贮藏温度和含水量对党参种子活力的影响

晋凡生，张彦琴，梁改梅，王君杰，乔 月，牛铁泉，常建忠，高秀萍,

(1.山西省农业科学院旱地农业研究中心，有机旱作山西省重点实验室，太原 030031；2.农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原 030031；3.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，太原 030006；4.山西农业大学园艺学院，山西 太谷 030801)

党参(Codonopsispilosula(Franch.) Nannf.)为桔梗科多年生草本植物[1]，有抗缺氧、抗疲劳、增强免疫力、调节血糖等多种作用[2]，在医药卫生、保健、药膳等领域广泛应用，需求量逐年增加[3]。党参适宜多样的生态环境，在我国山西、甘肃等主产区，大多种植于干旱半干旱的丘陵、山区[4,5]。党参以种子繁殖，但其种子贮藏性差，在室温下贮藏1年后，发芽率和发芽势分别降到50%以下和30%以下[2,6]，贮藏2年后，发芽率不足10%[6]，致使实际生产用种质量良莠不齐。优质种子是作物高产和优质的重要前提与基础。如何提高种子耐藏性是党参标准化生产中不可忽视的重大问题。

贮藏温度和含水量是影响种子贮藏期间保持活力的关键因素[7]。种子超干贮藏，即将种子含水量降至5%以下，密封后在室温条件下或稍微降温的条件下贮藏，作为一项新技术已普遍为人们所关注[8]。Ellis等[9]早期研究表明，芝麻种子含水量从5%降低至2%，其贮藏寿命延长40倍，并证明2%含水量的芝麻种子贮藏在20 ℃条件下与5%含水量种子贮藏在-20 ℃条件下效果相同。目前超干处理提高种子耐藏性的效果已在多种作物上得到证明，并已被世界各国科学家认可[8-12]。但不同的植物种子最佳贮藏温度和含水量存在差异，而且种子超干贮藏的最佳含水量范围在不同温度下并不相同[11,13]。对党参种子适宜贮藏温度和最佳含水量的研究目前少见报道。本试验研究了不同含水量党参种子在不同温度下贮藏24个月期间活力的变化，以期探索党参种子适宜的贮藏条件，为党参种子保存和生产用种提供科学依据与指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

党参种子于2014年9月采自山西省陵川县六泉乡黄松背村栽培的二年生党参种株，经山西农业大学王玉庆教授鉴定为桔梗科植物党参(C.pilosula)的种子。采后阴干保存于4 ℃冰箱。贮藏试验于2015年2月开始。

1.2 方 法

1.2.1种子含水量测定

采用国际种子检验协会(1985)的低恒温烘干法，(103±2)℃恒温烘干15 h。种子含水量(%)=[(样品烘前质量-样品烘后质量)/样品烘前质量]×100%。2次重复。

1.2.2种子干燥处理与贮藏

采用室温硅胶干燥法[13]。将种子装入尼龙网袋，埋于干燥器内硅胶中，硅胶与种子质量比为5∶1，室温下脱水干燥，每天更换经120 ℃充分干燥后冷却的硅胶。每隔一定时间称重，制备不同含水量的种子。种子含水量分别为6.17%(自然含水量)、5.80%、5.13%、4.55%、3.82%、3.36%、2.38%和1.52%。将不同含水量的种子用铝箔袋密封，分别贮藏于-4 ℃、0 ℃、4 ℃和常温条件下。于贮藏前和贮藏9个月、15个月、24个月测定相关指标。

1.2.3种子发芽试验

各处理种子取出后，先置于室内开放条件下平衡含水量7 d后，再参照苏宁宁等[2]的方法进行发芽试验。每个培养皿摆放饱满一致的种子50粒，3次重复。于20 ℃、光照14 h黑暗10 h条件下培养。每天定时观察记录发芽种子数(以胚根突破种皮1 mm视为发芽)，5 d统计发芽势，10 d统计发芽率，并计算发芽指数。

GP(%)=(10 d内发芽种子数/供试种子数)×100%；

GR(%)=(5 d内发芽种子数/供试种子数)×100%；

GI=∑(Gt/Dt)，Gt为t天的发芽数，Dt为相应的发芽天数。

1.2.4酸性磷酸脂酶(ACP)活性测定

取0.1 g种子，参照李玉荣等[14]的方法测定。在0.2 mL反应体系中加入酶液0.1 mL，30 ℃水浴10 min，再加入氢氧化钠溶液，待生成的对硝基苯酚呈黄色，终止反应，在400 nm处测定光密度，计算酶活性。重复3次。

