提高陳年番茄種子發(fā)芽率的外源物質(zhì)篩選

何娟 王志鵬 王建成

摘要：以陳年圣美101番茄種子為材料，探究了水楊酸、硫酸鋅、硝酸鉀、氯化鈣及磷酸二氫鉀等外源物質(zhì)浸種催芽對番茄種子萌發(fā)的影響。結(jié)果顯示，供試5種外源物質(zhì)在一定濃度內(nèi)均可以提高番茄種子發(fā)芽率，其中濃度為5 g/kg磷酸二氫鉀效果最顯著，其次是濃度為2 g/kg氯化鈣，硫酸鋅的效果相對較差。

關(guān)鍵詞：番茄;外源物質(zhì);種子;發(fā)芽率

中圖分類號：S641.2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）08-0044-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.08.011

Abstract：The experiment used Shengmei 101 tomato seeds as research materials， the effects of exogenous substances such as salicylic acid， zinc sulfate， potassium nitrate， calcium chloride and potassium dihydrogen phosphate on seed germination of tomato were investigated. The results showed that the above five foreign substances can increase the germination rate of tomato seeds within a certain concentration， of which? the concentration of 5 g/kg potassium dihydrogen phosphate has the most significant effect， followed by 2 g/kg calclum chloride， and zinc sulfate solution has a relatively poor effect.

Key words：Tomato;Foreign substances;Seeds;Germination rate

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是一種果類蔬菜，在我國栽培面積達(dá)84萬hm2，既可食用也可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價值。所有的植物都會經(jīng)歷種子的萌發(fā)，但種子的萌發(fā)受到多種因素的制約，如光照、溫度、水分等[1 ]。種子的貯藏年限直接影響著作物種子的萌發(fā)率及幼苗的各項(xiàng)生理性指標(biāo)，番茄種子在自然貯藏過程中會遇到活力下降的問題，而且種子成熟程度、采摘種子的方法、貯藏條件等因素也會造成種子發(fā)芽率降低，從而嚴(yán)重影響產(chǎn)量[2 ]。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，要盡可能提高種子發(fā)芽率。

提高種子發(fā)芽率的方法有很多種，但采用外源物質(zhì)浸種比較有效。有研究表明，水楊酸（salicylic acid，SA）作為一種酚類物質(zhì)，存在于植物體內(nèi)，環(huán)境發(fā)生不利變化時能激發(fā)植物的過敏反應(yīng)并且獲得植物系統(tǒng)抗性，它可以產(chǎn)生抗病性的原因是它可以影響植物內(nèi)有關(guān)蛋白的基因表達(dá)[3 ]。研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸對一些由于生長狀態(tài)不佳導(dǎo)致發(fā)育不良的植株有明顯的改善作用，用其浸泡陳年種子可以加速種子的萌發(fā)[4 ]。種子在萌發(fā)過程中，其內(nèi)部會發(fā)生一系列的變化，其中包括生物膜結(jié)構(gòu)的破壞、呼吸作用及生物合成能力的下降等[5 ]。鋅可以穩(wěn)定并保護(hù)有氧代謝中膜結(jié)構(gòu)的完整性。同時，鋅可以通過作為酶的組成成分和活化劑參與呼吸作用[6 ]。硝酸鉀中的鉀離子作為一系列酶的激活劑，一定程度上能夠提高此類酶的活性，并且可以修復(fù)細(xì)胞膜，除此之外鉀離子還可以參與植株生長發(fā)育過程中一些促進(jìn)型激素的合成和調(diào)控，從而提高陳年種子發(fā)芽率[7 ]。鈣也在很大程度上影響著植物的生長發(fā)育，其可以提高植物抗逆境的能力，從而可以讓植物更快的適應(yīng)環(huán)境對它的不利影響[8 ]，外源鈣浸種處理能增強(qiáng)植物幼苗對低溫、高溫、干旱和鹽脅迫的多重抗逆性[9 ]。磷酸二氫鉀是一種速效型的磷鉀復(fù)合肥，它是一種容易溶于水中的酸性晶體，很容易被植物吸收利用。用磷酸二氫鉀浸泡種子，可以使植株變得粗壯增加其抗倒的能力[10 ]。通過浸種來提高番茄種子發(fā)芽率的研究較為普遍，但是對于能夠提高陳年番茄種子發(fā)芽率的外源物質(zhì)篩選的研究鮮有報(bào)道。為此，我們進(jìn)行了5種外源物對番茄種子萌發(fā)的影響實(shí)驗(yàn)研究，篩選出能夠顯著提高陳年番茄種子發(fā)芽率的最適外源物及其濃度。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

