储藏年限对辣木种子萌发、生理特征及净水效果的影响

杨朴丽, 张祖兵, 丁海云, 龙继明, 徐 通, 段 波, 杨 焱

(1.云南省热带作物科学研究所, 云南 景洪 666100;2.云南省玉溪市元江县农业技术推广服务中心, 云南 元江 653300)

辣木是一种热带植物,属辣木科辣木属,包含14个种,生长迅速耐恶劣环境,被称为“奇迹树”[1]。可作为膳食补充剂、饲料添加剂、天然净水剂和日化品添加剂等[2]。辣木树通过种子或枝条扦插、嫁接繁殖,耐贫瘠、高温可作为改善生态环境的优选树种,目前,辣木已经从印度西北部扩展到全球的热带和亚热带地区[3-4]。通常把辣木嫩梢作物新鲜蔬菜食用,除此之外,印度、马来西亚等热带岛屿国家的人们也会在饮食中使用细长的绿色豆荚作为蔬菜,并将棕色豆荚的种子作为食物食用[5]。有研究报道指出,辣木不同部位的营养价值由高到低为辣木籽、辣木叶、辣木籽壳、辣木茎[6],辣木种子的提取物还具有很好的辅助降血脂、缓解炎症等功效[7-8],大量研究还表明,辣木种子无毒可有效软化水,用水提取辣木种子会释放出活性成分二聚体蛋白,其分子量接近13 kDa,等电点在10～11之间,使用辣木种子作为主要絮凝剂,用蒸馏水或 NaCl 溶液萃取后,浊度去除效率能达到80%～98%[9-10]。Katayon等[11]研究表明,辣木籽粉的絮凝效率取决于不同的储存条件、容器类型和存储时间。储藏年限对多种作物种子萌发及生理特征变化等方面有一定影响,已有研究者在油松、花椰菜、烟草、麻风树、纳罗克非洲狗尾巴草、老麦芒、新麦草、大白菜、玉米、水稻和棉花等植物上都有相关报道,有关储藏年限对辣木种子的影响的研究还鲜见报道,所以本试验以不同储藏年限的辣木种子为材料,探讨其种子萌发、生理生化特性及净水效果的变化规律,旨在探明储藏年限对辣木种子活力及净水效果等的影响,以期为辣木种子合理储藏、资源保存、育种繁殖和加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以自然储藏1年(2018年采收)、2年(2017年采收)、3年(2016年采收)、4年(2015年采收)的辣木PKM 1净种子为材料,测定种子发芽率、生理生化指标及净水效果。发芽试验在云南省热带作物科学研究所辣木研究中心苗圃大棚进行,其余试验在实验室开展。

1.2 试验方法

1.2.1发芽试验

选取饱满的辣木种子进行1 000倍多菌灵浸种12 h后播种,沙床上发芽,每处理100粒,3次重复。每日统计发芽种子数,第14天统计发芽率。

发芽率/%=(第14天发芽种子数/供试种子总数)×100%[12]。

1.2.2种子生理生化指标的测定

1) 含水量的测定:先将样品盒预先烘干、冷却、称重(盒重),将种子放入预先烘干和称重过的样品盒内称重(盒+烘前种子重),将种子捣碎后于105 ℃烘箱,烘8 h。从烘箱中取出前加盖,放入干燥器内冷却后称重(盒+烘后种子重)。

种子含水量/%=[(烘前种子重-烘后种子重)/烘前种子重]×100%[13]。

2) 种子电导率测定:每个重复10粒种子,3次重复,去除种壳,用蒸馏水冲洗3遍,吸干种子表面水分装入200 mL试管中,在室温下加入40 mL蒸馏水浸泡12 h,用梅特勒电导仪检测电导值(S 1),在沸水中煮30 min,冷却后再次检测电导值(S 2),计算相对电导率。

相对电导率/%=(S 1/S 2)×100%。

3) 相关生理指标测定:种子去壳后,将10 g辣木种仁置于培养皿中加蒸馏水,在室温条件下吸胀12 h后,吸干表面水分,每个指标测定分别称取0.5 g种子,3次重复。采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定丙二醛(MDA)含量;采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质含量;采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶(CAT)活性;采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[14]。

1.2.3辣木籽净水试验

水样制备:取云南省热带作物科学研究所边坡土样100 g(湿重),在105 ℃条件下放入烘箱中烘干,冷却至室温,用粉碎机研磨成0.1 mm粒径,称取5 g土样置于蒸发皿中加蒸馏水浸润,2 d后加入湖水1 000 mL,用电子摇床搅拌均匀,静置2 h后,把上层混水液全部倒入1 000 mL容量瓶中定容备用,从而得到一定浊度的混水样[15]。

