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(忻州师范学院生物系， 山西 忻州 034000)

芸豆又称菜豆，属于豆科菜豆属[1]。根据国际粮农组织统计，种植芸豆的国家和地区有90多个，是栽种面积仅次于大豆的小宗杂粮作物之一[2]。芸豆在中国栽培的历史久远[3]，在黑龙江、甘肃、山西等省均有种植[3]，其中山西省忻州市五寨县有“红芸豆之乡”之称。芸豆营养丰富，其蛋白含量可达30.8%[4]，受到广大消费者的喜爱。

种子萌发过程复杂。萌发前的种子具有较低的水势[5]，利于水分的进入。种子吸水后，将会激活其大量的酶类，种子中储存的营养物质会发生变化，由大分子分解成了小分子，如种子储藏蛋白被分解成游离的氨基酸，用于细胞的供能或是新蛋白的合成。而在种子萌发的这一过程中，水溶性蛋白与游离氨基酸的含量有先上升后下降的变化趋势[27]，但关于它们之间的具体关系目前研究较少。

研究表明，大豆在发芽后的蛋白含量大于未发芽时，在发芽期间蛋白含量先下降后缓慢增加[7]；芸豆种子的蛋白质及游离氨基酸含量变化呈先升后降趋势，当芽长为2.01～2.50 cm时，蛋白质含量增加了20.62%[2]；芸豆种子在萌发时，可溶性蛋白含量变化为先增后减，游离氨基酸呈上升趋势[6]。

对于芸豆种子，研究大多集中于对其蛋白的性质[8]和蛋白的提取与优化[9]等方面，对其吸水规律及萌发期间的特性研究少见报道。本研究以4种不同品种的芸豆为试验材料，通过对发芽率等萌发指标和水溶性蛋白含量等生理生化指标的测定，探讨芸豆种子吸水规律及萌发特性，以期提高芸豆种子的发芽率，为芸豆的规范化生产、研究与开发具有生理活性的杂粮提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验4种芸豆均为山西农业科学院玉米研究所陈喜民副研究员课题提供，芸豆品种的编号及其物理性状见表1。

表1 芸豆品种及物理性质

编号品种籽粒颜色百粒重(g)粒径(mm)长宽105-04黑色19.309.835.94292-94白色20.419.506.203187-88花色52.1314.598.084191-92红色55.1417.427.83

1.2 主要仪器与试剂

FA 2004 N电子天平(上海箐海仪器有限公司)；LC-4016型低速离心机 (安徽中科中佳科学仪器有限公司)；N-752型紫外可见分光光分度计(上海仪电分析仪器有限公司)；SPX-150 B-Z型生化培养箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)。主要试剂:考马斯亮蓝G 250、茚三酮、无水乙醇等均为分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 种子处理

4个品种分别挑选籽粒饱满、大小一致且无损坏的芸豆种子各10粒，并称重。用75%乙醇灭菌1 min[10]，再用蒸馏水洗涤，超声处理25 min[11]，40 kHz。将处理后的芸豆种子放入已灭菌的培养皿中，于17，22，27 ℃等3个不同温度下进行暗培养，培养期间保持培养皿中纱布的湿润，保证芸豆种子所需水分充足。

1.3.2 吸水规律的测定

分别于培养后的1，2，3，5，8，10，12 h[12]，将22 ℃浸种的芸豆种子取出，并用吸水纸把水吸干后称重。重复3次，计算平均值。

吸水量(%)=(m1-m0)/m0×100%；

吸水速率(%)=(m1-m0)/t×100%[13]。

式中：m1为浸种后质量；m0为浸种前质量；t为浸种时间。

1.3.3 种子萌发试验

参照宋松泉等[14]的发芽法。记录17，22，27 ℃等3个不同温度下培养5 d时芸豆种子的发芽率、每天新出芽数，以种子吸水始至种子出现0.5 cm胚芽时为发芽标准，重复3次，计算发芽率、发芽指数：

发芽率(%)=(种子发芽数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应发芽日数[15]。

1.3.4 芸豆种子水溶性蛋白的测定

以种子处理当天为原点，第3、4、5、6、7、8天测定22 ℃培养下的芸豆种子中水溶性蛋白和游离氨基酸含量。水溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[16]，游离氨基酸含量参照植物生理学实验指导[17]测定。

1.4 数据处理与分析

用Excel 2010软件作图、DPS 7.5软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 种子吸水规律

