花魔芋實生種子質(zhì)量分級標準及種子特性研究

劉二喜，降巧龍，王 華，孫紅雨，李登雙

(1.湖北省恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北致力魔芋種業(yè)有限公司，湖北 長陽 443500；3.湖北一致魔芋生物科技有限公司，湖北 長陽 443500)

花魔芋屬天南星科(Araceae)魔芋屬(AmorphophallusBlume)多年生草本植物，其球莖富含葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，簡稱KGM)，KGM具有降“三高”、控肥胖、清腸道、防便秘等多種保健功效，已廣泛應(yīng)用于保健品、休閑食品、軟飲、果凍布丁、火鍋餐飲等行業(yè)[1]。魔芋栽培價值高，是我國優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品特色蔬菜及西南山區(qū)高效脫貧的主導(dǎo)作物。然而，栽培上常年的營養(yǎng)繁殖導(dǎo)致種性退化、病害嚴重、產(chǎn)量下降、風(fēng)險加劇、固有繁殖系數(shù)低，制約基地面積擴展速度，導(dǎo)致種源匱乏，魔芋原料短缺與精粉需求不斷上升的矛盾日益突出。

有性繁殖實生種子具有天然脫毒、長勢強、多苗接力生長、增重倍數(shù)高等突出優(yōu)勢[2]，是解決魔芋種芋無病毒繁殖和防止種性退化的有效途徑，也是魔芋栽培學(xué)上重要的發(fā)展方向。同時，200～400倍的有性繁殖系數(shù)也是3.88倍的營養(yǎng)繁殖系數(shù)不可比擬的。彭鳳梅等研究表明，白魔芋實生種子最適萌發(fā)溫度為25 ℃，1%硫脲、5 mg·L-1GA處理后萌發(fā)率分別高達80%、70%，多菌靈浸泡消毒可使初始萌發(fā)期提早10 d左右[3]?；в髮嵣N子盆栽試驗表明，播種43 d后開始出苗，出苗期持續(xù)35 d，出苗率79.38%～82.14%，收獲球莖平均質(zhì)量8.0 g左右，增重40倍左右[4]，其長達78 d的苗期對于苗期7～14 d的水稻、玉米、大豆等大宗作物來說劣勢突顯。層積處理不僅可使白魔芋實生種子發(fā)芽率從10%提高到80%以上，同時，有利于破除種子的休眠[5]。雖然魔芋實生種子在最適萌發(fā)溫度、出苗特征、破除休眠等方面有了一些研究，但實生種子的檢測、分級等標準及種子特性仍未見報道，生產(chǎn)實踐缺乏指導(dǎo)。

本研究選擇全球分布最廣、行業(yè)應(yīng)用時間最長、應(yīng)用領(lǐng)域最寬的花魔芋，人工授粉得到實生種子。人工分揀后測定種子凈度，再利用谷物篩分成大、小2種級別，最后測定千粒重、含水量、吸水率、生活力、發(fā)芽率等指標，為魔芋實生種子的檢驗方法及種子質(zhì)量標準制定提供參考，為實生種子的生產(chǎn)、流通、市場定價提供數(shù)據(jù)支撐和參考；同時，可以促進魔芋產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化、健康化、數(shù)字化、標準化“四化”發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

花魔芋種內(nèi)實生籽(Amorphophalluskonjac Seed，簡寫為A.k seed)，種子收獲時間2018年8月中旬、2019年8月4日。2019年4月初開始試驗，常溫貯藏，由湖北致力魔芋種業(yè)有限公司提供。利用通用谷物篩將種子篩分成大和小2種級別。

1.2 方 法

1.2.1凈度分析

凈度分析試驗樣品不少于1 000粒種子，種子質(zhì)量約130 g。采用“徒手減半法”從每份種子樣品中分取3份全試樣，先用通用谷物篩篩分，然后倒入塑料盤中，將篩子上、篩子下的純凈種子、廢種子、雜質(zhì)(蝸牛殘體、天蛾或蜘蛛蟲卵)分開，分別稱重，精確至0.001 g。

