不同年份叶底珠种子营养物质含量、保护酶活性与种子活力研究

徐宁伟， 姚 楠， 沈江洁， 李婧实， 路 斌， 仲心雨， 徐兴友， 路丙社

(1.河北农业大学园林与旅游学院， 河北 保定 071000；2.河北科技师范学院园艺科技学院， 河北 秦皇岛 066600；3.河北科技师范学院海洋资源与环境学院， 河北 秦皇岛 066600；4.北京林业大学生物科学与技术学院， 北京 100083)

seed vitality

叶底珠(Securinegasuffruticosa(Pall.) Rehd.)又名一叶萩，为大戟科(Euphorbiaceae)一叶萩属(SecurinegaJuss.)植物，广泛分布于东北、华北、华东、华南等地区[1]。叶底珠雌雄异株，具有一定的观赏价值，适应能力强，在贫瘠或肥沃土地上均可生长，可作为干旱地区园林绿化的重要植被之一。叶底珠含一叶萩碱，是我国传统中药材，其嫩枝叶及根部入药，药用价值较高。

目前关于叶底珠的相关研究主要集中在栽培管理、化学成分等方面。赵文琪等[2]从选地整地、播种育苗、换床苗木规格、栽植方法、抚育管理、病虫害防治等方面，探讨了叶底珠绿化苗木的培育技术；吕海花等[3]对叶底珠根皮进行生药学研究，观测了叶底珠根部结构，鉴别出叶底珠根皮中含有一叶萩碱和别一叶萩碱；臧玉红和刘纵宇[4]采用原子吸收分光光度法，测定了叶底珠嫩芽中6种无机元素含量，结果表明，叶底珠嫩枝叶中富含人体必需的锰、锌等元素。以上对叶底珠的研究大多以其根、枝、叶为研究对象，对叶底珠种子的相关研究不多。课题组前期研究表明，叶底珠具有较强的耐旱性，干旱胁迫过程中叶底珠根系的POD同工酶增加了特异谱带，MDA含量具有明显的升降起伏[5]；叶底珠种子粗脂肪含量达37.12%，发芽率较高，同时种子中Mg、Ca微量元素含量高，易于萌发[6]；在叶底珠种子萌发过程中，种子含水量、可溶性糖、游离氨基酸含量增加，淀粉含量降低，蛋白质含量先降低后升高[7]。本研究以叶底珠种子为试验材料，在前期研究基础上，探究自然贮藏时间对叶底珠种子营养物质含量、保护酶活性及种子活力的影响，以期为叶底珠种质资源的开发与利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021年4月开始进行，供试材料为2018年，2019年，2020年采收的叶底珠种子，采集地为河北科技师范学院农学与生物科技学院试验站，均采集年(2018年)为树龄10年的同一棵叶底珠植株，由徐兴友教授鉴定。收获叶底珠果实后在通风干燥处自然开裂，收集种子于尼龙网袋中，室温室内开放保存，无任何温、湿度控制。

1.2 试验方法

1.2.1营养物质含量测定

可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮比色法测定，粗脂肪含量采用残余法测定，蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[6,8]。各3次重复。

1.2.2保护酶活性与MDA含量测定

超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚比色法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法测定[5,8]。各3次重复。

1.2.3种子发芽指标测定

2021年4月6日，选取适量2020年、2019年、2018年成熟饱满的叶底珠种子，分别放入200 mL小烧杯中，倒入100 mL自来水，室内自然浸种1 d。4月7日进行皿播处理，每皿30粒种子，各3次重复，放入4个设定不同温度(30 ℃，25 ℃，20 ℃，15 ℃)的培养箱进行暗培养，4月9日开始陆续发芽，每2 h观察统计发芽数，记录各处理种子发芽的初始时间，然后每天定时观察并记录发芽的种子数，以4个温度下最早出现连续3 d发芽数不变的25 ℃培养的2020年叶底珠种子的时间节点为发芽截止时间，确定发芽生长天数为发芽开始后的6个整天，挑选出各处理3次重复中所有发芽的叶底珠种子，统计发芽个数，测量胚根长度，计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数[9]。

