黄瓜种子成熟前后的生理指标变化

黄瓜种子成熟前后的生理指标变化
孙玉良1，邱岸1，曹齐卫2，张卫华2，王秀峰1，孙小镭2
（1. 山东农业大学园艺科学与工程学院山东泰安2710182； 2. 国家蔬菜改良中心山东分中心·山东设施蔬菜生物学重点实验室·山东省农业科学院蔬菜研究所济南250100）

种子发育是植物有机体发育的最初阶段，其可塑性最强，对外界环境条件最敏感，该阶段发育的好坏，不仅影响种子本身的播种品质，同时也影响下一代的正常生长发育[1-3]。正常型种子的发育过程常随着种子的成熟和干燥而结束，此时种子中的贮藏物质大量积累，含水量下降，ABA 含量升高，种子的耐干特性和初生休眠特性形成[4]。此时，无休眠特性的植物种子已达到了形态上和生理上的成熟状态，即可以进行采种，若提前采种则会降低种子的品质和产量[5]。聂小兰[6]等研究表明，黄瓜种瓜采收必须在花后35 d 以后，这样才能使种子达到真正的生理成熟，保证种子质量。冯志红[7]等研究表明，西葫芦不同成熟期果实的种子质量差异很大，采收过早会显著地影响种子的千粒质量、发芽率、发芽势、活力指数、子叶苗质量等各项指标。
种子活力与酶系统活性具有高度相关性，因为种子萌发进行有氧代谢过程中，必然产生氧自由基，使膜系统受到伤害，进而影响种子的活力[8]。郑光华等[9]在测定杨树种子脱氢酶活性时，观测到伴随着种子的衰老，脱氢酶活性显著降低，并且其下降速率与发芽力的降低相一致。齐永平[10]等研究表明，随着华中五味子种子的发育成熟，在盛花期后10~60 d种子中可溶性糖含量呈逐渐升高趋势，60 d 左右达到最高峰，60~80 d 下降。种子成熟前后生理变化情况是确定适宜收获期的重要依据。适宜的收获期不仅可以避免由于过早收获造成种子成熟度差、活力低、质量差，亦可避免
因收获过晚造成的种子严重损失问题[11]。本试验通过对黄瓜种瓜在不同时期进行采收，研究其发芽率、发芽势、千粒质量、蛋白质含量及其一系列与种子活力有关的酶，以确定黄瓜种瓜的适宜采收期，为育种工作和种子生产提供一定的理论依据，这也关系到生产实践中种子繁殖的效益。

1 材料与方法
1.1 材料及处理
供试材料黄瓜为（Cucumis sativus L.）高代自交系137-h（华北型，山东省农业科学院蔬菜研究所提供）。2011 年3 月12 日在山东省农业科学院蔬菜研究所试验基地温室播种育苗，4 月21 日定植于纱网棚内，采取高垄双行栽培，大行80 cm，小行50 cm，株距33 cm，田间常规管理。6 月8 日开始授粉，开花前1 d 下午进行扎花处理，开花当天上午选生长健壮的幼瓜进行人工授粉，授粉瓜挂牌以记录生长时间，在授粉后0、3、6、9、12、15、18、21、26、29、32、35、38、43 d 分别采收种瓜，每时期收取种瓜45 条，前7 个时期只称取果肉鲜样经液氮处理后，超低温冰箱-80 ℃ 保存；后7 个时期将种子取出洗净，并称取果肉和种子鲜样经液氮处理后，超低温冰箱-80℃ 保存，剩余种子晾干，于干燥器中保存。
1.2 测定方法
1.2.1 标准发芽试验随机选取不同发育时期的黄瓜种子200 粒放入组培瓶中，55 ℃ 水中温汤浸种20 min，催芽温度为25 ℃，纸上发芽床。于置床后的第4 天统计发芽势，第8 天统计发芽率。发芽势（%）=第4 天统计发芽数/试验种子数×100；发芽率（%）=第8 天统计发芽数/试验种子数×100[12]。
1.2.2 千粒质量的测定
从净种子中随机称取式样8 份（100 粒/份），称质量，计算8 个重复的变异系数，变异系数不超过规定值（4.0%），换算成千粒质量，折算成规定水分（8%）的千粒质量：水分的测定采用烘干减质量法；千粒质量（规定水分，g）=实测千粒质量（g）×[1-实测水分（%）]/（1-规定水分（%）[3]。
1.2.3 超氧化物歧化酶（SOD） 活性、过氧化物酶（POD）含量、α-淀粉酶活性和脱氢酶含量的测定
SOD 活性测定采用氮蓝四唑法（NBT 法）；POD 含量的测定采用愈创木酚法；α-淀粉酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸法[13]；脱氢酶含量的测定采用TTC 定量法[12]。
1.2.4 蛋白质、可溶性糖和淀粉含量的测定
蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250 法[12]；可溶性糖和淀粉含量的测定采用蒽酮比色法[14]。
1.3 数据统计分析
采用Microsoft Excel 2003 对数据进行处理和作图，DPS 7.05 统计软件进行方差分析和LSD 法多重比较。

2 结果与分析
2.1 不同采收期对黄瓜种子发芽率、发芽势和千粒质量的影响
从表1 可以看出，随着采收期的延长，黄瓜种子发芽率、发芽势和千粒质量均呈现出先增长后降低的趋势。授粉后35 d 黄瓜种子发芽率最高、发芽势最强；38~43 d 种子在瓜内出现胎萌，导致发芽率和发芽势迅速降低；千粒质量在授粉后38 d 达到最大值（29.22 g），与35 d 差异不显著。