凈種子(%)=[凈種子質(zhì)量/(凈種子質(zhì)量+廢種子質(zhì)量+雜質(zhì)質(zhì)量)]×100%。

1.2.2千粒重測定

采用百粒法、兩百粒法測定，隨機從凈種子中數(shù)取100粒、200粒，重復(fù)8次，稱重并計算，再換算成1 000粒種子的重量。

1.2.3含水量測定

采用105 ℃、135 ℃恒溫烘干法測定種子樣品含水量。稱取約5.000 g種子，用D=10 cm的樣品碟(Sartorius MA 100配套)承裝種子，然后置于烘箱中，每樣重復(fù)3次，每1 h稱量1次，直到2次質(zhì)量差小于0.004 g。用烘干后的大種子做吸水回潮試驗。2019年8月4日收獲的實生種子，自然涼干表面水分后，8月6日分別稱取10.002 8 g、10.006 1 g、10.023 1 g鮮種子，135 ℃測初始含水量。

含水量(%)=(水分重/種子總重)×100%。

1.2.4吸水率測定

稱取純凈的魔芋實生種子10 g左右，置于干凈小網(wǎng)袋中，將小網(wǎng)袋放入100 mL燒杯中，注入80 mL純水完全浸沒種子，在室溫(水溫16 ℃)下浸泡1、2、3、4、5、7、9、20、25、30、49 h后測定其質(zhì)量。測定時，先將網(wǎng)袋整體提出，然后用力甩20下去掉種皮表面大部分水分，最后用干燥、干凈的毛巾繼續(xù)吸干種子表面水分，設(shè)3次重復(fù)，得出種子達到飽和吸水量所需的時間，繪制種子吸水曲線。

種子吸水率(%)=[(吸水后重量-干重)/干重]×100%。

1.2.5生活力測定

采用四唑法測定魔芋實生種子生活力。種子經(jīng)室溫純水浸泡5～6 h后，沿種子縱切均分成2份，分別裝入小網(wǎng)袋，然后完全浸沒于40 mL 0.5%四唑溶液中染色5 h，染色溫度25 ℃、40 ℃。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)100個半粒種子。染上色的為有生活力種子，染不上色或染色不明顯的為無活力種子。

1.2.6發(fā)芽率測定

魔芋實生種子采用1 cm厚海綿作為發(fā)芽床，3次重復(fù)，每重復(fù)200粒，將種子置于溫度為(25±1)℃的光照培養(yǎng)箱中，暗培養(yǎng)。出芽標準：種子露白為萌芽。種子初次計數(shù)為第32天，每5～7 d統(tǒng)計1次，末次計數(shù)為第124天，統(tǒng)計中的腐爛霉變種子及時清理，后期較多種子干枯，也當損失統(tǒng)計。發(fā)芽試驗前進行預(yù)處理。預(yù)處理說明：

1) 表面消毒(SS)：0.5%KMnO4消毒2 h，然后用蒸餾水沖洗干凈。

2) 浸種(SD)：55～60 ℃的水浸種20 min。

3) 包衣處理(SC)：精盾包衣劑。設(shè)6個處理，其中ck 1(大種子)和ck 2(小種子)不經(jīng)過預(yù)處理，干種子直接做發(fā)芽試驗；A 1 SS：大種子，表面消毒；B 1 SD：大種子，表面消毒+溫湯消毒；B 2 SD：小種子，表面消毒+溫湯消毒；C 1 SC：大種子，表面消毒+溫湯消毒+包衣處理(1.2 mL包衣原液+30 mL純水)。

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋實生種子凈度分析

表1表明，常溫貯藏8個月的花魔芋雜交實生種子，凈度為91.23%，3次重復(fù)的相對標準偏差為0.89，小于1%。凈種子為飽滿、有活力的魔芋實生種子，自然干枯、染病干腐種子及皮渣、蜘蛛或天蛾蟲卵、小泥塊、蝸牛殼等均為雜質(zhì)。

