藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子萌发及酶活性的影响

马松琼, 毛 琪, 王仕玉, 郭凤根, 丁 丽

(1.广西农业科学院广西亚热带作物研究所, 南宁 530001;2.云南农业大学园林园艺学院, 昆明 650201;3.云南农业大学农学与生物技术学院, 昆明 650201)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科藜属的一年生植物,又称藜谷、南美藜、昆诺阿藜等[1-2]。藜麦具有独特的、丰富的营养价值,被称为丢失的远古“营养黄金”“素食之王”等[3]。藜麦原产于南美洲,随着价值被不断发现和认可,世界各国引种栽培藜麦也越来越广泛[4-5]。我国对藜麦的研究起步较晚,多为藜麦的育种和种植以及对藜麦籽粒营养价值的研究分析[6]。而藜麦糠作为藜麦生产加工中产量较高的副产物,大多被丢弃,其附加值很低,造成资源的极大浪费。范三红等[7]研究发现,藜麦糠含有多糖、多酚、皂苷、黄酮、矿物质等多种活性物质,其中总皂苷的含量最高。藜麦皂苷主要分布在藜麦糠中[8],王志娟等[9]研究表明,藜麦种皮总皂苷含量最高达(78.12±1.03)mg/g。植物皂苷广泛分布于植物界,其具有广泛的生物学特性[10],在前人的研究中,部分植物皂苷有促进或抑制种子萌发及改变生理生化指标的作用[11-17]。

突尼斯软籽石榴(PunicagranatumL. cv. 'Tunisian soft-seed')是1986年从突尼斯引入我国的石榴珍稀品种,定植于荥阳市河阴石榴基地,该品种因品质优,丰产性、抗旱性等综合性状均明显优于其他软籽石榴品种而被作为育种材料,但由于其种皮中木质素含量较高,还有生理休眠,所以如何能够使软籽石榴种子发芽并成苗,成为育种的关键环节[18]。本研究在前期预备试验中发现,不同浓度藜麦糠浸提液对白菜种子发芽有不同的影响,表现为高浓度促进,低浓度抑制的趋势。通过对加工(去糠)的藜麦种子和未加工的藜麦种子对比发现,前者在早期发芽率上低于后者。因此,本研究用藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子进行处理,观察种子的发芽率及4种酶活性变化,以期明确藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子发芽的影响,并测定藜麦糠中总皂苷的含量,分析总皂苷含量与发芽率及酶活性的相关性,为藜麦糠的综合利用和促进突尼斯软籽石榴种子萌发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

藜麦糠由云南归田生物科技有限公司提供;突尼斯软籽石榴种子来源于云南省丽江市永胜县基地突尼斯软籽石榴的成熟果实,在去除果肉后过滤出种子,挑除漂浮或有破损的种子,并将获得的种子彻底洗净阴干后备用。

1.2 试验方法

1.2.1种子发芽试验

将突尼斯软籽石榴于4 ℃冰箱进行沙藏(种子与河沙的质量比为1∶3)[19],每隔10 d补水并适当翻动沙子,30 d后取出,分别用浓度为250 mg/L、500 mg/L、750 mg/L、1 000 mg/L的红藜、白藜、黑藜的藜麦糠浸提液进行发芽试验,蒸馏水为对照(ck)。种子均放在直径为9 cm且铺有2层滤纸的培养皿中,再置于温度25 ℃的恒温培养箱内恒温培养。每个培养皿均加入浸提液8 mL(即保持滤纸湿润,培养皿内稍有流动浸提液即可),每份50粒,重复3次。观察记录种子的始发芽时间、发芽数及终止发芽时间,每12 h观察一次,最后计算发芽率和发芽势[20-21]。

发芽率/%=(正常发芽的种子数/供试种子数)×100%;

