花生種子自然老化對品質(zhì)及發(fā)芽的影響

趙 凱 李珊珊 馬 倩 周 帆 李忠峰 馬興立 張幸果 殷冬梅

(河南農(nóng)業(yè)大學，河南 鄭州 450002)

花生(Arachis hypogaeaL.)作為一種豆科植物，是重要的油料經(jīng)濟作物之一，在世界范圍內(nèi)廣泛種植[1-2]。日常生活中我們所食用的包括油菜[3]、大豆[4]、芝麻[5]和花生[6]等油料作物中，花生出油率顯著高于其他作物，被稱為“中國的橄欖油”[7]。優(yōu)良的種子對于花生產(chǎn)量起決定性作用，隨著人們對花生的需求量不斷增大及對品質(zhì)的嚴格要求，提升種子質(zhì)量成為育種的重要研究方向。

在種子儲藏過程中，儲藏時間、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度及種子含水量等諸多因素均會對其品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響[8]。不良的儲藏環(huán)境，會降低種子的發(fā)芽率。長期以來，都是通過計算發(fā)芽率來衡量種子質(zhì)量，但在實際應用中發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率在非最適條件下測定并不能真實反映大田實際發(fā)芽出苗情況[9]。Zhang 等[10]利用高溫高濕人工加速老化方法處理水稻種子，發(fā)現(xiàn)種子在人工加速老化條件下衰老是缺氧狀態(tài)下伴隨多種酶類代謝途徑產(chǎn)生乙醇的過程。劉月輝等[11]研究發(fā)現(xiàn)，種子的活力指數(shù)、發(fā)芽勢、發(fā)芽率以及發(fā)芽指數(shù)可以作為判定種子活力的重要指標。王鶴冰[12]認為，判定種

子活力大小最有效的依據(jù)是種子的活力指數(shù)。種子活力是反映種子質(zhì)量和品質(zhì)的綜合指標，可以較準確地反映大田實際發(fā)芽出苗情況。種子活力不僅與種子品質(zhì)及發(fā)芽特性有關(guān)，而且與環(huán)境條件、植株代謝水平等也有一定的關(guān)聯(lián)[13]。自然老化作為一種老化處理方式而應用于植物種子的活力測定時，對于研究花生老化種子起著至關(guān)重要的作用[14-16]。在種子的長期儲存中，隨著種子活力的逐漸下降；最終影響產(chǎn)量和品質(zhì)，因此對于具有不同種子活力的不同品種(系)來說，在同樣的處理工作后會呈現(xiàn)出不同的耐儲性[17-20]。

本研究選用花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107 六個品種(系)主要從發(fā)芽率、活力指數(shù)、氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride，TTC)、電導率以及油脂品質(zhì)5 個方面衡量植物種子活力[14]，來研究自然老化對花生品質(zhì)及發(fā)芽特性的影響，旨在探究種子活力和自然老化二者之間的關(guān)聯(lián)為實際生產(chǎn)中花生的存儲提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所選用的6 個花生品種(系)為花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107，由河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院棉油重點實驗室花生組課題組提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗所需6 份材料于2016年5月在河南農(nóng)業(yè)大學毛莊科教園區(qū)種植，單粒播種，地力肥沃，統(tǒng)一管理，9月收獲，晾曬保存。將晾曬后的6 份材料于室溫統(tǒng)一存放，進行自然老化檢測，從2017年1月至2018年7月，每3 個月測定一次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 發(fā)芽率的測量 依據(jù)傅家瑞等[22]的方法，挑選20 粒大小均勻一致、飽滿無損傷花生種子，設(shè)置2次重復(共40 粒)。先用1% NaClO 對花生種子消毒1 min，清水沖洗3 次，然后置于28℃培養(yǎng)箱進行催芽，每天固定時間調(diào)查花生種子發(fā)芽粒數(shù)，同時測量花生的生長長度，根據(jù)公式計算種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)(germination index，GI)[22]:

式中，Gt 為發(fā)芽試驗終期內(nèi)每日發(fā)芽數(shù)；Dt 為發(fā)芽日數(shù)；∑為總和。

1.3.2 活力指數(shù)的測定 依據(jù)曹俊梅等[23]的方法，選20 粒大小均勻一致、飽滿無損傷花生種子置于1%NaClO 中1 min，清水沖洗3 次后于蒸餾水中吸脹2 ～4 h。采用玻璃板直立發(fā)芽法，選用10 cm× 15 cm× 10 cm 發(fā)芽箱，把種子橫向排列，胚向下，保持濕潤。將多個玻璃板均勻垂直插入發(fā)芽箱內(nèi)，箱內(nèi)加入1 cm 深蒸餾水，恒溫28℃培養(yǎng)。于出苗第3 天測定花生種子的下胚軸長度(子葉著生點與胚根之間的長度)、發(fā)芽率以及胚根長度，3 次重復。根據(jù)胚軸長度計算生長量(cm)，并參照張瑞富等[24]的方法計算:

1.3.3 TTC 法處理自然老化花生種子 參照Hampton 等[25]方法略有改進。選30 粒完整且發(fā)育良好的花生種子浸泡在無菌水中，直至充分吸脹為止，將種子放在試管中并加入10 mL 0.10%TTC 溶液，黑暗條件下38℃恒溫水浴4 h，蒸餾水沖洗3 次，吸干水分。取0.5 g 單?；ㄉ尤? mL 丙酮和純石英砂一起研磨，倒入10 mL 容量瓶中，用丙酮沖洗研缽3 次，液體倒入容量瓶中定容。將上個步驟定容的液體在4 000 r·min-1條件下離心10 min，取上清液，采用UV-2800 分光光度計(UNICO，美國)測量490 nm 波長處的吸光度值，3 次重復，從標準曲線中找出對應的TTC含量，根據(jù)公式計算TTC 還原量:

式中，V 為樣品定容時體積(恒為10 mL)；C 為標準曲線上查得的TTC 含量，μg·mL-1；W 為樣品重量，g。

1.3.4 種子活力的測定 采用電導法，選擇20 粒無損傷、大小均勻飽滿的花生種子，對其進行消毒，用蒸餾水多次沖洗，吸干水分，然后將樣品置于含有20 mL蒸餾水的燒杯內(nèi)，浸泡后搖勻，測定初始電導率，在8 h內(nèi)每隔2 h 測一次，共計4 次(分別記作d1、d2、d3、d4)，每個材料設(shè)置3 次重復，根據(jù)公式計算浸出液的電導率:

式中，W 為供試樣品重量，g。

1.3.5 品質(zhì)分析 從2017年1月至2018年7月共18 個月，每隔3月，將備用的花生籽粒放置于DA7250近紅外分析儀(波通公司，瑞典)中，直接讀取6 個花生材料的品質(zhì)含量(油酸、亞油酸、含油量和粗蛋白)數(shù)值，并計算油亞比，每個材料測量20 粒，3 次重復。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013 和SPSS 19.0 對所得數(shù)據(jù)進行整理分析和處理，采用鄧肯新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然老化條件下不同花生品種(系)發(fā)芽率及種子活力指數(shù)變化情況

自然老化過程中不同花生品種(系)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、生長量以及活力指數(shù)均存在明顯差異?；?14 和遠雜9102 的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)明顯高于花606、花825、花8107和ZP06 花生品種(系)，ZP06 的生長量明顯高于花414、遠雜9102、花606、花825 和花8107 花生品種(系)。隨著自然老化時間的延長，6 個花生品種(系)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢。

由表1 可知。貯藏21 個月后，花414、花606、花825、遠雜9102、花8107 和ZP06 的發(fā)芽率分別降低了33、43、25、17、22 和50 個百分點。貯藏6 ～21 個月期間，發(fā)芽勢降低趨勢與發(fā)芽率基本相似。貯藏21 個月后，花414、花606、花825、遠雜9102、花8107 和ZP06的發(fā)芽勢分別降低了42、43、38、30、23 和47 個百分點。其中花414、花606、花825 和ZP06 的下降幅度相對較大，遠雜9102 和花8107 的下降幅度明顯低于其余品種(系)，表現(xiàn)為較高的耐儲藏性。在活力指數(shù)方面，貯藏3～21 個月，花414、花606、花825、遠雜9102、花8107 和ZP06 的發(fā)芽指數(shù)分別降低了65.90%、71.00%、52.00%、47.92%、22.78%和70.44%；生長量分別降低了81.63%、81.25%、87.10%、84.24%、81.63%和85.17%；活力指數(shù)分別降低了83.84%、94.51%、94.08%、91.76%、85.97%和95.12%，說明花606 和花8107 對于自然老化的抵抗能力高于其他品種。