表1 魔芋種子凈度

2.2 不同級別魔芋實生種子千粒重

表2表明，選擇100粒種子，8次重復(fù)，RSD為5%，數(shù)據(jù)精密度和穩(wěn)定性差。選擇200粒種子，8次重復(fù)，大種子、小種子的千粒重分別為105.547 6 g、64.256 9 g，RSD分別為4.02%、2.22%，均小于5%，方法精密度和穩(wěn)定性好。

表2 不同級別魔芋種子千粒重

2.3 不同級別魔芋實生種子含水量測定

表3表明，烘干后的種子極易吸收空氣中的水分而回潮，為保證測定結(jié)果的準確性，本試驗稱量測定結(jié)果必須在5 min內(nèi)完成，方可保證2次測定結(jié)果質(zhì)量誤差在0.004 g內(nèi)。圖1顯示，105 ℃條件下大、小種子在10 h結(jié)束測定，大、小種子含水量分別為(49.661 8±1.221 3)%、(44.646 0±0.400 9)%；135 ℃下大、小種子在8 h結(jié)束測定，含水量分別為(48.885 7±0.130 4)%、(42.713 4±0.330 0)%。本研究中，大種子的初始含水量在48.89%～49.66%之間，此時，凈度分析時有少部分種子干枯死亡，因此，在貯藏安全的基礎(chǔ)上種子貯藏期間初始含水量可以適當提高。同時，為提高水分測定的效率，本研究中種子水分以135 ℃測定結(jié)果為準。2019年收獲的新鮮實生種子，在135 ℃烘干16 h，初始含水量為(62.21±0.68)%。

表3 烘干后的魔芋種子吸水特征

圖1 不同級別魔芋種子含水量測定

2.4 不同級別魔芋實生種子吸水率

圖2顯示，前5小時吸水較快，到第20小時吸水基本飽和。在第25、30、49小時樣品測定結(jié)果負增長，觀察表明種子部分種皮溶脹脫落，且極少數(shù)得病種子吸水過多后在毛巾輕壓吸干表面水時破裂，導(dǎo)致測定吸水量出現(xiàn)負增長。因此，本實驗中吸水結(jié)束時間選擇在第20小時。大、小種子吸水率分別為(16.087 7±0.321 4)%、(23.132 8±0.897 6)%。

圖2 不同級別魔芋種子吸水率測定

2.5 不同級別魔芋實生種子生活力

表4表明，大、小種子在25 ℃，0.5%TTC染色5 h的染色率分別為96.0%、90.0%，在40 ℃，0.5%TTC染色5 h的染色率分別為96.0%、86.3%。大種子在不同溫度下染色率均為96.0%，小種子在不同溫度中的染色率均低于大種子，且在40 ℃下染色率更低，表明40 ℃下染色具有更好的區(qū)分度。

表4 不同級別魔芋種子生活力測定

圖3 大種子TTC染色效果

圖4 小種子TTC染色效果

2.6 不同級別魔芋實生種子萌芽率

圖5顯示，小種子ck 2、B 2 SD的萌發(fā)率分別為0.9%、2.5%，病損率分別為63.0%、81.5%。大種子萌發(fā)率顯著高于小種子，病損率顯著低于小種子。大種子經(jīng)過表面消毒處理后，發(fā)芽率上升11.9%，腐爛率上升13.2%；經(jīng)過表面消毒+溫湯消毒處理后，發(fā)芽率上升9.7%，腐爛率下降7.0%；經(jīng)過表面消毒+溫湯消毒+包衣處理后，發(fā)芽率上升2.5%，腐爛率下降7.8%，發(fā)芽率上升不顯著，但包衣處理顯著降低了種子的腐爛率。

圖5 不同處理魔芋實生種子萌發(fā)率及損失率

3 討 論

3.1 花魔芋實生種子質(zhì)量分級標準中測定指標的意義

凈度與種子性價比、品質(zhì)等密切相關(guān)，種子培育期間溫室周圍加防蟲網(wǎng)隔絕昆蟲傳病及蟲卵寄生、控制土壤濕度防止蝸牛攀附、調(diào)控種子貯藏期溫度及濕度延緩種子失水，降低干枯種子損失率均是提高種子凈度的有效措施。

