花魔芋实生种子质量分级标准及种子特性研究

刘二喜，降巧龙，王 华，孙红雨，李登双

(1.湖北省恩施土家族苗族自治州农业科学院，湖北 恩施 445000；2.湖北致力魔芋种业有限公司，湖北 长阳 443500；3.湖北一致魔芋生物科技有限公司，湖北 长阳 443500)

花魔芋属天南星科(Araceae)魔芋属(AmorphophallusBlume)多年生草本植物，其球茎富含葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)，KGM具有降“三高”、控肥胖、清肠道、防便秘等多种保健功效，已广泛应用于保健品、休闲食品、软饮、果冻布丁、火锅餐饮等行业[1]。魔芋栽培价值高，是我国优势农产品特色蔬菜及西南山区高效脱贫的主导作物。然而，栽培上常年的营养繁殖导致种性退化、病害严重、产量下降、风险加剧、固有繁殖系数低，制约基地面积扩展速度，导致种源匮乏，魔芋原料短缺与精粉需求不断上升的矛盾日益突出。

有性繁殖实生种子具有天然脱毒、长势强、多苗接力生长、增重倍数高等突出优势[2]，是解决魔芋种芋无病毒繁殖和防止种性退化的有效途径，也是魔芋栽培学上重要的发展方向。同时，200～400倍的有性繁殖系数也是3.88倍的营养繁殖系数不可比拟的。彭凤梅等研究表明，白魔芋实生种子最适萌发温度为25 ℃，1%硫脲、5 mg·L-1GA处理后萌发率分别高达80%、70%，多菌灵浸泡消毒可使初始萌发期提早10 d左右[3]。花魔芋实生种子盆栽试验表明，播种43 d后开始出苗，出苗期持续35 d，出苗率79.38%～82.14%，收获球茎平均质量8.0 g左右，增重40倍左右[4]，其长达78 d的苗期对于苗期7～14 d的水稻、玉米、大豆等大宗作物来说劣势突显。层积处理不仅可使白魔芋实生种子发芽率从10%提高到80%以上，同时，有利于破除种子的休眠[5]。虽然魔芋实生种子在最适萌发温度、出苗特征、破除休眠等方面有了一些研究，但实生种子的检测、分级等标准及种子特性仍未见报道，生产实践缺乏指导。

本研究选择全球分布最广、行业应用时间最长、应用领域最宽的花魔芋，人工授粉得到实生种子。人工分拣后测定种子净度，再利用谷物筛分成大、小2种级别，最后测定千粒重、含水量、吸水率、生活力、发芽率等指标，为魔芋实生种子的检验方法及种子质量标准制定提供参考，为实生种子的生产、流通、市场定价提供数据支撑和参考；同时，可以促进魔芋产业的规范化、健康化、数字化、标准化“四化”发展。

1 材料和方法

1.1 试验材料

花魔芋种内实生籽(Amorphophalluskonjac Seed，简写为A.k seed)，种子收获时间2018年8月中旬、2019年8月4日。2019年4月初开始试验，常温贮藏，由湖北致力魔芋种业有限公司提供。利用通用谷物筛将种子筛分成大和小2种级别。

1.2 方 法

1.2.1净度分析

净度分析试验样品不少于1 000粒种子，种子质量约130 g。采用“徒手减半法”从每份种子样品中分取3份全试样，先用通用谷物筛筛分，然后倒入塑料盘中，将筛子上、筛子下的纯净种子、废种子、杂质(蜗牛残体、天蛾或蜘蛛虫卵)分开，分别称重，精确至0.001 g。

净种子(%)=[净种子质量/(净种子质量+废种子质量+杂质质量)]×100%。

1.2.2千粒重测定

采用百粒法、两百粒法测定，随机从净种子中数取100粒、200粒，重复8次，称重并计算，再换算成1 000粒种子的重量。

1.2.3含水量测定

采用105 ℃、135 ℃恒温烘干法测定种子样品含水量。称取约5.000 g种子，用D=10 cm的样品碟(Sartorius MA 100配套)承装种子，然后置于烘箱中，每样重复3次，每1 h称量1次，直到2次质量差小于0.004 g。用烘干后的大种子做吸水回潮试验。2019年8月4日收获的实生种子，自然凉干表面水分后，8月6日分别称取10.002 8 g、10.006 1 g、10.023 1 g鲜种子，135 ℃测初始含水量。