指示番茄品種為圣美101，種子（2012年10月生產(chǎn)）由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。試劑水楊酸，硫酸鋅，硝酸鉀，氯化鈣，磷酸二氫鉀，均為市售。

1.2? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020年于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院進(jìn)行。選取飽滿完整、大小基本一致的陳年番茄種子先進(jìn)行消毒處理，在55 ℃溫水中浸泡15 min預(yù)濕潤。然后把種子按表1濃度設(shè)置分別放入盛有100 mL不同濃度的ZnSO4、CaCl2、KNO3、KH2PO4、SA的小燒杯內(nèi)，用等量的蒸餾水作為對照（CK），置于20 ℃人工氣候箱中浸泡24 h。處理以后取出種子，用蒸餾水將其沖洗干凈，均勻置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。每個培養(yǎng)皿放置50粒種子，3次重復(fù)，用保鮮膜密封，置于恒溫（28 ℃）培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，給予12 h全光照處理。后續(xù)每天澆水1次，以提供種子萌發(fā)所需的水分。

1.3? ?測定項(xiàng)目及方法

每天觀察番茄種子的發(fā)芽情況，并在每天19：00時將發(fā)芽數(shù)量記錄在冊。第4天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢（以胚根頂破種皮為準(zhǔn)），第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，最后計(jì)算發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽勢（GE）=前4天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率（GP）=前7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt， Gt為發(fā)芽開始后第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行分析，采用Excel 2010繪制圖表。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?KH2PO4浸種對陳年番茄種子萌發(fā)的影響

從圖1-A和圖1-C可以看出，用不同濃度的KH2PO4浸種處理陳年番茄種子，均可以提高其發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。與對照相比，經(jīng)過A2處理的番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到最大并且有極顯著差異。A1處理也顯著提高了種子的各項(xiàng)指標(biāo)。A3處理的種子雖在一定程度上提高了發(fā)芽率，但差異未達(dá)顯著水平。就發(fā)芽勢（圖1-B）而言，A1、A2處理的發(fā)芽勢均比CK大幅度提高且差異顯著，A3處理發(fā)芽勢反而低于對照。

A1、A2、A3處理的種子發(fā)芽率比CK分別提高了11.34、23.34、3.34百分點(diǎn)。發(fā)芽指數(shù)相比CK提高了2.49、4.31、1.06。A1、A2處理的種子發(fā)芽勢分別比CK提高了8.00、16.67百分點(diǎn)。A3處理的種子發(fā)芽勢比CK降低了1.33百分點(diǎn)。由此可知，不同濃度的KH2PO4浸種處理對陳年番茄種子的萌發(fā)效果表現(xiàn)為A2>A1>A3，即5 g/kg KH2PO4處理的效果最好;超過5 g/kg時促進(jìn)種子萌發(fā)的效果減弱。

2.2? ?ZnSO4對陳年番茄種子萌發(fā)的影響

從圖2-A、圖2-B可以看出，以ZnSO4浸種處理陳年番茄種子時，低濃度下具有促進(jìn)作用，超過了一定的濃度臨界點(diǎn)之后則表現(xiàn)為抑制作用，濃度越高，抑制作用越明顯。與CK相比，處理B1的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均有所提高，但差異不顯著。處理B2、B3的發(fā)芽率、發(fā)芽勢均比CK下降，處理B2與CK差異不顯著，處理B3的發(fā)芽率與CK差異極顯著，發(fā)芽勢與CK差異顯著。從圖2-C可以看出，處理B1、B2的發(fā)芽指數(shù)均比CK提高，且處理B1與CK表現(xiàn)為差異顯著，處理B3比CK下降。計(jì)算結(jié)果表明，處理B1、B2、B3的發(fā)芽率比CK分別提高了6.0、-3.34、-12.0百分點(diǎn)，發(fā)芽勢提高了7.34、-2.0、-10.66百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)提高了1.89、0.06、-1.52。從以上分析可知，低濃度的硫酸鋅溶液對陳年番茄種子的萌發(fā)有著促進(jìn)的作用，而高濃度的硫酸鋅溶液起到相反的作用，阻礙了種子的萌發(fā)。

