外源褪黑素對不同葉用萵苣種子萌發(fā)的影響

滕英姿，張 鑫，陳 麗，封林林，韓瑩琰*

(1.農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點實驗室/植物生產(chǎn)國家級實驗教學(xué)示范中心/北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京102206；2.北京開心格林農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 100081)

葉用萵苣俗稱生菜，屬菊科萵苣屬。其生長喜冷涼氣候，既不耐寒，又不耐熱。發(fā)芽適溫在15～25 ℃，以生食為主，含有豐富的維生素，如維生素B1、B2、B6和維生素C、維生素E[1]，有較高的營養(yǎng)價值，而且對一些疾病有輔助治療作用[2]。亦可炒食或煮制，經(jīng)常食用還可以清除血液中的垃圾[3]。種子休眠是指具有生活力的種子在適宜的萌發(fā)條件下不發(fā)芽的狀態(tài)或現(xiàn)象[4]，是植物發(fā)育過程的一個正常生理現(xiàn)象，是植物對周圍環(huán)境條件及季節(jié)性變化的生物學(xué)適應(yīng)性。種子休眠在植物中十分普遍, 是植物在長期的系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的適應(yīng)逆境和保護(hù)物種延續(xù)的一種策略[5]。儲存時間長的葉用萵苣種子會處于休眠狀態(tài)，在生產(chǎn)上如果不能及時解除種子休眠現(xiàn)象，往往會導(dǎo)致種子發(fā)芽率低，降低產(chǎn)量。

褪黑素是植物體內(nèi)具有多種功能的多效性分子。許多研究已經(jīng)揭示了植物褪黑素在植物體內(nèi)可能的細(xì)胞和生理活性。植物褪黑素作為植物刺激因子促進(jìn)種子萌發(fā)、根系發(fā)育[6]和植物生長，作為脅迫保護(hù)劑提高植物對不利環(huán)境條件的耐受性，或者作為生長調(diào)節(jié)劑影響開花和果實成熟[7]。褪黑素能促進(jìn)多種作物種子萌發(fā)，但是不同的作物種子用褪黑素浸種時間不同且促進(jìn)發(fā)芽的濃度有一定的差異。POSMYK[8]第一次發(fā)現(xiàn)褪黑素可以促進(jìn)種子萌發(fā)，1 μmol/L和10 μmol/L的褪黑素溶液可以顯著地提高甘藍(lán)種子萌發(fā)率，100 μmol/L則抑制甘藍(lán)種子萌發(fā)。陳莉等[9]研究發(fā)現(xiàn)低濃度褪黑素(10 μmol/L、20 μmol/L)浸種24 h處理顯著提高了鹽脅迫下棉花種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率，促進(jìn)了種子胚根伸長，增加了種子萌發(fā)后的生物量；高濃度(50 μmol/L、100 μmol/L)褪黑素處理抑制了種子萌發(fā)，降低種子萌發(fā)后的生物量。李本峰[10]研究表明25 ～ 200 μmol/L褪黑素溶液浸種24 h均顯著提高了干旱脅迫下多年生黑麥草種子發(fā)芽率。LI[11]研究表明，1 μmol/L的褪黑素浸種12 h能顯著提高二色補血草種子的發(fā)芽率。于奇等[12]研究表明，200 μmol/L褪黑素浸種處理可顯著提高低溫脅迫下大豆種子的發(fā)芽率。嚴(yán)加坤等[13]研究表明，用50 μmol/L褪黑素溶液浸種24 h可顯著提高干旱脅迫下玉米種子的發(fā)芽率。目前為止有關(guān)褪黑素對葉用萵苣種子萌發(fā)的影響還鮮有報道，本實驗采用3種儲存時間長發(fā)芽率低的葉用萵苣品種，用褪黑素浸種的方法進(jìn)行發(fā)芽試驗，以期提高種子發(fā)芽率，為生產(chǎn)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為北京開心格林農(nóng)業(yè)科技有限公司提供的葉用萵苣品種‘北散生1號’、‘北散生203號’和‘北生2號’。

