人工老化对鹰嘴豆种子发芽和膜透性的影响

吴旭鹏,张小燕

(1.兰州市园林设计研究院有限公司,甘肃 兰州 730000; 2.兰州市红古区农业农村局,甘肃 兰州 730084)

种子活力作为评价种子质量的重要指标,在反映种子出苗状态、能量变化、生长表现及耐贮藏性等方面都有决定性作用。相关研究表明,老化及变质种子都有不同程度的膜损伤,表现为膜通透性增强,导致大量可溶性营养物质、激素、酶蛋白等物质泄漏,从而严重影响种子的正常代谢过程[1]。

鹰嘴豆(CicerarietinumL．)又称脑豆子、羊头豆,为一年生豆科草本植物[2]。最早生长于西亚和地中海东部沿岸地区,因其形似鹰嘴而得名[3]。鹰嘴豆富含多种营养成份[4],是被社会大众广泛接受的食用佳品。同时,鹰嘴豆对生长环境要求不高,尤其耐贫瘠和干旱,其茎杆和叶片均是喂养牲畜的优良饲料,近年来逐渐成为我国西北地区生态恢复和荒野绿化的优选植物。随着鹰嘴豆种子需求量的日益增加,其生产、加工、贮藏及运输等方面的相关研究逐渐被重视。鹰嘴豆种子在贮藏过程中普遍存在种子老化或变质的现象,故研究人工老化处理鹰嘴豆种子的细胞膜透性变化,有助于了解和认识鹰嘴豆种子的耐贮藏性,对保持较高种子质量以及避免因种子变质造成的经济损失具有重要的理论意义和实用价值。

1 材料与方法

1.1 材料

鹰嘴豆种子,购自新疆维吾尔自治区木垒县。种子经清选后在室温下贮藏,于2022年11～12月进行相关试验。

1.2 人工老化处理

随机选取鹰嘴豆种子,采取高温高湿老化方法[5],即在40℃、相对湿度为100%的条件下进行人工加速老化处理。老化处理时间分别为12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、84 h和96 h,未进行老化处理的种子为空白对照。人工老化处理完毕后,将种子在室温下晾干(3～4 d)[6]后进行指标测定。

1.3 试验方法

1.3.1标准发芽率试验 依据《牧草种子检验规程》(GB/T2930.4—2001)[7],采用玻璃培养皿纸间法在25℃条件下对鹰嘴豆种子进行发芽试验。随机选取50粒鹰嘴豆种子,对其进行人工老化处理,将老化后的种子放入玻璃培养皿中在光照发芽器中进行发芽,重复3次。初次计数为第5 d,末次计数为第8 d。每天下午18∶00统计发芽种子数,试验末期(8 d)计算种子发芽率。

1.3.2种子发芽指标 发芽率(GR)=(5 d内正常发芽的种子数/种子总数)×100%

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt),式中:Gt指在第t d发芽数;Dt指发芽天数

活力指数(VI)=(苗长+根长)×GR

1.3.3芽苗形态指标 在第5 d从各培养皿中随机选取幼苗10株,使用蒸馏水冲洗干净并用滤纸吸干水分,分别测量幼苗的芽长和根长(cm),计算平均值。

1.3.4浸种液电导率 随机选取老化处理后的鹰嘴豆种子50粒,做3次重复。使用去离子水将0.001 g种子冲洗干净,吸干水分后放入150 mL的烧杯中,同时在空烧杯中加入70 mL去离子水作为空白对照。用保鲜膜封住瓶口在20℃培养箱中放置24 h。参考《种子活力测定方法手册》[5]的技术方法,利用DDS—307型电导仪测定浸种液电导率(μg/cm·g)。

浸种液电导率=(样品电导率-对照电导率)/样品质量

1.3.5浸出液可溶性糖含量 参照黄学林和陈润政[8]的方法,随机选取老化处理后的鹰嘴豆种子50粒,做3次重复。使用蒸馏水将0.001 g种子冲洗干净,吸干水分后放入150 mL的三角瓶中,同时在空三角瓶中加入100 mL蒸馏水作为空白对照。用保鲜膜封住瓶口在20℃培养箱中放置24 h。用移液管分别将1 mL可溶性糖浸出液取至干净的试管中,分别加入5 mL蒽酮试剂,盖上试管盖,仔细摇晃,置沸水浴10 min取出冷却至室温。使用紫外可见分光光度计(WF-ZUV-2102型)以对照调零,然后测量620 nm波长的光密度。根据可溶性糖的标准曲线计算可溶性糖的含量(μg/g)。

1.4 数据处理

采用Excel 2016录入数据,利用SPSS 26.0软件进行显著性及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 人工老化对鹰嘴豆种子发芽的影响

在老化处理过程中,鹰嘴豆种子发芽率呈逐渐降低趋势(见表1)。老化12 h,其种子发芽率(84.5%)明显下降,与CK(88.5%)相比差异显著(P<0.05);老化24～60 h,种子发芽率下降变化显著;老化72 h和84 h,种子发芽率有波动,但差异不显著(P>0.05);老化96 h的种子发芽率(58%)下降明显,差异显著(P<0.05)。

随着老化程度的加剧,发芽指数也呈逐渐降低趋势(见表1)。老化12 h,种子发芽指数(6.19)与CK(6.65)相比下降明显,差异显著(P<0.05);老化24 h和36 h,种子发芽指数有波动,但差异不显著(P>0.05);老化48～96 h,种子发芽指数下降变化显著;老化72 h,种子发芽指数(4.25)下降幅度较大,之后发芽指数无明显变化。随老化程度的加深,种子发芽指数存在72 h这一显著下降的老化时间拐点。