采用称量法分别对4种芸豆种子的吸水量和吸水速率进行测定，结果见图1和图2。

从图1可以看出，4种芸豆种子的吸水量变化趋势基本一致，皆随着浸种时间的增加而增加。结合图2可知，浸种12 h分3个阶段，第1阶段在1～2 h期间，其吸水量增加，吸水速率急剧下降，此过程是物理吸水，其中187-88、191-92芸豆的吸水量、吸水速率大于05-04、92-94芸豆，可能是其百粒重大于05-04、92-94芸豆，所以种子需水量也大；第2阶段在2～10 h期间，种子的吸水速率下降，其中05-04芸豆的变化平缓，92-94芸豆在2～8 h期间吸水速率急速下降，在8～10 h内下降开始平缓，187-88、191-92芸豆到了2～3 h时下降平缓，3～5 h期间吸水速率下降急速，8～10 h时开始上升，但种子的吸水量是增加的，这个过程是缓慢吸水阶段；第3阶段在10～12 h期间，吸水量和吸水速率再次增加，此阶段是种子重新快速吸水阶段。

图1 4种芸豆种子的吸水量

图2 4种芸豆种子吸水速率

2.2 种子在3种不同温度下的萌发情况

在17，22，27 ℃下4种芸豆种子的发芽率与发芽指数结果如表2所示。由表2可以看出，4种芸豆种子随温度的升高，表现不一致。05-04芸豆在3个温度下的发芽率与发芽指数均高于其余3种芸豆，则05-04芸豆适种的温度范围可能比其余3种芸豆要广。结合图2可知，05-04芸豆的吸水速率变化波动平缓，其芸豆的百粒重较小，对水分利用率较高[18]。92-94芸豆27 ℃的发芽率和发芽指数分别为60%和3.25，皆小于在22 ℃萌发时的发芽率和发芽指数，这可能是选种好坏造成的影响。187-88芸豆发芽指标随温度的升高而升高。22 ℃萌发的191-92芸豆发芽率低于17 ℃萌发时，可能原因为该芸豆的萌发时间大于该次试验选定的5 d，或是由选种差异而致。芸豆的最适生长温度为20～25 ℃，温度高或低于20～25 ℃，不利于芸豆的结荚，所以挑选22 ℃作为芸豆水溶性蛋白和游离氨基酸测定的培养温度。

表2 4种芸豆种子在3种不同温度下的萌发情况

品种温度(℃) 17 22 27 发芽率(%)发芽指数发芽率(%)发芽指数发芽率(%)发芽指数05-04100a5.00a100a6.33a100a9.73a92-9455c2.16b67b4.00ab60b3.25b187-8860c1.76d80b3.07b95a4.25b191-9275b1.99c45c3.77b80ab3.92b

注：表中小写字母表示在0.05水平下差异性显著。

2.3 种子水溶性蛋白含量

采用考马斯亮蓝法测定4种芸豆种子的水溶性蛋白含量。由图3可以看出，4种芸豆种子在萌发的3～4 d水溶性蛋白含量变化平缓，此期间芸豆种子萌发供能，消耗其水溶性蛋白，所以水溶性蛋白含量普遍较低；在4～5 d水溶性蛋白含量剧增，是种子新合成水溶性蛋白，在第5天时达到最大值，4种芸豆种子水溶性蛋白含量分别为0.18，0.13，0.15，0.15 g/g；5～6 d以后水溶性蛋白含量又急速减少，此阶段是种子将其水溶性蛋白消耗用于种子的萌发；在6～8 d时又恢复到变化平缓期，种子到萌发的后期，将不再过多合成新的水溶性蛋白，且不会单一消耗水溶性蛋白，所以其含量变化平缓。

图3 4种芸豆种子的水溶性蛋白含量

2.4 种子中游离氨基酸含量

用茚三酮法测定4种芸豆种子氨基酸含量结果如图4所示。由图4可看出，4种芸豆种子在萌发前期游离氨基酸含量有缓慢的增加，后期游离氨基酸含量开始下降，其中05-04芸豆在萌发的第5天出现峰值，其游离氨基酸含量为239.33 mg/g，其他3种芸豆种子在萌发的第7天出现峰值。结合图3可知，3～4 d时水溶性蛋白的含量开始缓慢的合成增加，而种子的萌发需要消耗水溶性蛋白，水溶性蛋白被降解成小分子的氨基酸，所以其含量增加；第4～7天(萌发的后期)，新的蛋白开始合成，种子不再单一的消耗水溶性蛋白，所以在种子水溶性蛋白含量平缓时，游离的氨基酸含量还在增加，其中05-04芸豆在4～5 d时就开始了急剧的增加，原因可能是其发芽较快，与其它3种芸豆长势不一致，92-94芸豆在4～7 d其游离氨基酸含量也在急速增加；到了第7～8天，游离氨基酸的含量变化开始减缓，原因是种子合成新的蛋白，并非水溶性蛋白，所以氨基酸的含量开始下降。

