橄榄油加工液体废弃物对武都红芪种子萌发及幼苗生理特性的影响

叶文斌，樊 亮，王 瀚，王 昱，杨小录

（1.陇南师范高等专科学校农林技术学院，甘肃 成县 742500；

2.陇南特色农业生物资源研究开发中心，甘肃 成县 742500；

3.甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室，甘肃 天水 741000）

橄榄油加工液体废弃物对武都红芪种子萌发及幼苗生理特性的影响

叶文斌1，2，3，樊 亮1，王 瀚1，2，3，王 昱1，2，3，杨小录1

（1.陇南师范高等专科学校农林技术学院，甘肃 成县 742500；

2.陇南特色农业生物资源研究开发中心，甘肃 成县 742500；

3.甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室，甘肃 天水 741000）

以甘肃道地中药材红芪（Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.）为对象，通过室内培养试验，研究不同浓度的橄榄油加工液体废弃物对红芪种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响，为探究橄榄油加工液体废弃物污染对红芪品质的影响提供依据。结果表明，低浓度的橄榄油加工液体废弃物能显著促进红芪种子萌发和幼苗生长，橄榄油加工液体废弃物浓度为20%时，萌发率和萌发指数分别为94.25%、384.25，胚根长和下胚轴长分别为1.94、0.93 cm，苗高和根长可达到5.28、2.96 cm。随着浓度的升高，在橄榄油加工液体废弃物浓度为70%时，种子萌发率和萌发指数显著降低，达到60.22%、254.11，幼苗生长受阻，苗高和根长可达到3.04、1.81 cm。叶片 O2-·产生速率和H2O2含量明显增加，SOD、POD、CAT和APX活性先升后降，高浓度橄榄油加工液体废弃物处理下GSH和AsA含量明显降低，幼苗叶片中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量随废弃物浓度升高而升高。

橄榄油加工液体废弃物；武都红芪；透调节物质；活性氧代谢

油橄榄（Olea europaea L.）是世界著名的常绿乔木油料树种，采摘的鲜果直接快速榨取的橄榄油含有多种生物活性物质，具有促消化、预防心血管疾病和抗肿瘤等多种保健功能，是备受推崇的高级食用油［1-3］。我国从1956 年开始引种，主要分布于甘肃、四川以及云南西北部金沙江流域等地区［2］，在甘肃省陇南市是油橄榄最佳栽培区，目前陇南市油橄榄分布和种植及产量均居全国首位。目前在陇南市大量初榨橄榄油的加工过程中，会产生大量的果渣和废液，而废弃物中含有大量的果渣油、多酚和萜类化合物等多种活性成分，这些加工废弃物均未得到有效利用，造成极大的资源浪费和环境污染［2-3］。陇南油橄榄经磨浆和离心后主要形成三相，主要为橄榄油、废液和废渣，而废液中的成分主要为水、酚类化合物、糖类、有机酸和矿物质［2-3］等。Kokkora等［3-4］研究了施用橄榄油加工废水对玉米产量和土壤特性的影响，结果显示施用不同量的橄榄油加工废水对土壤特性、玉米产量、籽粒水分和脂肪含量与施有机肥相似。也有学者将加工废弃物当有机肥料在橄榄园连续施肥8年，能显著提高土壤中有机碳和腐殖质的含量，提高土壤脱氢酶的活力，提高土壤使用性和生产能力［3，5］。

红芪（Radix Xedysari）为豆科岩黄芪属植物，是多序岩黄芪（Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.）的俗称，根皮为红棕色，因此得名［6］。甘肃武都其种植历史悠久，品质优，种植面积大，一直作为甘肃的道地药材，陇南市武都区是全国红芪最大的种植、生产、加工和销售基地之一。目前，有较多学者就红芪化学成分及其药理活性展开了大量研究，发现红茂中含有较多的活性物质如黄酮、皂昔、生物碱、氨基酸、有机酸、当醇、多糖、微量元素等，且药理作用广泛，包括提高免疫能力、强心利尿、抗自由基、抗病毒等［7］。随着甘肃陇南油橄榄种植面积不断扩大、产量不断增加，橄榄油加工废弃物的大量排放与资源浪费。本试验用橄榄油加工液体废弃物对甘肃道地中药材红芪种子进行室内培养，研究不同浓度的橄榄油加工液体废弃物对红芪种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响，为探究橄榄油加工液体废弃物（Olive oil Processing Liquid Wastes，OPLW）对红芪种子的萌发与幼苗生长的机制影响，为油橄榄产业发展所带来的橄榄油加工废弃物的资源化开发和高值化利用提供理论依据，也为大田科学种植与栽培红芪，提高产量和品质，具有现实的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