[注] 表中同列数字后不同小写字母表示差异显著（P=0.05），不同大写字母表示差异极显著（P=0.01）。
2.2 不同采收期黄瓜果肉和种子中SOD 活性、POD 含量和α-淀粉酶活性以及种子中脱氢酶含量的变化
2.2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化
由图1可以看出，随着黄瓜授粉后时间的延长，黄瓜果肉中SOD 活性38 d 以内总体上呈现下降趋势，种子中表现先升高后降低的趋势。种子中SOD 活性显著高于同期果肉中SOD 活性，在35 d 活性最高（10.23 U·mg-1），与21 d 时相比提高了96%；果肉中SOD 活性在21 d 和43 d 有2 个升高点，分别为2.65 U·mg-1和6.37 U·mg-1。

2.2.2 过氧化物酶（POD）含量的变化
由图2 可以看出，随着采收期的延长，黄瓜果肉中POD 含量在授粉后0~38 d 总体上呈现下降的趋势，与SOD 活性变化相似，在18 d 和43 d 有2 个升高点；种子中POD 含量呈现先升高后降低的趋势，在35 d 含量达到最高（96.6△OD470·g-1·min-1），大幅度高于同时期果肉中的POD 含量。

2.2.3 α-淀粉酶活性的变化
由图3 可以看出，随着采收期的延长，黄瓜果肉中α-淀粉酶的活性呈现出先增长后降低的趋势，6 d 活性最高（179 mg·g-1·min-1），之后9~43 d 活性持续降低；黄瓜种子中α-淀粉酶活性总体上呈现出降低的趋势，在43 d 活性稍有升高。

种子内脱氢酶含量随着种子发育进程呈现出先上升后降低的趋势。授粉后32 d，种子内脱氢酶含量达到最高值（16.75 μg·g-1），其值分别是21 d 和26 d的3.8 倍和1.9 倍。
2.3 不同采收期黄瓜果肉和种子中蛋白质含量以及种子中可溶性糖、淀粉含量的变化

2.3.1 蛋白质含量的变化由图5 可以看出，在黄瓜的发育过程中，黄瓜果肉和种子中蛋白质含量均表现先升高又降低的趋势，21 d 后果肉中的蛋白质含量均高于同时期种子中的含量。黄瓜果肉中蛋白质含量在29 d 达到最大值（100.37 mg·g-1）；种子中蛋白质含量在授粉后的32 d 达到最大值为29.9mg·g-1，与其他时期差异显著（P<0.05）。

2.3.2 可溶性糖和淀粉含量的变化
由图6 可以看出，黄瓜种子内可溶性糖与淀粉含量随着种子发育呈现出负相关增长的变化。可溶性糖含量在种子发育初期很高，淀粉含量相对较低，在授粉后29~32d，可溶性糖含量降低很快，而此时淀粉含量增长迅速，在32~43 d 两者的含量变化都不大，差异不显著。可见，在种子发育过程中，可溶性糖有向淀粉转化的趋势。

3 讨论
本试验中，黄瓜种子在授粉后35 d，种子千粒质量达到了28.88 g，比最大值小1.01%，差异极不显著（P>0.01）；并且此时期的发芽率和发芽势都达到了最高值，都为86.7%，种子在达到干质量最大并趋于稳定时进入生理成熟期[15-16]，此时期种子的生活力和活力最高[17-19]。有研究表明，种子在发育过程中，种子干质量达到最大值时是种子的适时采收期[20]。黄瓜种子中可溶性糖含量与淀粉含量在种子发育过程中表现出负相关的变化趋势。种子发育初期，种子内可溶性糖在营养物质代谢过程中被大量利用，淀粉含量相应升高，同时种子千粒质量也增长很快，种子中淀粉酶活性持续降低，这也有利于淀粉的积累。
在黄瓜种子发育过程中，种子中蛋白质含量在32 d 达到最高值，比果肉中出现的早；SOD 活性和POD 含量都在35 d 左右达到最大值；果肉中SOD活性和POD 含量在授粉后18~29 d 有所升高，这可能与种子中此时期SOD 活性和POD 含量的迅速升高有一定的关系；果肉中α-淀粉酶活性与种子中α-淀粉酶活性相关性不大，种子中α-淀粉酶活性在授粉后21~43 d 持续降低；种子中脱氢酶活性在32 d 左右达到最大值。种子中SOD 活性、POD 含量、脱氢酶活性和淀粉酶活性在一定程度上反映种子活力的高低[21]，刘树立等[22]认为种子活力是重要的种子质量指标之一。因此，本试验中黄瓜种子在授粉后32~35 d 种子活力较高。果肉中SOD 活性、POD 含量和种子中淀粉酶活性在授粉后的38~43 d 有所升高，这是由于此时种子已经在瓜内出现了胎萌现象。

4 结论
黄瓜在授粉后35 d 左右采收的种子发芽率、发芽势和千粒质量最大；在授粉后32 d 左右采收的种子中，脱氢酶含量最高；35 d 采收的种子SOD 含量和POD 活性是最高的；可溶性蛋白和淀粉含量在授粉后32 d 左右采收的种子中达到最大，表明营养物质积累已基本完成。因此，可以说明在授粉后32~35 d 采收的黄瓜种子活力是比较高的。本试验对黄瓜种子发育的几个阶段做了初步研究， 期望能为黄瓜种子的生产提供一定的理论依据。