分别取200 mL混水样倒入1～5号200 mL烧杯中,6～10号烧杯中分别加入200 L墨汁混合液,11～15号烧杯中分别倒入200 mL可乐。将不同年限的辣木种子去壳后研碎,分别称取不同年限的辣木籽粉1 g加入烧杯中,搅拌5 min,以未加辣木籽粉为对照,记录澄清所需的时间。

2 结果与分析

2.1 不同储藏年限对种子发芽率的影响

由图1可知,随着辣木种子储藏年限的延长,发芽率呈下降的趋势,储藏1年的种子发芽率最高,为78.67%,储藏2年、3年、4年的种子发芽率分别为72%、62.67%、0。储藏1年的种子发芽率虽高于储藏2年的,但差异不显著(p<0.05),储藏3年的种子(p<0.05),储藏年限超过3年的辣木种子活力丧失严重,当储藏年限达4年时,已经丧失种用价值。

图1 不同储藏年限对辣木种子发芽率的影响 Fig.1 Effects of different storage years on germination rate of Moringa oleifera seeds

由图2可看出,辣木种子发芽率呈“S”型曲线增长,随着储藏年限的延长,种子萌动日期也随之推迟。储藏1年的种子在播种后第5天开始发芽,储藏3年的种子在播种后第6天开始发芽,储藏2年的种子在播种后第8天大量发芽,储藏4年的种子全程无萌发。储藏3、储藏2年和储藏1年的种子均在播种后第12天发芽率趋于稳定,辣木种子发芽率由高到低依次为储藏1年、2年、3年。

图2 不同储藏年限辣木种子的萌发过程Fig.2 Germination process of Moringa oleifera seeds in different storage years

2.2 不同储藏年限对辣木种子生理特性的影响

2.2.1不同储藏年限对辣木种子含水量及电导率的影响

由图3可看出,储藏1～4年的辣木种子含水量依次为7.69%、8.15%、9.99%和8.65%,随着储藏年限的延长,水分呈先增后降的趋势。辣木种子含水量除储藏2年与储藏4年差异不显著外,其他储藏年限间的含水量差异显著(p<0.05)。

图3 不同储藏年限辣木种子的含水量Fig.3 Water content of Moringa oleifera seeds in different storage years

由图4可知,随着储藏年限的延长,相对电导率呈现出逐渐下降的趋势,储藏1～4年的辣木种子相对电导率依次为26.70%、25.39%、21.92%、20.71%,各年限间均无显著差异(p<0.05),说明不同储藏年限对辣木种子电导率影响不显著。

图4 不同储藏年限对辣木种子相对电导率的影响Fig.4 Effects of different storage years on the relative electrical conductivity of Moringa oleifera seeds

2.2.2不同储藏年限对辣木种子MDA含量及可溶性蛋白的影响

种子在发生衰老劣变的过程中,其内部发生一系列的氧化催化作用会造成膜脂过氧化,而MDA作为膜脂过氧化的主要产物之一,常被作为检测种子受伤害程度的指标之一。随着辣木种子储藏年限的增加,MDA含量呈逐渐上升趋势,储藏4年后急剧下降(图5)。储藏1年的辣木种子与储藏2、3年的相比,MDA含量显著增加,增幅分别为56.37%,46.10%,储藏4年的辣木种子MDA含量较大幅度的下降,显著低于其余储藏年限(p>0.05), 说明储藏4年对辣木种子的MDA含量影响最大。

图5 不同储藏年限对辣木种子MDA含量的影响Fig.5 Effects of different storage years on MDA content of Moringa Oleifera seeds

图6显示,随着储藏年限的延长,辣木种子中可溶性蛋白含量的变化趋势与MDA含量基本一致,呈先升后降的趋势,并在储藏2年时达到最高值,但其可溶性蛋白含量上升不明显,仅上升0.51%(p>0.05),储藏3年的辣木种子可溶性蛋白含量下降,与储藏1年的种子相比,可溶性蛋白含量下降0.79 mg/g,随着种子进一步的老化,储藏4年时,辣木种子中可溶性蛋白含量较储藏1年的下降了2.3 mg/g。显著性分析可看出,储藏1年的种子与储藏2、3年的辣木种子可溶性蛋白含量差异不显著,储藏2年与储藏4年的辣木种子可溶性蛋白含量呈显著差异(p<0.05)。

图6 不同储藏年限对辣木种子可溶性蛋白含量的影响Fig.6 Effects of different storage years on soluble protein content of Moringa Oleifera seeds

2.2.3不同储藏年限对辣木种子SOD、POD和CAT活性的影响

如表1可知,在辣木种子老化进程中,SOD活性呈先降后升又降的趋势,储藏1年的辣木种子SOD活性最高,储藏2年的最低,其次是储藏4年的辣木种子,但两者间差异不显著,其余储藏年限间差异显著。POD和CAT活性变化趋势相同,均随着储藏年限的延长而不断下降。从表1可看出,POD和CAT的活性从高到低依次为储藏1年、储藏2年、储藏3年、储藏4年。各储藏年限间CAT活性差异显著(p<0.05),且下降幅度较大,综上说明,辣木种子储藏4年后细胞活性氧化代谢平衡受到严重破坏,种子发生了劣变。

