適度高溫對水培條件下蔬菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

王立新，袁　陳，尹　凡，范益民

（1.常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟215500；2.常熟理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇常熟215500；3.常熟市虞山鎮(zhèn)中涇村委會，江蘇常熟215500）

適度高溫對水培條件下蔬菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

王立新1，袁陳1，尹凡2，范益民3

（1.常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟215500；2.常熟理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇常熟215500；3.常熟市虞山鎮(zhèn)中涇村委會，江蘇常熟215500）

摘要：研究了水培條件下25，30，32，34℃4種不同溫度對3種蔬菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響.結(jié)果顯示：從萌發(fā)率數(shù)據(jù)來看，各高溫處理與對照組相比總體有一定程度提升，其中茄子在30℃時出現(xiàn)最高值，空心菜的最高值在32℃.適度高溫對蔬菜的形態(tài)建成影響明顯，其中空心菜對高溫的響應(yīng)尤其顯著，表現(xiàn)為極大地促進莖的長高而對根的生長沒有顯著作用.結(jié)合葉綠素含量，根系活力和SOD活性等各生理指標結(jié)果進行綜合評價，3種蔬菜在水培條件下對適度高溫的耐受力柳葉空心菜最高，其次為大金條辣椒，墨玉茄子的耐受性相對較差.

關(guān)鍵詞：適度高溫；水培；蔬菜

溫度是影響植物生長發(fā)育的一個非常重要的環(huán)境因素.近年來，由于“溫室效應(yīng)”的加劇，全球變暖，高溫脅迫已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的重要問題.高溫對各類蔬菜的影響是多方面的，表現(xiàn)為影響葉菜類植株的外觀形態(tài)，使植株生長緩慢，從而影響產(chǎn)量；影響茄果類植株的花芽分化、授粉及受精以致出現(xiàn)落花落果及畸形果增多等不良后果.以往很多成果均以38℃及以上高溫為前提探討溫度對植物生長發(fā)育的影響［1-2］，本文結(jié)合本地氣候特點采用適度高溫進行研究.

本實驗選用茄子、辣椒和空心菜3種傳統(tǒng)陸生蔬菜，通過測定其種子萌發(fā)率、植株形態(tài)建成及生理生化指標3方面的變化研究持續(xù)的適度高溫對水培條件下不同種類蔬菜的影響，以期篩選出既適應(yīng)于水生環(huán)境條件，同時又適合蘇南地區(qū)春夏氣溫特點的蔬菜種類，為傳統(tǒng)蔬菜栽培方式提供新的思路，同時也為在水體綜合治理中引入經(jīng)濟植物這一新舉措提供前期理論參考依據(jù).

1　材料和方法

1.1實驗材料

蔬菜種子購于常熟市種子站，辣椒（Capsicum annuum L.），品種為大金條，茄子（Solanum melongena L.），為墨玉品種，空心菜（Ipomoea aquatica Forsk.），為臺灣白梗柳葉，均為適合于本地春夏種植的蔬菜品種.

1.2實驗方法

1.2.1種子萌發(fā)

蔬菜種子用0.5%次氯酸鈉消毒10 min，經(jīng)蒸餾水沖洗3次后浸種24 h.挑選完整、飽滿者放入預(yù)先鋪有脫脂棉的培養(yǎng)皿中（該裝置預(yù)先經(jīng)高壓蒸汽滅菌），每皿均勻放置30粒，平行3皿.于光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，每天定時適量添加曝氣自來水.白天溫度設(shè)定為25，30，32，34℃四個梯度，夜間設(shè)定18，23，25，27℃，以25℃/18℃為參照. 12 h/12 h光暗交替，光照強度為6 050 Lx.

1.2.2生理指標測定

培養(yǎng)至17 d進行各項生理指標測定.發(fā)芽率的統(tǒng)計采用直接計數(shù)法，用百分率表示.苗高及初生根長的測定采用直尺測量法，每皿隨機挑選5株幼苗進行測量，取平均值.蔬菜幼苗葉片葉綠素含量的測定采用丙酮提取法［3］、根系活力測定選用α-萘胺法［4］、SOD活性測定參照Stewert和Bewley的方法［5］，以抑制NBT還原率達50%的酶量為一個活性單位（U）.

1.3數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析

分別采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理、Origin統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)整理及分析.

