儲藏年限對辣木種子萌發(fā)、生理特征及凈水效果的影響

楊樸麗, 張祖兵, 丁海云, 龍繼明, 徐 通, 段 波, 楊 焱

(1.云南省熱帶作物科學(xué)研究所, 云南 景洪 666100;2.云南省玉溪市元江縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 云南 元江 653300)

辣木是一種熱帶植物,屬辣木科辣木屬,包含14個種,生長迅速耐惡劣環(huán)境,被稱為“奇跡樹”[1]。可作為膳食補充劑、飼料添加劑、天然凈水劑和日化品添加劑等[2]。辣木樹通過種子或枝條扦插、嫁接繁殖,耐貧瘠、高溫可作為改善生態(tài)環(huán)境的優(yōu)選樹種,目前,辣木已經(jīng)從印度西北部擴展到全球的熱帶和亞熱帶地區(qū)[3-4]。通常把辣木嫩梢作物新鮮蔬菜食用,除此之外,印度、馬來西亞等熱帶島嶼國家的人們也會在飲食中使用細長的綠色豆莢作為蔬菜,并將棕色豆莢的種子作為食物食用[5]。有研究報道指出,辣木不同部位的營養(yǎng)價值由高到低為辣木籽、辣木葉、辣木籽殼、辣木莖[6],辣木種子的提取物還具有很好的輔助降血脂、緩解炎癥等功效[7-8],大量研究還表明,辣木種子無毒可有效軟化水,用水提取辣木種子會釋放出活性成分二聚體蛋白,其分子量接近13 kDa,等電點在10～11之間,使用辣木種子作為主要絮凝劑,用蒸餾水或 NaCl 溶液萃取后,濁度去除效率能達到80%～98%[9-10]。Katayon等[11]研究表明,辣木籽粉的絮凝效率取決于不同的儲存條件、容器類型和存儲時間。儲藏年限對多種作物種子萌發(fā)及生理特征變化等方面有一定影響,已有研究者在油松、花椰菜、煙草、麻風樹、納羅克非洲狗尾巴草、老麥芒、新麥草、大白菜、玉米、水稻和棉花等植物上都有相關(guān)報道,有關(guān)儲藏年限對辣木種子的影響的研究還鮮見報道,所以本試驗以不同儲藏年限的辣木種子為材料,探討其種子萌發(fā)、生理生化特性及凈水效果的變化規(guī)律,旨在探明儲藏年限對辣木種子活力及凈水效果等的影響,以期為辣木種子合理儲藏、資源保存、育種繁殖和加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以自然儲藏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凈種子為材料,測定種子發(fā)芽率、生理生化指標及凈水效果。發(fā)芽試驗在云南省熱帶作物科學(xué)研究所辣木研究中心苗圃大棚進行,其余試驗在實驗室開展。

1.2 試驗方法

1.2.1發(fā)芽試驗

選取飽滿的辣木種子進行1 000倍多菌靈浸種12 h后播種,沙床上發(fā)芽,每處理100粒,3次重復(fù)。每日統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù),第14天統(tǒng)計發(fā)芽率。

發(fā)芽率/%=(第14天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%[12]。

1.2.2種子生理生化指標的測定

1) 含水量的測定:先將樣品盒預(yù)先烘干、冷卻、稱重(盒重),將種子放入預(yù)先烘干和稱重過的樣品盒內(nèi)稱重(盒+烘前種子重),將種子搗碎后于105 ℃烘箱,烘8 h。從烘箱中取出前加蓋,放入干燥器內(nèi)冷卻后稱重(盒+烘后種子重)。

種子含水量/%=[(烘前種子重-烘后種子重)/烘前種子重]×100%[13]。

2) 種子電導(dǎo)率測定:每個重復(fù)10粒種子,3次重復(fù),去除種殼,用蒸餾水沖洗3遍,吸干種子表面水分裝入200 mL試管中,在室溫下加入40 mL蒸餾水浸泡12 h,用梅特勒電導(dǎo)儀檢測電導(dǎo)值(S 1),在沸水中煮30 min,冷卻后再次檢測電導(dǎo)值(S 2),計算相對電導(dǎo)率。

