不同贮藏条件对蒙古黄芪种子生理生化及活力的影响

鲁海坤， 姜业成， 隋 昕， 于芸泽， 于 营， 郭 靖

(1.中国农业科学院特产研究所， 吉林 长春 130000；2.吉林省农科院资源与环境研究所， 长春 130000)

蒙古黄芪(AstragalusmongholicusBunge)为豆科多年生草本植物，是中药黄芪源植物之一。黄芪性微温味甘，归肺、脾、肾三经，有补气固表、托毒生肌、利水退肿之功效[1]，是著名的滋补中药材和传统大宗出口商品。黄芪药用历史悠久，以其为原料生产的中成药达200多种，还广泛应用于食品、化妆品中。现代药理学研究表明，黄芪具有增强免疫功能、强心降压、抗氧化、抗病毒等作用[2-3]。在预防新冠肺炎(COVID-19)的中药处方中，黄芪出现的频次最高，因而受到关注[4]。由于野生资源的过度采挖，目前商品黄芪主要来源于人工栽培的蒙古黄芪。种子是蒙古黄芪的繁殖材料和种质资源遗传载体，因在贮藏过程中其活力丧失较快，生产上一般不使用隔年种子。为保证黄芪产业可持续发展，研究其种子活力丧失机理和适宜贮藏条件尤为重要。

本研究以不同含水量的蒙古黄芪种子为研究对象，通过对不同贮藏条件的种子发芽率及生理生化指标的测定分析，旨在分析种子活力下降与其生理生化特性的变化关系，为蒙古黄芪种子常规贮藏及低温种质库贮藏提供理论、技术参考，对于蒙古黄芪种植栽培和种质资源保存具有重要意义。

1 材 料

本研究的种子购于河北安国，经中国农业科学院特产所郭靖研究员鉴定为蒙古黄芪种子。种子初始含水量为9.8%，发芽率为89%。

2 方 法

2.1 不同含水量种子的制备

以种子初始含水量(9.8%)为最高含水量，将种子放进变色硅胶干燥器一段时间后，进行含水量的测定，直至得到含水量为6.6%、3.7%的种子，密封于铝箔袋中备用。

2.2 种子贮藏条件

将不同含水量的种子置于室内(20～27 ℃)、短期库(4±1 ℃，湿度≤45%)、中期库(-4±1)℃，湿度≤45%、长期库(-18±1)℃，湿度≤50%内贮藏。贮藏时间为2020年4月至2021年3月，共贮藏12个月，每3个月取样一次，测定种子发芽指标和生理生化指标。

2.3 种子发芽测定

种子发芽测定参照ISTA(1996)方法进行[5]，挑选籽粒饱满、大小均一的黄芪种子，沿子叶顶端部位切一个小口，采用滤纸发芽床，将两层滤纸置于直径9 cm的培养皿内，每皿100粒，3次重复。置于光照培养箱内发芽，温度和光照控制为15 ℃/25 ℃，高温8 h/低温16 h，高温时光照[36 mol/(m2·s)]，低温时黑暗。逐日检查发芽种子数，第7天统计发芽率。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%。

2.4 抗氧化酶活性测定

2.5 数据分析

采用Excel 2016软件进行数据计算和作图，使用SPSS 17.0软件进行方差分析和多重比较。

3 结果与分析

3.1 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子发芽率的影响

如图1所示，随着贮藏时间延长，不同贮藏条件下的蒙古黄芪种子发芽率均呈下降趋势，其中室内温度最高，发芽率下降最快，而长期库温度最低，发芽率下降最慢，且在同一贮藏条件下高含水量的种子发芽率下降幅度比低含水量的种子大。

经过12个月贮藏后，含水量为9.8%的种子在室内、短期库、中期库、长期库条件下的发芽率分别下降68.7%、55.1%、52.1%、46.4%；含水量为6.6%的种子发芽率在4种条件下分别下降63.5%、52.3%、50.4%、39.8%；含水量为3.7%的种子发芽率在4种条件下分别下降59.9%、48.9%、43.1%、29.0%。

3.2 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子活性氧含量的影响

注：不同小写字母表示同一时间点不同贮藏条件之间差异显著(p<0.05)。下同。图1 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子发芽率的影响Fig.1 Effects of different storage conditions on the germination rate of A. mongholicus seeds

图2 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子产生速率的影响Fig.2 Effects of different storage conditions on the production rate of A. mongholicus seeds

3.2.2不同贮藏条件对蒙古黄芪种子H2O2含量的影响

如图3所示，3个含水量的蒙古黄芪种子在0～6个月贮藏期间，不同贮藏条件(室内、短期库、中期库、长期库)之间的种子H2O2含量没有显著差别(p>0.05)，贮藏第9个月时，长期库的种子H2O2含量显著低于其他条件的种子(p<0.05)。

图3 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子H2O2含量的影响Fig.3 Effects of different storage conditions on the H2O2 content of A. mongholicus seeds