红芪种子购自甘肃省陇南市武都区农技推广中心，橄榄油加工液体废弃物由陇南市武都区油橄榄中心初榨车间提供，出油率为10%，橄榄油加工固体废弃物（果渣）20%，橄榄油加工液体废弃物（果汁）70%。用70%的橄榄油加工液体废弃物（OPLW）和蒸馏水配制成70%、50%、30%、20%、10%的培养液。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发测定 用流水清洗红芪种子去除表面杂质，再用蒸馏水冲洗3次，用0.1% HgCl2浸泡消毒杀菌8 min，用蒸馏水冲洗3次，用蒸馏水在黑暗处浸种4 h后吸干种子表面的水分，备用。参照叶文斌等［8-12］的方法，在直径12 cm培养皿中垫2层高温灭菌滤纸，分别准确加入10%、20%、30%、50%、70%橄榄油加工液体废弃物培养液各5 mL，浸湿滤纸后，均匀点播经消毒杀菌并浸种的红芪种子50粒，重复5次，以蒸馏水培养为对照，置入25℃光照培养箱中，每天光照12 h，光照强度为12 000 lx，3 d后开始记录萌发数目，同时计算种子的萌发率、萌发指数并测定红芪萌发后初生胚根及下胚轴的长度［8-12］，种子萌发率和种子萌发指数计算参照Leather GR和Einhellig FA［13］的方法。

1.2.2 幼苗生长测定 参照叶文斌等［8-12］的方法，在250 mL小烧杯底部铺两层高温灭菌的滤纸，以消毒和高温灭菌的沙作为培养基质，将蒸馏水浸种萌发后15 d的红芪幼苗移栽至烧杯，每杯移栽培养25株幼苗，分别加入2 mL 10%、20%、30%、50%、70%橄榄油加工液体废弃物培养液，以蒸馏水为对照，5次重复，每隔24 h补以不同浓度橄榄油加工液体废弃物培养液和蒸馏水1次，每次2 mL，用保鲜膜将烧杯封口，以防止水分蒸发和不同处理间的相互影响。将烧杯置于恒温25℃、光照强度为12 000 lx，12 h/d的光照培养箱中培养，15 d后用直尺测定受体作物幼苗的根长、苗高，将根与苗分开，用“排水法［8］”测定根的体积后，置于105℃烘箱中杀青30 min，75℃烘至恒重，称其每25株的苗干质量和根干质量。

1.2.3 渗透调节物质含量和抗氧化系统活性的测定 在培养箱培养30 d后，随机取用10%、20%、30%、50%、70%橄榄油加工液体废弃物培养液和对照组培养健康生长的红芪幼苗，剪取红芪幼苗植株顶部第2、3 片全展叶，测定可溶性糖含量、游离脯氨酸的含量和丙二醛（MDA）含量［8，13-14］；依据文献［15-16］测定超氧阴离子O2-·产生速率和H2O2含量；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性及谷胱甘肽（GSH）和抗坏血酸（AsA）含量的测定参照文献［14］。

1.3 数据统计与分析

数据用SPSS17.0软件统计分析，用单因素方差分析结合多重比较进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 橄榄油加工液体废弃物对红芪种子萌发的影响

由图1可知，当橄榄油加工液体废弃物处理的浓度逐渐升高时，红芪种子的萌发率、萌发指数、初生胚根长和下胚轴长都呈先升高后逐渐降低的趋势。当橄榄油加工液体废弃物添加浓度在10%～30%时，红芪种子的萌发率、萌发指数、初生胚根长和下胚轴长与对照相比明显升高，其中浓度为10%～20%处理与对照差异显著，30%处理与对照无显著差异；当橄榄油加工液体废弃物处理浓度在50%～70%时，红芪种子的萌发率、萌发指数和初生胚根长都有不同程度降低，其中，50%处理与对照无显著差异，70%处理与对照差异显著，表明低浓度的橄榄油加工液体废弃物处理能有效促进红芪种子的萌发和初生生长。

图1 不同橄榄油加工液体废弃物浓度下红芪种子萌发情况

2.2 橄榄油加工液体废弃物对红芪幼苗生长的影响

由图2可知，红芪幼苗的根长、苗高、根体积、根干质量和苗干质量在橄榄油加工液体废弃物处理下，随着处理浓度升高，红芪幼苗生长所有检测指标在10%～30%浓度处理下为促进作用，其中，浓度为10%、20%处理与对照差异显著，30%处理与对照无显著差异；浓度50%～70%处理为抑制作用，均与对照差异显著。说明低浓度橄榄油加工液体废弃物能促进红芪幼苗生长和生物量积累，而高浓度会抑制红芪幼苗生长，降低物量积累。

