我國甜菜種子引發(fā)研究進(jìn)展

王茂芊 ，王維成 ，吳則東，張澤旭

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所/黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱150080；2.新疆石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院甜菜所，石河子832000；3.哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150025）

種子引發(fā)（seed priming）技術(shù)是種子處理技術(shù)的一個(gè)分支，20世紀(jì)70年代由Heydecker等發(fā)現(xiàn)，是先控制種子吸水的速度，為萌發(fā)提前進(jìn)行生理準(zhǔn)備，再讓種子緩慢回干的一種播前種子處理技術(shù)[1]。引發(fā)技術(shù)處理過程中，種子開始修復(fù)膜系統(tǒng)和DNA，提高RNA，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，對酶活性及代謝產(chǎn)生影響。播種后，種子吸水會(huì)迅速越過萌動(dòng)階段，其優(yōu)點(diǎn)是出苗率高，出苗整齊，提高種子苗期抗逆性[2-3]。甜菜是我國重要的糖料作物之一，但是甜菜種子萌發(fā)緩慢，抗逆性較弱。因此通過種子引發(fā)技術(shù)提高甜菜種子活力、發(fā)芽率和抗病性，開發(fā)應(yīng)用甜菜種子引發(fā)技術(shù)是我國甜菜種子產(chǎn)業(yè)有效的發(fā)展途徑，對甜菜種子生產(chǎn)具有十分重要的意義[4]。

1 常用的種子引發(fā)方法及影響種子引發(fā)的因素

1.1 常用的種子引發(fā)方法

1.1.1 液體引發(fā)法 該方法主要是通過控制調(diào)節(jié)種子吸水量達(dá)到對種子引發(fā)的目的[5]。常用的引發(fā)劑有聚乙二醇，它通過基質(zhì)勢調(diào)節(jié)溶液水勢。無機(jī)鹽溶液也可改變?nèi)芤旱乃畡荻档推錆B透勢，如氯化鈉、硝酸鉀、氯化鈣等。低分子量的有機(jī)物質(zhì)和海藻懸浮液等也可作為引發(fā)劑，如甜菜堿、甘油、甘露糖等[6-7]。

1.1.2 固體引發(fā)法 理想的引發(fā)固體基質(zhì)應(yīng)具有較高的持水力，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，水溶性低，顆粒大小、空隙度和結(jié)構(gòu)可變，容重小，表面積和體積大，易與種子分離，對種子無毒害等特點(diǎn)。目前常用的固體基質(zhì)包括軟蛭石、煙煤、多孔生粘土、聚丙酸鈉膠頁巖以及合成硅酸鈣等[8]。

1.1.3 滾筒引發(fā)法 滾筒引發(fā)是將種子放入滾筒噴入水汽，水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)。控制好種子吸水程度是滾筒引發(fā)的關(guān)鍵。滾筒引發(fā)過程為確定種子的吸水量，在滾筒內(nèi)放置1～2周，最后干燥[9]。種子吸濕5～15 d后，用空氣流干燥種子。種子的吸水速率以及吸水量可用軟件控制。

1.1.4 抗菌引發(fā) 種子萌發(fā)時(shí)，某些病原微生物會(huì)抑制種子的萌發(fā)，造成幼苗腐爛，滋生害蟲。氧化性化學(xué)物質(zhì)不僅具有顯著的殺菌作用，還可以腐蝕種皮并給種子提供氧氣，如：過氧化氫、高錳酸鉀、過氧醋酸。另外，聚乙二醇搭配抗生素也可以引發(fā)種子，如四環(huán)素、青霉素、鏈霉素等抗生素，還有多菌靈和甲基托布津等殺菌劑，不僅可以促進(jìn)種子萌發(fā)，也可抑制菌類的滋生和危害。

