藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子萌發及酶活性的影響

馬松瓊, 毛 琪, 王仕玉, 郭鳳根, 丁 麗

(1.廣西農業科學院廣西亞熱帶作物研究所, 南寧 530001;2.云南農業大學園林園藝學院, 昆明 650201;3.云南農業大學農學與生物技術學院, 昆明 650201)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)是藜科藜屬的一年生植物,又稱藜谷、南美藜、昆諾阿藜等[1-2]。藜麥具有獨特的、豐富的營養價值,被稱為丟失的遠古“營養黃金”“素食之王”等[3]。藜麥原產于南美洲,隨著價值被不斷發現和認可,世界各國引種栽培藜麥也越來越廣泛[4-5]。我國對藜麥的研究起步較晚,多為藜麥的育種和種植以及對藜麥籽粒營養價值的研究分析[6]。而藜麥糠作為藜麥生產加工中產量較高的副產物,大多被丟棄,其附加值很低,造成資源的極大浪費。范三紅等[7]研究發現,藜麥糠含有多糖、多酚、皂苷、黃酮、礦物質等多種活性物質,其中總皂苷的含量最高。藜麥皂苷主要分布在藜麥糠中[8],王志娟等[9]研究表明,藜麥種皮總皂苷含量最高達(78.12±1.03)mg/g。植物皂苷廣泛分布于植物界,其具有廣泛的生物學特性[10],在前人的研究中,部分植物皂苷有促進或抑制種子萌發及改變生理生化指標的作用[11-17]。

突尼斯軟籽石榴(PunicagranatumL. cv. 'Tunisian soft-seed')是1986年從突尼斯引入我國的石榴珍稀品種,定植于滎陽市河陰石榴基地,該品種因品質優,豐產性、抗旱性等綜合性狀均明顯優于其他軟籽石榴品種而被作為育種材料,但由于其種皮中木質素含量較高,還有生理休眠,所以如何能夠使軟籽石榴種子發芽并成苗,成為育種的關鍵環節[18]。本研究在前期預備試驗中發現,不同濃度藜麥糠浸提液對白菜種子發芽有不同的影響,表現為高濃度促進,低濃度抑制的趨勢。通過對加工(去糠)的藜麥種子和未加工的藜麥種子對比發現,前者在早期發芽率上低于后者。因此,本研究用藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子進行處理,觀察種子的發芽率及4種酶活性變化,以期明確藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子發芽的影響,并測定藜麥糠中總皂苷的含量,分析總皂苷含量與發芽率及酶活性的相關性,為藜麥糠的綜合利用和促進突尼斯軟籽石榴種子萌發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藜麥糠由云南歸田生物科技有限公司提供;突尼斯軟籽石榴種子來源于云南省麗江市永勝縣基地突尼斯軟籽石榴的成熟果實,在去除果肉后過濾出種子,挑除漂浮或有破損的種子,并將獲得的種子徹底洗凈陰干后備用。

1.2 試驗方法

1.2.1種子發芽試驗

將突尼斯軟籽石榴于4 ℃冰箱進行沙藏(種子與河沙的質量比為1∶3)[19],每隔10 d補水并適當翻動沙子,30 d后取出,分別用濃度為250 mg/L、500 mg/L、750 mg/L、1 000 mg/L的紅藜、白藜、黑藜的藜麥糠浸提液進行發芽試驗,蒸餾水為對照(ck)。種子均放在直徑為9 cm且鋪有2層濾紙的培養皿中,再置于溫度25 ℃的恒溫培養箱內恒溫培養。每個培養皿均加入浸提液8 mL(即保持濾紙濕潤,培養皿內稍有流動浸提液即可),每份50粒,重復3次。觀察記錄種子的始發芽時間、發芽數及終止發芽時間,每12 h觀察一次,最后計算發芽率和發芽勢[20-21]。

發芽率/%=(正常發芽的種子數/供試種子數)×100%;

