银砂槐种子中有机物含量的测定范文

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《植物研究杂志》2016年第二期

摘要

银砂槐Yakovl．)为一种分布于我国新疆的珍稀沙生植物。为了研究银砂槐对沙漠环境的适应特性，本文检测了该物种种子中主要有机物的种类及其含量。结果如下:(1)碳水化合物、可溶性蛋白质和粗脂肪分别占种子干重的16．8%、23．7%和15．5%。(2)碳水化合物中可溶性糖占种子干重的10.1%，蔗糖占可溶性糖的43．4%。(3)蛋白质中的氨基酸和游离氨基酸分别占种子干重的26．5%和0．4%。(4)不饱和脂肪酸占总脂肪含量的90%以上，油酸、亚油酸是其主要成分。

关键词

银砂槐;碳水化合物;蛋白质;氨基酸;脂肪酸

银砂槐(Ammodendronbifolium(Pall．)Yakovl．)为豆科(Leguminosae)银砂槐属(Ammodendron)沙生落叶植物。该属植物全世界共有8种，其中仅有银砂槐1种分布于中国新疆霍城县塔克尔莫乎尔沙漠［1］。银砂槐生长于固定和半固定沙丘，是优良的固沙植物。尽管该植物结实量大，但由于种皮革质、不透水等原因，自然条件下发芽率极低，因而种群幼苗补充量不足、自然更新能力差、资源数量日趋减少［2］。目前，该物种已被列为国家2级保护植物，对其种群进行有效保护已迫在眉睫。种子是种子植物特有的繁殖体和遗传信息携带者，在物种延续中有重要作用。种子内含物是种子萌发和幼苗初期生长所必需的营养物质，种子成分的性质和含量直接影响种子的生理活性［3］。碳水化合物、蛋白质和脂肪是种子中主要的贮藏物质。碳水化合物提供幼苗生长发育所必需的碳素营养和能量，也关系到种子成熟过程中耐脱水性的获得［4～6］。蛋白质是种子萌发和幼苗生长的重要氮源［7～8］，而脂肪为高能量贮藏物，对种子萌发后幼苗发育十分重要［8～9］。因此，足够的贮藏物质和贮藏物质的有效利用是种子萌发和幼苗发育的重要前提。另外，土壤种子库是潜在的植被更新能力的重要组成部分，对退化生态系统的恢复和未来植被的构成起至关重要的作用，而种子的大小和形状不仅与种子内贮藏物质含量直接相关，也对预测沙质土壤种子库大小和持久性有重要价值［10～11］。因此，研究银砂槐种子形态和主要有机物含量对于了解该物种种子萌发特性、种群更新机制及退化生态系统恢复均有重要基础意义。

1材料与方法

1．1试验材料所试银砂槐果实于2013年7月采自新疆伊犁河谷塔克尔莫乎尔沙漠，去除果荚后经选择得到饱满、大小整齐、色泽正常的无病、虫种子，自然阴干后常温保存。

1．2种子形态测定种子的长、宽、厚度用游标卡尺测量。沿种子纵轴测其长度，种脐面至其背面为其宽度，于种脐面测其厚度。每试验重复4次，每重复30粒种子。种子千粒重用天平称量然后计算，重复3次，每重复500粒种子。

1．3主要有机物含量测定种子人工去种皮后加入液氮研磨，粉末置于－80℃冰箱保存供碳水化合物、蛋白及氨基酸测定用。另取自来水冲洗干净后的种子于60℃烘箱中干燥至恒重，然后研磨成粉末，用于粗脂肪和脂肪酸测定。

1．3．1碳水化合物含量测定取前述粉末按Hunt等的方法［12］提取及测定低分子量(LMW)和高分子量(HWM)可溶性碳水化合物，LMW可溶性碳水化合物中的葡萄糖、果糖和蔗糖以Rasmussen等的方法［13］测定，淀粉含量测定参考李合生等的方法［14］进行。

1．3．2可溶性蛋白质和氨基酸含量测定取前述粉末按Bradford等的方法［15］提取可溶性蛋白质并测定其含量。参考孙红梅等的方法［16］提取前述粉末中的游离氨基酸，以文献［17］所述方法水解前述粉末中的蛋白质，然后借助氨基酸自动分析仪(Sykam，S-433D)分别测定蛋白水解氨基酸和游离氨基酸含量。

