吳旭鵬,張小燕

(1.蘭州市園林設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000; 2.蘭州市紅古區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,甘肅 蘭州 730084)

種子活力作為評(píng)價(jià)種子質(zhì)量的重要指標(biāo),在反映種子出苗狀態(tài)、能量變化、生長(zhǎng)表現(xiàn)及耐貯藏性等方面都有決定性作用。相關(guān)研究表明,老化及變質(zhì)種子都有不同程度的膜損傷,表現(xiàn)為膜通透性增強(qiáng),導(dǎo)致大量可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素、酶蛋白等物質(zhì)泄漏,從而嚴(yán)重影響種子的正常代謝過程[1]。

鷹嘴豆(CicerarietinumL．)又稱腦豆子、羊頭豆,為一年生豆科草本植物[2]。最早生長(zhǎng)于西亞和地中海東部沿岸地區(qū),因其形似鷹嘴而得名[3]。鷹嘴豆富含多種營(yíng)養(yǎng)成份[4],是被社會(huì)大眾廣泛接受的食用佳品。同時(shí),鷹嘴豆對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不高,尤其耐貧瘠和干旱,其莖桿和葉片均是喂養(yǎng)牲畜的優(yōu)良飼料,近年來逐漸成為我國(guó)西北地區(qū)生態(tài)恢復(fù)和荒野綠化的優(yōu)選植物。隨著鷹嘴豆種子需求量的日益增加,其生產(chǎn)、加工、貯藏及運(yùn)輸?shù)确矫娴南嚓P(guān)研究逐漸被重視。鷹嘴豆種子在貯藏過程中普遍存在種子老化或變質(zhì)的現(xiàn)象,故研究人工老化處理鷹嘴豆種子的細(xì)胞膜透性變化,有助于了解和認(rèn)識(shí)鷹嘴豆種子的耐貯藏性,對(duì)保持較高種子質(zhì)量以及避免因種子變質(zhì)造成的經(jīng)濟(jì)損失具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料

鷹嘴豆種子,購(gòu)自新疆維吾爾自治區(qū)木壘縣。種子經(jīng)清選后在室溫下貯藏,于2022年11～12月進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

1.2 人工老化處理

隨機(jī)選取鷹嘴豆種子,采取高溫高濕老化方法[5],即在40℃、相對(duì)濕度為100%的條件下進(jìn)行人工加速老化處理。老化處理時(shí)間分別為12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h和96 h,未進(jìn)行老化處理的種子為空白對(duì)照。人工老化處理完畢后,將種子在室溫下晾干(3～4 d)[6]后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率試驗(yàn) 依據(jù)《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》(GB/T2930.4—2001)[7],采用玻璃培養(yǎng)皿紙間法在25℃條件下對(duì)鷹嘴豆種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。隨機(jī)選取50粒鷹嘴豆種子,對(duì)其進(jìn)行人工老化處理,將老化后的種子放入玻璃培養(yǎng)皿中在光照發(fā)芽器中進(jìn)行發(fā)芽,重復(fù)3次。初次計(jì)數(shù)為第5 d,末次計(jì)數(shù)為第8 d。每天下午18∶00統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù),試驗(yàn)?zāi)┢?8 d)計(jì)算種子發(fā)芽率。

1.3.2種子發(fā)芽指標(biāo) 發(fā)芽率(GR)=(5 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt),式中:Gt指在第t d發(fā)芽數(shù);Dt指發(fā)芽天數(shù)

活力指數(shù)(VI)=(苗長(zhǎng)+根長(zhǎng))×GR

1.3.3芽苗形態(tài)指標(biāo) 在第5 d從各培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取幼苗10株,使用蒸餾水沖洗干凈并用濾紙吸干水分,分別測(cè)量幼苗的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)(cm),計(jì)算平均值。

1.3.4浸種液電導(dǎo)率 隨機(jī)選取老化處理后的鷹嘴豆種子50粒,做3次重復(fù)。使用去離子水將0.001 g種子沖洗干凈,吸干水分后放入150 mL的燒杯中,同時(shí)在空燒杯中加入70 mL去離子水作為空白對(duì)照。用保鮮膜封住瓶口在20℃培養(yǎng)箱中放置24 h。參考《種子活力測(cè)定方法手冊(cè)》[5]的技術(shù)方法,利用DDS—307型電導(dǎo)儀測(cè)定浸種液電導(dǎo)率(μg/cm·g)。

