籽用西葫芦籽粒性状及营养成分积累规律的研究

菅彩媛，苏文斌，郭晓霞，黄春燕，李智，樊福义，宫前恒，田露，张强，张建民，任霄云

（1.内蒙古自治区农牧业科学院特色作物研究所，内蒙古呼和浩特010031；2.乌兰察布市农牧业科学研究院，内蒙古集宁012000；3.呼伦贝尔农垦集团谢尔塔拉农牧场，内蒙古海拉尔021000）

籽用西葫芦属葫芦科南瓜属一年生草本植物，是内蒙古地区新兴特色经济作物，籽粒食用方便、适口性好，深受人们的喜爱。籽用西葫芦籽粒中的蛋白质含量达到34%～40%[1]、粗脂肪含量40.4%～41.0%[2]，具有较高的营养价值。此外，籽粒富含葫芦巴碱和丰富的胡萝卜素、钾、磷[3]，具有消炎、防癌、降脂、降糖[4-6]、止痒润肤的功效，是优良的保健食品[7]。

我国籽用西葫芦种植区域主要分布在内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、甘肃省和山西省等地，种植面积约23.33万hm2[8]。内蒙古籽用西葫芦种植面积为9.07万hm2，约占全国播种面积的39%，居全国第1位，主要分布在巴彦淖尔市、包头市、呼和浩特市、乌兰察布市等地区。

前人对籽用西葫芦的研究报道均集中在品种选育、栽培措施等方面，而对于养分积累过程的研究也仅限于食用南瓜、籽瓜等葫芦属作物，关于籽用西葫芦养分积累过程的研究还未见有文献报道。本试验分析了籽用西葫芦生长发育过程中的籽粒性状及籽粒内蛋白质、粗脂肪、淀粉、可溶性糖等营养成分的动态变化，旨在揭示籽用西葫芦营养成分积累变化规律，为优质籽用西葫芦栽培和育种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于2019年在内蒙古自治区农牧业科学院试验地（40°48′N，111°42′E，海拔1 051.5 m）进行。试验地土壤肥力中上等，有效磷含量65.1 mg/kg、速效氮含量1.71 g/kg、速效钾含量405 mg/kg，pH值为8.27。

1.2 试验材料与设计

试验材料选用内蒙古自治区农牧业科学院自育品种金地3号。2019年5月14日播种，9月18日拉秧。试验设3次重复，共3个小区，行距65 cm，株距45 cm（34 200株/hm2），小区面积60 m2。

1.3 测定方法与指标

在植株雌花开放后，选取前3 d内开花的果实进行挂牌标记。每隔7 d每小区随机取5株，每株取1个果实，共计5个果实作为样品，进行指标测试，取其平均值。样品采收和测试时间为挂牌标记开始直至果实成熟。

籽粒大小的测量：每次取20粒种子用千分尺测定长、宽、厚；百粒重：用分析天平（0.01 g）称各时期100粒种子的重量，重复3次，取平均值。

籽粒含水量/%=［（籽粒鲜重-籽粒干重）/籽粒鲜重］×100

粗脂肪的测定采用索氏抽提法[9]；蛋白质的测定采用凯氏定氮法[10]；可溶性糖、淀粉含量的测定采用蒽酮比色法[11]。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007和SAS 9.0软件进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 籽用西葫芦籽粒性状变化

2.1.1 籽粒大小的变化籽粒大小是衡量籽用西葫芦产品质量的重要指标。由图1可知，授粉后前14 d，籽粒长、宽分别由0.91、0.51 cm增长到1.76、1.11 cm，增长量占籽粒建成后的44.54%、52.54%；授粉14 d以后，籽粒大小增长速度十分缓慢，14～70 d，籽粒的长度只增加了8.56%，宽度只增加了3.30%。这说明授粉后前14 d是籽粒的快速增长期，种子大小主要在此阶段建成。