1.2.5抗氧化酶活性测定

取0.3 g种子，用50 mmol·L-1pH值7.0的磷酸缓冲液冰浴研成匀浆，4 ℃下12 000 r·min-1离心20 min，制备酶提取液。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法[1,5]、过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外分光光度计法[16]测定。重复3次。

1.2.6相对电导率测定

取种子0.2 g，清水洗净后，用去离子水漂洗3次，置具塞刻度试管中，加去离子水20 mL，24 ℃下浸泡12 h，用DDS-11 A型电导仪测定浸出液的电导率，然后于沸水浴中煮沸20 min，冷却后再次测定浸出液的电导率，计算相对电导率[13]。重复3次。

相对电导率(%)=(煮沸前电导率值/煮沸后电导率值)×100%。

1.2.7数据分析

采用Excel 2003软件和SAS 8.2软件进行数据整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 贮藏温度和含水量对党参种子萌发及活力的影响

2.1.1贮藏温度和含水量对党参种子发芽率、发芽势与发芽指数的影响

从表1～表3可见，在不同温度下贮藏24个月，各含水量党参种子的发芽率、发芽势与发芽指数总体低于贮藏前。在4～-4 ℃低温下贮藏24个月，含水量在5.13%～1.52% 区间的种子发芽率、发芽势、发芽指数仅比贮藏前略有下降；含水量6.17%和5.80%的种子发芽率与其它含水量的种子基本相同，但发芽势、发芽指数明显下降；在此温度范围内各贮藏阶段，发芽率、发芽势、发芽指数在不同含水量间、不同温度间均无显著差异。

表1 贮藏温度和含水量对党参种子GP的影响

表2 贮藏温度和含水量对党参种子GR的影响

表3 贮藏温度和含水量对党参种子GI的影响

在常温下贮藏，不同含水量的种子发芽率、发芽势、发芽指数随着贮藏时间的延长呈现出显著差异，贮藏时间愈长，差异愈大。在常温下贮藏9个月，含水量6.17%(自然含水量)的种子发芽率、发芽势、发芽指数较贮藏前分别下降了47.7%、60.8%和48.8%，而含水量在5.80%～1.52%区间的种子变化较小，此区间内各含水量的种子无显著差异。常温下贮藏15个月后，不同含水量种子间的活力差异增大。到常温贮藏24个月时，含水量6.17%的种子发芽率、发芽势分别仅为32.6%和10.6%；含水量在5.80%～3.82%区间的种子仍有较高的发芽率(69.3%～83.4%)，但其发芽势已下降到31.3%～36.0%，较贮藏前下降了56.5%～61.8%，发芽指数下降了36.1%～46.4%；而含水量在3.36%～1.52%区间的种子发芽率仍维持在90%以上，与4～-4 ℃低温贮藏同期的基本一致，仅较贮藏前略有下降，其发芽势、发芽指数比含水量≥3.82%的种子下降的幅度较小，仅分别比贮藏前下降了16.8%～30.0%和13.5%～25.6%，但均低于4～-4 ℃低温贮藏同期的种子。

2.1.2贮藏温度和含水量对党参种子酸性磷酸酯酶活性的影响

表4结果显示，党参种子酸性磷酸酯酶(ACP)活性的测定结果呈现出与发芽势、发芽指数基本相同的趋势。在4 ℃低温下贮藏24个月，不同含水量的种子酸性磷酸酯酶活性无显著差异，除含水量6.17%和5.80%的种子较贮藏前降低略多外，其它种子仅稍有下降。在常温下贮藏24个月，不同含水量的种子酸性磷酸酯酶活性出现了不同程度的降低，含水量间差异显著。含水量6.17%的种子酸性磷酸酯酶活性降幅最大，较贮藏前下降了53.2%；含水量在5.80%～3.82%区间的种子下降了25.9%～37.2%；而含水量在3.36%～1.52%区间的种子仅下降了12.2%～16.2%，此区间内不同含水量间无显著差异，但均显著高于含水量≥3.82%的种子。从表4也可看出，含水量在3.36%～1.52%区间的种子酸性磷酸酯酶活性低于4 ℃低温贮藏同期的种子。由此可见,酸性磷酸酯酶活性可作为评价党参种子质量的一个重要指标。