浸種液電導(dǎo)率=(樣品電導(dǎo)率-對(duì)照電導(dǎo)率)/樣品質(zhì)量

1.3.5浸出液可溶性糖含量 參照黃學(xué)林和陳潤(rùn)政[8]的方法,隨機(jī)選取老化處理后的鷹嘴豆種子50粒,做3次重復(fù)。使用蒸餾水將0.001 g種子沖洗干凈,吸干水分后放入150 mL的三角瓶中,同時(shí)在空三角瓶中加入100 mL蒸餾水作為空白對(duì)照。用保鮮膜封住瓶口在20℃培養(yǎng)箱中放置24 h。用移液管分別將1 mL可溶性糖浸出液取至干凈的試管中,分別加入5 mL蒽酮試劑,蓋上試管蓋,仔細(xì)搖晃,置沸水浴10 min取出冷卻至室溫。使用紫外可見分光光度計(jì)(WF-ZUV-2102型)以對(duì)照調(diào)零,然后測(cè)量620 nm波長(zhǎng)的光密度。根據(jù)可溶性糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算可溶性糖的含量(μg/g)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016錄入數(shù)據(jù),利用SPSS 26.0軟件進(jìn)行顯著性及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工老化對(duì)鷹嘴豆種子發(fā)芽的影響

在老化處理過程中,鷹嘴豆種子發(fā)芽率呈逐漸降低趨勢(shì)(見表1)。老化12 h,其種子發(fā)芽率(84.5%)明顯下降,與CK(88.5%)相比差異顯著(P<0.05);老化24～60 h,種子發(fā)芽率下降變化顯著;老化72 h和84 h,種子發(fā)芽率有波動(dòng),但差異不顯著(P>0.05);老化96 h的種子發(fā)芽率(58%)下降明顯,差異顯著(P<0.05)。

隨著老化程度的加劇,發(fā)芽指數(shù)也呈逐漸降低趨勢(shì)(見表1)。老化12 h,種子發(fā)芽指數(shù)(6.19)與CK(6.65)相比下降明顯,差異顯著(P<0.05);老化24 h和36 h,種子發(fā)芽指數(shù)有波動(dòng),但差異不顯著(P>0.05);老化48～96 h,種子發(fā)芽指數(shù)下降變化顯著;老化72 h,種子發(fā)芽指數(shù)(4.25)下降幅度較大,之后發(fā)芽指數(shù)無明顯變化。隨老化程度的加深,種子發(fā)芽指數(shù)存在72 h這一顯著下降的老化時(shí)間拐點(diǎn)。

鷹嘴豆種子經(jīng)老化處理后,活力指數(shù)呈先緩慢上升后急劇下降再急劇上升最后急劇下降的趨勢(shì)。老化24 h,種子活力指數(shù)(29.86)上升至峰值,隨老化時(shí)間的延長(zhǎng),老化60 h,種子活力指數(shù)(19.68)急劇降低至谷值,老化72 h,種子活力指數(shù)(29.49)又急劇上升,老化96 h的種子活力指數(shù)(19.68)再次急劇降低至谷值。發(fā)芽指數(shù)各有兩個(gè)顯著上升和下降的老化時(shí)間拐點(diǎn),分別是36 h和72 h、60 h和96 h。

2.2 人工老化對(duì)鷹嘴豆幼苗生長(zhǎng)的影響

鷹嘴豆種子苗長(zhǎng)隨老化時(shí)間的增加先無明顯變化后呈急劇下降態(tài)勢(shì)(見表2)。與CK(6.31 cm)相比,老化處理12 h,苗長(zhǎng)(6.33 cm)略有上升,苗長(zhǎng)變化差異不顯著(P>0.05);老化處理24 h,苗長(zhǎng)(6.19 cm)與CK呈顯著差異(P<0.05);老化處理36～84 h,種子苗長(zhǎng)下降變化顯著(P<0.05);老化處理96 h,種子苗長(zhǎng)(4.82 cm)下降率為23.61%,與CK和老化12～84 h的種子苗長(zhǎng)變化差異顯著(P<0.05)。

表2 人工老化對(duì)鷹嘴豆幼苗生長(zhǎng)的影響

種子根長(zhǎng)隨老化時(shí)間的增加呈先緩慢下降后急劇下降態(tài)勢(shì)(見表2)。與CK(5.38 cm)相比,老化處理24 h,根長(zhǎng)(5.17 cm)下降變化差異顯著(P<0.05);老化處理36～84 h,各老化處理階段根長(zhǎng)下降變化顯著(P<0.05);老化處理96 h,種子根長(zhǎng)(4.04 cm)下降率為24.91%,與CK和老化12～84 h的種子根長(zhǎng)差異顯著(P<0.05)。