1.2 褪黑素浸種處理及種子萌發(fā)試驗

分別選取飽滿、大小相對一致的葉用萵苣種子，用5%的次氯酸鈉溶液殺菌消毒13 min后，用無菌水沖洗8遍，先用吸水紙吸去明顯的水分，然后放置于室溫條件下回干至原始含水量。再分別用1 μmol/L、25 μmol/L、75 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L的褪黑素溶液浸種，分別避光浸種12 h和24 h。對照組用無菌水分別浸種12 h和24 h。培養(yǎng)皿放入濾紙后分別用4 mL無菌水浸濕，將種子擺入培養(yǎng)皿中進(jìn)行發(fā)芽試驗，每皿30粒種子，重復(fù)3次，放入人工氣候箱進(jìn)行發(fā)芽試驗，人工氣候箱溫度為(21±1) ℃，晝/夜時長設(shè)置為16 h/8 h。每24 h觀察記錄發(fā)芽情況并每隔3 d補充無菌水以保證幼苗正常生長。

1.3 測定方法與數(shù)據(jù)分析

按照《國際種子檢驗規(guī)程》1996版進(jìn)行，以種子胚芽長達(dá)種子一半時為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[14]。每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，第4天時統(tǒng)計發(fā)芽勢，第7天計算發(fā)芽率、相對發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。每天觀察記錄種子萌發(fā)情況及發(fā)芽粒數(shù)。

采用Microsoft Office Excel 2016、SPSS 20.0和Origin 2017軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的褪黑素溶液浸種12 h對葉用萵苣種子萌發(fā)的影響

由圖1可以得出，‘北散生1號’種子的發(fā)芽勢在不同濃度褪黑素處理下總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其中在褪黑素濃度為1 μmol/L時，其第4天的發(fā)芽勢與對照組相比顯著增加，在褪黑素濃度為75 μmol/L、150 μmol/L和200 μmol/L時，發(fā)芽勢與對照組相比顯著下降。‘北散生203號’種子在水引發(fā)的條件下發(fā)芽勢為0，在褪黑素濃度為75 μmol/L和1 μmol/L的發(fā)芽勢相比對照組顯著上升，但總體發(fā)芽勢很低?！鄙?號’種子在褪黑素濃度為25 μmol/L時，其發(fā)芽勢比對照組高1.67%，在75 μmol/L和200 μmol/L時顯著抑制其發(fā)芽。

‘北散生1號’種子發(fā)芽率與對照組相比沒有顯著上升，但隨著處理濃度上升，發(fā)芽率逐漸下降。在1 μmol/L時，其發(fā)芽率比對照組高11.66%，在200 μmol/L時，其發(fā)芽率與對照組相比顯著降低，抑制了發(fā)芽?！鄙⑸?03號’種子的發(fā)芽率在25 μmol/L時最低，在褪黑素濃度為75 μmol/L時，其發(fā)芽率最高，比對照組高6.61%?！鄙?號’種子在褪黑素濃度為25 μmol/L時其發(fā)芽率與對照組相比顯著增加，比對照組高13.34%，在褪黑素濃度為200 μmol/L時顯著抑制其發(fā)芽。

‘北散生1號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L時，其相對發(fā)芽率是最高的，比對照組高16%，在褪黑素濃度為200 μmol/L時抑制其發(fā)芽。‘北散生203號’種子在褪黑素濃度為75 μmol/L時，其相對發(fā)芽率最高，比對照組高52.78%?！鄙?號’種子在褪黑素濃度為25 μmol/L時，相對發(fā)芽率最高，比對照組高36.54%。

發(fā)芽指數(shù)是種子發(fā)芽速度快慢的指標(biāo)?！鄙⑸?號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L時，與對照組差異顯著，其發(fā)芽指數(shù)比對照組高2.98，在濃度為150 μmol/L和200 μmol/L時其發(fā)芽指數(shù)比對照組顯著降低?！鄙⑸?03號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L和75 μmol/L的引發(fā)下發(fā)芽指數(shù)最高，但與對照組無顯著差異，其發(fā)芽指數(shù)比對照組分別高1.69和1.64，在25 μmol/L的引發(fā)下發(fā)芽指數(shù)與對照組相比顯著降低，其他處理濃度發(fā)芽指數(shù)與對照組相比無顯著差異。‘北生2號’種子在25 μmol/L的褪黑素的引發(fā)下其發(fā)芽指數(shù)最高。在75 μmol/L、150 μmol/L和200 μmol/L的引發(fā)下發(fā)芽指數(shù)比對照組顯著降低。

