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(福建農(nóng)林大學園藝植物生物工程研究所, 福州 350002)
莧菜(Amaranthustricolor)是莧科莧屬一年生草本植物,主要分布在東亞、東南亞的溫帶、亞熱帶地區(qū)。在我國具有悠久的栽培歷史[1]。葉子為卵形或棱形,顏色有綠色或紫紅色。其莖部富含纖維,直徑一般較粗,常分枝。莧菜菜身軟滑而菜味濃,入口甘香,有潤腸胃清熱功效。它富含豐富的且人體容易吸收的鈣、鐵元素,還具有一定的藥用價值,近年來越來越受到人們的關注。人工栽培極為廣泛,在長江以南各省區(qū),幾乎無處不栽[2]。
莧菜通過種子繁衍后代,而種子活力的保持和成功萌發(fā)決定著植物種群的生存和繁衍,也決定著植物進入自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的時間,直接影響到作物的產(chǎn)量[3-4]。大量研究發(fā)現(xiàn),外源物質對種子的萌發(fā)以及生長有著重要的影響和調節(jié)作用,其中ABA、GA3的動態(tài)平衡在種子休眠生長中發(fā)揮了重要作用[5],很大程度上調節(jié)和影響著種子的發(fā)芽指標,硫酸銅、殼聚糖、Fe-EDTA這幾種外源物質也能不同程度地影響種子的發(fā)芽指標和幼苗生長。種子的發(fā)芽指標是決定種子質量優(yōu)劣的重要指標之一,發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)都高則表示種子的發(fā)芽速度快、出苗一致整齊、種子生命力強[6]。本試驗通過運用幾種不同外源物質對莧菜種子進行培養(yǎng),探究利于莧菜種子萌發(fā)和生長發(fā)育的外源物質,以期對莧菜種子的萌發(fā)和生長發(fā)育。
隨機選取大小一致、飽滿的“大紅圓葉”花莧菜種子為材料。
以外源物質+MS配制成培養(yǎng)液對莧菜種子進行培養(yǎng)。對圓葉紅莧菜種子進行不同濃度的ABA、GA3、硫酸銅、殼聚糖、Fe-EDTA溶液培養(yǎng),每個處理設置5種濃度梯度(表1),以MS為對照組(ck)。
表1 處理莧菜種子的外源物質濃度
外源物質濃度T1T2T3T4T5ABA(mg/L)0.10.51.01.52.0GA3(mg/L)0.10.51.01.52.0殼聚糖(mg/L)0.10.51.01.52.0硫酸銅(μmol/L)10204080100Fe-EDTA(μmol/L)2550100150200
表2 不同濃度ABA對莧菜種子萌發(fā)的影響
處理(mg/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)ck80.3±2.8284aA34.5±1.5556aA27.95±0.594aAT1(0.1)12.7±1.2728bB5.3±3.8184bB9.25±0.3394bBT2(0.5)5.0±0.7071cC5.0±0.2828bB1.00±0.3394cCT3(1.0)2.0±1.4142cC2.0±1.4142bB1.00±0.198cCT4(1.5)3.0±1.8385cC3.0±1.8175bB0.67±0.1414cCT5(2.0)1.0±0.7071cC1.0±0.8839bB0.50±0.2404cC
注:小寫字母表示0.05水平,大寫字母表示0.01水平。下同。
表3 不同濃度GA3對莧菜種子萌發(fā)的影響
處理(mg/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)ck80.3±2.8284bAB34.5±1.5556eD27.95±0.594aAT1(0.1)79.3±1.2728bB57.6±0.5657aA33.17±3.0504aAT2(0.5)63.0±0.1414cC42.0±1.2728cdC32.10±0.0707aAT3(1.0)63.0±0.99cC40.5±0.4243dC29.33±1.8102aAT4(1.5)81.0±0.9899bAB47.5±1.2728bB32.50±4.2144aAT5(2.0)85.0±0.4243aA43.6±0.8485cBC28.10±3.5497aA
表4 不同濃度殼聚糖對莧菜種子萌發(fā)的影響