2.3? ?CaCl2對陳年番茄種子萌發(fā)的影響

由圖3-A、圖3-B、圖3-C可以看出，CaCl2溶液處理的陳年番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均高于CK。其中，處理C2效果最好，與CK的差異極顯著，與處理C1差異顯著。處理C3相比C2，各項(xiàng)指標(biāo)均有所降低。與CK相比，處理C1、C2、C3的發(fā)芽率分別提高了3.33、13.33、8.00百分點(diǎn)，發(fā)芽勢分別提高了4.67、13.33、8.00百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)分別提高了1.27、3.28、2.16。表明CaCl2濃度為1～2 g/kg時，促進(jìn)陳年番茄種子萌發(fā)的效果逐漸增強(qiáng)，當(dāng)濃度達(dá)到2 g/kg時種子萌發(fā)效果最好，而當(dāng)濃度超過2 g/kg時促進(jìn)種子萌發(fā)的效果逐漸削弱。由發(fā)芽指數(shù)的變化情況可以看出，經(jīng)過2 g/kg CaCl2溶液處理的發(fā)芽指數(shù)最大，說明經(jīng)其處理的種子萌發(fā)整齊度好。

2.4? ?KNO3對陳年番茄種子萌發(fā)的影響

圖4-A和圖4-C表明，硝酸鉀浸種處理時，隨著濃度的增高，陳年番茄種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。與CK相比，處理D1、D2、D3的發(fā)芽率均有大幅度提高，且差異極顯著。從圖4-B可以看出，發(fā)芽勢呈現(xiàn)先升后降的趨勢，但均高于CK，處理D1與CK差異顯著，處理D2提與CK差異極顯著。處理D3與CK差異不顯著。各處理的發(fā)芽指數(shù)分別比CK提高了2.97、2.32、1.51。由上述分析可知，硝酸鉀浸種處理可以提高種子發(fā)芽率，但低濃度的硝酸鉀溶液效果最好，濃度越高，效果越弱。

2.5? ?SA對陳年番茄種子萌發(fā)的影響

由圖5可以看出，經(jīng)過E2處理的陳年番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均最高，且與CK相比差異極顯著。經(jīng)E1處理的種子，發(fā)芽率比CK有所提高，但發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)都有所降低。E3處理后的種子各項(xiàng)指標(biāo)均低于對照，其中，發(fā)芽勢與CK差異極顯著，發(fā)芽指數(shù)差異顯著。由此可以得出，較低濃度的SA對陳年番茄種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，當(dāng)濃度為30 mg/L時促進(jìn)效力達(dá)到最大，而當(dāng)濃度達(dá)到50 mg/L時則表現(xiàn)為抑制作用，說明SA濃度超過一定值時，反而會抑制種子萌發(fā)。

2.6? ?不同外源物質(zhì)最佳濃度對陳年番茄種子萌發(fā)效果的影響

從圖6可以看出，不同的外源物質(zhì)浸種對陳年番茄種子發(fā)芽率的影響不同。KH2PO4溶液浸種處理的番茄種子，濃度為5 g/kg時發(fā)芽率達(dá)到94.7%，為最高，同時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)也表現(xiàn)為最高。ZnSO4浸種處理的種子，當(dāng)濃度為50 mg/L時發(fā)芽效果達(dá)到最好，發(fā)芽率達(dá)到76.7%，但在5種試劑中，ZnSO4溶液效果最不明顯，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)相對最低。CaCl2溶液浸種處理的陳年番茄種子，當(dāng)濃度為2 g/kg時發(fā)芽率最高，達(dá)到83.3%，發(fā)芽勢為55.3%，發(fā)芽指數(shù)為11.5。經(jīng)過KNO3處理的種子發(fā)芽率較高，達(dá)到82.0%。SA浸種處理番茄種子時，30 mg/L的發(fā)芽效果最好，發(fā)芽率為78.7%，發(fā)芽勢為49.3%，發(fā)芽指數(shù)為10.8。綜上所述，不同外源物質(zhì)的最佳濃度對陳年番茄種子的萌發(fā)效果以KH2PO4最好，ZnSO4效果最不明顯。

