橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

楊小錄，葉文斌 ，王 昱，王讓軍

(1.隴南師范高等專科學(xué)校 農(nóng)林技術(shù)學(xué)院，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅 成縣 742500)

橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

楊小錄1，2，葉文斌1，2，王 昱1，2，王讓軍1，2

(1.隴南師范高等專科學(xué)校 農(nóng)林技術(shù)學(xué)院，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅 成縣 742500)

以甘肅道地中藥材黃芪(Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge.)為對象，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，研究不同濃度的橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)、幼苗生長以及生理特性的影響，為探究橄欖油加工廢棄液污染對黃芪品質(zhì)的影響提供依據(jù)。結(jié)果表明，低濃度的橄欖油加工廢棄液能顯著促進(jìn)黃芪種子萌發(fā)和幼苗生長，隨著濃度的升高，種子萌發(fā)率顯著降低，幼苗生長受阻，葉片中SOD、POD、CAT活性先升后降，幼苗葉片中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量隨廢棄物濃度升高而升高。

橄欖油加工廢棄液；黃芪；透調(diào)節(jié)物質(zhì)；活性氧代謝

油橄欖(Olea europaea L.)屬木犀科、木犀欖屬常綠喬木，是世界著名的木本油料樹種，所結(jié)果實榨取的橄欖油富含多種活性成分，具有多種保健功效，是備受推崇的高級食用油[1]。中國從1956 年開始引種油橄欖，主要分布于甘肅、四川以及云南西北部金沙江流域等地區(qū)[2]，在甘肅隴南市油橄欖分布和種植及產(chǎn)量均居全國首位。目前在橄欖油加工過程中，產(chǎn)生大量的廢液，加工廢液中的主要成分為水、酚類化合物、糖類、有機(jī)酸和礦物質(zhì)等[3]，由于橄欖油加工廢棄物有機(jī)物含量高、可生化處理特性強(qiáng)。Kokkora 等[4]研究了施用橄欖油加工廢水對玉米產(chǎn)量具有提高作用。也有學(xué)者連續(xù)施用8 年橄欖油加工廢棄物對橄欖園土壤特性、酶活力和生產(chǎn)力的影響，結(jié)果顯示長期施用橄欖油加工廢棄物可顯著提高橄欖園土壤的有機(jī)碳和腐殖質(zhì)的含量[5]。

黃芪(Milkvetch Root)為豆科巖黃芪屬植物，甘肅省是中國草藥主要產(chǎn)區(qū)之一，隴南地區(qū)種植歷史悠久，種植面積大，品質(zhì)優(yōu)，是黃芪等名貴草藥道地產(chǎn)區(qū)[6]，有較多的學(xué)者就其化學(xué)成分及其藥理活性展開了大量研究，發(fā)現(xiàn)黃芪中含有較多的活性物質(zhì)如黃酮、皂昔、生物堿、氨基酸、有機(jī)酸、當(dāng)醇、多糖、微量元素等，且藥理作用廣泛主要包括提高免疫能力、強(qiáng)心利尿、抗自由基、抗病毒等[7]。隨著甘肅隴南油橄欖種植面積不斷擴(kuò)大、產(chǎn)量不斷增加，橄欖油加工廢棄物的大量排放與資源浪費(fèi)。為此本文用橄欖油加工廢棄液對甘肅道地中藥材黃芪種子進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)試驗，研究不同濃度的橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)、幼苗生長以及生理特性的影響，為探究橄欖油加工廢棄液(Olive oil Processing Liquid Wastes,OPLW)對黃芪種子的萌發(fā)與幼苗生長的機(jī)制影響，為油橄欖產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來的橄欖油加工廢棄液的資源化開發(fā)和高值化利用提供理論依據(jù)，也為大田科學(xué)種植與栽培黃芪，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，具有現(xiàn)實的農(nóng)業(yè)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料黃芪種子購自甘肅省隴南市武都區(qū)農(nóng)技推廣中心，橄欖油加工廢棄液有隴南市武都區(qū)油橄欖中心初榨車間提供，出油率平均為10%，果渣20%，橄欖油加工廢棄液(果汁)70%。用70%的橄欖油加工廢棄液(OPLW)和蒸餾水配制成70%,50%,40%,30%,20%和10%的培養(yǎng)液。

