不同年份葉底珠種子營養(yǎng)物質含量、保護酶活性與種子活力研究

徐寧偉， 姚 楠， 沈江潔， 李婧實， 路 斌， 仲心雨， 徐興友， 路丙社

(1.河北農(nóng)業(yè)大學園林與旅游學院， 河北 保定 071000；2.河北科技師范學院園藝科技學院， 河北 秦皇島 066600；3.河北科技師范學院海洋資源與環(huán)境學院， 河北 秦皇島 066600；4.北京林業(yè)大學生物科學與技術學院， 北京 100083)

seed vitality

葉底珠(Securinegasuffruticosa(Pall.) Rehd.)又名一葉萩，為大戟科(Euphorbiaceae)一葉萩屬(SecurinegaJuss.)植物，廣泛分布于東北、華北、華東、華南等地區(qū)[1]。葉底珠雌雄異株，具有一定的觀賞價值，適應能力強，在貧瘠或肥沃土地上均可生長，可作為干旱地區(qū)園林綠化的重要植被之一。葉底珠含一葉萩堿，是我國傳統(tǒng)中藥材，其嫩枝葉及根部入藥，藥用價值較高。

目前關于葉底珠的相關研究主要集中在栽培管理、化學成分等方面。趙文琪等[2]從選地整地、播種育苗、換床苗木規(guī)格、栽植方法、撫育管理、病蟲害防治等方面，探討了葉底珠綠化苗木的培育技術；呂?；ǖ萚3]對葉底珠根皮進行生藥學研究，觀測了葉底珠根部結構，鑒別出葉底珠根皮中含有一葉萩堿和別一葉萩堿；臧玉紅和劉縱宇[4]采用原子吸收分光光度法，測定了葉底珠嫩芽中6種無機元素含量，結果表明，葉底珠嫩枝葉中富含人體必需的錳、鋅等元素。以上對葉底珠的研究大多以其根、枝、葉為研究對象，對葉底珠種子的相關研究不多。課題組前期研究表明，葉底珠具有較強的耐旱性，干旱脅迫過程中葉底珠根系的POD同工酶增加了特異譜帶，MDA含量具有明顯的升降起伏[5]；葉底珠種子粗脂肪含量達37.12%，發(fā)芽率較高，同時種子中Mg、Ca微量元素含量高，易于萌發(fā)[6]；在葉底珠種子萌發(fā)過程中，種子含水量、可溶性糖、游離氨基酸含量增加，淀粉含量降低，蛋白質含量先降低后升高[7]。本研究以葉底珠種子為試驗材料，在前期研究基礎上，探究自然貯藏時間對葉底珠種子營養(yǎng)物質含量、保護酶活性及種子活力的影響，以期為葉底珠種質資源的開發(fā)與利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年4月開始進行，供試材料為2018年，2019年，2020年采收的葉底珠種子，采集地為河北科技師范學院農(nóng)學與生物科技學院試驗站，均采集年(2018年)為樹齡10年的同一棵葉底珠植株，由徐興友教授鑒定。收獲葉底珠果實后在通風干燥處自然開裂，收集種子于尼龍網(wǎng)袋中，室溫室內(nèi)開放保存，無任何溫、濕度控制。

1.2 試驗方法

1.2.1營養(yǎng)物質含量測定

可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮比色法測定，粗脂肪含量采用殘余法測定，蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[6,8]。各3次重復。

1.2.2保護酶活性與MDA含量測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)光化還原法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法測定[5,8]。各3次重復。

1.2.3種子發(fā)芽指標測定

2021年4月6日，選取適量2020年、2019年、2018年成熟飽滿的葉底珠種子，分別放入200 mL小燒杯中，倒入100 mL自來水，室內(nèi)自然浸種1 d。4月7日進行皿播處理，每皿30粒種子，各3次重復，放入4個設定不同溫度(30 ℃，25 ℃，20 ℃，15 ℃)的培養(yǎng)箱進行暗培養(yǎng)，4月9日開始陸續(xù)發(fā)芽，每2 h觀察統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，記錄各處理種子發(fā)芽的初始時間，然后每天定時觀察并記錄發(fā)芽的種子數(shù)，以4個溫度下最早出現(xiàn)連續(xù)3 d發(fā)芽數(shù)不變的25 ℃培養(yǎng)的2020年葉底珠種子的時間節(jié)點為發(fā)芽截止時間，確定發(fā)芽生長天數(shù)為發(fā)芽開始后的6個整天，挑選出各處理3次重復中所有發(fā)芽的葉底珠種子，統(tǒng)計發(fā)芽個數(shù)，測量胚根長度，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[9]。