1．3．3粗脂肪及脂肪酸含量测定前述粉末中粗脂肪抽提、含量测定按文献［18］的方法进行，脂肪酸含量参考文献［19］的方法用气相色谱仪(Agilent7890A)测定。

2结果与分析

2．1种子形态银砂槐种子的长、宽、厚分别为4．24、2．40和2．33mm，千粒重为16．43g。其色泽多为灰黄色，也偶见青绿色。先前的研究表明，银砂槐种子种长及种宽一般比较稳定，而种子厚度及千粒重受生长环境的影响较大［9］，表明环境因素主要通过影响种子厚度来调节其千粒重，但其作用机制尚待研究。

2．2碳水化合物含量从表1可知，成熟银砂槐种子中检测不到葡萄糖和果糖，可溶性总糖(LMW+HMW)中蔗糖占43．4%，HMW仅占3．2%。另外，可溶性总糖占种子干重的10．1%，淀粉占6．7%。说明银砂槐种子碳水化物以可溶性糖为主，其中蔗糖含量最高。

2．3蛋白质、氨基酸含量种子中的有机含氮化合物主要有蛋白质、氨基酸等。据其在水介质中的溶解性，蛋白质可分为可溶性蛋白质和不溶性蛋白质两类。种子中的氨基酸则包括游离氨基酸和作为蛋白质组成成分的氨基酸两类。本文检测了银砂槐种子可溶性蛋白质、游离氨基酸和总氨基酸(包括游离氨基酸和作为蛋白质组成成分的氨基酸)的含量，发现三者分别占种子干重的23．7%、0．4%和26．9%(表1～2)。由这些数据可计算出作为蛋白质组成成分的氨基酸占种子干重的26．5%，其中作为不溶性蛋白质组成成分的氨基酸仅占种子干重的2.8%。这些数据显示，银砂槐种子游离氨基酸含量极低，而可溶性蛋白质含量远高于不溶性蛋白质。考虑到可溶性蛋白质可能在植物抗性调节中发挥重要作用，银砂槐种子含有高含量可溶性蛋白质或许与其对荒漠环境的适应有关。然而，是否真如此还需进一步研究。表2还显示，银砂槐种子蛋白质氨基酸组成中谷氨酸含量最高，其次为天门冬氨酸，胱氨酸和甲硫氨酸含量最少，这些氨基酸分别占蛋白质总氨基酸含量的21．7%、9．1%、0．9%和0．9%(表2)。游离氨基酸中含量最丰富的仍然是谷氨酸，其次是丝氨酸和天门冬氨酸，分别占总游离氨基酸含量的31．4%、10．3%和9．6%(表2)。上述氨基酸组成及各种氨基酸的含量对于干旱条件下银砂槐种子萌发乃至幼苗发育的生理意义尚待进一步研究。

2．4脂肪及脂肪酸含量花生和大豆种子的油脂含量分别为48．0%和21．3%［20］，但银砂槐种胚粗脂肪含量仅占种子干重的15．5%(表1)，可见其远低于豆科油料种子。从脂肪酸组成看，银砂槐种子中不饱和脂肪酸占总脂肪含量的90%以上，而饱和脂肪酸不足10%。不饱和脂肪酸以亚油酸、油酸为主，二者占脂肪总量的89．5%。饱和脂肪酸中以棕榈酸为主，但其仅占总脂肪含量的6．0%(表3)。银砂槐种子如此高的不饱和脂肪酸含量与该物种的干旱耐受性有否关联也是一个值得深入研究的问题。