图1 籽用西葫芦发育过程中籽粒大小的变化

2.1.2 籽粒重量的变化由表1可知，从籽粒形成开始至成熟，单瓜籽粒鲜重呈先增加后缓慢降低趋势，在授粉后28 d达到最高值，为199.53 g，之后随着种子成熟程度的增加逐渐降低。方差分析显示，在授粉后14、21、28、35、42、49 d单瓜籽粒鲜重存在极显著差异（P＜0.01）；56、63、70 d无显著差异（P＞0.01），但与14～49 d相比差异极显著（P＜0.01）。单瓜籽粒干重则随着种子成熟程度的不断增加而增加，14、21、28、35、42、63、70 d单瓜籽粒干重呈极显著差异（P＜0.01），49、56 d无显著差异（P＞0.01），但与14～42 d，63、70 d相比差异极显著（P＜0.01）。在此过程中，水分含量变化呈逐渐下降趋势，授粉后14～28 d，水分下降缓慢，28 d后水分含量下降较快，由87.92%下降到45.65%。

表1 籽用西葫芦发育过程中籽粒重量的变化

2.1.3 百粒重的变化由图2可知，在授粉后7 d，籽粒营养物质积累少，百粒鲜重仅6.37 g，风干后，其重量几乎可忽略不计。在授粉后21 d内，籽粒百粒鲜重呈直线上升趋势，由6.37 g增加到47.84 g，增加量为41.47 g；28 d后百粒鲜重逐渐下降。百粒干重随着生育期延长呈逐渐上升趋势，直至授粉后56 d，百粒干重增加缓慢，趋于稳定；授粉后14～70 d，百粒干重由3.77 g增加到20.93 g。

图2 籽用西葫芦发育过程中籽粒百粒重的变化

2.2 籽用西葫芦籽粒营养成分的积累规律

2.2.1 籽粒蛋白质的积累规律种子发育过程即营养物质在种子内不断变化和积累的过程。由图3可知，籽粒中蛋白质含量呈“慢-快-慢”的增长趋势。在授粉后14～28 d，蛋白质含量增加速度缓慢，由23.61%增加到26.49%；授粉后28～42 d，蛋白质含量积累迅速，由26.49%增加到33.38%；42 d后，籽粒蛋白质的含量基本保持相对稳定状态。整个生育期，蛋白质含量最高达35.07%。

图3 籽用西葫芦发育过程中籽粒蛋白质的动态变化

2.2.2 籽粒粗脂肪的积累规律由图4可知，籽用西葫芦种子的粗脂肪含量积累动态呈现“S”形曲线增长趋势。授粉后14～21 d，粗脂肪含量变化不大；21 d开始至授粉后49 d，粗脂肪含量呈直线增加，由4.79%增加到42.33%；49 d后呈缓慢增长，直至成熟，粗脂肪含量最高达43.21%。

图4 籽用西葫芦发育过程中籽粒粗脂肪的动态变化

2.2.3 籽粒淀粉的积累规律淀粉是高等植物中贮藏碳水化合物的重要物质，是植物体内贮藏最丰富的多糖之一[12]。有研究指出，淀粉的合成底物是可溶性糖，其含量的多少与可溶性糖的含量密切相关[13-14]。由图5可知，不同生长发育时期，种子内淀粉含量呈先增长后降低的趋势。授粉后28 d淀粉含量为21.82%，到42 d后，已下降到5.96%，下降了15.86个百分点；42 d后淀粉含量趋于稳定。

图5 籽用西葫芦发育过程中籽粒淀粉的动态变化

2.2.4 可溶性糖的积累规律由图6可知，可溶性糖含量呈“快-慢”的下降趋势。授粉后14 d，可溶性糖含量为23.11%；授粉后49 d，已下降到1.61%；授粉后56 d至成熟，籽粒内已检测不到可溶性糖。这是由于可溶性糖在种子的生长发育过程中已逐步转化成为其他贮藏物质。

图6 籽用西葫芦发育过程中籽粒可溶性糖的动态变化

蛋白质、脂肪含量均为评价籽用西葫芦品质的重要指标。由表2可知，不同时期籽粒中蛋白质、粗脂肪、淀粉和可溶性糖含量差异较大。授粉后14、21、28、35 d的蛋白质含量差异极显著（P＜0.01）；42、49、56、63 d无显著差异（P>0.01），但与14～35 d呈极显著差异（P＜0.01）。粗脂肪含量随着种子成熟呈逐渐增加的趋势，授粉后28、35、42 d差异极显著（P＜0.01）；14、21 d以及49、56、63、70 d无显著差异（P>0.01），但与28～42 d呈极显著差异（P＜0.01）。淀粉含量随着种子成熟呈“升高-降低”的趋势，授粉后14、35 d差异极显著（P＜0.01），21、28 d和42、49、56、63、70 d无显著差异（P>0.01），但与14、35 d呈极显著差异（P＜0.01）。可溶性糖含量随着种子成熟逐渐减少，授粉后14、21、28、35 d差异极显著（P＜0.01）；42、49 d无极显著差异（P>0.01），但与14～35 d比较呈极显著差异（P＜0.01）；56 d后，籽粒中检测不到可溶性糖含量。