含水量(%)=(水分重/种子总重)×100%。

1.2.4吸水率测定

称取纯净的魔芋实生种子10 g左右，置于干净小网袋中，将小网袋放入100 mL烧杯中，注入80 mL纯水完全浸没种子，在室温(水温16 ℃)下浸泡1、2、3、4、5、7、9、20、25、30、49 h后测定其质量。测定时，先将网袋整体提出，然后用力甩20下去掉种皮表面大部分水分，最后用干燥、干净的毛巾继续吸干种子表面水分，设3次重复，得出种子达到饱和吸水量所需的时间，绘制种子吸水曲线。

种子吸水率(%)=[(吸水后重量-干重)/干重]×100%。

1.2.5生活力测定

采用四唑法测定魔芋实生种子生活力。种子经室温纯水浸泡5～6 h后，沿种子纵切均分成2份，分别装入小网袋，然后完全浸没于40 mL 0.5%四唑溶液中染色5 h，染色温度25 ℃、40 ℃。每处理3次重复，每重复100个半粒种子。染上色的为有生活力种子，染不上色或染色不明显的为无活力种子。

1.2.6发芽率测定

魔芋实生种子采用1 cm厚海绵作为发芽床，3次重复，每重复200粒，将种子置于温度为(25±1)℃的光照培养箱中，暗培养。出芽标准：种子露白为萌芽。种子初次计数为第32天，每5～7 d统计1次，末次计数为第124天，统计中的腐烂霉变种子及时清理，后期较多种子干枯，也当损失统计。发芽试验前进行预处理。预处理说明：

1) 表面消毒(SS)：0.5%KMnO4消毒2 h，然后用蒸馏水冲洗干净。

2) 浸种(SD)：55～60 ℃的水浸种20 min。

3) 包衣处理(SC)：精盾包衣剂。设6个处理，其中ck 1(大种子)和ck 2(小种子)不经过预处理，干种子直接做发芽试验；A 1 SS：大种子，表面消毒；B 1 SD：大种子，表面消毒+温汤消毒；B 2 SD：小种子，表面消毒+温汤消毒；C 1 SC：大种子，表面消毒+温汤消毒+包衣处理(1.2 mL包衣原液+30 mL纯水)。

2 结果与分析

2.1 魔芋实生种子净度分析

表1表明，常温贮藏8个月的花魔芋杂交实生种子，净度为91.23%，3次重复的相对标准偏差为0.89，小于1%。净种子为饱满、有活力的魔芋实生种子，自然干枯、染病干腐种子及皮渣、蜘蛛或天蛾虫卵、小泥块、蜗牛壳等均为杂质。

表1 魔芋种子净度

2.2 不同级别魔芋实生种子千粒重

表2表明，选择100粒种子，8次重复，RSD为5%，数据精密度和稳定性差。选择200粒种子，8次重复，大种子、小种子的千粒重分别为105.547 6 g、64.256 9 g，RSD分别为4.02%、2.22%，均小于5%，方法精密度和稳定性好。

表2 不同级别魔芋种子千粒重

2.3 不同级别魔芋实生种子含水量测定

表3表明，烘干后的种子极易吸收空气中的水分而回潮，为保证测定结果的准确性，本试验称量测定结果必须在5 min内完成，方可保证2次测定结果质量误差在0.004 g内。图1显示，105 ℃条件下大、小种子在10 h结束测定，大、小种子含水量分别为(49.661 8±1.221 3)%、(44.646 0±0.400 9)%；135 ℃下大、小种子在8 h结束测定，含水量分别为(48.885 7±0.130 4)%、(42.713 4±0.330 0)%。本研究中，大种子的初始含水量在48.89%～49.66%之间，此时，净度分析时有少部分种子干枯死亡，因此，在贮藏安全的基础上种子贮藏期间初始含水量可以适当提高。同时，为提高水分测定的效率，本研究中种子水分以135 ℃测定结果为准。2019年收获的新鲜实生种子，在135 ℃烘干16 h，初始含水量为(62.21±0.68)%。

表3 烘干后的魔芋种子吸水特征

图1 不同级别魔芋种子含水量测定

2.4 不同级别魔芋实生种子吸水率

图2显示，前5小时吸水较快，到第20小时吸水基本饱和。在第25、30、49小时样品测定结果负增长，观察表明种子部分种皮溶胀脱落，且极少数得病种子吸水过多后在毛巾轻压吸干表面水时破裂，导致测定吸水量出现负增长。因此，本实验中吸水结束时间选择在第20小时。大、小种子吸水率分别为(16.087 7±0.321 4)%、(23.132 8±0.897 6)%。