图4 4种芸豆种子游离氨基酸的含量

3 讨论与展望

种子萌发可分为吸胀、萌动、发芽3个过程[19]。吸水膨胀是种子萌发的起始阶段[20]，种子吸水可以分为急剧、缓慢、停滞3个吸水时期。本试验中4种芸豆种子在吸胀1～2 h期间，种子的吸水量急剧增加；2～10 h期间，种子的吸水量增加，吸水速率减少；第3阶段在10～12 h期间，种子的吸水量又再一次增加，此吸水变化与李淑艳等[21]的研究结果不符合(其提出的大豆吸水的变化为慢—快—慢的变化趋势)，却与刘冰等[15]的研究结果相符。对于22 ℃以外的其他温度下芸豆的吸水情况以及芸豆种子吸水过程中具体的生理变化还有待进一步的研究。

种子活力最直观的是其发芽率[22]，对多数的植物而言，种子仅需充足的水分等条件就能发芽[23]，温度对种子的发芽率有不同影响[24]，本试验中，4种芸豆种子的发芽指标皆随温度升高而升高，与周泽[25]的研究结论相一致。在17，22，27 ℃ 3个不同温度培养下，92-94芸豆27 ℃培养时的发芽指数小于22 ℃培养时的数值，以及191-92芸豆22 ℃的发芽率小于17 ℃的发芽率，可能原因为种子自身原因，分为2种： 1) 外源因素，即胚以外的各种组织、种壳的限制； 2) 内源因素，即胚的自身原因，包含胚的形态发育未完成、必需激素的缺少等。有学者还认为，种子储藏期间的代谢、收获期前后和贮藏期的高温、高湿等因素会造成种子的劣变，种子活力便下降。本试验是在暗环境以及17，22，27 ℃等3种温度下进行萌发，对于其他条件下芸豆种子的发芽情况有待于进一步的研究。

芸豆种子在萌发过程中，蛋白含量整体呈现先上升后下降的趋势，此结果与王倩雯[6]的研究相符。此趋势可能是萌发前的浸种，使得种子中的可溶性氮溶于水中，或是种子萌发需要消耗部分蛋白造成的结果。生物体在萌发生长的过程中会分解和合成蛋白质，豆类种子贮藏蛋白主要是盐溶蛋白和水溶蛋白为主[26]。种子萌发前期水溶性蛋白含量普遍较低，是种子萌发时消耗蛋白质，其呼吸作用开始增强，酶促反应开始进行，蛋白质降解在芸豆种子的局部区域造成的结果。种子幼胚发育和呼吸作用将消耗贮藏蛋白，随萌发时间延长，种子蛋白含量会逐渐增加。其缘由是贮藏蛋白在萌发期间被分解成游离氨基酸，随后种子将其运转到生长部位，形成新的水溶性蛋白质，使得水溶性蛋白含量再次增加 ，后期的种子萌发将其消耗后，水溶性蛋白含量又降低[27]。本试验结果也与此相符，在芸豆种子萌发的4～5 d时，芸豆种子的可溶蛋白含量逐渐上升；在5～6 d期间，开始逐渐降低，但是在其水溶性蛋白的种类及含量上未进行鉴定和研究。

芸豆在萌发时，贮藏蛋白先进行分解，非水溶性的蛋白要先被分解成分子量较小的水溶性蛋白。随着种子的萌发，可溶性蛋白被完全的氨基酸化，游离氨基酸含量增加，种子将其运输到生长部分，以不同结合方式形成新的蛋白质。在此过程中，有些氨基酸进行了氨基化等反应，形成新氨基酸后，再合成新的蛋白质，所以游离氨基酸总量下降。

4 结 论

本试验的4种芸豆种子吸水量随浸种时间增加而增加，但吸水速率呈快—慢—快的变化趋势；4种芸豆种子的发芽指标随温度升高而升高，其水溶性蛋白及游离氨基酸含量先增加后下降，在萌发的第5天水溶性蛋白含量达到最大，4种芸豆种子水溶性蛋白含量分别为0.18，0.13，0.15，0.15 g/g。