表2 籽用西葫芦成熟过程中主要营养成分变化

3 讨论

结合籽粒性状及营养成分指标分析，开花后14 d内，是籽用西葫芦种子快速发育时期，也是决定种子大小的关键时期。在此阶段，种子大小迅速增加，但营养成分尚未开始积累。这主要是由于植株开花后，杂交授粉完成，子房内生长素含量迅速增加，养料集中运输到子房，使果实迅速膨大[15]。

从授粉后14 d开始，籽粒生长发育缓慢，籽粒水分含量随着籽用西葫芦的生长发育逐渐降低，但百粒干重不断上升。这是由于籽粒形态建成后，进入了营养成分积累的阶段，籽粒内自由水转化成结合水，并且将合成的蛋白质、粗脂肪等存放在子叶或者胚乳中，干重不断增加。授粉后21 d开始，植株内的营养物质开始向籽粒转运并积累。因此，在授粉后7～21 d，需要加强田间水肥管理，特别注意土壤水分含量的变化，水肥供应不足会影响籽用西葫芦籽粒的产量和外观品质。从授粉后28 d开始，籽粒进入营养物质迅速积累的时期，种子蛋白质、粗脂肪含量迅速上升，是决定籽粒品质的关键时期。本试验表明，随着籽用西葫芦的生长发育，种子蛋白质、粗脂肪含量均呈“慢-快-慢”的增长模式，淀粉含量随着种子发育呈先增加后降低的趋势，可溶性糖含量随着粗脂肪、蛋白质含量的增加而减少，这与王萍等[16]的研究结果相似。吴奇峰等[17]研究表明，大豆籽粒脂肪相对含量的变化在不同品种间均呈现出随籽粒的成熟不断递增的趋势，这主要是由于灌浆过程中可溶性糖转化为了脂肪。王晓娟[18]对不同发育时期籽瓜种仁的营养成分含量进行研究，发现籽瓜种子蛋白质和油脂的积累与种子生长是同步的，由茎、叶等器官转运过来的碳水化合物未经大量积累就转化成了蛋白质和油脂，绝对含量和比例都呈稳定增加的趋势；伴随种子的生长发育，可溶性糖和淀粉含量逐渐降低。孙守如等[19]研究发现，西葫芦的种子在发育过程中，有2个高峰期，一个为授粉后的7～14 d，是种子大小的建成期；另一个为21～28 d，是胚发育的充实期，这期间决定种子质量的优劣。可溶性糖与淀粉、粗脂肪与蛋白质存在明显的转化关系，这个转化主要在种子发育的21～28 d，以积累粗脂肪、蛋白质为主。

本试验中，种子淀粉含量和可溶性糖含量的低谷期与种子蛋白质、粗脂肪含量高峰期对应。这说明在种子发育中，淀粉、可溶性糖与粗脂肪、蛋白质存在相互转化关系，重点以蛋白质、粗脂肪的积累为主，这与孙守如等[19]的研究规律一致。

4 结论

试验结果表明，籽用西葫芦种子成熟过程主要有2个阶段，授粉后14 d内，是种子形态建成的主要阶段，籽粒长、宽的增长量分别占籽粒建成后的44.54%、52.54%，此后，籽粒大小增长速度缓慢；授粉后21 d开始，种子粗脂肪、蛋白质等营养物质迅速积累。在籽粒形成过程中，不同时期营养物质含量的变化差别较大，粗脂肪、蛋白质含量随着种子成熟呈现“慢-快-慢”的增加趋势，在授粉后63 d和70 d，籽粒粗脂肪和蛋白质含量达到最高，分别为43.21%和35.07%；淀粉含量则呈现先缓慢增加后直线下降的趋势，由最高时期的21.82%下降到4.91%；可溶性糖在授粉后49 d之后转化为其他贮藏物质，籽粒内已检测不到可溶性糖。授粉后28～42 d是籽粒营养物质积累的关键时期，此时期需要精准栽培管理。