图2 不同级别魔芋种子吸水率测定

2.5 不同级别魔芋实生种子生活力

表4表明，大、小种子在25 ℃，0.5%TTC染色5 h的染色率分别为96.0%、90.0%，在40 ℃，0.5%TTC染色5 h的染色率分别为96.0%、86.3%。大种子在不同温度下染色率均为96.0%，小种子在不同温度中的染色率均低于大种子，且在40 ℃下染色率更低，表明40 ℃下染色具有更好的区分度。

表4 不同级别魔芋种子生活力测定

图3 大种子TTC染色效果

图4 小种子TTC染色效果

2.6 不同级别魔芋实生种子萌芽率

图5显示，小种子ck 2、B 2 SD的萌发率分别为0.9%、2.5%，病损率分别为63.0%、81.5%。大种子萌发率显著高于小种子，病损率显著低于小种子。大种子经过表面消毒处理后，发芽率上升11.9%，腐烂率上升13.2%；经过表面消毒+温汤消毒处理后，发芽率上升9.7%，腐烂率下降7.0%；经过表面消毒+温汤消毒+包衣处理后，发芽率上升2.5%，腐烂率下降7.8%，发芽率上升不显著，但包衣处理显著降低了种子的腐烂率。

图5 不同处理魔芋实生种子萌发率及损失率

3 讨 论

3.1 花魔芋实生种子质量分级标准中测定指标的意义

净度与种子性价比、品质等密切相关，种子培育期间温室周围加防虫网隔绝昆虫传病及虫卵寄生、控制土壤湿度防止蜗牛攀附、调控种子贮藏期温度及湿度延缓种子失水，降低干枯种子损失率均是提高种子净度的有效措施。

千粒重与种子成熟、饱满程度、萌发率密切相关。本研究中种子越大，发芽率越高，并且种子越大，对种群繁衍、后代延续也越有利。由于魔芋起源于热带雨林林下，按进化生态学理论，受生境影响，一般林下植物种子倾向于利用营养繁殖维持局域种群的存活，利用有性繁殖增加遗传多样性、提高种群适应自然的能力和远距离散布，其繁殖分配与植物个体大小有关[7]。种子萌发容易受到机械伤害、病害和环境胁迫的影响，是植物生活周期中最重要和最脆弱的阶段，粮食作物如水稻、玉米、小麦等种子在人工选择及自然变异中进化出萌发迅速且整齐的突出能力[8]。魔芋实生种子在光照培养箱恒温培养、盆栽试验、露地大田中出苗期分别长达120 d、78 d、64 d[4]，其超长出苗期遭遇的田间低温、多雨高湿引发烂种、第1～2苗矮小易被杂草覆盖、苗期过长除草次数多引发的根系损伤病害突出等问题是限制实生籽推广的最大难题[2]，而进化出大粒种子是提高植物抵抗逆境的重要生存策略。2009—2012年4年的人工杂交实践表明，种子大小受以下因素影响：

1) 杂交亲本球茎受软腐病或白绢病浸染，种子不能完全成熟。

2) 采挖时球茎破损，后期营养供给不足胁迫种子过早成熟。1)和2)2种情况下千粒重偏小。

3) 授粉时花粉活性衰退，单株结实率偏低，收获种子数量偏少。

4) 授粉后果穂顶端软腐，切除染病的顶端，药物处理伤口后种子自然成熟，收获种子数量减少。

5) 机械损伤、蚜虫危害或发育异常造成的雌花序柱头部分畸形，有效授粉柱头减少，结实率降低，最终收获种子数量少。3)～5)3种情况下千粒重偏高。显而易见，魔芋实生种子大小与结实数量的协调平衡属典型的资源限制模式[9,10]。花魔芋地下球茎大小相同、完整且健康的基础下，种子大小主要由生育期决定，然而不同魔芋种质资源的有性繁殖存在明显的投资差异，其结果有待进一步研究。自然观察发现，花魔芋成熟果穗主要由鸟类取食后传播，其果皮鲜艳的红色及果肉的营养多汁是吸引鸟类取食的重要原因，其次啮齿类动物老鼠也会取食成熟果实，但是发现存在弃食现象。Fischer Christina等[11]于2016年报道田鼠的种子捕食充当了有毒有害种子的生物过滤器，周星等[12]报道了魔芋全株都有一定毒性，且其毒性是生物碱引起的，证明鼠类是不存在偏好取食魔芋种子的。