表4 贮藏温度和含水量对党参种子ACP活性的影响

2.2 贮藏温度和含水量对党参种子抗氧化酶活性的影响

表5结果表明，各含水量的党参种子在4 ℃低温和常温条件下贮藏24个月，SOD、CAT活性均有下降。在4 ℃低温下贮藏，不同含水量的种子SOD、CAT活性均无显著差异，但仍表现为含水量6.17%和5.80%的种子酶活性下降较多。在常温下贮藏，含水量在3.36%～1.52%区间的种子SOD、CAT活性显著地高于含水量≥3.82%的种子，并维持在较高水平，仅略低于4 ℃低温贮藏同期的种子，分别较后者低8.2%～9.8%和3.7%～9.8%。SOD、CAT活性的变化与种子活力变化的趋势基本一致。

表5 贮藏温度和含水量对党参种子SOD、CAT活性与相对电导率的影响

2.3 贮藏温度和含水量对党参种子相对电导率的影响

由表5可见，含水量6.17%～1.52%的党参种子在4 ℃低温和常温条件下贮藏24个月的过程中，相对电导率均未发生明显变化。

3 讨论与结论

众多研究表明，大部分植物种子在常温下超干贮藏效果良好[8,17]，但超干保存种子的最适含水量因植物种类和贮藏温度而异[11,13,17]。Ellis等的研究表明，许多作物种子超干贮藏的最适含水量为2%～6%，随着种子含水量的进一步降低，生活力反而下降[9,18,19]；其原因可能与干燥损伤、生物膜系统的破坏以及脂质过氧化加剧等密切相关[8]。何序晨等研究发现，皖杂一号西瓜种子超干贮藏的最适含水量为1.60%～4.17%[8]。也有研究指出，油料种子当含水量下降至1%以下时仍能保持活力[11]。李先恩[12]早期的研究表明，党参超干处理的种子(含水量3.43%)室温贮存1年后仍保持较高的发芽率，说明超干贮藏可提高党参种子的耐藏性。本研究得到了与李先恩相一致的结果，并发现党参种子含水量降低到3.36%～1.52%时，常温贮藏24个月后仍保持较高的活力，由此还可看出，当含水量降低到2%以下时，党参种子活力并未受影响。根据热力学D’Acry/Watt分析，种子中水分由3部分组成，其中一部分称为结构水(系以单个水分子为结合对象的强吸附位点上所结合的水)，这部分水一般与离子基团(如蛋白质中电离的羧基和氨基)结合，属于真正的生命水，对维持生物大分子结构和功能的完整性是必不可少的，若丢失结构水，将导致种子活力降低，干燥处理后能否存活也取决于细胞对结构水的保持能力[11]。程红焱等研究指出，油菜、花生和芝麻种子在极度干燥下，种子内结构水不易丢失，对种子活力无影响，并有很好的耐藏性[20]。党参种子含水量降到2%以下仍能保持较高活力，和其结构水可能没有丢失有关。

种子贮藏的最适含水量也受温度的影响，温度越高，贮藏的最适含水量越低[11]，并且，随着贮藏温度的下降，最适含水量范围变宽[13]。本研究表明，党参种子在24个月的贮藏期内，当温度由常温降低到4 ℃时，最适含水量范围由3.36%～1.52%变宽至5.13%～1.52%，但当温度继续下降到-4 ℃时，最适含水量范围保持不变。

本研究也显示，党参种子在贮藏过程中，抗氧化酶SOD、CAT活性基本呈现出随含水量或温度降低而下降变缓的趋势，并与种子活力的变化相一致，说明党参种子在低温低水下能保持较高的活力是与其相对较高活性的抗氧化酶系统密切相关的。但党参种子的相对电导率与其活力并不相关。以往对新麦草[14]、黑麦草、雀麦、苏丹草[21]等的研究也发现电导率与种子生活力不相关的结果。

综合分析结果表明，降低温度和超干处理可提高党参种子的耐藏性。在常温下贮藏24个月，党参种子的最适含水量范围为3.36%～1.52%；在4～-4 ℃低温下贮藏24个月，党参种子的最适含水量范围为5.13%～1.52%。低温低水可提高党参种子耐藏性与其保持了相对较高的抗氧化酶活性密切相关，但其机理有待进一步深入研究。