處理(mg/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)ck80.3±2.8284bB34.5±1.5556dD27.95±0.594bAT1(0.1)80.7±0.2828bB46.0±0.4243cC34.50±2.3335abAT2(0.5)81.3±0.7071bB50.5±0.8485bB32.20±4.2144abAT3(1.0)94.2±0.2828aA49.6±0.9899bB38.20±3.6911aAT4(1.5)82.1±1.2728bB44.1±0.8485cC34.80±0.1131abAT5(2.0)81.1±0.99bB54.5±0.7071aA33.50±3.6487abA
將種子用濾紙包好放在50 ℃溫水中浸泡10 min,洗去表面粘液并濾干后,在培養(yǎng)皿內(nèi)鋪上3層濾紙并貼好標簽,濾紙上均勻擺上50粒種子,每個培養(yǎng)皿中各加5 mL對應的營養(yǎng)液,蓋好蓋子置于25 ℃培養(yǎng)架上培養(yǎng)。培養(yǎng)期間,每天觀察并給種子補充營養(yǎng)液2次,保持種子整個培養(yǎng)期間的營養(yǎng)。試驗每個處理設2次重復,每次重復50粒。
將種子放置培養(yǎng)架后培養(yǎng),對莧菜種子發(fā)芽情況進行記錄,以種子胚芽突破種皮并發(fā)育到種子1/2計為種子發(fā)芽,發(fā)芽后第2天開始統(tǒng)計種子發(fā)芽勢,在種子出芽后第4天種子發(fā)芽結束[7],統(tǒng)計發(fā)芽率,并且計算發(fā)芽指數(shù)。1周后,用直尺測量種子發(fā)芽后的長度,記錄,再隨機選取10株莧菜幼苗進行稱重,并進行記錄。
發(fā)芽勢(%)=規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%;
發(fā)芽率(%)=全部發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%;
發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt(式中:Dt為發(fā)芽日數(shù),Gt為與Dt相對應的每天發(fā)芽種子數(shù))[8]。
2.1.1 ABA對種子萌發(fā)的影響
表2結果表明,培養(yǎng)液為ABA溶液培養(yǎng)處理的莧菜種子在適宜生長環(huán)境下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)與MS培養(yǎng)液處理的ck相比較有明顯的降低。除T 1處理組外,其它4個處理組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)3項指標都趨向于零,而且隨著ABA溶液濃度的不斷增加,莧菜種子的3項萌發(fā)指標表現(xiàn)出明顯下降的趨勢。由表2可以看出,莧菜種子的發(fā)芽率在T 1濃度即0.1 mg/L時僅為12.7%,發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)都大大低于對照組。各項種子萌發(fā)指數(shù)在T 2濃度即ABA濃度為0.5 mg/L時顯著下降,在T 3濃度即1.0 mg/L以上時,萌發(fā)指標基本趨向于零,都在3%以下。結果表明,ABA對莧菜種子的萌發(fā)有著極其明顯的抑制作用,且隨著其濃度的增加,抑制作用也更強。
2.1.2GA3對種子萌發(fā)的影響
表3結果表明,花葉莧菜種子在T 1(GA3濃度為0.1 mg/L)和T 4(GA3濃度為1.5 mg/L)濃度,發(fā)芽率與ck基本相同,發(fā)芽指數(shù)較高于ck組。T 5(GA3濃度為2.0 mg/L)濃度下,種子發(fā)芽率高于ck,表明該濃度能夠有效促進花葉莧菜種子的萌發(fā)。萌發(fā)率雖然不規(guī)律,但是各處理的發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)都高于ck,并且在T 1和T 4達到最高。說明GA3能夠明顯提高花葉莧菜種子的發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度,并且適當?shù)臐舛葘μ岣呋ㄈ~莧菜種子萌發(fā)的效果更佳。