含水量是影响种子贮藏的关键指标，含水量较高时种子呼吸强度高，易产生湿气而引发种子的霉烂，含水量过低时种子易干枯死亡。花魔芋鲜实生种子的含水量为62.21%，贮藏后的含水量为48.89%，贮藏期失水率约为13.32%，此时实生种子有部分干枯死亡，说明魔芋实生种子的脱水耐性较差。魔芋实生种子的安全贮藏水分、脱水耐性等是下一步研究的重点方向。

吸水率可指导种子播种前吸胀及温汤消毒等处理，本试验表明种子吸胀宜控制在5 h内，浸种超过20 h可能影响种子的后续萌发生长。生产实践发现，种子在萌芽期遭遇1 d以上连阴雨，种子在大田里过度浸泡溶胀，会引发种子的腐烂而造成毁灭性损失，包衣及催芽后播种可降低这种生产风险。

种子生活力间接指示种子生命活性，与种子出苗率及出苗势有一定正相关性。本研究中，采用40 ℃，0.5%TTC染色5 h可较好测定并区分大、小种子的生活力。

常温贮藏240 d的花魔芋实生种子，实验室光照培养箱测定发芽率不高，只有18.0%～27.4%，同时种子在124 d的长时间催芽中种子极易腐烂、干枯而损失。为防止种子腐烂，可将种子进行包衣处理，但本试验中包衣剂对种子的萌发速度有一定抑制作用。同时，2012年的实生种子大田试验中，2个组合的发芽率都达到了79%以上。说明土壤的温度、湿度及微生物等环境因素更有利于种子的萌芽。姜蕾等研究表明，天南星科植物种子萌发存在各种各样的问题：如红掌种子萌发缓慢且不整齐，萌发期长达50 d[13]。脱水会影响海芋种子的萌发率，脱水耐性与种子生育期有关[14]。半夏人工种子随着贮藏温度的升高、贮藏时间的加长其萌发率迅速降低[15]。10个不同杂交组合的白掌萌发率低于30.00%的占70%[16]。真菌侵染是芋种子萌发和生长过程中遇到的主要问题[17]。为增强种子的耐贮藏性，种子采收的最佳生育期是未来重要的研究方向，采收过早，种子成熟度差，耐贮藏性差，种子萌发率差；采收过迟，实生种子会在果穗上胎萌，亦不利于种子的后期贮藏。本试验中，种子的萌发率较低、萌发速度过慢、种子腐烂率较高，未来可以采用GA等生长调节剂打破休眠、利用层积催芽、选择更合适的发芽床、更适宜的光温调控、萌发培养中喷施防腐剂溶液等方式加以改进，提高种子的实验室萌发率、萌发速度，降低腐烂率。

3.2 魔芋实生种子的顽拗性及种子特性

正常性种子贮藏前含水量一般为5%～12%[18]，而顽拗性种子成熟过程中不经过脱水行为，成熟时仍保持较高的含水量(36%～90%)，当含水量降到15%～20%时种子受到损伤[19]，按其脱水耐性及耐低温性，分为高度、中度、低度顽拗性种子[20]，花魔芋实生种子由于可耐受10%～15%的脱水，且在恩施冬季可耐室温贮藏，因此可将其归为低度顽拗性种子。HOFMANNP等[21]在报道中将与魔芋同科的箭叶黄体芋划分为顽拗性种子。李权生等[22]报道同属魔芋属的巨魔芋实生种子不耐脱水，且越冬贮藏温度需在8 ℃以上，珠芽类魔芋、疣柄魔芋、甜魔芋等分布于热带地区的资源其实生种子耐冷性也差，其顽拗性程度有待进一步细分，其种子贮藏行为及贮藏条件也需继续探索。魔芋种子中总糖、可溶性糖、蛋白质的含量分别为83.49%、7.98%、6.28%[23]，若按粉质、蛋白质、油质分类，魔芋种子属于粉质种子。

4 结 论

本研究利用通用谷物筛将花魔芋合格种子与不合格种子筛分。初步探明了花魔芋实生种子的质量检验方法、分级指标。通过本研究的实验数据结合文献资料，初步判定花魔芋实生种子属于低度顽拗性种子，这为魔芋实生种子的贮藏安全及贮藏行为、种子规模化生产大小调控、播种前处理、萌发安全提供了有益参考。