1.2 方法

1.2.1 種子萌發(fā)測定

參照葉文斌等[8-12]的在直徑為12cm培養(yǎng)皿的底部鋪上2張濾紙，準(zhǔn)確加入5mL各濃度橄欖油加工廢棄液培養(yǎng)液處理，均勻點(diǎn)播經(jīng)0.1%HgCl2消毒并浸種4h后的黃芪種子種子50粒，重復(fù)5次，以蒸餾水培養(yǎng)為對照(CK)，置入25℃的光照培養(yǎng)箱中，每天光照12h，3d后開始記錄萌發(fā)數(shù)目，同時計算種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)并測定初生胚根及下胚軸的長度[8-12]，種子萌發(fā)率和種子萌發(fā)指數(shù)計算參照Leather GR和Einhellig FA[13]的方法。

1.2.2 幼苗生長測定

參照葉文斌等[8-12]的方法在250mL的小燒杯底部鋪兩張濾紙，以消毒和高溫滅菌的沙作為培養(yǎng)基質(zhì)，每杯培養(yǎng)25株黃芪幼苗，5次重復(fù)，用上述兩者組合的方法加入2mL各濃度橄欖油加工廢棄液培養(yǎng)液，以蒸餾水為對照，每隔24h補(bǔ)以培養(yǎng)液和蒸餾水1次，用保鮮膜將燒杯封口，以防止水分蒸發(fā)和不同處理間的相互影響。將燒杯置于恒溫25℃、12h/d的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。第15d用直尺測定受體作物幼苗的根長、苗高，將根與苗分開，用“排水法[8]”測定根的體積后，置于105℃的烘箱中殺青30min，在調(diào)至75℃烘至恒重，稱其每25株的苗干質(zhì)量和根干質(zhì)量。

1.2.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化系統(tǒng)活性的測定

培養(yǎng)第30后取健康生長黃芪幼苗植株頂部第2、3 片全展葉測定可溶性糖含量、游離脯氨酸的含量和丙二醛(MDA)含量[8，13-14]；依據(jù)文獻(xiàn)測定超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)測定[14]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)用SPSS17.0軟件統(tǒng)計分析，用單因素方差分析結(jié)合多重比較進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)的影響

圖1 不同橄欖油加工廢棄液濃度下黃芪種子的萌發(fā)情況

Fig.1 Information of the seed germination of Milkvetch Root seeds with different OPLW concentration

由圖1可知，當(dāng)橄欖油加工廢棄液處理的濃度逐漸升高時，黃芪種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、初生胚根長和下胚軸長都呈先升高后逐漸降低的趨勢。當(dāng)橄欖油加工廢棄液添加濃度在10%～30%時，黃芪種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、初生胚根長和下胚軸長都與對照相比有明顯升高，其中濃度為10%～20%處理下與對照相比有顯著差異(P<0.05)，30%處理下與對照相比無顯著差異(P>0.05)；當(dāng)橄欖油加工廢棄液處理濃度在50%～70%時，黃芪種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和初生胚根長都有不同程度的降低，其中，50%處理下與對照相比無顯著差異(P>0.05)，70%處理下與對照相比有顯著差異(P>0.05)，表明低濃度的橄欖油加工廢棄液處理能有效地促進(jìn)黃芪種子的萌發(fā)和初生生長。

2.2 橄欖油加工廢棄液對黃芪幼苗生長的影響

圖2 不同橄欖油加工廢棄液濃度下黃芪幼苗生長的情況

Fig.2 Information of the seedling growth of Milkvetch Root seeds with different OPLW concentration

2.3 橄欖油加工廢棄液對黃芪幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖3可以看出，在橄欖油加工廢棄液處理下黃芪幼苗體內(nèi)可溶性糖、丙二醛、游離脯氨酸含量在10%時均最低，與對照相比均成顯著差異(P<0.05)，在20%～30%的濃度處理下與對照相比均有所升高，與對照相比無顯著差異(P<0.05)，當(dāng)黃芪在橄欖油加工廢棄液濃度為50%～70%時，體內(nèi)可溶性糖、丙二醛和游離脯氨酸含量急劇升高，與對照相比成顯著差異(P<0.05)，這說明高濃度的橄欖油加工廢棄液處理會刺激黃芪幼苗產(chǎn)生較多的可溶性糖、丙二醛、脯氨酸含量的積累，對黃芪幼苗生物量的積累發(fā)生了不利的影響，最終限制黃芪幼苗的生長。