2.1.3 殼聚糖對種子萌發(fā)的影響
由表4可以看出,花葉莧菜種子經(jīng)殼聚糖溶液培養(yǎng)后,與ck相比,其發(fā)芽指標均有不同程度的提高。在發(fā)芽率中,以T 3處理(殼聚糖濃度為1.0 mg/L)效果最為明顯,并且與其他4組處理差異較大,T 3與ck相比,發(fā)芽率提高了17.4%,差異非常明顯,但其它4個處理組與ck相比差異不大。在發(fā)芽勢中,以T 5處理(殼聚糖濃度為2.0 mg/L)效果最為明顯,T 2和T 3差異很小。處理組發(fā)芽勢相對于ck都至少增加了25.4%,其中T 5最高,增加了54%,T 2與T 3分別增加了43.1%、40.1%;在發(fā)芽指數(shù)中,以T 3處理效果最為明顯,與ck相比較,高了27.9%,其發(fā)芽指數(shù)提高了10.25;其他幾個處理與ck比較也呈現(xiàn)較大差異,表明殼聚糖能夠促進種子活力;以上結果說明,殼聚糖對種子的萌發(fā)具有促進作用,并且適宜濃度下促進作用會更大。
注:A為GA3;B為殼聚糖;C為硫酸銅;D為Fe-EDTA。圖1 不同處理條件對莧菜幼苗生長的影響
表5 不同濃度硫酸銅對莧菜種子萌發(fā)的影響
處理(μmol/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)ck80.3±2.8284bB34.5±1.5556eC27.95±0.594abAT1(10)86.4±1.2728aA65.5±1.1314aA30.17±3.6628aAT2(20)73.2±0.7654cC49.5±0.5657cdB27.50±1.2445abAT3(40)80.2±0.9942bB49.1±0.8485dB26.00±1.4142abAT4(80)81.3±0.5657bAB51.8±0.5236bcB24.67±3.578abAT5(100)85.2±0.2828aAB52.8±1.1243bB23.17±3.2244bA
表6 不同濃度Fe-EDTA對莧菜種子萌發(fā)的影響
處理(μmol/L)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽指數(shù)ck80.3±2.8284bAB34.5±1.5556dD27.95±0.594cAT1(25)79.8±0.5651bAB40.0±0.2828cC28.45±2.2486bcAT2(50)81.8±0.4243abAB43.8±0.8485bB29.00±2.984bcAT3(100)78.4±0.8764bB47.1±0.1414aA33.16±1.2586abAT4(150)80.3±1.1314bAB35.90±1216dD33.25±1.1318abAT5(200)84.5±1.4541aA43.7±0.5452bB34.17±1.9094aA
2.1.4硫酸銅對種子萌發(fā)的影響
通過表5可以看出,花葉莧菜種子在經(jīng)過硫酸銅溶液培養(yǎng)后,除去T 2(20μmol/L)處理組,莧菜種子發(fā)芽勢與發(fā)芽率都高于ck。在發(fā)芽率中,T 1(10μmol/L)和T 5(100μmol/L)與ck相比差異明顯,分別增加了7.9%、6.5%,除T 2外,其它幾組與ck差異不是很大,但也都略有增加。這表明在一定程度上,硫酸銅對花葉莧菜種子的發(fā)芽具有一定的促進作用。在發(fā)芽勢上,各個處理組都明顯高于ck,表明硫酸銅能增加種子的發(fā)芽速度。在發(fā)芽指數(shù)上,只有T 1處理組稍微高于ck,而其它4個處理組都低于ck,并且隨著硫酸銅濃度的增大呈現(xiàn)遞減的趨勢。這說明硫酸銅會降低花葉莧菜種子的活力,并且隨著硫酸銅濃度的增加,種子活力也會隨之降低。
2.1.5 Fe-EDTA對種子萌發(fā)的影響
由表6可以看出,在經(jīng)過Fe-EDTA溶液培養(yǎng)后,花葉莧菜種子的發(fā)芽率與ck組相比差異不大。T 1(25μmol/L)、T 3(100μmol/L)略低于ck,其它3個處理組都較高于ck,其中T 5(200μmol/L)達到最大,為84.5%。在發(fā)芽勢上,處理組各組都明顯高于ck,并且在T 3(100μmol/L)處理最大,表明Fe-EDTA在一定程度上能夠加快種子的發(fā)芽速度。發(fā)芽指數(shù)上,隨著Fe-EDTA濃度的增大,種子的發(fā)芽指數(shù)也不斷增加,表明一定濃度的Fe-EDTA能促進種子活力的增加,并且隨著Fe-EDTA濃度的加大,種子活力也逐漸加大。