發(fā)芽率(%)=(最終種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(發(fā)芽種子數(shù)達到高峰時正常發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，

式中：Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)；

活力指數(shù)=發(fā)芽率×胚根長。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)并作圖。

2 結果與分析

2.1 不同年份葉底珠種子營養(yǎng)物質含量的變化

表1為不同年份葉底珠種子營養(yǎng)物質含量的變化情況。葉底珠種子的粗脂肪含量十分豐富，其次是蛋白質和淀粉，可溶性糖含量較低。葉底珠種子在收獲之后，隨著貯藏年限的增加，種子內(nèi)部粗脂肪、淀粉和可溶性糖的含量均呈現(xiàn)增加的趨勢，2018年收獲、貯藏2.5年的葉底珠種子中粗脂肪、淀粉和可溶性糖的平均含量均高于2019年收獲、貯藏1.5年和2020年收獲、貯藏0.5年的含量，其中不同年份種子的粗脂肪和淀粉含量無顯著差異，2018年與2019年葉底珠種子的可溶性糖含量差異不顯著，與2020年的差異顯著。蛋白質含量變化趨勢與粗脂肪、淀粉和可溶性糖相反，隨著貯藏年限的增加而降低，2020年葉底珠種子的蛋白質含量與2019年、2018年的差異顯著或極顯著，2019年與2018年差異不顯著。

表1 不同年份葉底珠種子營養(yǎng)物質含量變化Table 1 Effects of storage year on seed nutrient content of S. suffruticosa

2.2 不同年份葉底珠種子保護酶活性和MDA含量的變化

不同年份葉底珠種子SOD、POD、CAT活性和MDA含量變化不同(表2)。隨著貯藏年限的增加，SOD活性先升高后下降，POD活性呈升高趨勢，CAT活性呈下降趨勢，MDA含量則隨貯藏年限的增加呈升高趨勢。SOD活性在3個年份間差異顯著或極顯著；POD活性在3個年份間差異極顯著；2020年種子與2019年種子的CAT活性無顯著差異，二者與2018年差異極顯著；3個年份的MDA含量差異顯著或極顯著。

表2 不同年份葉底珠種子保護酶活性和MDA含量變化Table 2 Effects of storage year on seed protective enzyme activity and MDA content of S. suffruticosa

2.3 溫度和貯藏年份對葉底珠種子發(fā)芽的影響

2.3.1不同溫度、不同年份葉底珠種子的發(fā)芽進程

不同溫度直接影響著葉底珠種子發(fā)芽起始與結束進程，不同年份同一溫度及同一年份不同溫度的葉底珠種子的發(fā)芽起始時間均有差異(表3)。25 ℃下葉底珠種子最早發(fā)芽，2020年、2019年、2018年3個年份的葉底珠種子，從皿播到發(fā)芽的起始時長分別為46 h、70 h、126 h，其次是30 ℃，2018年的葉底珠種子在20 ℃、15 ℃下不能發(fā)芽，2020年、2019年的葉底珠種子發(fā)芽的起始時長依次加長，15 ℃下從皿播到發(fā)芽的起始時長分別達到164 h、332 h，分別比25 ℃的葉底珠種子延遲發(fā)芽118 h、262 h。

表3 不同溫度下不同年份葉底珠種子的發(fā)芽進程Table 3 Comparison of germination process of S. suffruticosa seeds in different years at different temperatures

2.3.2溫度和貯藏年份對葉底珠種子發(fā)芽指標的影響

相同溫度下，葉底珠種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均隨著貯藏年限的增加而降低，由大到小排序是2020年、2019年、2018年(圖1)。除2020年與2019年葉底珠種子在25 ℃下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢無顯著差異或差異不顯著，2018年種子在20 ℃、15 ℃下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢為0外，不同年份間葉底珠種子的發(fā)芽率均差異顯著或極顯著。不同年份葉底珠種子在30 ℃、25 ℃、20 ℃下發(fā)芽指數(shù)均差異顯著或極顯著，15 ℃下2020年、2019年葉底珠種子的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。

