高溫脅迫對白玉豆種子萌發(fā)和水解酶活性的影響

徐芬芬，沈文靜

(上饒師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院， 江西 上饒 334000)

白玉豆(PhaseoluslunatusL.)，俗稱“白金豆、白扣豆、三清豆”，是豆科蝶形花亞科菜豆屬植物。因其種皮、子葉呈乳白色，形似白玉而得名，是江西省上饒市具有傳統(tǒng)地方特色的蔬菜品種，為地方珍稀品種。因其口感好，具有保健功能，頗受市場青睞。據(jù)江西省農(nóng)科院農(nóng)副加工產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心測試，白玉豆的糖分、粗蛋白含量適中，鈣、磷、銅、鐵、鋅等含量明顯高于其它豆類產(chǎn)品，還含有10多種人體必需的氛基酸，營養(yǎng)十分豐富，藥用功能廣泛，有潤肺、消炎、養(yǎng)顏、強(qiáng)骨、健胃、解毒等等作用[1]。

目前白玉豆栽培地域單一，只在江西上饒部分山區(qū)有栽培，不耐高溫是白玉豆生長地域受限的主要原因。白玉豆生長發(fā)育的最適溫度20～25℃。本試驗(yàn)采用不同溫度培養(yǎng)白玉豆種子，研究白玉豆在不同溫度下的萌發(fā)狀態(tài)和萌發(fā)過程水解酶活性，以探明白玉豆種子萌發(fā)的最適溫度及其萌發(fā)抑制機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試白玉豆種子由上饒市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

選取飽滿、均勻一致的白玉豆種子浸種12小時(shí)后，用1%次氯酸鈉溶液浸泡10 min消毒，再用純凈水沖洗3遍后，均勻放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中，分別置于20、25、30、35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

1.3.1 萌發(fā)情況

12小時(shí)后開始觀察，記錄發(fā)芽情況，5天后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，計(jì)算發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率(%)=(第5天全部發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100 %；

發(fā)芽勢(%)=n/N×100%，式中，n為前3次的發(fā)芽種子數(shù)，N為種子總數(shù)100；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt，式中，Gt為第t天種子發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)的種子發(fā)芽的天數(shù)。

1.3.2 水解酶活性

于培養(yǎng)第2天起測定，每天測定一次α-淀粉酶活性和蛋白酶活性。α-淀粉酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸還原法[2]，蛋白酶活性測定采用定氮法[3]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2003和DPS軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對白玉豆種子萌發(fā)的影響

不同溫度對白玉豆種子萌發(fā)的影響結(jié)果見表1。由該表可知，白玉豆種子在25℃發(fā)芽率最高，為89.7 %，20℃其次，為77.5 %，35℃ 發(fā)芽率最低，僅43.7 %。25℃處理種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均顯著高于其他溫度處理(P<0.05)。超過30℃的溫度處理發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均顯著(P<0.01)低于20℃處理(P<0.05)，極顯著低于25℃處理(P<0.01)。40℃的溫度處理下，白玉豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均極顯著低于其他溫度處理(P<0.01)。該結(jié)果表明，白玉豆最適合萌發(fā)溫度為25℃ 。

表1 高溫脅迫對白玉豆種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

2.2 高溫脅迫對白玉豆種子α-淀粉酶活性的影響

不同溫度對白玉豆種子萌發(fā)的影響結(jié)果見表2。由該表可知，在整個(gè)萌發(fā)期間，白玉豆種子α-淀粉酶活性均在25℃處理下表現(xiàn)出最高，當(dāng)培養(yǎng)溫度達(dá)30℃時(shí)α-淀粉酶活性顯著降低(P<0.05)。在萌發(fā)的第5天，不同溫度處理間差異最大，均表現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)。從不同溫度處理α-淀粉酶活性出現(xiàn)峰值的時(shí)間來看，20～30℃溫度處理α-淀粉酶活性最高值均出現(xiàn)在第3天，而35℃處理α-淀粉酶活性峰值出現(xiàn)在第2天。該結(jié)果表明，高溫不但抑制了α-淀粉酶活性，還會使α-淀粉酶活性峰值提早，淀粉降解加速。

表2 高溫脅迫對白玉豆種子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性的影響

2.3 高溫脅迫對白玉豆種子蛋白酶活性的影響

不同溫度對白玉豆種子萌發(fā)的影響結(jié)果見表3。由該表可知，在白玉豆種子萌發(fā)的第1～5天，20℃ 和25℃ 兩處理蛋白酶活性均無顯著差異。萌發(fā)的第1天，35℃處理蛋白酶活性極顯著低于其它處理(P<0.01)，顯著低于30℃處理(P<0.05)。在萌發(fā)的第2-5天，30℃和35℃處理蛋白酶活性均顯著低于其它溫度處理(P<0.05)，且隨著溫度的提高，蛋白酶活性峰值提前，20℃和25℃兩處理峰值出現(xiàn)在第4天，30℃和35℃兩處理峰值出現(xiàn)在第3天。該結(jié)果表明，高溫不但抑制了蛋白酶活性，還使得蛋白酶活性峰值提早出現(xiàn)。

表3 高溫脅迫對白玉豆種子萌發(fā)過程中蛋白酶活性的影響

2.4 種子萌發(fā)與酶活性的相關(guān)性

白玉豆種子萌發(fā)與酶活性的相關(guān)性見表4。由該表可知，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均與淀粉酶活性或蛋白酶活性呈顯著或極顯著相關(guān)。該結(jié)果表明，種子萌發(fā)與種子內(nèi)部水解酶活性關(guān)系密切。

表4 種子活力與相關(guān)酶活性的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)果與討論

溫度是影響種子萌發(fā)最重要因子之一[4]。種子萌發(fā)過程中內(nèi)部進(jìn)行著活躍的物質(zhì)代謝反應(yīng)，相對較高的溫度對種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，超過特定溫度范圍的過高和過低溫度均不利于種子萌發(fā)[5-6]。當(dāng)溫度超過某一限度時(shí)就會影響植物種子的萌發(fā)和植株生長，降低種子活力，造成發(fā)芽和出苗不良[7]。適宜的溫度不僅能夠使種皮軟化，同時(shí)能增強(qiáng)水解酶活性，使貯藏的養(yǎng)分快速水解，從而促進(jìn)萌發(fā)[8]。不同豆類種子萌發(fā)的最適溫度不同，苦馬豆種子最佳萌發(fā)溫度為35℃，苦豆種子最佳萌發(fā)溫度為30～35℃[9]，豇豆種子最佳萌發(fā)溫度為25℃[10]。

本試驗(yàn)研究表明，25℃下白玉豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均顯著高于20、30 和35℃溫度處理(P<0.05)，30℃以上高溫處理顯著抑制α-淀粉酶活性和蛋白酶活性(P<0.05)。種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與α-淀粉酶活性和蛋白酶活性均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。由此可見，溫度通過改變水解酶活性來調(diào)控種子萌發(fā)。這與萬中原等[11]在小麥上、薛婷婷等[4]在核桃上、段加玉等[12]在紫椴上和張鵬等[13]在水曲柳上的研究結(jié)果一致。本文研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，高溫不但抑制了蛋白酶和淀粉酶活性，還使得兩種水解酶活性峰值提前，使得貯藏物質(zhì)過快消耗，后期胚因得不到充足的營養(yǎng)而導(dǎo)致停止發(fā)育。