图2 不同橄榄油加工液体废弃物浓度下红芪幼苗生长情况

2.3 橄榄油加工液体废弃物对红芪幼苗渗透调节物质、H2O2含量和O2-·产生速率的影响

从图3可以看出，在橄榄油加工液体废弃物处理下，红芪幼苗体内可溶性糖、丙二醛、游离脯氨酸、H2O2含量和O2-·产生速率在10%时均最低，与对照差异显著，在20%～30%浓度处理下与对照相比均有所升高，差异不显著。当红芪在橄榄油加工液体废弃物浓度为50%～70%时，体内可溶性糖、丙二醛、游离脯氨酸、H2O2含量和O2-·产生速率急剧升高，与对照差异显著，说明高浓度的橄榄油加工液体废弃物处理会刺激红芪幼苗产生较多的可溶性糖、丙二醛、脯氨酸和H2O2含量的积累，促使红芪幼苗释放过量的O2-·。表明低浓度橄榄油加工液体废弃物可以降低红芪幼苗中渗透调节物质的积累，清除产生多余的H2O和过量的O2-·，而过高浓度的橄榄油加工液体废弃物对红芪的生长产生抑制作用，对红芪幼苗生物量的积累发生了不利影响，最终限制红芪幼苗生长。

图3 不同橄榄油加工液体废弃物浓度下红芪幼苗渗透调节物质、H2O2含量和O2-·产生速率

2.4 橄榄油加工液体废弃物对红芪幼苗中抗氧化酶活性及GSH和AsA含量的影响

由图4可知，随着橄榄油加工液体废弃物浓度的增加，SOD、POD、CAT和APX活性以及AsA 含量和GSH含量均表现为先升高后降低的趋势，在浓度为10%～20%时红芪幼苗中4种酶的活性和AsA 含量表现出明显的应激升高现象，浓度为10%时与对照差异显著，浓度20%时与对照无显著差异，而GSH含量在浓度为10%～20%时与对照无显著差异，在30%～70%浓度下红芪幼苗中4种酶的活性及AsA 含量和GSH含量均表现出急剧降低的趋势。其中，浓度30%处理与对照无显著差异，浓度为50%～70%处理与对照相比下降差异显著。说明低浓度橄榄油加工液体废弃物能促进红芪幼苗中4种保护酶的活性和提高AsA与GSH含量，促进红芪幼苗的生长和发育，而高浓度则会对红芪幼苗中4种保护酶活性和AsA与GSH含量产生抑制效应，降低红芪幼苗的生理代谢活动和幼苗的活力，从而抑制红芪幼苗生长。

图4 不同橄榄油加工液体废弃物浓度下红芪幼苗中抗氧化酶活性及GSH和AsA含量

3 结论与讨论

刘娜［3］研究指出，橄榄油加工液体废弃物中富含的橄榄多酚、萜类化合物，如齐墩果酸、熊果酸和山楂酸等，Zbakh等［17］提出从橄榄油加工废水中生产功能饮料的开发思路。由此可见，橄榄油加工液体废弃物含有很多生物活性物质。本研究结果表明，不同浓度橄榄油加工液体废弃物对红芪种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响效果不同，低浓度的橄榄油加工液体废弃物可显著促进红芪种子萌发和幼苗生长。随着榄油加工液体废弃物浓度的升高，红芪幼苗叶片中 O2-·产生速率和H2O2含量明显增加，SOD、POD、CAT和APX活性先升后降，高浓度橄榄油加工液体废弃物处理下GSH和AsA含量明显降低，幼苗叶片中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量随废弃物浓度升高而升高。种子在萌发过程中发生着非常复杂的生理生化反应，由于低浓度的橄榄油加工液体废弃中含有少量橄榄多酚、萜类化合物，如齐墩果酸、熊果酸和山楂酸等多种生物活性物质，对红芪种子的萌发过程中起到了促进作用，可能是由于存在的多种生物活性物质结合到种子参与萌发和初生生长的多种酶上产生的复合作用，同时促进植物细胞的分离，加快初生生长。随着榄油加工液体废弃物浓度的升高，其含有的多种生物活性物质含量也逐渐增加，在50%～70%浓度下种子萌发率显著降低，幼苗生长受阻，这可能与多种生物活性物质对红芪种子萌发和幼苗生长产生了拮抗作用有关。