表1 不同储藏年限对辣木种子保护酶活性的影响Table 1 Effects of different storage years on protective enzyme activities of Moringa oleifera seeds

2.2.4不同储藏年限辣木种子各指标间的相关性分析

发芽率、生理生化指标相关性分析结果(表2)表明,发芽率与可溶性蛋白含量呈显著正相关,电导率与POD活性、CAT活性分别呈显著和极显著正相关,POD与CAT间显著正相关。说明可溶性蛋白含量可作为确判断辣木种子劣变的指标。

表2 不同储藏年限辣木种子各指标间的相关系数Table 2 Correlation coefficient of each index of Moringa Oleifera seeds with different storage years

2.3 辣木籽净水试验

测定红土、可乐和墨水的pH值分别为5.394、2.440和7.852。不同储藏年限辣木籽净水效果的试验结果(表3)表明,可乐絮凝效果最快,其次是墨汁、红土则需2 h左右。储藏4年的辣木籽对墨汁沉降,所需时间略多于其他处理,但相比未加辣木籽的对照,颜色变化明显,絮凝效果显著,盛装墨汁的烧杯变澄清,絮状物沉降于烧杯底部;不同储藏年限处理对烘干土壤调成的浑浊水样澄清效果差异不大,浑浊变澄清所需的时间在2 h左右;不同储藏年限对可乐的沉降效果影响依次为储藏1年>2年>4年>3年,储藏1年的辣木籽所需时间最短,为12 min,储藏3年的辣木籽所需时间最长,为47 min。

表3 不同储藏年限辣木种子净水效果Table 3 Water purification effect of Moringa Oleifera seeds with different storage years

3 结论与讨论

本研究结果表明,储藏1、2、3、4年的辣木种子发芽率分别为78.67%、72%、62.67%、0。说明储藏4年的种子活力丧失,生产上不应选储藏年限超过3年的种子育苗。随着储藏年限的延长,种子生活力会逐渐丧失,其发芽势和发芽率也会逐步降低[16]。王华宇等[17]研究表明,随着辣木种子储藏年限的延长,发芽率总体呈下降的趋势。含水量是影响种子变质速度和最终寿命的重要因素。研究表明,在1～4年的储藏期内,辣木种子含水量在7.69%～9.99%之间,储藏1年的含水量为7.69%。Toit等[18]研究表明,含水量高于8%会降低储藏24个月的辣木种子寿命。种子储藏过程中,内部富含的溶酶体受到破坏,贮藏物质降解速度加快,会导致可溶性蛋白等含量的降低[19]。随着储藏年限的增加,种子含水量、MDA含量、可溶性蛋白含量呈先增后降的趋势,其中储藏4年的种子可溶性蛋白含量显著低于其余储藏年限;电导率、POD和CAT逐渐降低,电导率差异不显著,各处理氧化酶活性(SOD、POD和CAT)差异明显,随着储藏年限的延长,储藏年限短的辣木种子POD和CAT显著高于储藏年限长的,储藏1年的种子SOD活性显著高于其余储藏年限。不同储藏年限辣木种子的发芽率与生理生化指标间的相关分析得出,电导率分别与POD、CAT活性呈极显著正相关,POD与CAT间显著正相关。可溶性蛋白含量与发芽率呈显著正相关,这与杨全等[20]的研究结果一致。说明可溶性蛋白含量是初步判断辣木种子劣变的指标。通过净水试验可看出,储藏年限对种子净水效果影响不大。Golestanbagh等[21]研究表明,辣木是一种环境友好型除浊剂,从收获开始贮藏达2个月对辣木种子絮凝效果没有显著影响。Katayon等[22]研究表明,辣木种子的絮凝效率与不同条件下和不同持续时间的贮藏无关。

生产上种子育苗成本较低适合大面积作业,部分种子发芽率低,种植后出苗不佳,给农业生产造成损失。本研究对不同储藏年限辣木种子萌发、生理特性及净水效果进行初步探究,对辣木种子生产栽培和利用具有积极指导意义,完善了辣木种子储藏方面资料,揭示了与辣木萌发存在相关的生理指标,验证了储藏年限长的辣木种子也可作为天然净水剂得到充分利用。已有相关研究表明,种子储藏还对其营养物质含量具有影响[23],辣木种子富含丰富的辣木籽油、蛋白酶等,储藏年限与辣木籽营养含量及播种后植株长势、产量品质等性状的关系有待进一步研究,而辣木籽作为净水剂等相关产品要得到大规模商业化应用,还需系统地进行多学科综合研究。