Fig.3 Information of the seedling osmotica accumulation contents of Milkvetch Root seeds with different OPLW concentration

2.4 橄欖油加工廢棄液對黃芪幼苗中抗氧化酶活性的影響

圖4 不同橄欖油加工廢棄液濃度下黃芪幼苗中抗氧化酶活性

由圖4可知，隨著橄欖油加工廢棄液濃度的增加，SOD、POD和CAT活性都逐漸表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，在濃度為10%～20%時黃芪幼苗中3種酶的活性均表現(xiàn)出明顯的應(yīng)激升高現(xiàn)象，濃度為10%時與對照相比均成顯著差異(P<0.05)，在濃度為20%時與對照相比無顯著差異(P>0.05)，在30%～70%的濃度下黃芪幼苗中3種酶的活性均表現(xiàn)出急劇降低的趨勢，其中，濃度為30%處理下與對照相比下降無顯著差異(P>0.05)，濃度為50%-70%處理下與對照相比下降差異顯著(P<0.05)。說明低濃度橄欖油加工廢棄液能促進(jìn)黃芪幼苗中3種保護(hù)酶的活性，促進(jìn)黃芪幼苗的生長和發(fā)育，而高濃度則會對黃芪幼苗中3種保護(hù)酶的活性產(chǎn)生抑制效應(yīng)，降低黃芪幼苗的生理代謝活動和幼苗的生活力，從而抑制黃芪幼苗的生長。

3 結(jié)論與討論

孔維寶研究報道橄欖油加工廢棄液中富含的橄欖多酚、萜類化合物，如齊墩果酸、熊果酸和山楂酸等[3]，而且Zbakh等[15]提出從橄欖油加工廢水中生產(chǎn)功能飲料的開發(fā)思路，這些研究也說明橄欖油加工廢棄液含有很多生物活性物質(zhì)。本研究結(jié)果表明，不同濃度的橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)、幼苗生長以及生理特性的影響效果不同，低濃度的橄欖油加工廢棄液能顯著促進(jìn)黃芪種子萌發(fā)和幼苗生長。而且在隨著欖油加工液體廢棄物濃度的升高，黃芪幼苗葉片中SOD、POD和CAT活性先升后降，高濃度橄欖油加工廢棄液處理下幼苗葉片中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量隨廢棄物濃度升高而升高。種子是黃芪生長發(fā)育為植物過程中最重要的階段，在萌發(fā)過程中發(fā)生著非常復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，由于低濃度的橄欖油加工液體廢棄中含有少量橄欖多酚、萜類化合物，如齊墩果酸、熊果酸和山楂酸等多種生物活性物質(zhì)，對黃芪種子在萌發(fā)過程中起到了促進(jìn)作用，這有可能與存在的多種生物活性物質(zhì)結(jié)合到種子參與萌發(fā)和初生生長的多種酶上產(chǎn)生的復(fù)合作用，同時促進(jìn)植物細(xì)胞的分離，加快初生生長。隨著欖油加工液體廢棄物濃度的升高，里面含有的多種生物活性物質(zhì)含量逐漸也增加，在50%～70%的濃度下種子萌發(fā)率顯著降低，幼苗生長受阻，這可能與多種生物活性物質(zhì)對黃芪種子萌發(fā)和幼苗生張產(chǎn)生了拮抗作用有關(guān)。