通常以糖含量作为重要指标来评价植物体内的碳素营养状况，植物为了适应逆境条件，会主动积累一些可溶性糖，降低渗透势，以适应外界环境条件的变化［8-9］，红芪幼苗体内由抗氧化酶和还原性小分子物质如AsA、GSH 等组成的抗氧化系统在减轻高浓度榄油加工液体废弃胁迫伤害中发挥着重要作用，共同保护红芪免受活性氧伤害。当榄油加工液体废弃物浓度较低时，可促使红芪幼苗主动积累一些可溶性糖来解决外界的刺激，从而打开良性的生理生长机制，促进幼苗生长，当榄油加工液体废弃物浓度较高时刺激产生的可溶性糖量太大，对红芪的正常生长产生很大负作用，同时让红芪幼苗产生一系列的生理反应，使红芪幼苗叶片中O2-·产生速率、H2O2含量明显增加，幼苗中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量升高，GSH和 AsA含量也明显降低。当红芪幼苗在高浓度榄油加工液体废弃物逆境下，红芪幼苗中细胞发生膜脂过氧化作用，产生大量丙二醛，同时刺激细胞膜透性改变，破坏细胞壁上纤维素分子间的桥键，抑制蛋白质合成；在逆境条件下，植物体内脯氨酸的含量显著增加，其体内脯氨酸含量在一定程度上反映植物的抗逆性，同时积累的脯氨酸量也反映植物受到伤害的程度［8-11］，所以在高浓度时榄油加工液体废弃物对红芪幼苗产生了巨大伤害。游离脯氨酸含量升高，可能造成红芪体内SOD、POD、CAT和APX活性比例不平衡，引起生理生化过程紊乱，破坏膜的功能和抑制红芪植物的SOD、POD、CAT和APX活性，导致体内活性氧增多，O2-·产生速率和H2O2含量升高，使红芪不能有效清除受体内产生的自由基，体内GSH和AsA含量也降低明显，不能及时清除产生的多余H2O2，使其内部O2-·的增加大于4种保护性酶清除O2-·的速度，导致体内活性氧大量积累，从而破坏膜的结构并最终导致红芪幼苗的伤害［8-11］。

本试验研究了橄榄油加工液体废弃物对甘肃道地中药材红芪种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响，为橄榄油加工液体废弃物直接排放大田到土壤中的适宜浓度提供理论依据，对高浓度的橄榄油加工液体废弃物排放对红芪生长的影响行为进行研究，对干预这种污染条件下种植与栽培红芪具有现实指导意义，同时对橄榄油加工液体废弃物科学、综合地再利用具有重要经济意义。

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（责任编辑 白雪娜）

Effects of olive oil processing liquid wastes on seed germination and seedling physioloyical characteristics of Radix Xedysari of Gansu

YE Wen-bin1，2，3，FAN Liang1，WANG Han1，2，3，WANG Yu1，2，3，YANG Xiao-lu1
（1.School of Agriculture and Forestry Technology，Longnan Teachers College，Chengxian 742500，China；
2.Center for Research & Development of Longnan Characteristic Agro-bioresources，Chengxian 742500，China；
3.Gansu Key Laboratory for Utilization of Agricultural Solid Waste Resources，Tianshui 741000，China）

A sand culture experiment was conducted to study the effects of different concentrations of olive oil processing liquid wastes on germination and seedling growth，osmotica accumulation and active oxygen metabolism of Radix Xedysari of Gansu authentic Chinese herbal medicine. The results showed that low concentration of olive oil processing liquid wastes stress made the seeds germination and seedling growth increased significantly，when the olive oil processing liquid wastes concentration was 20%，the germination rate and germination index were 94.25% and 384.25，embryonic root length and hypocotyl length were 1.94 cm and 0.93 cm，seedling height and root length can reach 5.28 cm and 2.96 cm.With the concentration of 70%，the seed germination rate and germination index significantly decreased，the seed germination rate and germination index significantly reduced，reached 60.22% and 254.11，and the germination percentage decreased significantly，and seedling growth wasrestricted，reached 3.04 cm and 1.81 cm，the leaf O2-·production rate and H2O2content increased dramatically，the activities of superoxide dismutase，peroxidase，catalase and ascorbate peroxidase decreased after an initial increase. The contents of glutathione and ascorbic acid in leaf decreased markedly. The leaf proline，soluble sugar and malonaldehyde contents had a significant increase with the increasing concentration of olive oil processing liquid wastes.

olive oil processing liquid wastes； Radix Xedysari；osmotica；active oxygen metabolism

Q945；S567.5+3

A

1004-874X（2017）01-0030-06

2016-11-28

甘肃省自然科学基金 (1107RJZK243)；甘肃省高等学校科研项目 （2015B-148）

叶文斌（1982-），男，硕士，讲师，E-mail：yewenbinbest@sohu.com

叶文斌，樊亮，王瀚，等. 橄榄油加工液体废弃物对武都红芪种子萌发及幼苗生理特性的影响［J］.广东农业科学，2017，44（1）：30-35.