千粒重與種子成熟、飽滿程度、萌發(fā)率密切相關(guān)。本研究中種子越大，發(fā)芽率越高，并且種子越大，對種群繁衍、后代延續(xù)也越有利。由于魔芋起源于熱帶雨林林下，按進化生態(tài)學(xué)理論，受生境影響，一般林下植物種子傾向于利用營養(yǎng)繁殖維持局域種群的存活，利用有性繁殖增加遺傳多樣性、提高種群適應(yīng)自然的能力和遠距離散布，其繁殖分配與植物個體大小有關(guān)[7]。種子萌發(fā)容易受到機械傷害、病害和環(huán)境脅迫的影響，是植物生活周期中最重要和最脆弱的階段，糧食作物如水稻、玉米、小麥等種子在人工選擇及自然變異中進化出萌發(fā)迅速且整齊的突出能力[8]。魔芋實生種子在光照培養(yǎng)箱恒溫培養(yǎng)、盆栽試驗、露地大田中出苗期分別長達120 d、78 d、64 d[4]，其超長出苗期遭遇的田間低溫、多雨高濕引發(fā)爛種、第1～2苗矮小易被雜草覆蓋、苗期過長除草次數(shù)多引發(fā)的根系損傷病害突出等問題是限制實生籽推廣的最大難題[2]，而進化出大粒種子是提高植物抵抗逆境的重要生存策略。2009—2012年4年的人工雜交實踐表明，種子大小受以下因素影響：

1) 雜交親本球莖受軟腐病或白絹病浸染，種子不能完全成熟。

2) 采挖時球莖破損，后期營養(yǎng)供給不足脅迫種子過早成熟。1)和2)2種情況下千粒重偏小。

3) 授粉時花粉活性衰退，單株結(jié)實率偏低，收獲種子數(shù)量偏少。

4) 授粉后果穂頂端軟腐，切除染病的頂端，藥物處理傷口后種子自然成熟，收獲種子數(shù)量減少。

5) 機械損傷、蚜蟲危害或發(fā)育異常造成的雌花序柱頭部分畸形，有效授粉柱頭減少，結(jié)實率降低，最終收獲種子數(shù)量少。3)～5)3種情況下千粒重偏高。顯而易見，魔芋實生種子大小與結(jié)實數(shù)量的協(xié)調(diào)平衡屬典型的資源限制模式[9,10]?；в蟮叵虑蚯o大小相同、完整且健康的基礎(chǔ)下，種子大小主要由生育期決定，然而不同魔芋種質(zhì)資源的有性繁殖存在明顯的投資差異，其結(jié)果有待進一步研究。自然觀察發(fā)現(xiàn)，花魔芋成熟果穗主要由鳥類取食后傳播，其果皮鮮艷的紅色及果肉的營養(yǎng)多汁是吸引鳥類取食的重要原因，其次嚙齒類動物老鼠也會取食成熟果實，但是發(fā)現(xiàn)存在棄食現(xiàn)象。Fischer Christina等[11]于2016年報道田鼠的種子捕食充當了有毒有害種子的生物過濾器，周星等[12]報道了魔芋全株都有一定毒性，且其毒性是生物堿引起的，證明鼠類是不存在偏好取食魔芋種子的。

含水量是影響種子貯藏的關(guān)鍵指標，含水量較高時種子呼吸強度高，易產(chǎn)生濕氣而引發(fā)種子的霉爛，含水量過低時種子易干枯死亡?；в篚r實生種子的含水量為62.21%，貯藏后的含水量為48.89%，貯藏期失水率約為13.32%，此時實生種子有部分干枯死亡，說明魔芋實生種子的脫水耐性較差。魔芋實生種子的安全貯藏水分、脫水耐性等是下一步研究的重點方向。

吸水率可指導(dǎo)種子播種前吸脹及溫湯消毒等處理，本試驗表明種子吸脹宜控制在5 h內(nèi)，浸種超過20 h可能影響種子的后續(xù)萌發(fā)生長。生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，種子在萌芽期遭遇1 d以上連陰雨，種子在大田里過度浸泡溶脹，會引發(fā)種子的腐爛而造成毀滅性損失，包衣及催芽后播種可降低這種生產(chǎn)風(fēng)險。