2　結(jié)果分析

2.1適度高溫處理對蔬菜種子萌發(fā)率的影響

由表1可見，在不同溫度處理下，與對照組相比各類蔬菜萌發(fā)率表現(xiàn)有很大的不同.辣椒和空心菜的萌發(fā)率在32℃時達到最高，而茄子的萌發(fā)率最高值出現(xiàn)在30℃.相對而言，對照組的萌發(fā)率在各類蔬菜中均為最低.

表1　不同溫度處理對蔬菜種子萌發(fā)率（%）的影響

2.2適度高溫處理對蔬菜幼苗苗高的影響

從表2可以看出，隨著培養(yǎng)溫度的升高，與對照相比，茄子及空心菜的苗高均出現(xiàn)較大幅度的增高.特別是30℃處理下的空心菜，其苗高是對照組的2.25倍.而辣椒在30，32℃下表現(xiàn)與對照基本持平，僅在34℃處理下表現(xiàn)出較大的增長.

表2　不同溫度處理對蔬菜幼苗苗高（cm）的影響

2.3適度高溫處理對蔬菜幼苗根長的影響

由表3可以看出，適度高溫對各類蔬菜根長的影響各有表現(xiàn).辣椒及茄子在高溫處理下均表現(xiàn)出根長數(shù)值的明顯增大，在30，32℃下與對照組相比差異極顯著.但空心菜在根長這個形態(tài)指標中對溫度變化不明顯.結(jié)合觀察結(jié)果，各溫度處理對3種蔬菜植株的外形特征并未產(chǎn)生明顯影響.

表3　不同溫度處理對蔬菜幼苗根長（cm）的影響

2.4適度高溫處理對蔬菜幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素含量作為反映光合作用強度的最直接指標，其數(shù)值的大小直接指示功能的強弱.大金條辣椒在適度高溫處理下均表現(xiàn)為葉綠素含量的顯著升高，統(tǒng)計分析表明與對照相比差異極顯著.而30，32℃處理下的茄子及空心菜幼苗葉綠素均升高顯著，但34℃下的茄子與對照無明顯差異，而空心菜卻呈現(xiàn)顯著降低現(xiàn)象（見表4）.

2.5適度高溫處理對蔬菜幼苗根系活力的影響

根系活力是體現(xiàn)根的生長情況和代謝水平的指標，根系活力的大小直接影響植物地上部的生長和營養(yǎng)狀況以及產(chǎn)量，是植物生長中的重要生理指標之一.如表5所示，對照組各類蔬菜的根系活力在水培條件下相對較低，隨著培養(yǎng)溫度的升高，根系活力出現(xiàn)大幅度提升.至32℃時，根系活力開始出現(xiàn)明顯下降，整體表現(xiàn)出先升后降的趨勢.

2.6適度高溫處理對蔬菜幼苗葉片SOD活性的影響

SOD是植物體內(nèi)清除活性氧的重要細胞保護酶，其活性的大小可以反映植物對逆境脅迫的適應(yīng)能力.由表6可見，各類蔬菜對適度高溫的反應(yīng)各不相同.辣椒的SOD活力表現(xiàn)為明顯的先升后降，在32℃時達到最高，而后出現(xiàn)下降，但34℃時的活力比對照組高36.8%.茄子對高溫的反應(yīng)是隨著溫度的上升SOD活力直線降低.而空心菜的反應(yīng)同樣也表現(xiàn)為先升后降，但其高峰出現(xiàn)在32℃，溫度升至34℃時SOD活力急劇下降.