發芽勢/%=(達到高峰時正常發芽種子數/供試種子數)×100%。

1.2.2種子酶活性的測定

種子發芽過程中α-淀粉酶、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)的測定分別采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法、核黃素-NBT法、愈創木酚法、高錳酸鉀滴定法測定[22],測定儀器是酶標儀。α-淀粉酶中所作麥芽糖標準曲線的回歸方程為Y=0.146X-0.009 1,R2=0.993 8,式中:Y為吸光度;X為麥芽糖含量(mg)。

1.3 數據處理

通過Excel2010軟件對所得數據進行統計和整理;用SPSS20.0軟件對所得數據進行差異顯著性和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 不同藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子發芽的影響

由表1可知,在發芽時間上,由藜麥糠浸提液處理的突尼斯軟籽石榴種子始發芽時間和結束發芽時間均早于ck,除了濃度為500 mg/L的黑藜藜麥糠浸提液處理的種子發芽總用時與ck相同外,其他處理的種子發芽總用時均比ck少。從發芽率和發芽勢上看,經藜麥糠浸提液處理過的突尼斯軟籽石榴種子發芽率和發芽勢均與ck差異極顯著,分別比ck高13%～40%和10%～26%;相同濃度而不同顏色藜麥的藜麥糠浸提液處理的種子發芽率間差異極顯著。綜合來看,由濃度為500 mg/L的白藜藜麥糠浸提液和濃度為750 mg/L的紅藜藜麥糠浸提液分別處理的種子發芽率最高,發芽勢最好。

表1 突尼斯軟籽石榴種子發芽的觀測結果Table 1 Observation on seed germination of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed'

2.2 發芽種子中酶活性測定的結果

由圖1可知,藜麥糠浸提液處理后發芽的突尼斯軟籽石榴種子α-淀粉酶活性均極顯著高于ck;白藜藜麥糠浸提液處理濃度為500 mg/L時,發芽種子中α-淀粉酶活性最高,紅藜藜麥糠浸提液處理濃度為750 mg/L和1 000 mg/L時,發芽種子中α-淀粉酶活性最高,黑藜藜麥糠浸提液為500 mg/L和750 mg/L的處理濃度時,發芽種子中α-淀粉酶活性最高。

注:不同小寫字母表示0.05水平差異顯著;不同大寫字母表示0.01水平差異極顯著。圖1 突尼斯軟籽石榴種子α-淀粉酶活性Fig.1 The α-amylase activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

由表2可知,沙藏30 d后,經藜麥糠浸提液催芽的突尼斯軟籽石榴種子,POD、SOD、CAT酶活性均極顯著高于ck,分別較ck上升了4.07～6.64 U/(g·min)、4.75～6.94 U/g和0.15～0.37 mg/(g·min)。在同一濃度下,白藜、紅藜、黑藜藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴的處理中,當處理濃度分別為250 mg/L和500 mg/L時,白藜藜麥糠浸提液處理的突尼斯軟籽石榴種子中3種酶活性值均大于紅藜和黑藜藜麥糠浸提液處理的突尼斯軟籽石榴種子;當處理濃度分別為750 mg/L和1 000 mg/L時,紅藜藜麥糠浸提液處理的突尼斯軟籽石榴種子中3種酶活性值均大于白藜和黑藜藜麥糠浸提液處理的突尼斯軟籽石榴種子,說明低濃度的白藜藜麥糠浸提液和高濃度的紅藜藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子中3種抗氧化物酶活性影響較大。

表2 突尼斯軟籽石榴種子3種抗氧化物酶活性測定結果Table 2 The determination results of three antioxidant activities in Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

2.3 藜麥糠皂苷含量與突尼斯軟籽石榴種子發芽率及4種酶活性相關性分析

由表3可知,經過非線性回歸分析,突尼斯軟籽石榴種子發芽率及4種酶活性均與藜麥糠中總皂苷含量呈顯著或極顯著二次正相關,與黑藜藜麥糠總皂苷含量均極顯著相關,CAT酶相關系數最高,為0.986。

表3 藜麥糠皂苷含量與突尼斯軟籽石榴種子發芽率及4種酶活性相關性Table 3 Correlation of quinoa bran saponin content with germination rate and four enzymes activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