1.2 影響種子引發(fā)的因素

（1）引發(fā)的滲透勢：控制引發(fā)劑的滲透勢是引發(fā)成敗的決定因素。最適的滲透勢是使種子適度地吸水而又不致使種子發(fā)芽[10]。（2）吸水速率：種子吸水速率或吸脹能力決定于水勢，水勢越高，越容易引致種子傷害，因此可通過定量加水等控制吸水速率和吸脹傷害。不同植物種的吸脹能力有差異，一般蛋白質(zhì)含量高的種子吸脹能力強(qiáng)于淀粉含量高的種子，油脂含量高的種子吸脹能力弱。（3）引發(fā)時(shí)間和溫度：高滲透勢下，種子吸水較快，所需引發(fā)時(shí)間短，而低滲透勢則相反。引發(fā)的主要作用在于縮短胚根突破種皮的時(shí)間，在較低溫度萌發(fā)效果較好，一般引發(fā)溫度控制在15～20℃。（4）引發(fā)后的回干：種子引發(fā)后回干對引發(fā)效果的影響有不同的報(bào)道。（5）種子質(zhì)量：種子引發(fā)效果除與植物種類或品種有關(guān)外，還受種子質(zhì)量如發(fā)芽率或活力的影響[10]。

2 種子引發(fā)技術(shù)的應(yīng)用

由于種子引發(fā)具有強(qiáng)抗性、高活力、快速萌發(fā)、耐低溫、出苗整齊、成活率高的特點(diǎn)，目前已經(jīng)有很多植物開始應(yīng)用種子引發(fā)技術(shù)。楊小環(huán)等利用氯化鈉溶液處理高粱種子，表明鹽脅迫下可以不同程度地促進(jìn)高粱種子萌發(fā)，減弱鹽對幼苗的傷害并促進(jìn)幼苗生長[11]。白占兵等采用了一定濃度的赤霉素處理辣椒種子，發(fā)現(xiàn)赤霉素濃度適宜時(shí)可加速辣椒種子萌發(fā)[12]。劉彥文等在不同溫度下采用蛭石對兩種莖用萵苣種子進(jìn)行引發(fā)，表明蛭石引發(fā)可減輕萵苣種子的高溫休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)[13]。吳凌云等在不同溫度下利用蛭石和硝酸鉀滲透引發(fā)辣椒和茄子種子，表明蛭石和硝酸鉀均可提高辣椒和茄子種子在不同溫度下的出苗特性[14]。王鵬等探索引發(fā)對鹽脅迫條件下桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長的生理效應(yīng)，結(jié)果表明1%NaCl+1%CaCl2+750 mg/L GA引發(fā)效果最佳，為桔梗種子最佳引發(fā)劑，能夠增強(qiáng)桔梗種子抗鹽脅迫能力，改善種子發(fā)芽特性，使出苗一致[15]。張培嶺等利用水楊酸處理甜瓜種子，表明水楊酸處理可有效提高甜瓜果實(shí)貯藏過程中抗鏈格孢侵染能力[16]。王瑞聰?shù)壤萌c引發(fā)馬齒莧種子，發(fā)現(xiàn)在濃度和時(shí)間適宜的情況下，三氮化鈉能顯著提高種子萌發(fā)率和萌發(fā)質(zhì)量，而更高濃度、更長時(shí)間的處理則使萌發(fā)率和萌發(fā)質(zhì)量逐漸下降[17]。李洋等通過多種維生素和植物激素的引發(fā)處理老化玉米種子，表明有些維生素和植物激素對發(fā)芽率、苗高、苗鮮重有負(fù)作用[18]。