2.2.1 GA3對幼苗生長的影響
由表7可以看出,GA3溶液下培養(yǎng)的花葉莧菜種子的莖長相對于ck更長,并且差異比較明顯,在T 3(1.0 mg/L)濃度下莧菜種子莖長達到最大值,相對于ck組長了45.2%,這說明GA3對莧菜種子的生長有著明顯的促進作用,有利于莧菜種子的伸長,并且在適宜濃度下GA3能極大的促進莧菜種子莖的生長。在植株鮮重上,除T 2(0.5 mg/L)濃度外,其它4組處理都大于ck,尤其以T 3(1.0 mg/L)和T 5(2.0 mg/L)處理更加明顯,達到顯著水平,分別比ck重64.6%和17.3%。表明GA3對花葉莧菜幼苗的生長具有一定的促進作用,能明顯提高植株的高度和鮮重。
表7 不同濃度GA3對莧菜幼苗生長的影響
處理(mg/L)莖長(cm)植株鮮重(mg/株)ck0.53±0.0283dC2.54±0.0147cdCT1(0.1)0.61±0.0245cBC2.57±0.0985cdCT2(0.5)0.54±0.0141cdC2.43±0.1315dCT3(1.0)0.77±0.0276aA4.18±0.0424aAT4(1.5)0.61±0.0424cBC2.73±0.1131cBCT5(2.0)0.69±0.0283bAB2.98±0.0124bB
2.2.2 殼聚糖對幼苗生長的影響
由表8可以看出,殼聚糖溶液培養(yǎng)的花葉莧菜種子與ck相比有一定的差異。在植株莖長上,T 1~T 4處理濃度都低于ck,只有T 5處理組稍微高于ck,但差異不顯著;在植株鮮重上,處理組都較高于ck,并且表現(xiàn)出與濃度成正比的現(xiàn)象。
表8 不同濃度殼聚糖對莧菜幼苗生長的影響
處理(mg/L)莖長(cm)植株鮮重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147bBT1(0.1)0.51±0.0249aA2.58±0.0566bBT2(0.5)0.51±0.0142aA2.60±0.0283bBT3(1.0)0.53±0.0254aA2.89±0.1131aAT4(1.5)0.53±0.0283aA2.97±0.0279aAT5(2.0)0.56±0.0356aA2.91±0.1273aA
2.2.3 硫酸銅對莧菜幼苗生長的影響
由表9可以看出,經(jīng)硫酸銅溶液培養(yǎng)的花葉莧菜莖長略低于ck,從T 1~T 5處理濃度下,花葉莧菜莖長呈現(xiàn)出一個慢慢遞減的趨勢。植株鮮重上,整體差異不太明顯,從T 2濃度開始隨著硫酸銅濃度的增高而鮮重增加,但整體還是較高于ck。
表9 不同濃度硫酸銅對莧菜幼苗生長的影響
處理(μmol/L)莖長(cm)植株鮮重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147aAT1(10)0.52±0.0148aA2.51±0.099aAT2(20)0.51±0.0421aA2.32±0.1273aAT3(40)0.50±0.0257aA2.35±0.0872aAT4(80)0.49±0.0141aA2.38±0.0283aAT5(100)0.49±0.0287aA2.40±0.0976aA
2.2.4 Fe-EDTA對莧菜幼苗生長的影響
由表10可知,花葉莧菜種子經(jīng)Fe-EDTA溶液培養(yǎng)后,在莖長上,處理組與ck差異不明顯,各組間相差不超過5%。植株鮮重上,所有處理組都較高于ck,且與莖長一樣,隨著Fe-EDTA濃度的增加,植株鮮重也是呈現(xiàn)一個先上升后下降的趨勢。這表明適宜濃度的Fe-EDTA溶液對花葉莧菜的生長發(fā)育有一定的促進作用。
表10 不同濃度Fe-EDTA對莧菜幼苗生長的影響
處理(μmol/L)莖長(cm)植株鮮重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147abAT1(25)0.52±0.0424aA2.58±0.0546abAT2(50)0.51±0.0236aA2.61±0.0283abAT3(100)0.50±0.0141aA2.63±0.1273abAT4(150)0.50±0.0472aA2.58±0.1412abAT5(200)0.50±0.0141aA2.46±0.0566bA