2.2 不同濃度的褪黑素溶液浸種24 h對葉用萵苣種子萌發(fā)的影響

由圖2可以得出，‘北散生1號’種子在1 μmol/L的褪黑素浸種24 h作用下，其第4天發(fā)芽勢顯著高于對照組并且隨著浸種濃度升高其發(fā)芽勢逐漸降低，在150 μmol/L和200 μmol/L時顯著抑制?！鄙⑸?03號’種子在1 μmol/L的褪黑素的引發(fā)下，其發(fā)芽勢較對照組有顯著差異，其他濃度無顯著性差異?！鄙?號’種子在25 μmol/L和1 μmol/L的褪黑素溶液浸種時其發(fā)芽勢與對照組相比顯著增加，分別比對照組高13.33%和11.67%，且隨著濃度升高發(fā)芽勢逐漸降低。

‘北散生1號’種子在1 μmol/L褪黑素浸種下發(fā)芽率與對照組無顯著差異，但隨著褪黑素濃度升高，發(fā)芽率逐漸降低，在200 μmol/L時抑制發(fā)芽作用最顯著?！鄙⑸?03號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L時，其發(fā)芽率最高，比對照組高6.66%?！鄙?號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L和25 μmol/L時，其發(fā)芽率與對照組相比均顯著增加。

‘北散生1號’種子用1 μmol/L、25 μmol/L、150 μmol/L褪黑素溶液浸種時相對發(fā)芽率與對照組無顯著差異，在200 μmol/L時，相對發(fā)芽率與對照組相比顯著下降?！鄙⑸?03號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L時，其相對發(fā)芽率最高，比對照組高57%。‘北生2號’種子在褪黑素濃度為25 μmol/L時相對發(fā)芽率發(fā)芽率最高，在150 μmol/L時，相對發(fā)芽率最低。

‘北散生1號’和‘北散生203號’種子在褪黑素濃度為1 μmol/L時，其發(fā)芽指數(shù)與對照組相比顯著增加，隨著濃度升高發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。‘北生2號’種子在不同濃度褪黑素處理下其發(fā)芽指數(shù)先升高后降低。在褪黑素濃度為25 μmol/L時發(fā)芽指數(shù)最高，與對照組差異顯著。

3 討 論

外源褪黑素能促進(jìn)種子萌發(fā)，有很多研究報道褪黑素浸種可以提高種子在逆境脅迫下的發(fā)芽率，10 μmol/L褪黑素處理能提高擬南芥種子萌發(fā)[15]，100 μmol/L褪黑素預(yù)處理的能顯著改善鹽脅迫下香椿種子的萌發(fā)[16]。

本研究發(fā)現(xiàn)在(21±1) ℃的條件下，褪黑素浸種能促進(jìn)‘北散生1號’和‘北散生203號’種子提前萌發(fā)，顯著提高‘北生2號’種子發(fā)芽率。在褪黑素浸種12 h的實驗中，‘北散生1號’種子用1 μmol/L褪黑素浸種能顯著提高發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，能促進(jìn)種子提前萌發(fā)，發(fā)芽率與對照組相比無顯著提高，150 μmol/L、200 μmol/L時顯著抑制其萌發(fā)?！鄙⑸?03號’種子用 75 μmol/L褪黑素浸種發(fā)芽勢提高最顯著，但發(fā)芽率無顯著提高。‘北生2號’種子用25 μmol/L褪黑素浸種能顯著提高發(fā)芽率。

在褪黑素浸種24 h的實驗中，‘北散生1號’和‘北散生203號’種子用1 μmol/L褪黑素浸種能顯著提高發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，發(fā)芽率無顯著提高。‘北生2號’種子用25 μmol/L和1 μmol/L褪黑素溶液浸種能顯著提高發(fā)芽勢和發(fā)芽率，其中，25 μmol/L褪黑素浸種效果最好。

褪黑素浸種12 h和24 h能讓‘北散生1號’和‘北散生203號’種子提前萌發(fā)。對于‘北散生1號’種子用1 μmol/L褪黑素浸種24 h提前發(fā)芽作用更顯著，均在200 μmol/L顯著抑制萌發(fā)?！鄙⑸?03號’種子褪黑素浸種12 h下，75 μmol/L促進(jìn)提前發(fā)芽作用最顯著，褪黑素浸種24 h下，1 μmol/L促進(jìn)提前發(fā)芽作用最顯著，其中，浸種12 h促進(jìn)提前發(fā)芽效果優(yōu)于24 h?！鄙?號’種子在浸種12 h和24 h下均為25 μmol/L褪黑素浸種促進(jìn)萌發(fā)效果最好，能顯著提高發(fā)芽率，在浸種12 h下發(fā)芽率最高。雖然用褪黑素處理可以顯著提高‘北生2號’種子發(fā)芽率但是由于本身是發(fā)芽率過低的陳種子用褪黑素處理不能大幅度提高發(fā)芽率。