圖1 溫度和貯藏年份對葉底珠種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.1 Effects of temperature and storage year on germination rate, germination potential, germination index of S. suffruticosa

2020年葉底珠種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)隨著溫度的降低而降低，與30 ℃相比，25 ℃、20 ℃、15 ℃的發(fā)芽率分別下降2.23%、24.45%、65.56%，發(fā)芽指數(shù)分別下降2.97%，16.35%，29.44%，不同溫度下2020年葉底珠種子的發(fā)芽勢由大到小排序為30 ℃、20 ℃、25 ℃、15 ℃；2019年葉底珠種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢在25 ℃下最高，發(fā)芽率分別比30 ℃、20 ℃、15 ℃下高1.11%，34.44%，73.33%，發(fā)芽勢分別比30 ℃、20 ℃、15 ℃下高1.11%、5.56%、18.89%，不同溫度下2019年葉底珠種子的發(fā)芽指數(shù)隨著溫度的降低先升高后下降；2018年葉底珠種子在25 ℃下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均大于30 ℃。

溫度和貯藏年份對葉底珠種子胚根的影響見表4。相同溫度下，不同年份葉底珠種子的胚根長度隨著貯藏時間的延長而減小，由長到短排序為2020年、2019年、2018年，30 ℃下不同年份葉底珠種子的胚根長度差異不顯著，25 ℃下2020年和2018年種子的胚根長度差異顯著，20 ℃下2020年和2019年種子的胚根長度差異極顯著，15 ℃下2020年和2019年種子的胚根長度差異不顯著。不同溫度下，2020年葉底珠種子的胚根長度在20 ℃和25 ℃，30 ℃和15 ℃下差異不顯著，在20 ℃和25 ℃兩個溫度下分別與15 ℃差異顯著或極顯著；2019年葉底珠種子的胚根長度在各個溫度下無顯著差異；2018年葉底珠種子的胚根長度在30 ℃和25 ℃下無顯著差異。

表4 溫度和貯藏年份對葉底珠種子胚根長度的影響Table 4 Effects of temperature and storage year on radicle length of S. suffruticosa

表5 活力指數(shù)與其相關性狀的相關性分析Table 5 Correlation analysis of vitality index and other related characteristics

相同溫度下，活力指數(shù)隨著貯藏年限的增加而降低，由大到小排序是2020年、2019年、2018年(圖2)。30 ℃、25 ℃、20 ℃下各個年份的活力指數(shù)均差異顯著或極顯著，15 ℃下2020年和2019年的活力指數(shù)差異不顯著。不同溫度下，各個年份的活力指數(shù)均呈先升高后下降的趨勢，在25 ℃下達到最大。

圖2 溫度和貯藏年份對活力指數(shù)的影響Fig.2 Effects of temperature and storage year on vital index of S. suffruticosa

2.4 活力指數(shù)與其相關性狀的相關性分析

通過對相關性狀與活力指數(shù)的相關性分析發(fā)現(xiàn)，粗脂肪與活力指數(shù)在0.05水平上顯著負相關，相關系數(shù)為0.998；發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)在0.05水平上顯著正相關，相關系數(shù)為1.000；蛋白質含量、SOD活性、CAT活性、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長度與活力指數(shù)呈正相關關系，但相關性不顯著；可溶性糖含量、淀粉含量、POD活性、MDA含量與活力指數(shù)呈負相關關系，相關性未達顯著水平。