2.3 人工老化對(duì)鷹嘴豆種子電導(dǎo)率和可溶性糖含量的影響

鷹嘴豆種子浸出液電導(dǎo)率隨老化處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升(見表3),且在老化96 h后達(dá)到峰值,為231.09 μs/cm·g。老化處理12～36 h的種子電導(dǎo)率與CK相比(185.21 μs/cm·g)有所提高,但4者之間差異不顯著(P>0.05)。老化處理48 h后浸種液的電導(dǎo)率(210.98 μs/cm·g)與CK相比顯著提高(P<0.05)。表明隨著鷹嘴豆種子的老化,胞內(nèi)物質(zhì)滲漏增多,細(xì)胞膜的選擇滲透性受損。

表3 人工老化對(duì)鷹嘴豆種子電導(dǎo)率和可溶性糖含量的影響

隨著老化時(shí)間的增加,浸出液可溶性糖含量也呈逐漸上升趨勢(shì)(見表3)。老化處理12 h后,種子浸出液可溶性糖含量(0.96 mg/g)與CK(0.87 mg/g)相比顯著提高(P<0.05),老化處理24～48 h,種子浸出液可溶性糖含量上升變化顯著(P<0.05);老化處理84 h,種子浸出液可溶性糖含量達(dá)到峰值(3.11 mg/g),之后呈下降趨勢(shì),且下降變化顯著(P<0.05)。表明鷹嘴豆種子在老化過程中,其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損、透性增加,從而引起種子浸出液可溶性糖含量上升。

2.4 人工老化處理下鷹嘴豆各指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

人工老化處理下的鷹嘴豆種子各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果見表4。電導(dǎo)率與發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)分別為0.958和0.915;發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.875;可溶性糖與活力指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為1.000;其他各指標(biāo)間無顯著相關(guān)性。

表4 人工老化處理下鷹嘴豆各指標(biāo)之間的相關(guān)分析

3 討論

研究結(jié)果顯示,鷹嘴豆的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨老化時(shí)間的增加呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.05),這與前人在大豆(Glycinemax)[9]、大蔥(Alliumfistulosum)[10]、菠菜(Spinaciaoleracea)[11]中的研究結(jié)果一致。在老化過程中,種子活力呈下降趨勢(shì),直接給幼苗的建成和作物生產(chǎn)帶來極大影響[12,13]。老化處理后鷹嘴豆的苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)都不及未老化處理的,且隨老化時(shí)間增加,苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。人工老化對(duì)鷹嘴豆種子的活力造成了很大的影響,這些影響可以通過發(fā)芽率、根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來。

老化處理致使種子活力下降,其內(nèi)部發(fā)生的一系列生理生化反應(yīng)主要表現(xiàn)為細(xì)胞膜完整性被破壞、脂質(zhì)過氧化程度加深及無機(jī)離子、糖、蛋白質(zhì)、氨基酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)特征變化[14]。鷹嘴豆種子浸出液的電導(dǎo)率隨老化時(shí)間增加呈上升趨勢(shì)。這與芥藍(lán)(Brassicaoleracea) 和棉花(Gossypiumherbaceum)種子老化處理后電導(dǎo)率和MDA含量升高的趨勢(shì)一致[15,16]。電導(dǎo)率與發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率均呈顯著正相關(guān),電導(dǎo)率與種子活力呈正相關(guān),相關(guān)性不顯著。老化處理后,鷹嘴豆種子浸出液的電導(dǎo)率上升、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率降低,推測(cè)其原因可能是老化破壞了膜結(jié)構(gòu),造成膜內(nèi)物質(zhì)外滲,種子保護(hù)酶活性降低,清除細(xì)胞內(nèi)有毒物質(zhì)的能力減弱。老化24～96 h,鷹嘴豆種子浸出液的可溶性糖含量顯著高于CK和老化12 h(P<0.05)。可溶性糖含量在老化處理早期就出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì),這很可能是由于老化影響了種子的生理生化狀況,但胚中可溶性糖供應(yīng)未受阻,呼吸代謝消耗貯藏的糖類物質(zhì),滿足種子的發(fā)芽生長(zhǎng)需求。

4 結(jié)論

人工老化過程中,鷹嘴豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著下降,老化對(duì)種子發(fā)芽有明顯的不利影響。人工老化引起種子浸出液電導(dǎo)率和可溶性糖含量增加,鷹嘴豆種子的膜結(jié)構(gòu)被破壞。