相關 位置。 4.靜置10∼15分鐘之後,將所有的種子切片移到另一個玻片或是白紙之上。 5.滴數滴碘液於澱粉膠培養皿之上,讓碘液可以佈滿培養基的程度,輕輕搖晃1∼2分鐘。 6.小心的以水沖掉碘溶液。 7.觀察染色與不染色的部位,對照種子切片的相對位置,觀察與記錄結果,並分析不同時 間澱粉水解脢表現部位的變化。 討論問題: 1. 是否所有的種子都可以觀察到澱粉水解脢的表現? 2. 哪一種種子的澱粉水解脢的表現速度最快? 3. 澱粉膠盤可不可以用其他的東西來代替? 4. 澱粉水解脢的表現順序如何?酵素最早可能儲存的位置在哪裡?

實驗三:種子萌芽時貯藏物質之轉變

實驗目的:   探測種子萌芽時,內部貯藏的澱粉、蛋白質、脂肪等物質水解轉變的情形。 實驗原理:   種子吸水後內部水解酵素(hydrolase)急增;如澱粉脢、蛋白脢、脂肪脢等將所貯 藏的澱粉、蛋白質、脂肪等都被水解成葡萄糖、胺基酸以及脂肪酸和甘油。這些水解 後的物質逐漸轉移到胚中,以供給胚的成長。   含澱粉多的種子稱澱粉種子(starchy seed)如水稻、大麥、小麥,這些種子的澱 粉貯存於胚乳(endosperm)內。有些種子含多量脂肪稱脂肪種子 (fatty seed)如油菜、 玉米、花生、向日葵;脂肪油滴一般分布在子葉及胚乳中。有些種子含蛋白質特別多稱 為(protein seed) 如黃豆等。 本實驗是利用組織化學檢定法 (Histochemical test)來追蹤澱粉種子,蛋白質種子 及脂肪種子在萌芽過程中其內部所貯藏物質的變化情形。 材料與藥品: 水稻種子(或其他澱粉種子)100顆 培養皿(13cm) 2個 花生種子(或其他脂肪種子)100顆 濾紙(或衛生紙) 1包 黃豆種子 100顆 棉花 1包 I2-KI液(第二部分實驗三) l0ml 皕鱉 l台 米倫氏(Millon)試劑 l0ml 顯微鏡 1台 蘇丹III((Sudan III) l0ml 載玻片 數片 H2SO4(10%) lml 蓋玻片 數片 註:米倫氏試劑:l0ml水銀加188m1濃硝酸,若難溶則加熱,此步驟必須在通風罩(Hood) 上進行或在室外;溶解後加兩倍體積的蒸餾水稀釋之,靜置,取上澄液。 實驗方法: (1) 取三個培養皿,先舖上一層棉花,再加濾紙並加蒸餾水使其充分潮濕後,分別放入 80∼100粒水稻種子,花生種子及黃豆種子;將培養皿置25℃皕鱉鼎庛m實驗室中發 芽,但必須置於暗處。 (2) 數天後,做發芽前子葉從子葉鞘長出各階段的切片,用I2-KI檢查澱粉粒的存在。用 蘇丹III染色檢查油滴的存在,用米倫氏試劑觀察蛋白質消失的情形,以「+,-」 符號表示各物質存量的多寡:完全沒有時記「-」;存在與否很難分辨記「土」僅 含一點點記「+」較多一點記「++」;存在很多記「+++」,依次類推。 (3) 說明各種物質貯存量的變化,繪圖表示水稻、花生、黃豆萌芽前子葉從子葉鞘長出 之各階段形態上的變化;並標明各部位的名稱,註明蛋白質、脂肪和澱粉存在的位 置與存量的變化。 (4) 檢查澱粉、蛋白質、脂肪之方法: (a) 澱粉:加入l滴I2-KI於植物切片上,靜置2分鐘,若呈藍紫色,則為有澱粉 存在。 (b) 蛋白質:取二滴米倫氏試劑滴在放置有植物切片的載玻片上,徐徐加熱,必 要時加一滴1O%H2SO4,若呈紅色出現,表示含有蛋白質。 (c) 脂肪:加入l滴蘇丹III於植物切片上;見紅色色素呈現在植物切片的情形。 討論問題: 1.仔細觀察水稻、黃豆、花生自浸水後約需多久時間才長出子葉? 2.此較三者之間在形態上的變化及貯藏物質存量的變化有何不同?