发芽率(%)=(最终种子发芽数/供试种子数)×100%；

发芽势(%)=(发芽种子数达到高峰时正常发芽种子总数/供试种子数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt，

式中：Gt为第t天发芽种子数，Dt为发芽天数；

活力指数=发芽率×胚根长。

1.3 数据处理

采用Excel和SPSS软件统计分析数据并作图。

2 结果与分析

2.1 不同年份叶底珠种子营养物质含量的变化

表1为不同年份叶底珠种子营养物质含量的变化情况。叶底珠种子的粗脂肪含量十分丰富，其次是蛋白质和淀粉，可溶性糖含量较低。叶底珠种子在收获之后，随着贮藏年限的增加，种子内部粗脂肪、淀粉和可溶性糖的含量均呈现增加的趋势，2018年收获、贮藏2.5年的叶底珠种子中粗脂肪、淀粉和可溶性糖的平均含量均高于2019年收获、贮藏1.5年和2020年收获、贮藏0.5年的含量，其中不同年份种子的粗脂肪和淀粉含量无显著差异，2018年与2019年叶底珠种子的可溶性糖含量差异不显著，与2020年的差异显著。蛋白质含量变化趋势与粗脂肪、淀粉和可溶性糖相反，随着贮藏年限的增加而降低，2020年叶底珠种子的蛋白质含量与2019年、2018年的差异显著或极显著，2019年与2018年差异不显著。

表1 不同年份叶底珠种子营养物质含量变化Table 1 Effects of storage year on seed nutrient content of S. suffruticosa

2.2 不同年份叶底珠种子保护酶活性和MDA含量的变化

不同年份叶底珠种子SOD、POD、CAT活性和MDA含量变化不同(表2)。随着贮藏年限的增加，SOD活性先升高后下降，POD活性呈升高趋势，CAT活性呈下降趋势，MDA含量则随贮藏年限的增加呈升高趋势。SOD活性在3个年份间差异显著或极显著；POD活性在3个年份间差异极显著；2020年种子与2019年种子的CAT活性无显著差异，二者与2018年差异极显著；3个年份的MDA含量差异显著或极显著。

表2 不同年份叶底珠种子保护酶活性和MDA含量变化Table 2 Effects of storage year on seed protective enzyme activity and MDA content of S. suffruticosa

2.3 温度和贮藏年份对叶底珠种子发芽的影响

2.3.1不同温度、不同年份叶底珠种子的发芽进程

不同温度直接影响着叶底珠种子发芽起始与结束进程，不同年份同一温度及同一年份不同温度的叶底珠种子的发芽起始时间均有差异(表3)。25 ℃下叶底珠种子最早发芽，2020年、2019年、2018年3个年份的叶底珠种子，从皿播到发芽的起始时长分别为46 h、70 h、126 h，其次是30 ℃，2018年的叶底珠种子在20 ℃、15 ℃下不能发芽，2020年、2019年的叶底珠种子发芽的起始时长依次加长，15 ℃下从皿播到发芽的起始时长分别达到164 h、332 h，分别比25 ℃的叶底珠种子延迟发芽118 h、262 h。

表3 不同温度下不同年份叶底珠种子的发芽进程Table 3 Comparison of germination process of S. suffruticosa seeds in different years at different temperatures

2.3.2温度和贮藏年份对叶底珠种子发芽指标的影响

相同温度下，叶底珠种子的发芽率、发芽势、发芽指数均随着贮藏年限的增加而降低，由大到小排序是2020年、2019年、2018年(图1)。除2020年与2019年叶底珠种子在25 ℃下的发芽率、发芽势无显著差异或差异不显著，2018年种子在20 ℃、15 ℃下的发芽率、发芽势为0外，不同年份间叶底珠种子的发芽率均差异显著或极显著。不同年份叶底珠种子在30 ℃、25 ℃、20 ℃下发芽指数均差异显著或极显著，15 ℃下2020年、2019年叶底珠种子的发芽指数差异不显著。