以黑藜藜麥糠總皂苷含量與CAT酶相關分析圖為例:其二次方程為Y=-0.000 2X2+0.015 1X+0.354 9,如圖2,曲線最高點介于試驗中CAT酶最高(0.64 mg/(g·min))時的總皂苷含量(27.89 mg/g)和CAT酶開始下降時的總皂苷含量(41.84 mg/g)之間。說明藜麥糠中總皂苷的變化與種子發芽及酶活性變化具有極顯著二次正相關。

圖2 黑藜藜麥糠皂苷含量與突尼斯軟籽石榴 種子CAT活性的相關性Fig.2 Correlation of black quinoa bran saponin content with catalase activity of Punica granatum L. cv. 'Tunisian soft-seed' seeds

3 討 論

種子發芽率影響種子在大田中的成苗率,是農業生產中極為重要的指標。李洪濤等[23]研究發現,GA3處理的石榴種子比未經GA3處理的種子提前3～6 d發芽,且發芽率較高。范春麗等[24]用甜菜堿對突尼斯軟籽石榴種子進行浸種處理,發現甜菜堿浸種及0.1% NaCl鹽脅迫能夠促進石榴種子萌發及幼苗健壯。本研究首次報道藜麥糠浸提液對突尼斯軟籽石榴種子發芽的影響,發現不同濃度的白藜、紅藜和黑藜藜麥糠浸提液均有促進突尼斯軟籽石榴種子發芽的作用,發芽率最高達89%,且發芽后種子中4種酶活性均升高,各濃度浸提液處理后種子的酶活性值均極顯著高于ck。

在油菜[11]、玉米[12]、西瓜[13]、蘿卜、黑豆、松柳芽苗[14]種子、小麥[15]等作物方面的研究,結果表明,不同濃度的拉肖皂苷C對種子萌發存在促進或抑制作用,且對幼苗生長及健壯程度均有不同程度的影響。張愛華等[16]研究了不同濃度外源人參皂苷對人參種子萌發、幼苗根長、鮮重、幼根中抗氧化酶活性和MDA含量的影響,結果表明,在不同濃度人參皂苷處理后,人參根系中SOD、POD、CAT活性均有明顯提高,呈現出各酶活性隨濃度升高而逐漸增強的效應。丁春發等[17]用不同濃度龍膽苦苷和黃酮提取液處理受試植物紫花苜蓿、紅三葉和白三葉,結果表明,野生麻花秦艽中龍膽苦苷和黃酮提取液對受體植物的種子萌發、幼苗生長和SOD、POD、CAT 三種抗氧化酶活性大多表現出化感抑制作用。本研究中所測總皂苷含量為白藜藜麥糠中最多,黑藜藜麥糠次之,紅藜藜麥糠中最少。在總皂苷與突尼斯軟籽石榴種子發芽率及酶活性的回歸分析中,相關系數大小與藜麥糠中總皂苷含量多少是一致的,說明藜麥糠中總皂苷含量與種子發芽和酶活性變化均顯著正相關。關于藜麥糠中總皂苷含量對種子發芽及生理活性的影響還需進一步深入研究。

4 結 論

經藜麥糠浸提液處理后,突尼斯軟籽石榴種子發芽率和發芽勢較ck均有顯著提高,最高分別較ck增長了40%和26%。經處理后發芽的種子中酶活性也均顯著高于ck,其中,經濃度為500 mg/L的白藜藜麥糠浸提液處理后,發芽種子中的α-淀粉酶和POD酶活性值達到最大,分別為8.13 mg/(g·min)和13.11 U/(g·min);經濃度為750 mg/L的紅藜藜麥糠浸提液處理后,發芽種子中的SOD和CAT活性值達到最大,分別為12.15 U/g和0.73 mg/(g·min)。說明不同藜麥糠的不同濃度處理均對突尼斯軟籽石榴種子發芽有一定的促進作用,且突尼斯軟籽石榴種子的發芽率及4種酶活性均分別與藜麥糠中總皂苷含量呈顯著或極顯著二次正相關。其中,黑藜藜麥糠中總皂苷含量與突尼斯軟籽石榴種子中的CAT酶相關系數最高,為0.986。