鹰嘴豆种子经老化处理后,活力指数呈先缓慢上升后急剧下降再急剧上升最后急剧下降的趋势。老化24 h,种子活力指数(29.86)上升至峰值,随老化时间的延长,老化60 h,种子活力指数(19.68)急剧降低至谷值,老化72 h,种子活力指数(29.49)又急剧上升,老化96 h的种子活力指数(19.68)再次急剧降低至谷值。发芽指数各有两个显著上升和下降的老化时间拐点,分别是36 h和72 h、60 h和96 h。

2.2 人工老化对鹰嘴豆幼苗生长的影响

鹰嘴豆种子苗长随老化时间的增加先无明显变化后呈急剧下降态势(见表2)。与CK(6.31 cm)相比,老化处理12 h,苗长(6.33 cm)略有上升,苗长变化差异不显著(P>0.05);老化处理24 h,苗长(6.19 cm)与CK呈显著差异(P<0.05);老化处理36～84 h,种子苗长下降变化显著(P<0.05);老化处理96 h,种子苗长(4.82 cm)下降率为23.61%,与CK和老化12～84 h的种子苗长变化差异显著(P<0.05)。

表2 人工老化对鹰嘴豆幼苗生长的影响

种子根长随老化时间的增加呈先缓慢下降后急剧下降态势(见表2)。与CK(5.38 cm)相比,老化处理24 h,根长(5.17 cm)下降变化差异显著(P<0.05);老化处理36～84 h,各老化处理阶段根长下降变化显著(P<0.05);老化处理96 h,种子根长(4.04 cm)下降率为24.91%,与CK和老化12～84 h的种子根长差异显著(P<0.05)。

2.3 人工老化对鹰嘴豆种子电导率和可溶性糖含量的影响

鹰嘴豆种子浸出液电导率随老化处理时间的延长而逐渐上升(见表3),且在老化96 h后达到峰值,为231.09 μs/cm·g。老化处理12～36 h的种子电导率与CK相比(185.21 μs/cm·g)有所提高,但4者之间差异不显著(P>0.05)。老化处理48 h后浸种液的电导率(210.98 μs/cm·g)与CK相比显著提高(P<0.05)。表明随着鹰嘴豆种子的老化,胞内物质渗漏增多,细胞膜的选择渗透性受损。

表3 人工老化对鹰嘴豆种子电导率和可溶性糖含量的影响

随着老化时间的增加,浸出液可溶性糖含量也呈逐渐上升趋势(见表3)。老化处理12 h后,种子浸出液可溶性糖含量(0.96 mg/g)与CK(0.87 mg/g)相比显著提高(P<0.05),老化处理24～48 h,种子浸出液可溶性糖含量上升变化显著(P<0.05);老化处理84 h,种子浸出液可溶性糖含量达到峰值(3.11 mg/g),之后呈下降趋势,且下降变化显著(P<0.05)。表明鹰嘴豆种子在老化过程中,其细胞膜结构受损、透性增加,从而引起种子浸出液可溶性糖含量上升。

2.4 人工老化处理下鹰嘴豆各指标之间的相关性分析

人工老化处理下的鹰嘴豆种子各项指标的相关分析结果见表4。电导率与发芽指数和发芽率均呈显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.958和0.915;发芽率与发芽指数呈显著正相关,相关系数为0.875;可溶性糖与活力指数呈极显著正相关(P<0.01),相关系数为1.000;其他各指标间无显著相关性。

表4 人工老化处理下鹰嘴豆各指标之间的相关分析

3 讨论

研究结果显示,鹰嘴豆的发芽率、发芽指数和活力指数随老化时间的增加呈显著下降趋势(P<0.05),这与前人在大豆(Glycinemax)[9]、大葱(Alliumfistulosum)[10]、菠菜(Spinaciaoleracea)[11]中的研究结果一致。在老化过程中,种子活力呈下降趋势,直接给幼苗的建成和作物生产带来极大影响[12,13]。老化处理后鹰嘴豆的苗长和根长都不及未老化处理的,且随老化时间增加,苗长和根长呈下降趋势。人工老化对鹰嘴豆种子的活力造成了很大的影响,这些影响可以通过发芽率、根长和苗长准确地表现出来。

老化处理致使种子活力下降,其内部发生的一系列生理生化反应主要表现为细胞膜完整性被破坏、脂质过氧化程度加深及无机离子、糖、蛋白质、氨基酸等渗透调节物质特征变化[14]。鹰嘴豆种子浸出液的电导率随老化时间增加呈上升趋势。这与芥蓝(Brassicaoleracea) 和棉花(Gossypiumherbaceum)种子老化处理后电导率和MDA含量升高的趋势一致[15,16]。电导率与发芽指数和发芽率均呈显著正相关,电导率与种子活力呈正相关,相关性不显著。老化处理后,鹰嘴豆种子浸出液的电导率上升、发芽指数和发芽率降低,推测其原因可能是老化破坏了膜结构,造成膜内物质外渗,种子保护酶活性降低,清除细胞内有毒物质的能力减弱。老化24～96 h,鹰嘴豆种子浸出液的可溶性糖含量显著高于CK和老化12 h(P<0.05)。可溶性糖含量在老化处理早期就出现明显上升趋势,这很可能是由于老化影响了种子的生理生化状况,但胚中可溶性糖供应未受阻,呼吸代谢消耗贮藏的糖类物质,满足种子的发芽生长需求。

4 结论

人工老化过程中,鹰嘴豆种子的发芽率、发芽指数和活力指数均显著下降,老化对种子发芽有明显的不利影响。人工老化引起种子浸出液电导率和可溶性糖含量增加,鹰嘴豆种子的膜结构被破坏。