图1 温度和贮藏年份对叶底珠种子发芽率、发芽势、发芽指数的影响Fig.1 Effects of temperature and storage year on germination rate, germination potential, germination index of S. suffruticosa

2020年叶底珠种子的发芽率、发芽指数随着温度的降低而降低，与30 ℃相比，25 ℃、20 ℃、15 ℃的发芽率分别下降2.23%、24.45%、65.56%，发芽指数分别下降2.97%，16.35%，29.44%，不同温度下2020年叶底珠种子的发芽势由大到小排序为30 ℃、20 ℃、25 ℃、15 ℃；2019年叶底珠种子的发芽率、发芽势在25 ℃下最高，发芽率分别比30 ℃、20 ℃、15 ℃下高1.11%，34.44%，73.33%，发芽势分别比30 ℃、20 ℃、15 ℃下高1.11%、5.56%、18.89%，不同温度下2019年叶底珠种子的发芽指数随着温度的降低先升高后下降；2018年叶底珠种子在25 ℃下的发芽率、发芽势、发芽指数均大于30 ℃。

温度和贮藏年份对叶底珠种子胚根的影响见表4。相同温度下，不同年份叶底珠种子的胚根长度随着贮藏时间的延长而减小，由长到短排序为2020年、2019年、2018年，30 ℃下不同年份叶底珠种子的胚根长度差异不显著，25 ℃下2020年和2018年种子的胚根长度差异显著，20 ℃下2020年和2019年种子的胚根长度差异极显著，15 ℃下2020年和2019年种子的胚根长度差异不显著。不同温度下，2020年叶底珠种子的胚根长度在20 ℃和25 ℃，30 ℃和15 ℃下差异不显著，在20 ℃和25 ℃两个温度下分别与15 ℃差异显著或极显著；2019年叶底珠种子的胚根长度在各个温度下无显著差异；2018年叶底珠种子的胚根长度在30 ℃和25 ℃下无显著差异。

表4 温度和贮藏年份对叶底珠种子胚根长度的影响Table 4 Effects of temperature and storage year on radicle length of S. suffruticosa

表5 活力指数与其相关性状的相关性分析Table 5 Correlation analysis of vitality index and other related characteristics

相同温度下，活力指数随着贮藏年限的增加而降低，由大到小排序是2020年、2019年、2018年(图2)。30 ℃、25 ℃、20 ℃下各个年份的活力指数均差异显著或极显著，15 ℃下2020年和2019年的活力指数差异不显著。不同温度下，各个年份的活力指数均呈先升高后下降的趋势，在25 ℃下达到最大。

图2 温度和贮藏年份对活力指数的影响Fig.2 Effects of temperature and storage year on vital index of S. suffruticosa

2.4 活力指数与其相关性状的相关性分析

通过对相关性状与活力指数的相关性分析发现，粗脂肪与活力指数在0.05水平上显著负相关，相关系数为0.998；发芽指数与活力指数在0.05水平上显著正相关，相关系数为1.000；蛋白质含量、SOD活性、CAT活性、发芽率、发芽势、胚根长度与活力指数呈正相关关系，但相关性不显著；可溶性糖含量、淀粉含量、POD活性、MDA含量与活力指数呈负相关关系，相关性未达显著水平。