发芽势/%=(达到高峰时正常发芽种子数/供试种子数)×100%。

1.2.2种子酶活性的测定

种子发芽过程中α-淀粉酶、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的测定分别采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法、核黄素-NBT法、愈创木酚法、高锰酸钾滴定法测定[22],测定仪器是酶标仪。α-淀粉酶中所作麦芽糖标准曲线的回归方程为Y=0.146X-0.009 1,R2=0.993 8,式中:Y为吸光度;X为麦芽糖含量(mg)。

1.3 数据处理

通过Excel2010软件对所得数据进行统计和整理;用SPSS20.0软件对所得数据进行差异显著性和回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子发芽的影响

由表1可知,在发芽时间上,由藜麦糠浸提液处理的突尼斯软籽石榴种子始发芽时间和结束发芽时间均早于ck,除了浓度为500 mg/L的黑藜藜麦糠浸提液处理的种子发芽总用时与ck相同外,其他处理的种子发芽总用时均比ck少。从发芽率和发芽势上看,经藜麦糠浸提液处理过的突尼斯软籽石榴种子发芽率和发芽势均与ck差异极显著,分别比ck高13%～40%和10%～26%;相同浓度而不同颜色藜麦的藜麦糠浸提液处理的种子发芽率间差异极显著。综合来看,由浓度为500 mg/L的白藜藜麦糠浸提液和浓度为750 mg/L的红藜藜麦糠浸提液分别处理的种子发芽率最高,发芽势最好。

表1 突尼斯软籽石榴种子发芽的观测结果Table 1 Observation on seed germination of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed'

2.2 发芽种子中酶活性测定的结果

由图1可知,藜麦糠浸提液处理后发芽的突尼斯软籽石榴种子α-淀粉酶活性均极显著高于ck;白藜藜麦糠浸提液处理浓度为500 mg/L时,发芽种子中α-淀粉酶活性最高,红藜藜麦糠浸提液处理浓度为750 mg/L和1 000 mg/L时,发芽种子中α-淀粉酶活性最高,黑藜藜麦糠浸提液为500 mg/L和750 mg/L的处理浓度时,发芽种子中α-淀粉酶活性最高。

注:不同小写字母表示0.05水平差异显著;不同大写字母表示0.01水平差异极显著。图1 突尼斯软籽石榴种子α-淀粉酶活性Fig.1 The α-amylase activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

由表2可知,沙藏30 d后,经藜麦糠浸提液催芽的突尼斯软籽石榴种子,POD、SOD、CAT酶活性均极显著高于ck,分别较ck上升了4.07～6.64 U/(g·min)、4.75～6.94 U/g和0.15～0.37 mg/(g·min)。在同一浓度下,白藜、红藜、黑藜藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴的处理中,当处理浓度分别为250 mg/L和500 mg/L时,白藜藜麦糠浸提液处理的突尼斯软籽石榴种子中3种酶活性值均大于红藜和黑藜藜麦糠浸提液处理的突尼斯软籽石榴种子;当处理浓度分别为750 mg/L和1 000 mg/L时,红藜藜麦糠浸提液处理的突尼斯软籽石榴种子中3种酶活性值均大于白藜和黑藜藜麦糠浸提液处理的突尼斯软籽石榴种子,说明低浓度的白藜藜麦糠浸提液和高浓度的红藜藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子中3种抗氧化物酶活性影响较大。

表2 突尼斯软籽石榴种子3种抗氧化物酶活性测定结果Table 2 The determination results of three antioxidant activities in Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

2.3 藜麦糠皂苷含量与突尼斯软籽石榴种子发芽率及4种酶活性相关性分析

由表3可知,经过非线性回归分析,突尼斯软籽石榴种子发芽率及4种酶活性均与藜麦糠中总皂苷含量呈显著或极显著二次正相关,与黑藜藜麦糠总皂苷含量均极显著相关,CAT酶相关系数最高,为0.986。

表3 藜麦糠皂苷含量与突尼斯软籽石榴种子发芽率及4种酶活性相关性Table 3 Correlation of quinoa bran saponin content with germination rate and four enzymes activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