種子生活力間接指示種子生命活性，與種子出苗率及出苗勢有一定正相關(guān)性。本研究中，采用40 ℃，0.5%TTC染色5 h可較好測定并區(qū)分大、小種子的生活力。

常溫貯藏240 d的花魔芋實生種子，實驗室光照培養(yǎng)箱測定發(fā)芽率不高，只有18.0%～27.4%，同時種子在124 d的長時間催芽中種子極易腐爛、干枯而損失。為防止種子腐爛，可將種子進行包衣處理，但本試驗中包衣劑對種子的萌發(fā)速度有一定抑制作用。同時，2012年的實生種子大田試驗中，2個組合的發(fā)芽率都達到了79%以上。說明土壤的溫度、濕度及微生物等環(huán)境因素更有利于種子的萌芽。姜蕾等研究表明，天南星科植物種子萌發(fā)存在各種各樣的問題：如紅掌種子萌發(fā)緩慢且不整齊，萌發(fā)期長達50 d[13]。脫水會影響海芋種子的萌發(fā)率，脫水耐性與種子生育期有關(guān)[14]。半夏人工種子隨著貯藏溫度的升高、貯藏時間的加長其萌發(fā)率迅速降低[15]。10個不同雜交組合的白掌萌發(fā)率低于30.00%的占70%[16]。真菌侵染是芋種子萌發(fā)和生長過程中遇到的主要問題[17]。為增強種子的耐貯藏性，種子采收的最佳生育期是未來重要的研究方向，采收過早，種子成熟度差，耐貯藏性差，種子萌發(fā)率差；采收過遲，實生種子會在果穗上胎萌，亦不利于種子的后期貯藏。本試驗中，種子的萌發(fā)率較低、萌發(fā)速度過慢、種子腐爛率較高，未來可以采用GA等生長調(diào)節(jié)劑打破休眠、利用層積催芽、選擇更合適的發(fā)芽床、更適宜的光溫調(diào)控、萌發(fā)培養(yǎng)中噴施防腐劑溶液等方式加以改進，提高種子的實驗室萌發(fā)率、萌發(fā)速度，降低腐爛率。

3.2 魔芋實生種子的頑拗性及種子特性

正常性種子貯藏前含水量一般為5%～12%[18]，而頑拗性種子成熟過程中不經(jīng)過脫水行為，成熟時仍保持較高的含水量(36%～90%)，當含水量降到15%～20%時種子受到損傷[19]，按其脫水耐性及耐低溫性，分為高度、中度、低度頑拗性種子[20]，花魔芋實生種子由于可耐受10%～15%的脫水，且在恩施冬季可耐室溫貯藏，因此可將其歸為低度頑拗性種子。HOFMANNP等[21]在報道中將與魔芋同科的箭葉黃體芋劃分為頑拗性種子。李權(quán)生等[22]報道同屬魔芋屬的巨魔芋實生種子不耐脫水，且越冬貯藏溫度需在8 ℃以上，珠芽類魔芋、疣柄魔芋、甜魔芋等分布于熱帶地區(qū)的資源其實生種子耐冷性也差，其頑拗性程度有待進一步細分，其種子貯藏行為及貯藏條件也需繼續(xù)探索。魔芋種子中總糖、可溶性糖、蛋白質(zhì)的含量分別為83.49%、7.98%、6.28%[23]，若按粉質(zhì)、蛋白質(zhì)、油質(zhì)分類，魔芋種子屬于粉質(zhì)種子。

4 結(jié) 論

本研究利用通用谷物篩將花魔芋合格種子與不合格種子篩分。初步探明了花魔芋實生種子的質(zhì)量檢驗方法、分級指標。通過本研究的實驗數(shù)據(jù)結(jié)合文獻資料，初步判定花魔芋實生種子屬于低度頑拗性種子，這為魔芋實生種子的貯藏安全及貯藏行為、種子規(guī)?；a(chǎn)大小調(diào)控、播種前處理、萌發(fā)安全提供了有益參考。