3 讨 论

可溶性糖、淀粉、脂肪、蛋白质等是植物种子的重要营养物质，其含量多少因种而异。种子前期生长发育所需的营养物质与能量均来自其内部贮藏的这些营养物质，随着贮藏时间的延长，种子内部不断发生复杂的生理生化反应，直接导致种子内营养物质含量甚至性质的变化[10-11]。可溶性糖是种子光合作用前的底物，可反映呼吸底物的丧失和种子老化损伤程度[12]，随着贮藏年限的增加，叶底珠种子所含的可溶性糖含量上升，可能由于种子自然贮藏过程中，随着种子劣变，膜结构损伤增加导致，与吴浩等[12]、张永娟等[13]的研究结果一致。叶底珠种子淀粉以及粗脂肪含量随着贮藏时间的增加而上升，蛋白质含量则呈现下降的趋势，说明蛋白质可能用来合成种子必需的组织结构，与秦源源等[11]的研究结果类似。黄振艳等[10]证实随贮藏时间延长，蒙农红豆草种子中蛋白含量减少，结果表明粗蛋白含量多有利于种子的萌发生长，粗蛋白含量少则对种子的萌发和生长不利。聂朝相等[14]研究表明，多数牧草种子的粗脂肪含量随贮藏年限的增长而增加，粗蛋白质含量也有相同的变化，本研究结果与之不同。可见，贮藏年份对种子营养物质含量的影响是较为复杂的问题，存在种间差异，也受到环境条件等多重因素的制约。

植物在逆境的压力下会产生大量自由基，致使其体内的MDA含量增加。第一道抵御自由基伤害和保护植物细胞的防线是SOD，在SOD被激活之后，POD、CAT也相继被激活，构成植物体内的保护酶系统，通过清除植物体内多余的有毒过氧化物，维持植物细胞正常代谢[15]。种子老化会影响细胞酶活性，进而影响其内部代谢和相关酶活性，从而加大细胞损伤[16]。叶底珠种子SOD活性随贮藏年限的增加呈先升高后降低的趋势，POD活性随贮藏年限的增加呈升高趋势，CAT活性随贮藏年限的增加呈现下降趋势，MDA含量随贮藏年限的增加而升高，表明贮藏初期叶底珠种子在老化劣变的情况下，自身保护酶系统被激活，通过提高酶活性来维持种子活力，随着贮藏年限继续延长，保护酶系统清除的过氧化物速度跟不上种子老化劣变的速度，同时随着保护酶逐渐失活，导致MDA含量升高。研究表明，保护酶活性随种子老化时间的延长整体呈下降趋势，MDA含量随老化时间的延长而升高[17-22]，本研究结果与之基本一致。

种子作为植物最主要的繁殖材料，随着贮存时间的延长，种子的劣变老化将不可逆、不可避免地发生，进而表现出种子发芽率、生活力降低的特点[17,23]。种子萌发是植物体生活史中重要的阶段，种子萌发的启动时间、发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度等是衡量种子萌发能力和活力水平的重要指标[24-26]。随着贮藏年限的增加，叶底珠种子的萌发启动时间延长，发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度、活力指数均出现了不同程度的下降，这与前人在玉米[27]、大豆[28]、小麦[29]、水稻[30]种子老化研究中的研究结果一致。本试验中，活力指数与发芽率、发芽势、胚根长度等呈正相关关系，和发芽指数呈显著正相关关系，叶底珠种子的萌发特性及耐贮性可以通过发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等表现出来 。

4 结 论

随着贮藏年限的增加，叶底珠种子可溶性糖、淀粉以及粗脂肪含量呈现上升趋势，均为2020年最低，2018年最高，蛋白质含量与之相反。SOD活性先升高后降低，2019年最高，2018年最低；POD活性和MDA含量呈现升高趋势，2018年最高，2020年最低；CAT活性呈现下降趋，2020年最高，2018年最低。温度影响叶底珠种子发芽的起始与结束进程，25 ℃下叶底珠种子的萌发启动时间最短， 20 ℃、15 ℃下2018年种子不能发芽；相同温度下叶底珠种子的萌发启动时间随着贮藏年限的增加而延长，2020年种子发芽时间最短；发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长度均随着贮藏年限的增加而降低，由大到小排序为2020年、2019年、2018年。