ABA(脫落酸)是調控植物生長發(fā)育的一種激素,具有促進休眠、抑制發(fā)芽、抑制植株以及器官生長的作用,同時對提高植物對逆境脅迫的適應性有重要作用[9-11]。本試驗結果表明,ABA對莧菜種子的萌發(fā)和幼苗的生長具有抑制作用,并且這一抑制效果隨著ABA濃度的加大而增強,這與黃益洪等[10]、王熹等[11]有關ABA抑制作物種子萌發(fā)的研究結果一致。但是黃益洪等的研究表明,小麥種子在經(jīng)ABA浸種過后并不會影響其最終的發(fā)芽率[10]。而在本試驗中,由于種子品種和處理方式的不同,在ABA溶液培養(yǎng)下的莧菜種子,發(fā)芽一小部分后就出現(xiàn)生長停滯的現(xiàn)象,發(fā)芽率不再增長,并且在經(jīng)過洗凈處理并更換培養(yǎng)液后,還始終保持著剛發(fā)芽后的狀態(tài)。說明在ABA溶液這一培養(yǎng)條件下,莧菜種子根本無法正常生存。ABA能很大程度地抑制莧菜種子的萌發(fā)甚至致其休眠,從而導致其不萌發(fā)。
赤霉素是一種植物生長激素,又稱赤霉酸,它能夠刺激植物的生長與發(fā)育[12]。而外源GA3浸種能顯著提高植物種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢,提高幼苗質量,已被廣泛應用于植物種子生理研究和作物栽培中[13]。本試驗表明,使用GA3溶液培養(yǎng)處理對莧菜種子的萌發(fā)和生長具有促進作用,尤其對于發(fā)芽勢、幼苗莖長和植株鮮重的促進更為明顯,且隨著濃度的增高,其促進作用也變得更強,在1.0 mg/L時到達最高值。之后,隨著GA3濃度的升高,其促進作用開始呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。因為水培過程,營養(yǎng)液比較多,影響了根系的伸長。由于處理方式的不同,本試驗與蔣素梅等[14]的研究結果(0.50 g/L促進作用最佳)有差異。蔣素梅等研究者是用GA3對水稻種子進行浸種處理,而本試驗是用GA3溶液對莧菜種子進行培養(yǎng),所以會存在一定的差異,但這并不影響適宜濃度GA3對種子萌發(fā)及生長具有促進作用的結論。
殼聚糖是已知的唯一天然堿性陽離子聚合物,具有優(yōu)異的生物官能性、生物相容性、無毒、抗菌性和生物降解性等特點,并且還具有良好的保濕型和抗氧化性[15-17]。殼聚糖對種子萌發(fā)的作用已在黃瓜、苦瓜、辣椒、豌豆等幾種蔬果植物中進行了研究。王國武等研究表明,殼聚糖在一定處理范圍濃度內(nèi)對油菜、小白菜種子的萌發(fā)具有促進作用且效果顯著[18]。本試驗結果也表明,殼聚糖能夠較為明顯的提升莧菜種子的發(fā)芽指標,在殼聚糖濃度為1.0 ml/L時,莧菜種子的發(fā)芽率達到整個試驗中的最大值。該結果與王國武等的研究結論基本一致,誤說明適宜濃度的殼聚糖對莧菜種子的萌發(fā)具有促進作用。
莧菜作為一種廣受人們喜愛的蔬菜,其中一個重要原因就是莧菜中鐵含量非常豐富。試驗結果表明,一定程度Fe-EDTA的溶液能提高莧菜種子的萌發(fā)和生長發(fā)育。莧菜種子的發(fā)芽指數(shù)隨著Fe-EDTA濃度的增加而增大。這表明適宜濃度的Fe-EDTA能促進莧菜種子萌發(fā)和其幼苗的生長。
銅是作物生長所必須的微量元素,硫酸銅溶液培養(yǎng)下,莧菜種子能夠通過對溶液中銅離子的吸收而影響自身萌發(fā)和生長水平。徐亞莉等的研究結果表明,在處理濃度范圍內(nèi),莧菜種子發(fā)芽率基本不受影響,但活力指數(shù)隨著硫酸銅濃度的增高而急劇降低[19]。這與本試驗的結果基本相似,低濃度的硫酸銅處理能夠提高莧菜種子的發(fā)芽率,但其發(fā)芽指數(shù)隨著硫酸銅濃度的增加而下降。隨著濃度的增加,會導致莧菜內(nèi)的Cu含量累計加快,從而影響莧菜種子活力。莧菜根系發(fā)育不良,活力降低,會降低植物對水分和礦物質營養(yǎng)的吸收能力,并最終影響莧菜生物量[19]。
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