各材料在貯藏前9 個月的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及生長量與貯藏后9 個月表現(xiàn)出明顯差異(表1)，但花414 在貯藏12 ～18 個月的活力指數(shù)在14.99 ～18.79 之間，花825 在貯藏6 ～12 個月的活力指數(shù)在24.58～32.78 之間，花8107 在貯藏9 ～18 個月的活力指數(shù)在12.78～36.32，活力指數(shù)平穩(wěn)下降，可見自然老化處理對上述6 種品種(系)的影響是不同的，總體來說花8107 抗老化能力更強。

2.2 自然老化花生種子TTC 還原量的變化

表2 可知，花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107 花生種子內(nèi)TTC 還原量的變化趨勢一致，均隨著自然老化時間的延長呈降低趨勢，貯藏3 ～21 個月分別降低了75.07%、79.41%、82.97%、83.73%、83.11%和79.49%，且不同貯藏時段存在顯著差異。表明種子活力逐漸下降，其中貯藏前12個月內(nèi)TTC 還原量下降較迅速，貯藏后9月則相對較緩慢?；?06 和ZP06 2 個品種各貯藏時期的TTC還原量差異均較小，花414、花825、遠雜9102 和花8107 2 個花生品種(系)在老化處理過程中各時期的TTC 還原量差異較小，花825 和遠雜9102 下降的幅度較大，花414、花606、ZP06 和花8107 下降幅度較小，其中ZP06 下降幅度最小，表明其活力較其他品種(系)要高。

2.3 自然老化花生種子電導率的變化趨勢

由表3 可知，花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107 花生種子浸出液的電導率隨著自然老化時間的延長呈逐步上升趨勢，其中均在貯藏12 ～18個月期間上升幅度最大，其余貯藏時段上升幅度較小，表明花生種子的活力隨著自然老化時間的延長而降低。老化處理對各品種(系)種子電導率的升高效果與其發(fā)芽特性的顯著變化表現(xiàn)一致，可見，不同品種(系)的花生種子細胞中，其細胞膜的穩(wěn)定性存在著顯著差異。各品種(系)在自然老化處理的21 個月期間，其電導率總體存在顯著差異，貯藏21 個月后，花414、花606、花825、遠雜9102、Z906 和花8107 的電導率分別顯著提高5.31、8.01、6.42、5.60、787 和5.24倍。其中，花8107 的電導率上升的最少，因此細胞膜穩(wěn)定性較其他材料要高。

2.4 自然老化花生種子品質(zhì)的變化趨勢

由表4 可知，不同品種(系)的花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107 花生種子貯藏3 ～21個月期間油酸含量分別降低了8.29、4.14、4.39、9.02和11.8 個百分點，而花825 的油酸含量升高了0.83個百分點。6 個品種(系)種子中亞油酸含量分別升高了9.47、6.53、2.92、6.58、6.38 和9.80 個百分點，由此可知花414、ZP06 和花8107 油酸含量下降幅度較大，亞油酸含量上升幅度較高，表明花414、ZP06 和花8107 的耐儲穩(wěn)定性較差，其中花414 和ZP06 的耐儲穩(wěn)定性更差。根據(jù)總體油酸亞油酸水平來看，隨著自然老化時間的延長，老化處理對植物的油酸含量和亞油酸含量有顯著影響。