3? ?結(jié)論與討論

研究表明，用5種外源物質(zhì)KH2PO4、ZnSO4、CaCl2、KNO3、SA溶液浸種處理陳年番茄種子時，促進(jìn)種子萌發(fā)的效果各有不同，從高到低依次為KH2PO4、CaCl2、KNO3、SA、ZnSO4。其中磷酸二氫鉀濃度為5 g/kg時萌發(fā)效果最好，此時番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到最高。硝酸鉀濃度越低，對陳年番茄種子的萌發(fā)效果就越好，在試驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，當(dāng)其濃度為2 g/kg時效果最好，但濃度具體降低到多少時效果能達(dá)到最佳，還有待進(jìn)一步研究。氯化鈣濃度為2 g/kg時促進(jìn)番茄種子萌發(fā)的效果最顯著，超過這一濃度效果減弱。水楊酸和硫酸鋅則表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制。在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的濃度范圍內(nèi)，兩者濃度分別在30 mg/L和50 mg/L時萌發(fā)效果最佳，濃度越高，抑制作用越明顯。

劉朝貴等[11 ]的研究表明，磷酸二氫鉀中的磷鉀元素能促進(jìn)種子的呼吸酶活躍度，更快打破種子的休眠狀態(tài)。磷元素能加速種子細(xì)胞分裂，從而加快發(fā)芽;鉀元素能催生種子長根，從而加快種子生根。磷鉀共同使用還能加快種子光合作用，催使種子加快萌芽生根，這應(yīng)該是番茄種子萌發(fā)效果提高的原因。在本試驗(yàn)中，磷酸二氫鉀提高陳年番茄種子的發(fā)芽效果最明顯，主要是磷鉀元素共同作用的結(jié)果。張菊平等[12 ]的研究結(jié)果顯示，硝酸鉀中的K2+在植物體內(nèi)可以充當(dāng)多種酶的活化劑，可以提高種子內(nèi)部脫氫酶的活性，促進(jìn)植株體內(nèi)糖類物質(zhì)的合成及運(yùn)輸從而增加組織呼吸作用的強(qiáng)度，也可以調(diào)節(jié)水勢、延緩種子的吸水過程，使得種子在發(fā)芽前有充足的時間進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)的修復(fù)和一系列相關(guān)酶的活化，改善細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境，從而促使種子發(fā)芽。Ca2+也有維持膜結(jié)構(gòu)域完整性的功能，可降低逆境下的膜透性，從而提高種子抗逆性，也可以促進(jìn)ATP酶、脫氫酶等多種酶的合成。向華等[13 ]的研究表明，低濃度的SA浸種處理可以明顯提高種子內(nèi)可溶性糖的含量，以及淀粉酶等多種酶的活性，從而提高種子的萌發(fā)效力。而高濃度的SA浸種處理會降低種子種皮的滲透調(diào)節(jié)能力，也會降低種子內(nèi)某些酶的活性和代謝功能，使得種子萌發(fā)效力減弱，抑制其萌發(fā)，這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。馬紅敏等[14 ]的研究表明，鋅參與生長素的合成，也參與磷脂酶、脫氫酶等多種酶的合成，從而促進(jìn)了種子萌發(fā)，但高濃度的鋅會產(chǎn)生抑制，這可能是因?yàn)楦邼舛鹊匿\對植物種子產(chǎn)生了毒害作用。本試驗(yàn)的局限性在于設(shè)置的濃度梯度較少，對于各外源物質(zhì)提高陳年番茄種子發(fā)芽率作用機(jī)理的認(rèn)識也只局限于對前人研究文獻(xiàn)的查閱，其中詳細(xì)的作用機(jī)理，有待深入研究。

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（本文責(zé)編：陳? ?珩）