表4　不同溫度處理對蔬菜幼苗葉片葉綠素含量（mg/g）的影響

表5　不同溫度處理對蔬菜幼苗根系活力（μg/g.h）的影響

表6　不同溫度處理對蔬菜幼苗葉片SOD活力（U/g）的影響

3　討論

高溫脅迫可以引起種子萌發(fā)［6］，植株形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)，植物生理生化等多方面的變化［7-8］.本實驗采用的適度高溫比傳統(tǒng)意義的高溫脅迫在溫度設(shè)定上低5～7℃，其所帶來的結(jié)果也有所不同.種子萌發(fā)是一個非常復(fù)雜的過程，需要一系列酶的參與，通過呼吸作用降解胚乳或子葉中的貯藏物質(zhì)以提供種芽等的形態(tài)建成［9］.這種生理變化與外界條件如溫度、水分、氧氣、光照等有非常密切的關(guān)系.本實驗結(jié)果顯示，3種蔬菜的萌發(fā)率與處理溫度直接相關(guān).相同條件下，茄子的最佳萌發(fā)溫度為30℃，辣椒及空心菜的最佳為32℃.其原因可認為適當(dāng)提高溫度有助于提升萌發(fā)過程中的酶促反應(yīng)和呼吸作用，使貯藏的養(yǎng)分可以較快轉(zhuǎn)變成胚能直接利用的小分子從而提高萌發(fā)率.而作為對照組的萌發(fā)率卻較低，排除種子本身原因，作為傳統(tǒng)的陸生蔬菜，其萌發(fā)還受到光照條件、水分等多方面綜合影響［10］.而本實驗改為水培，其萌發(fā)習(xí)慣的改變最終影響到萌發(fā)率的數(shù)值大小.同時，為了避免高溫帶來的種子霉變壞死，本實驗對培養(yǎng)裝置預(yù)先進行高壓蒸汽滅菌，效果顯現(xiàn).關(guān)于高溫對植物形態(tài)建成方面的影響，從實驗結(jié)果來看，適度高溫對植物的苗高及根長均有一定程度的促進作用，且形態(tài)正常.其中空心菜對溫度變化的響應(yīng)尤為突出，表現(xiàn)為極大地促進莖的伸長而對根長的影響不大.作為葉菜類蔬菜，該表現(xiàn)可以將代謝產(chǎn)物更多地分配至莖葉中，更好地體現(xiàn)其經(jīng)濟價值.適度高溫處理下各類蔬菜生理指標出現(xiàn)較大變化. SOD作為逆境中首當(dāng)其沖的抗氧化酶，其活性的變化反映了植物對氧化損傷的修復(fù)能力，活性越高，清除自由基的能力越高，抗逆性也越強［11］.實驗結(jié)果顯示，就SOD活性單一指標而言，大金條辣椒盡管在34℃時活力有所下降，但其數(shù)值還是略高于對照組，表示在此溫度下還有較好的抗性.而空心菜對32℃高溫具有很強的抗性，從根系活力及葉綠素含量兩項指標來看，空心菜在32℃下均有良好表現(xiàn).綜上所述，筆者認為以上3種蔬菜在水培條件下對適度高溫的耐受力柳葉空心菜為最高，其次為大金條辣椒，墨玉茄子的耐受性相對較差.當(dāng)然，抗性強弱跟植物本身的營養(yǎng)等條件有非常密切的關(guān)系，如果能提供更好的外界條件，相信以上蔬菜對抗高溫的能力還能得到更大的提升.

水培作為一種僅用營養(yǎng)液就可以栽培植物的方式，與傳統(tǒng)土壤栽培相比有其獨特的優(yōu)勢.結(jié)合當(dāng)下對富營養(yǎng)化水體的生態(tài)組合治理模式，期望能把兩者進行有機結(jié)合，探索一條低成本同時又適合于治理受生活污水侵蝕的城市或者鄉(xiāng)村河道的途徑，一方面利用植物的吸收利用降低水體中的氮磷含量［12-13］，同時還可以獲得一定的經(jīng)濟收益.結(jié)合本實驗結(jié)果進行綜合評價，筆者認為白梗柳葉空心菜可以在本地春夏季節(jié)進行初步嘗試.當(dāng)然，本實驗僅對蔬菜的早期生長發(fā)育進行了一定研究，對其能否適應(yīng)不同富營養(yǎng)程度水環(huán)境并順利進入采收期還需后續(xù)實驗加以證實.

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Effects of Moderate High Temperature Stress on the Seed Germination and Growth of Vegetables under Water Culture

WANG Lixin1, YUAN Chen1, YIN Fan2, FAN Yimin3
（1. School of Biology and Food Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China；2. School of Chemistry and Material Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China；3. Zhongjing Village Committee of Yushan Town in Changshu City, Changshu 215500, China）

Abstract：The seed germination and growth of three kinds of hydroponics vegetables were studied under high temperatures of 25, 30, 32, 34℃. The results showed that Germination rates were increased when tress had moderate high temperature. At 30℃the eggplant had the highest germination rate but water spinach was at 32℃. The moderate high temperature also enhanced the root length and seedling length, water spinach had the best reaction combined with the chlorophyll content, root activity and SOD activity, and water spinach had the highest resistance.

Key words：moderate high temperature；water culture；vegetable

中圖分類號：Q945.79

文獻標識碼：A

文章編號：1008-2794（2016）02-0114-04

收稿日期：2015-07-20

基金項目：常熟市科技發(fā)展計劃項目“河道生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究與示范”（CS2013071）

通信作者：王立新，高級實驗師，碩士，研究方向：植物生理生化，E-mail：wlx26@tom.com.