隨著自然老化時間的延長，貯藏3 ～21 個月，花414、花606、花825、遠雜9102、ZP06 和花8107 的油亞比分別下降了85.24%、23.01%、5.21%、24.76%、31.51%和42.01%。隨著植株種子自然老化，各品質(zhì)組分含量呈規(guī)律性交替變化，花生品質(zhì)組分中油酸、亞油酸、含油量較高，粗蛋白較低。以花414 例，其油酸含量在31.35%～51.35%之間，亞油酸含量在28.30%～48.30%之間，含油量在48.72%～55.01%之間，粗蛋白含量在20.47%～25.75%之間，可見，自然老化過程中，油酸和亞油酸變化幅度較大，含油量和粗蛋白含量變化幅度較小。

3 討論

在貯藏過程中種子老化是不可避免的現(xiàn)象，其表面特征、含水量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化。種子的出苗率、生長量及抗逆能力等指標后期對產(chǎn)量和品質(zhì)也會產(chǎn)生直接影響[26-28]。隨著貯藏時間的延長不同基因型花生的活力指數(shù)均有所下降，但不同基因型花生之間存在一定的差異，根據(jù)本研究中花生種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、生長量和活力指數(shù)的變化趨勢可知，在貯藏前9 個月內(nèi)花生種子的活力指數(shù)下降趨勢較慢，之后下降較快，而花825、花9102、花414、花8107 相對于花606、ZP06 更耐貯藏，自然老化種子活力變化規(guī)律的探索對保護和改善種子活力意義重大，但其耗時較長。隨著自然老化時間的延長，花生種子的TTC 還原量也表現(xiàn)為下降的趨勢，也進一步說明隨著貯藏時間延長種子活力降低。且各品種(系)的種子活力表現(xiàn)存在差異，與前人研究結(jié)果基本一致[29-30]，但在試驗的過程中會發(fā)現(xiàn)某些無法正常發(fā)芽的種子仍會被染色，可能是部分種子活力水平過低不能正常發(fā)芽，屬于無活力種子，仍然能夠被染色。

表1 自然老化條件下不同花生品系(種)發(fā)芽率及種子活力指數(shù)變化情況Table 1 Effects of natural aging on germination rate and seed vigor index in different peanut varieties(line)

表2 自然老化對花生種子TTC 還原理的影響Table 2 Effects of natural aging on TTC reduction amount in peanut seeds /(μg·mL-1)

表3 自然老化對花生種子電導率的影響Table 3 Effects of natural aging on electrical conductivity in peanut seeds

表4 自然老化對花生種子品質(zhì)的影響Table 4 Effects of natural aging on quality in peanut seeds

表4(續(xù))

電導率可以衡量種子細胞膜的穩(wěn)定性，劉明久等[31]研究表明隨著玉米種子老化時間加長，電導率表現(xiàn)為升高的趨勢。不同基因型花生品種(系)的電導率隨著自然老化時間的延長存在一定差異，在自然老化處理的21 個月內(nèi)，其結(jié)果與前人研究基本一致。此外，衡量花生貯藏穩(wěn)定性的重要指標之一是油酸和亞油酸的比例，高油酸的花生品種貯藏時間較長。王允等[32]研究發(fā)現(xiàn)不同含油量品種在萌發(fā)后不同階段各脂肪酸的降解模式不同。本研究中除亞油酸以外，其余均呈現(xiàn)下降趨勢，結(jié)果與前人[33-34]研究結(jié)果相同。但由于自然老化耗時較長，費時費力，今后可以借助人工老化的方法，加速種子裂變，對其活力進行檢測評價，可大大縮短試驗周期，為進一步探索種子活力提供支撐。

4 結(jié)論

本試驗對6 個花生品種(系)種子在貯藏21 個月過程中其種子活力和品質(zhì)變化進行研究，結(jié)果表明自然老化對花生品質(zhì)和發(fā)芽特性均產(chǎn)生負向影響，隨著自然老化時間的延長，花生種子的發(fā)芽率、活力指數(shù)、TTC 還原量均呈下降趨勢，而電導率表現(xiàn)為上升趨勢，油酸、亞油酸和粗蛋白含量等品質(zhì)指標變化趨勢一致，總體呈下降趨勢。本試驗主要以自然老化處理的方式進行種子活力研究，雖然操作簡便、成本較低，但是試驗周期較長，下一步需要建立自然老化與人工老化的對應關(guān)系，加快種子活力相關(guān)檢測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論與技術(shù)指導。