植物常以糖含量作為重要指標(biāo)來評價植物體內(nèi)的碳素營養(yǎng)狀況，植物為了適應(yīng)逆境條件，會主動積累一些可溶性糖，降低滲透勢，以適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化[8-9]。當(dāng)欖油加工液體廢棄物濃度較低時，可以促使黃芪幼苗主動積累一些可溶性糖來解決外界的刺激，從而打開良性的生理生長機(jī)制，促進(jìn)幼苗生長，當(dāng)欖油加工液體廢棄物濃度較高時多刺激產(chǎn)生的可溶性糖量太大，對黃芪幼苗的正常生長產(chǎn)生了很大的負(fù)作用，同時讓黃芪幼苗是產(chǎn)生一系列的生理反應(yīng)，使黃芪幼苗葉片中脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量升高。當(dāng)黃芪幼苗在高濃度欖油加工液體廢棄物這種逆境下，使黃芪幼苗中細(xì)胞發(fā)生膜脂過氧化作用，最終分解產(chǎn)物產(chǎn)生大量的丙二醛，同時也刺激細(xì)胞膜透性的改變，破壞細(xì)胞壁上纖維素分子間的橋鍵，抑制蛋白質(zhì)的合成；在逆境條件下，植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加，其體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映植物的抗逆性，同時積累的脯氨酸多少也反映植物受到傷害的程度大小[8-11]，所以在高濃度時欖油加工液體廢棄物對黃芪幼苗產(chǎn)生了巨大的傷害，游離脯氨酸含量升高，而且也可能造成黃芪體內(nèi)SOD、POD和CAT酶活性比例不平衡，引起生理生化過程紊亂，破壞膜的功能和抑制黃芪植物的SOD、POD、CAT酶活性，導(dǎo)致體內(nèi)活性氧增多，使黃芪不能有效清除受體內(nèi)產(chǎn)生的自由基，從而破壞膜的結(jié)構(gòu)并最終導(dǎo)致黃芪幼苗的傷害[8-11]。

所以研究橄欖油加工廢棄液對甘肅道地中藥材黃芪種子萌發(fā)、幼苗生長以及生理特性的影響，為橄欖油加工廢棄液直接排放大田到土壤中的適宜濃度提供實驗依據(jù)，同時對高濃度的橄欖油加工廢棄液排放對黃芪生長的影響行為進(jìn)行研究，對干預(yù)這種污染條件下種植與栽培黃芪具有現(xiàn)實的農(nóng)業(yè)指導(dǎo)意義，同時為橄欖油加工廢棄液科學(xué)、綜合的再利用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，

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EffectofOliveoilProcessingLiquidWastesonSeedGerminationandSeedlingPhysioloyicalCharacterofMilkvetchRoot

YangXiaolu1，2，YeWenbin1，2，WangYu1，2，WangRangjun1，2

(1.School of Agriculture and forestry technology,Longnan Teachers CollegeGansu 742500，China；2.Center for research & development of longnan characteristic agro-bioresources,Gansu 742500，China)

A sand culture experiment was conducted to study the effects of the different concentrations of olive oil processing liquid wastes stress on the germination and Seedling growth,osmotica accumulation and active oxygen metabolism of Milkvetch Root authentic Chinese herbal medicine. The results showed that the low concentrations of olive oil processing liquid wastes stress to increase the seeds germination and seedling growth significantly,and the another high inhibition was aggravated with increasing concentration of olive oil processing liquid wastes stressed,with increasing of olive oil processing liquid wastes concentration, the germination percentage decreased insignificantly, and seedling growth was restricted, the activities of superoxide dismutase, peroxidase and catalase decreased after an initial increase.The leaf contents of glutathione and ascorbic acid decreased markedly.the leaf proline ,the soluble sugar and malonaldehyde contents had a significant increase with the increasing concentration of olive oil processing liquid wastes.

olive oil processing liquid wastes; milkvetch root;osmotica ;active oxygen metabolism

2017-07-18

甘肅省高校科研項目基金 (2015B-148)；隴南市科技計劃項目(2016-09)

楊小錄 (1972—)，學(xué)士，副教授，研究方向為植物資源學(xué)與植物生理生態(tài)；通訊作者：葉文斌(1982—)，碩士，講師，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)與植物生理生態(tài)。

Q945;S567.5+3

A

1008-021X(2017)18-0129-04

(本文文獻(xiàn)格式楊小錄，葉文斌，王昱,等.橄欖油加工廢棄液對黃芪種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].山東化工，2017，46(18)：129-132.)