3讨论

因受生长环境的影响，不同地区不同年份的种子其充实饱满程度可能会有差别，种子的千粒重就会有差别。因此针对不同年份采集的种子，在贮藏前对其形态和大小要有所观测和记录。1979年Thompson和Grime首次提出了在英国植物区系中具有小而圆的种子比大而长或扁平的种子更趋向持久［21］。1993年Thompson等人再次报道具有持久性种子库的物种比瞬时种子库的物种具有更小的种子，而且种子易于埋藏也是土壤种子持久性的一个潜在机制［10］。持久性种子库对受破坏和退化的植物群落保护以及濒危植物的有效保护和恢复发挥重要作用。文中对银砂槐种子大小和长宽厚的测量为沙漠土壤种子库持久性的预测提供了数据资料。模式植物拟南芥种子发育至成熟阶段时贮藏物质油和蛋白大量积累同时伴随蔗糖、棉子糖和水苏糖的积累，在这一过程中淀粉先短暂增加而后降解，而己糖和游离氨基酸具有相同变化趋势至种子成熟时仅能发现极少量［22］。在豆科植物成熟的种子中，蛋白含量丰富，淀粉含量低，而油脂含量在一些油料种子中含量也很丰富［8，23］。本文研究结果表明银砂槐种子三大贮藏物质中蛋白含量最丰富，碳水化合物和脂肪含量相当，对种子不同发育阶段贮藏物质的变化情况还有待进一步研究。种子成熟时贮藏物质的积累有利于种子耐脱水性的获得，也是种子在不利环境条件下的适应策略。

Koster等人研究了黄豆、豌豆和玉米种子耐脱水性与可溶性糖含量之间的关系，其结果表明蔗糖可以作为这些种子耐脱水性获得的主要标志，同时伴随大量的寡糖［6］。芸苔属油菜种子成熟过程中耐脱水性获得时蔗糖增加，水苏糖出现，二者含量分别占种子干重的3．46%和4．68%，而葡萄糖含量为零［5］。银砂槐种子胚部蔗糖含量占种子干重的4．4%，而未检测到葡萄糖和果糖，这可能也是种子耐脱水性获得的重要特征。另外，可溶性蛋白是重要的渗透调节物，能够提高细胞的保水能力。拟南芥种子在胚干燥后期阶段(即耐脱水性获得)蛋白质迅速积累［22］。本文中成熟的银砂槐种子检测到丰富的可溶性蛋白含量，推测这与种子耐脱水性的获得有密切关系，也说明种子在干旱荒漠环境下保持活力的一种适应策略。所有的豆科植物种子中富含赖氨酸，而缺乏含硫的氨基酸，如甲硫氨酸［7］。

本文中银砂槐种子中谷氨酸和天门冬氨酸含量最丰富，赖氨酸含量适中，甲硫氨酸含量最少，这与前人结果一致。游离氨基酸组成中谷氨酸含量最丰富(表2)，可为其他氨基酸的合成提供氨基供体，同时为种子萌发时各种细胞代谢过程提供必需的物质。有研究表明谷氨酸能促进种子萌发和幼苗生长并提高抗逆性［24～25］，那么高含量的谷氨酸也可能有利于银砂槐种子萌发并增强荒漠生境的抗逆性。正常成熟种子内游离氨基酸含量很低，如蒺藜苜蓿种子游离氨基酸含量不到总氮的1%［26］，而拟南芥种子仅含种子干重的0．2%［22］。银砂槐种子游离氨基酸占种子干重的0．4%(表2)，这为种子正常生理状况的判断提供依据。种子中脂肪的品质与脂肪酸的种类有关。种子成熟过程中饱和脂肪酸含量下降而不饱和脂肪酸含量增加，尤其是油酸、亚油酸和亚麻酸，在种子成熟时占总脂肪酸的80%以上［22］。脂肪为高能量贮藏物，为种子萌发后幼苗的建立提供主要的能源和碳骨架［27］。种子油含量及不饱和脂肪酸含量与植物的耐低温性有密切关系［28］。原因在于不饱和脂肪酸含量可降低脂质的相变温度以维持细胞膜的稳定性，从而提高耐冷性。因此银砂槐高含量的不饱和脂肪酸有利于种子度过严冬，以维持荒漠环境下的适应性。总之，文中通过银砂槐种子形态和主要有机物含量的分析，讨论其与种子生理状态和生理活性之间的关系以及种子适应荒漠环境策略，目的在于为银沙槐种子的合理利用、贮藏提供理论依据，也为银砂槐种群的有效保护和生态恢复奠定基础。

作者：朱艳蕾 安登第 佘小平 单位：陕西师范大学生命科学学院 新疆师范大学生命科学学院