以黑藜藜麦糠总皂苷含量与CAT酶相关分析图为例:其二次方程为Y=-0.000 2X2+0.015 1X+0.354 9,如图2,曲线最高点介于试验中CAT酶最高(0.64 mg/(g·min))时的总皂苷含量(27.89 mg/g)和CAT酶开始下降时的总皂苷含量(41.84 mg/g)之间。说明藜麦糠中总皂苷的变化与种子发芽及酶活性变化具有极显著二次正相关。

图2 黑藜藜麦糠皂苷含量与突尼斯软籽石榴 种子CAT活性的相关性Fig.2 Correlation of black quinoa bran saponin content with catalase activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

3 讨 论

种子发芽率影响种子在大田中的成苗率,是农业生产中极为重要的指标。李洪涛等[23]研究发现,GA3处理的石榴种子比未经GA3处理的种子提前3～6 d发芽,且发芽率较高。范春丽等[24]用甜菜碱对突尼斯软籽石榴种子进行浸种处理,发现甜菜碱浸种及0.1% NaCl盐胁迫能够促进石榴种子萌发及幼苗健壮。本研究首次报道藜麦糠浸提液对突尼斯软籽石榴种子发芽的影响,发现不同浓度的白藜、红藜和黑藜藜麦糠浸提液均有促进突尼斯软籽石榴种子发芽的作用,发芽率最高达89%,且发芽后种子中4种酶活性均升高,各浓度浸提液处理后种子的酶活性值均极显著高于ck。

在油菜[11]、玉米[12]、西瓜[13]、萝卜、黑豆、松柳芽苗[14]种子、小麦[15]等作物方面的研究,结果表明,不同浓度的拉肖皂苷C对种子萌发存在促进或抑制作用,且对幼苗生长及健壮程度均有不同程度的影响。张爱华等[16]研究了不同浓度外源人参皂苷对人参种子萌发、幼苗根长、鲜重、幼根中抗氧化酶活性和MDA含量的影响,结果表明,在不同浓度人参皂苷处理后,人参根系中SOD、POD、CAT活性均有明显提高,呈现出各酶活性随浓度升高而逐渐增强的效应。丁春发等[17]用不同浓度龙胆苦苷和黄酮提取液处理受试植物紫花苜蓿、红三叶和白三叶,结果表明,野生麻花秦艽中龙胆苦苷和黄酮提取液对受体植物的种子萌发、幼苗生长和SOD、POD、CAT 三种抗氧化酶活性大多表现出化感抑制作用。本研究中所测总皂苷含量为白藜藜麦糠中最多,黑藜藜麦糠次之,红藜藜麦糠中最少。在总皂苷与突尼斯软籽石榴种子发芽率及酶活性的回归分析中,相关系数大小与藜麦糠中总皂苷含量多少是一致的,说明藜麦糠中总皂苷含量与种子发芽和酶活性变化均显著正相关。关于藜麦糠中总皂苷含量对种子发芽及生理活性的影响还需进一步深入研究。

4 结 论

经藜麦糠浸提液处理后,突尼斯软籽石榴种子发芽率和发芽势较ck均有显著提高,最高分别较ck增长了40%和26%。经处理后发芽的种子中酶活性也均显著高于ck,其中,经浓度为500 mg/L的白藜藜麦糠浸提液处理后,发芽种子中的α-淀粉酶和POD酶活性值达到最大,分别为8.13 mg/(g·min)和13.11 U/(g·min);经浓度为750 mg/L的红藜藜麦糠浸提液处理后,发芽种子中的SOD和CAT活性值达到最大,分别为12.15 U/g和0.73 mg/(g·min)。说明不同藜麦糠的不同浓度处理均对突尼斯软籽石榴种子发芽有一定的促进作用,且突尼斯软籽石榴种子的发芽率及4种酶活性均分别与藜麦糠中总皂苷含量呈显著或极显著二次正相关。其中,黑藜藜麦糠中总皂苷含量与突尼斯软籽石榴种子中的CAT酶相关系数最高,为0.986。