相對電導(dǎo)率/%=(S 1/S 2)×100%。

3) 相關(guān)生理指標測定:種子去殼后,將10 g辣木種仁置于培養(yǎng)皿中加蒸餾水,在室溫條件下吸脹12 h后,吸干表面水分,每個指標測定分別稱取0.5 g種子,3次重復(fù)。采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定丙二醛(MDA)含量;采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量;采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性;采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶(CAT)活性;采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性[14]。

1.2.3辣木籽凈水試驗

水樣制備:取云南省熱帶作物科學(xué)研究所邊坡土樣100 g(濕重),在105 ℃條件下放入烘箱中烘干,冷卻至室溫,用粉碎機研磨成0.1 mm粒徑,稱取5 g土樣置于蒸發(fā)皿中加蒸餾水浸潤,2 d后加入湖水1 000 mL,用電子搖床攪拌均勻,靜置2 h后,把上層混水液全部倒入1 000 mL容量瓶中定容備用,從而得到一定濁度的混水樣[15]。

分別取200 mL混水樣倒入1～5號200 mL燒杯中,6～10號燒杯中分別加入200 L墨汁混合液,11～15號燒杯中分別倒入200 mL可樂。將不同年限的辣木種子去殼后研碎,分別稱取不同年限的辣木籽粉1 g加入燒杯中,攪拌5 min,以未加辣木籽粉為對照,記錄澄清所需的時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同儲藏年限對種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知,隨著辣木種子儲藏年限的延長,發(fā)芽率呈下降的趨勢,儲藏1年的種子發(fā)芽率最高,為78.67%,儲藏2年、3年、4年的種子發(fā)芽率分別為72%、62.67%、0。儲藏1年的種子發(fā)芽率雖高于儲藏2年的,但差異不顯著(p<0.05),儲藏3年的種子(p<0.05),儲藏年限超過3年的辣木種子活力喪失嚴重,當儲藏年限達4年時,已經(jīng)喪失種用價值。

圖1 不同儲藏年限對辣木種子發(fā)芽率的影響 Fig.1 Effects of different storage years on germination rate of Moringa oleifera seeds

由圖2可看出,辣木種子發(fā)芽率呈“S”型曲線增長,隨著儲藏年限的延長,種子萌動日期也隨之推遲。儲藏1年的種子在播種后第5天開始發(fā)芽,儲藏3年的種子在播種后第6天開始發(fā)芽,儲藏2年的種子在播種后第8天大量發(fā)芽,儲藏4年的種子全程無萌發(fā)。儲藏3、儲藏2年和儲藏1年的種子均在播種后第12天發(fā)芽率趨于穩(wěn)定,辣木種子發(fā)芽率由高到低依次為儲藏1年、2年、3年。

圖2 不同儲藏年限辣木種子的萌發(fā)過程Fig.2 Germination process of Moringa oleifera seeds in different storage years

2.2 不同儲藏年限對辣木種子生理特性的影響

2.2.1不同儲藏年限對辣木種子含水量及電導(dǎo)率的影響

由圖3可看出,儲藏1～4年的辣木種子含水量依次為7.69%、8.15%、9.99%和8.65%,隨著儲藏年限的延長,水分呈先增后降的趨勢。辣木種子含水量除儲藏2年與儲藏4年差異不顯著外,其他儲藏年限間的含水量差異顯著(p<0.05)。

圖3 不同儲藏年限辣木種子的含水量Fig.3 Water content of Moringa oleifera seeds in different storage years

由圖4可知,隨著儲藏年限的延長,相對電導(dǎo)率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢,儲藏1～4年的辣木種子相對電導(dǎo)率依次為26.70%、25.39%、21.92%、20.71%,各年限間均無顯著差異(p<0.05),說明不同儲藏年限對辣木種子電導(dǎo)率影響不顯著。