贮藏12个月后，含水量为9.8%的种子在4种贮藏条件下的H2O2含量分别增长44.3%、28.1%、15.8%、14.2%；含水量为6.6%的种子H2O2含量在4种条件下分别增长42.3%、36.0%、23.4%、18.8%；含水量为3.7%的种子H2O2含量在4种条件下分别增长34.7%、24.1%、19.2%、13.9%。

室温贮藏的种子H2O2含量增幅大于其他条件，其中长期库的种子H2O2含量增幅最小。高含水量的蒙古黄芪种子H2O2含量整体高于低含水量的种子。

3.3 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子抗氧化酶活性的影响

3.3.1不同贮藏条件对蒙古黄芪种子SOD活性的影响

如图4所示，含水量为9.8%和6.6%的种子在室内、短期条件下贮藏期间其SOD活性呈先上升后下降趋势，在中期库和长期库条件下贮藏期间其SOD活性整体呈上升趋势；含水量为3.7%的种子，在室内、中期库和长期库条件下贮藏其SOD活性整体呈先上升后下降趋势，在短期库条件下贮藏其SOD活性呈不断上升趋势。且不同含水量的种子在4种条件下贮藏12个月后其SOD活性高于贮藏初始阶段的活性，整体呈上升趋势。其中含水量为9.8%的种子在室内、短期库条件下贮藏前后SOD活性接近，在中期库和长期库贮藏后SOD活性有小幅增加(11.1%～13.7%)；含水量为6.6%的种子4种条件下贮藏后SOD活性均有小幅增加(6.9%～16.5%)；含水量为3.7%的种子4种条件下贮藏后SOD活性增幅较大(21.4%～36.1%)

图4 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子SOD活性的影响Fig.4 Effects of different storage conditions on SOD activity of A. mongholicus seeds

3.3.2不同贮藏条件对蒙古黄芪种子APX活性的影响

如图5所示，不同贮藏条件下的蒙古黄芪种子随贮藏时间延长，其APX活性总体呈下降趋势。在室内、短期库、中期库、长期库条件下贮藏12个月后，含水量为9.8%的种子APX活性分别下降58.5%、32.1%、24.3%、18.4%；含水量为6.6%的种子APX活性分别下降54.9%、37.5%、32.4%、30.0%；含水量为3.7%的种子APX活性分别下降39.0%、27.1%、16.8%、18.3%。由此可见，低温贮藏条件(短期库、中期库、长期库)比室内贮藏可以更好地保持APX酶活性，且低含水量的种子比高含水的种子APX酶活性高。

图5 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子APX活性的影响Fig.5 Effects of different storage conditions on APX activity of A. mongholicus seeds

3.4 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子MDA含量的影响

如图6所示，蒙古黄芪种子在不同条件下贮藏其MDA含量随时间延长整体呈上升趋势。在室内、短期库、中期库、长期库条件下贮藏12个月后，含水量为9.8%的种子MDA含量分别上升34.0%、26.1%、21.0%、18.2%；含水量为6.6%的种子MDA含量分别上升21.1%、15.8%、8.1%、6.3%；含水量为3.7%的种子MDA含量分别上升22.5%、17.1%、12.9%、8.0%。含水量为9.8%的种子MDA含量经过12个月贮藏后增幅最大，含水量为3.7%的种子次之，含水量为6.6%的种子MDA含量增幅最小，贮藏末期时种子MDA含量随种子含水量下降而降低。同一含水量同一时期，低温贮藏条件的蒙古黄芪种子积累的MDA含量要小于室内条件贮藏的种子。

图6 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子MDA含量的影响Fig.6 Effects of different storage conditions on the MDA content of A. mongholicus seeds

3.5 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子贮藏物质含量的影响

3.5.1不同贮藏条件对蒙古黄芪种子可溶性糖含量的影响

如图7所示，蒙古黄芪种子在室内、短期库、中期库、长期库4种条件下贮藏过程中，其可溶性糖含量均整体呈下降趋势，且前6个月含量变化幅度小。在室内、短期库、中期库、长期库条件下贮藏12个月后，含水量为9.8%的种子可溶性糖含量分别下降31.8%、10.8%、9.6%、5.4%；含水量为6.6%的种子可溶性糖含量分别下降25.2%、20.8%、8.2%、4.8%；含水量为3.7%的种子可溶性糖含量分别下降20.9%、17.5%、14.8%、12.8%。贮藏末期，低温贮藏条件下的蒙古黄芪种子可溶性糖含量高于低温下的可溶性糖含量，且低含水量的种子可溶性糖含量高于高含水量的种子。

图7 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子可溶性糖含量的影响Fig.7 Effects of different storage conditions on the soluble sugar content of A. mongholicus seeds