3 我國甜菜種子引發(fā)研究進(jìn)展

目前，國外很多國家如美國、英國、德國、法國等國早已廣泛使用種子引發(fā)技術(shù)。近幾年，我國逐漸意識到開發(fā)甜菜種子引發(fā)劑的重要性，但由于起步晚，國外的很多技術(shù)方法不公開，導(dǎo)致我國的甜菜種子引發(fā)還處于摸索階段。近幾年，我國甜菜種子引發(fā)的研究也逐漸增多，如程大友等利用氯化鈉鹽溶液對甜菜種子進(jìn)行處理，表明低濃度的氯化鈉溶液對甜菜種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用[19]。劉軍利用4種不同濃度的微量元素及植物生長調(diào)節(jié)劑對甜菜種子浸種，表明錳、硼、鋅等微量元素浸種能激化甜菜種子的活力，提高發(fā)芽勢和發(fā)芽率，促進(jìn)幼苗的生長[20]。魯兆新等利用植物生長劑、維生素、微量元素等多種藥劑，進(jìn)行甜菜種子活化劑的配方篩選及室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，選出1個(gè)效果好的配方制成甜菜種子活化劑[21]。王海鳳等利用不同濃度的水楊酸對甜菜抗、感叢根病品種進(jìn)行浸種處理，表明適宜濃度的水楊酸均對抗病品種和感病品種的種子萌發(fā)有促進(jìn)作用[22]。宋柏權(quán)等研究引發(fā)技術(shù)對甜菜紙筒育苗出苗的影響，表明引發(fā)技術(shù)處理過的甜菜種子出苗快，利于紙筒育苗苗床管理、提高育苗質(zhì)量[23]。陳貴華等采用不同濃度的種子活化劑處理甜菜種子，表明一定濃度的五水硫酸銅、硝酸鉀、高錳酸鉀、七水硫酸銅、赤霉素對甜菜種子的萌發(fā)具有促進(jìn)作用[24]。沙紅等利用6-芐基腺嘌呤和聚乙二醇處理甜菜種子，表明6-芐基腺嘌呤和聚乙二醇能縮短出苗時(shí)間，促進(jìn)甜菜種子萌發(fā)，提高甜菜種子簡化活力指數(shù)[25-26]。

4 甜菜種子引發(fā)的問題及對未來展望

目前，液體引發(fā)常用的是無機(jī)鹽和水，由于物美價(jià)廉，效果好，應(yīng)用前景很好。聚乙二醇由于價(jià)格略高，很少應(yīng)用在甜菜中。滾筒引發(fā)能夠控制種子吸濕時(shí)間，效果較好，可操作性強(qiáng)，有望實(shí)現(xiàn)甜菜大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。雖然引發(fā)技術(shù)能提高種子的發(fā)芽率，改善苗的抗逆性，但是引發(fā)后的甜菜種子耐藏性較差，壽命比未引發(fā)的種子縮短，而且種子容易產(chǎn)生細(xì)菌不利于儲藏等。如何在引發(fā)處理后提高種子的耐藏性并且能保持最佳的引發(fā)效果，是甜菜種子引發(fā)需要解決的主要問題[2-3]。試驗(yàn)表明引發(fā)甜菜種子的出苗更快、更均勻，能顯著提高收獲期間的根質(zhì)量，但不會(huì)增加植物密度，對根產(chǎn)量的影響不顯著[27]。

隨著我國甜菜產(chǎn)業(yè)的不斷加速發(fā)展，對甜菜種子質(zhì)量的要求也越來越高，但甜菜引發(fā)尚處于起步階段，引發(fā)劑的種類、引發(fā)劑配比、引發(fā)劑處理的濃度和時(shí)間都需要逐步摸索，想要真正利用種子引發(fā)技術(shù)來提高甜菜種子質(zhì)量，還需要做大量的工作。近幾年生物技術(shù)發(fā)展迅速，育種家們?yōu)榱苏业脚c引發(fā)機(jī)制相關(guān)的生物機(jī)理和分子標(biāo)記，逐漸從分子水平探索，以此提高種子質(zhì)量。如用水聯(lián)合靜電場引發(fā)處理洋蔥種子可以還原已經(jīng)喪失活力的種子[28]；利用多壁碳納米管引發(fā)小麥種子可加速小麥的生長，提高谷粒數(shù)量，增加生物量，提高氣孔密度和木質(zhì)部韌度，使表皮細(xì)胞和水吸收增強(qiáng)[29]；應(yīng)用水啟動(dòng)和激光相結(jié)合的方法對甜菜種子處理，植株的酶活性顯著增加，種子引發(fā)對鉀含量有正向影響，特別是對甜菜葉片和根系的某些產(chǎn)量參數(shù)有正向影響[30]。相信通過我們不斷學(xué)習(xí)和開發(fā)新的引發(fā)方法，借鑒其他作物的引發(fā)劑種類和配比濃度等處理方法，定能為甜菜種子引發(fā)、包衣劑篩選提供新的物化材料[4]。