圖4 不同儲藏年限對辣木種子相對電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effects of different storage years on the relative electrical conductivity of Moringa oleifera seeds

2.2.2不同儲藏年限對辣木種子MDA含量及可溶性蛋白的影響

種子在發(fā)生衰老劣變的過程中,其內(nèi)部發(fā)生一系列的氧化催化作用會造成膜脂過氧化,而MDA作為膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一,常被作為檢測種子受傷害程度的指標之一。隨著辣木種子儲藏年限的增加,MDA含量呈逐漸上升趨勢,儲藏4年后急劇下降(圖5)。儲藏1年的辣木種子與儲藏2、3年的相比,MDA含量顯著增加,增幅分別為56.37%,46.10%,儲藏4年的辣木種子MDA含量較大幅度的下降,顯著低于其余儲藏年限(p>0.05), 說明儲藏4年對辣木種子的MDA含量影響最大。

圖5 不同儲藏年限對辣木種子MDA含量的影響Fig.5 Effects of different storage years on MDA content of Moringa Oleifera seeds

圖6顯示,隨著儲藏年限的延長,辣木種子中可溶性蛋白含量的變化趨勢與MDA含量基本一致,呈先升后降的趨勢,并在儲藏2年時達到最高值,但其可溶性蛋白含量上升不明顯,僅上升0.51%(p>0.05),儲藏3年的辣木種子可溶性蛋白含量下降,與儲藏1年的種子相比,可溶性蛋白含量下降0.79 mg/g,隨著種子進一步的老化,儲藏4年時,辣木種子中可溶性蛋白含量較儲藏1年的下降了2.3 mg/g。顯著性分析可看出,儲藏1年的種子與儲藏2、3年的辣木種子可溶性蛋白含量差異不顯著,儲藏2年與儲藏4年的辣木種子可溶性蛋白含量呈顯著差異(p<0.05)。

圖6 不同儲藏年限對辣木種子可溶性蛋白含量的影響Fig.6 Effects of different storage years on soluble protein content of Moringa Oleifera seeds

2.2.3不同儲藏年限對辣木種子SOD、POD和CAT活性的影響

如表1可知,在辣木種子老化進程中,SOD活性呈先降后升又降的趨勢,儲藏1年的辣木種子SOD活性最高,儲藏2年的最低,其次是儲藏4年的辣木種子,但兩者間差異不顯著,其余儲藏年限間差異顯著。POD和CAT活性變化趨勢相同,均隨著儲藏年限的延長而不斷下降。從表1可看出,POD和CAT的活性從高到低依次為儲藏1年、儲藏2年、儲藏3年、儲藏4年。各儲藏年限間CAT活性差異顯著(p<0.05),且下降幅度較大,綜上說明,辣木種子儲藏4年后細胞活性氧化代謝平衡受到嚴重破壞,種子發(fā)生了劣變。

表1 不同儲藏年限對辣木種子保護酶活性的影響Table 1 Effects of different storage years on protective enzyme activities of Moringa oleifera seeds

2.2.4不同儲藏年限辣木種子各指標間的相關(guān)性分析

發(fā)芽率、生理生化指標相關(guān)性分析結(jié)果(表2)表明,發(fā)芽率與可溶性蛋白含量呈顯著正相關(guān),電導(dǎo)率與POD活性、CAT活性分別呈顯著和極顯著正相關(guān),POD與CAT間顯著正相關(guān)。說明可溶性蛋白含量可作為確判斷辣木種子劣變的指標。

表2 不同儲藏年限辣木種子各指標間的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of each index of Moringa Oleifera seeds with different storage years

2.3 辣木籽凈水試驗

測定紅土、可樂和墨水的pH值分別為5.394、2.440和7.852。不同儲藏年限辣木籽凈水效果的試驗結(jié)果(表3)表明,可樂絮凝效果最快,其次是墨汁、紅土則需2 h左右。儲藏4年的辣木籽對墨汁沉降,所需時間略多于其他處理,但相比未加辣木籽的對照,顏色變化明顯,絮凝效果顯著,盛裝墨汁的燒杯變澄清,絮狀物沉降于燒杯底部;不同儲藏年限處理對烘干土壤調(diào)成的渾濁水樣澄清效果差異不大,渾濁變澄清所需的時間在2 h左右;不同儲藏年限對可樂的沉降效果影響依次為儲藏1年>2年>4年>3年,儲藏1年的辣木籽所需時間最短,為12 min,儲藏3年的辣木籽所需時間最長,為47 min。