3.5.2不同贮藏条件对蒙古黄芪种子可溶性蛋白含量的影响

如图8所示，不同条件下贮藏的蒙古黄芪种子可溶性蛋白均随贮藏时间延长而逐渐下降。在室内、短期库、中期库、长期库条件下贮藏12个月后，含水量为9.8%的种子可溶性蛋白含量分别下降27.3%、21.0%、19.5%、8.4%；含水量6.6%的种子可溶性蛋白含量分别下降25.6%、24.4%、21.7%、11.5%；含水量为3.7%的种子可溶性蛋白含量分别下降26.3%、23.3%、20.1%、8.1%。贮藏前期(0～3个月)不同贮藏条件下的蒙古黄芪种子可溶性蛋白含量差异不明显，贮藏后期(9～12个月)不同贮藏条件下的蒙古黄芪种子可溶性蛋白含量差距较大，长期库条件贮藏的种子可溶性蛋白含量显著高于其他条件(p<0.05)，室内贮藏的种子可溶性蛋白含量最低。含水量为6.6%的种子可溶性蛋白含量在不同条件下贮藏12个月后下降幅度最大，其次为含水量6.6%的种子，含水量为3.7%的种子可溶性蛋白含量下降幅度最小。且贮藏12个月后含水量为3.7%种子的可溶性蛋白含量要高于含水量为9.8%的种子，含水量6.6%种子居中。

图8 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子可溶性蛋白含量的影响Fig.8 Effects of different storage conditions on the soluble protein content of A. mongholicus seeds

4 讨 论

种子自发育成熟后就会经历自然老化，但适宜的贮藏条件可以延缓种子活力丧失的过程。种子含水量和贮藏温度是影响种子活力的两大影响因素。通常情况下种子贮藏时间越长其活力越低，而其活力丧失快慢取决于种子的含水量以及贮藏温度。种子含水量和贮藏温度有协同作用，在同一含水量条件下温度越高活力丧失越快，同样在同一温度下，含水量越高种子活力丧失越快。因此，在种子保存时一般采用低温低湿条件。

4.1 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子活力的影响

本研究中蒙古黄芪种子贮藏期间其活力不断降低，贮藏12个月后种子活力下降幅度较大。其中在室内贮藏条件下，3个含水量的种子发芽率下降幅度都在50%以上，而低温贮藏条件的种子活力下降幅度较小，其中以长期库(-18 ℃)保存的种子发芽率最高，说明低温延缓了种子老化的速度。贮藏12个月后同一温度条件下，低含水量种子的发芽率高于高含水量的种子，说明含水量是种子贮藏过程中的重要影响因素，蒙古黄芪种子贮藏时含水量(3.7%)比含水量为6.6%和9.8%更有利于种子活力的保持，与李吟平等[8]在黄精种子贮藏研究中结果一致。

4.2 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子活性氧含量的影响

4.3 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子抗氧化酶活性的影响

本研究中，SOD在蒙古黄芪种子贮藏过程中呈上升趋势，与燕麦(白燕7号)种子贮藏结果研究一致[14]，说明SOD在种子贮藏过程中持续发挥着清除自由基的重要作用。蒙古黄芪种子贮藏过程中APX活性表现为随时间延长呈不断下降趋势，同时发芽率也逐渐降低，说明活性氧积累导致了种子活力的丧失。同等条件下，贮藏温度越高APX活性越低，含水量越低种子APX酶活性越高，与水稻贮藏研究结果相似[15]。

4.4 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子MDA含量的影响

种子老化过程中，体内活性氧积累随着贮藏时间延长，活性氧胁迫引起的膜质过氧化作用加剧，其产物如MDA等含量不断上升，MDA可以与核酸蛋白质等发生反应，导致这些大分子交联聚合，细胞受毒害程度加深[16]。本研究中，不同含水量和不同贮藏条件的种子随着贮藏时间延长，MDA含量均逐渐升高，这与细辛[17]和白鲜、芍药[18]贮藏研究结果一致。

4.5 不同贮藏条件对蒙古黄芪种子贮藏物质含量的影响

可溶性糖和可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调价物质，且能为植物生长发育提供必需的能量，种子老化过程中二者一般呈先上升再下降趋势，贮藏时间越长下降幅度越大。陈星可[19]在多花木兰种子贮藏研究中发现，其种子可溶性糖在贮藏4～9个月时呈上升趋势，而贮藏9～12个月时呈下降趋势。

本研究中，贮藏6～12个月时可溶性糖呈明显下降趋势，可能是由于贮藏时间延长，可溶性糖作为呼吸底物被消耗掉，导致细胞内可溶性糖含量减少，而且贮藏后高含水量种子的可溶性糖含量低于低含水量，这可能是由于种子含水量高呼吸作用强，消耗的呼吸底物更多有关[20]。蛋白质是维持细胞功能和结构的重要物质，贮藏蛋白与种子活力密切相关，一般情况下认为低活力的种子，其蛋白质合成能力下降，且蛋白和酶结构被破坏。本研究表明，蒙古黄芪种子贮藏过程中，可溶性蛋白不断下降，与Demirkaya M等[21]研究结果一致。

5 结 论

本研究将3种含水量的蒙古黄芪种子贮藏在4种不同温度条件下12个月，贮藏过程中每隔3个月测定种子的发芽指标及生理生化指标，分析不同含水量及贮藏条件对种子活力的影响，结果表明，低含水量且低温贮藏的种子，其在贮藏过程中产生的活性氧更少，抗氧化酶活性更高，积累的有毒物质少，贮藏物质损失小，种子活力更高，发芽率更高。本研究中蒙古黄芪种子贮藏最适条件为：含水量为3.7%、温度为-18 ℃。