3 討 論

可溶性糖、淀粉、脂肪、蛋白質等是植物種子的重要營養(yǎng)物質，其含量多少因種而異。種子前期生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質與能量均來自其內(nèi)部貯藏的這些營養(yǎng)物質，隨著貯藏時間的延長，種子內(nèi)部不斷發(fā)生復雜的生理生化反應，直接導致種子內(nèi)營養(yǎng)物質含量甚至性質的變化[10-11]?？扇苄蕴鞘欠N子光合作用前的底物，可反映呼吸底物的喪失和種子老化損傷程度[12]，隨著貯藏年限的增加，葉底珠種子所含的可溶性糖含量上升，可能由于種子自然貯藏過程中，隨著種子劣變，膜結構損傷增加導致，與吳浩等[12]、張永娟等[13]的研究結果一致。葉底珠種子淀粉以及粗脂肪含量隨著貯藏時間的增加而上升，蛋白質含量則呈現(xiàn)下降的趨勢，說明蛋白質可能用來合成種子必需的組織結構，與秦源源等[11]的研究結果類似。黃振艷等[10]證實隨貯藏時間延長，蒙農(nóng)紅豆草種子中蛋白含量減少，結果表明粗蛋白含量多有利于種子的萌發(fā)生長，粗蛋白含量少則對種子的萌發(fā)和生長不利。聶朝相等[14]研究表明，多數(shù)牧草種子的粗脂肪含量隨貯藏年限的增長而增加，粗蛋白質含量也有相同的變化，本研究結果與之不同?？梢?，貯藏年份對種子營養(yǎng)物質含量的影響是較為復雜的問題，存在種間差異，也受到環(huán)境條件等多重因素的制約。

植物在逆境的壓力下會產(chǎn)生大量自由基，致使其體內(nèi)的MDA含量增加。第一道抵御自由基傷害和保護植物細胞的防線是SOD，在SOD被激活之后，POD、CAT也相繼被激活，構成植物體內(nèi)的保護酶系統(tǒng)，通過清除植物體內(nèi)多余的有毒過氧化物，維持植物細胞正常代謝[15]。種子老化會影響細胞酶活性，進而影響其內(nèi)部代謝和相關酶活性，從而加大細胞損傷[16]。葉底珠種子SOD活性隨貯藏年限的增加呈先升高后降低的趨勢，POD活性隨貯藏年限的增加呈升高趨勢，CAT活性隨貯藏年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢，MDA含量隨貯藏年限的增加而升高，表明貯藏初期葉底珠種子在老化劣變的情況下，自身保護酶系統(tǒng)被激活，通過提高酶活性來維持種子活力，隨著貯藏年限繼續(xù)延長，保護酶系統(tǒng)清除的過氧化物速度跟不上種子老化劣變的速度，同時隨著保護酶逐漸失活，導致MDA含量升高。研究表明，保護酶活性隨種子老化時間的延長整體呈下降趨勢，MDA含量隨老化時間的延長而升高[17-22]，本研究結果與之基本一致。

種子作為植物最主要的繁殖材料，隨著貯存時間的延長，種子的劣變老化將不可逆、不可避免地發(fā)生，進而表現(xiàn)出種子發(fā)芽率、生活力降低的特點[17,23]。種子萌發(fā)是植物體生活史中重要的階段，種子萌發(fā)的啟動時間、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長度等是衡量種子萌發(fā)能力和活力水平的重要指標[24-26]。隨著貯藏年限的增加，葉底珠種子的萌發(fā)啟動時間延長，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長度、活力指數(shù)均出現(xiàn)了不同程度的下降，這與前人在玉米[27]、大豆[28]、小麥[29]、水稻[30]種子老化研究中的研究結果一致。本試驗中，活力指數(shù)與發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長度等呈正相關關系，和發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關關系，葉底珠種子的萌發(fā)特性及耐貯性可以通過發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等表現(xiàn)出來 。

4 結 論

隨著貯藏年限的增加，葉底珠種子可溶性糖、淀粉以及粗脂肪含量呈現(xiàn)上升趨勢，均為2020年最低，2018年最高，蛋白質含量與之相反。SOD活性先升高后降低，2019年最高，2018年最低；POD活性和MDA含量呈現(xiàn)升高趨勢，2018年最高，2020年最低；CAT活性呈現(xiàn)下降趨，2020年最高，2018年最低。溫度影響葉底珠種子發(fā)芽的起始與結束進程，25 ℃下葉底珠種子的萌發(fā)啟動時間最短， 20 ℃、15 ℃下2018年種子不能發(fā)芽；相同溫度下葉底珠種子的萌發(fā)啟動時間隨著貯藏年限的增加而延長，2020年種子發(fā)芽時間最短；發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長度均隨著貯藏年限的增加而降低，由大到小排序為2020年、2019年、2018年。