表3 不同儲藏年限辣木種子凈水效果Table 3 Water purification effect of Moringa Oleifera seeds with different storage years

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明,儲藏1、2、3、4年的辣木種子發(fā)芽率分別為78.67%、72%、62.67%、0。說明儲藏4年的種子活力喪失,生產(chǎn)上不應(yīng)選儲藏年限超過3年的種子育苗。隨著儲藏年限的延長,種子生活力會逐漸喪失,其發(fā)芽勢和發(fā)芽率也會逐步降低[16]。王華宇等[17]研究表明,隨著辣木種子儲藏年限的延長,發(fā)芽率總體呈下降的趨勢。含水量是影響種子變質(zhì)速度和最終壽命的重要因素。研究表明,在1～4年的儲藏期內(nèi),辣木種子含水量在7.69%～9.99%之間,儲藏1年的含水量為7.69%。Toit等[18]研究表明,含水量高于8%會降低儲藏24個月的辣木種子壽命。種子儲藏過程中,內(nèi)部富含的溶酶體受到破壞,貯藏物質(zhì)降解速度加快,會導(dǎo)致可溶性蛋白等含量的降低[19]。隨著儲藏年限的增加,種子含水量、MDA含量、可溶性蛋白含量呈先增后降的趨勢,其中儲藏4年的種子可溶性蛋白含量顯著低于其余儲藏年限;電導(dǎo)率、POD和CAT逐漸降低,電導(dǎo)率差異不顯著,各處理氧化酶活性(SOD、POD和CAT)差異明顯,隨著儲藏年限的延長,儲藏年限短的辣木種子POD和CAT顯著高于儲藏年限長的,儲藏1年的種子SOD活性顯著高于其余儲藏年限。不同儲藏年限辣木種子的發(fā)芽率與生理生化指標間的相關(guān)分析得出,電導(dǎo)率分別與POD、CAT活性呈極顯著正相關(guān),POD與CAT間顯著正相關(guān)。可溶性蛋白含量與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān),這與楊全等[20]的研究結(jié)果一致。說明可溶性蛋白含量是初步判斷辣木種子劣變的指標。通過凈水試驗可看出,儲藏年限對種子凈水效果影響不大。Golestanbagh等[21]研究表明,辣木是一種環(huán)境友好型除濁劑,從收獲開始貯藏達2個月對辣木種子絮凝效果沒有顯著影響。Katayon等[22]研究表明,辣木種子的絮凝效率與不同條件下和不同持續(xù)時間的貯藏無關(guān)。

生產(chǎn)上種子育苗成本較低適合大面積作業(yè),部分種子發(fā)芽率低,種植后出苗不佳,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成損失。本研究對不同儲藏年限辣木種子萌發(fā)、生理特性及凈水效果進行初步探究,對辣木種子生產(chǎn)栽培和利用具有積極指導(dǎo)意義,完善了辣木種子儲藏方面資料,揭示了與辣木萌發(fā)存在相關(guān)的生理指標,驗證了儲藏年限長的辣木種子也可作為天然凈水劑得到充分利用。已有相關(guān)研究表明,種子儲藏還對其營養(yǎng)物質(zhì)含量具有影響[23],辣木種子富含豐富的辣木籽油、蛋白酶等,儲藏年限與辣木籽營養(yǎng)含量及播種后植株長勢、產(chǎn)量品質(zhì)等性狀的關(guān)系有待進一步研究,而辣木籽作為凈水劑等相關(guān)產(chǎn)品要得到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,還需系統(tǒng)地進行多學(xué)科綜合研究。