硼酸和硝酸鉀引發(fā)甜菜種子的研究

劉 镎, 王榮華，王維成，劉曉晗，劉朝陽，劉小越，劉大麗，王茂芊

(1.黑龍江大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院， 哈爾濱 150080； 2.新疆石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 甜菜研究所， 石河子 832000)

0 引 言

種子的萌發(fā)是一個復(fù)雜的、由三個階段所組成的過程，為隨后的幼苗生長做好準(zhǔn)備。種子引發(fā)能使種子縮短萌發(fā)時間，提高萌發(fā)整齊度，增強(qiáng)抗逆性以至于增產(chǎn)，是一項(xiàng)廣泛使用的、用于提高種子活力的處理技術(shù)[1-3]。鹽溶液作為引發(fā)劑很常用，它通過改變?nèi)芤核畡輥砜刂萍?xì)胞的吸水量和吸水速度，同時進(jìn)入細(xì)胞的鹽分子促進(jìn)細(xì)胞的代謝活動[4-6]。

目前，使用較多的種子引發(fā)劑是無機(jī)鹽溶液，劉宏久等使用不同濃度的單鹽以及復(fù)合鹽引發(fā)劑對茄子種子進(jìn)行引發(fā)處理，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，處理過的種子發(fā)芽特性增強(qiáng)[7]。邢燕等使用不同濃度的水楊酸和硝酸鈣等無機(jī)鹽溶液預(yù)浸泡處理西瓜種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用10 mmol·L-1的硝酸鈣顯著提高了西瓜種子的活力[8]。牛寧寧采用了流化床包膜技術(shù)控釋氯化鉀，對小麥等多種作物處理，與普通氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀肥料處理作物相比，作物干重和葉綠素含量等均顯著提升[9]。張磊等使用三種不同濃度的氯化鈣、氯化鈉和硫酸鎂鹽溶液對雜交酸模種子引發(fā)處理，結(jié)果表明同一種子對不同引發(fā)劑的適應(yīng)性有所不同，且同一引發(fā)劑濃度升高對種子萌發(fā)率有抑制作用[10]。但也有例外，楊于軍使用不同濃度的氯化鈉、硫酸鈉、氯化鎂單鹽溶液和復(fù)合鹽溶液引發(fā)處理黑種草種子，發(fā)現(xiàn)鹽溶液處理顯著抑制黑種草種子的萌發(fā)[11]。梁帥克等使用硝酸鉀、氯化鈣和磷酸氫鉀三種無機(jī)溶劑處理紫花苜蓿種子，發(fā)現(xiàn)適宜的濃度與處理時間對種子活力以及抗逆性有顯著提升[12]。

目前，對種子的引發(fā)采用更多的是單鹽溶液，且在甜菜的引發(fā)上應(yīng)用極少，而使用組合的無機(jī)鹽溶液對甜菜種子進(jìn)行引發(fā)更是鮮有報道。因此，本文利用不同濃度的硼酸和硝酸鉀引發(fā)劑組合處理甜菜種子，研究不同引發(fā)劑組合對甜菜種子萌發(fā)的影響，為甜菜種子復(fù)合引發(fā)劑的篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時間和地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019年5～7月在黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

選用甜菜單粒種TD802為供試材料，由黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院甜菜優(yōu)良品種選育團(tuán)隊(duì)提供。

1.3 試驗(yàn)方法

引發(fā)劑組合為不同濃度的硼酸和硝酸鉀，如表1所示。共9個處理，在20 ℃下處理時間均為6 h，3個組合試驗(yàn)的對照組為干甜菜種子TD802。

在黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心進(jìn)行發(fā)芽率鑒定試驗(yàn)。將發(fā)芽盒使用0.1%的次氯酸鈉和蒸餾水的混合液進(jìn)行清洗、消毒，晾干。將發(fā)芽紙?jiān)?21 ℃高溫滅菌箱內(nèi)消毒20 min，然后折成50格均勻平鋪在干燥的發(fā)芽盒內(nèi)，每格均勻放置2粒種子。對放置完種子的發(fā)芽紙均勻噴灑33 mL蒸餾水。每個處理均重復(fù)3次，再放入溫度為23 ℃、濕度為75%的人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，每日光照12 h。每日調(diào)查發(fā)芽種子數(shù)，第5天調(diào)查發(fā)芽勢，第10天計(jì)算發(fā)芽率，并測量胚根及肧軸的總長度。

表1 三種引發(fā)劑組合的不同處理

續(xù)表

1.4 測定指標(biāo)

測定不同處理的甜菜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，分別按式(1)～式(4)進(jìn)行計(jì)算，利用Excel軟件分析數(shù)據(jù)和作圖。

(1)

(2)

(3)

活力指數(shù)=胚根及胚軸總長度×發(fā)芽指數(shù)

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合對甜菜種子發(fā)芽勢的影響

利用不同濃度的硼酸與硝酸鉀組合引發(fā)甜菜種子，研究其對甜菜種子發(fā)芽勢的影響，結(jié)果如圖1和表2所示。除了硼酸濃度為0.20 g·L-1的處理組合外，其他不同引發(fā)組合處理的甜菜種子的發(fā)芽勢均不同程度地高于對照處理，具有顯著影響。當(dāng)硼酸濃度為0.10 g·L-1時，隨著硝酸鉀濃度的升高，甜菜種子發(fā)芽勢呈現(xiàn)出先下降再升高的趨勢，但都顯著高于對照處理。當(dāng)硼酸濃度為0.15 g·L-1時，隨著硝酸鉀濃度的升高，甜菜種子發(fā)芽勢無顯著變化。當(dāng)硝酸鉀濃度為1.00 g·L-1時，甜菜種子的發(fā)芽勢有顯著提高。當(dāng)硼酸濃度為0.20 g·L-1時，隨著硝酸鉀濃度的提高，甜菜種子的發(fā)芽勢顯著下降，且均低于對照處理。試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀引發(fā)組合處理甜菜種子，其發(fā)芽勢明顯高于對照處理。其中0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀組合引發(fā)效果顯著，發(fā)芽勢高于其他組合處理和對照處理。

圖1 不同引發(fā)組合條件下甜菜種子的發(fā)芽勢比對

2.2 不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合對甜菜種子發(fā)芽率的影響

利用不同濃度的硼酸與硝酸鉀組合引發(fā)甜菜種子，研究其對甜菜種子發(fā)芽率的影響，結(jié)果如圖2和表2所示。當(dāng)硼酸濃度為0.10 g·L-1時，隨著硝酸鉀濃度的提高，甜菜種子的發(fā)芽率顯著提高，均高于對照處理；當(dāng)硼酸濃度為0.15 g·L-1、硝酸鉀濃度為0.50 g·L-1時，發(fā)芽率低于對照處理，但效果不顯著。隨著硝酸鉀濃度的提高，甜菜種子的發(fā)芽率有顯著提升；當(dāng)硼酸濃度為0.20 g·L-1，甜菜種子的發(fā)芽率隨著硝酸鉀濃度的提高有顯著提高，但低于對照處理。試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合處理甜菜種子，其發(fā)芽率相對于對照處理有顯著提高，但處理組4、7、8和9的發(fā)芽率相對于對照處理略低。結(jié)果表明，0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀引發(fā)組合對甜菜種子發(fā)芽率的促進(jìn)作用極顯著，高于其他濃度。

2.3 不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合對甜菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

利用不同濃度的硼酸與硝酸鉀組合引發(fā)甜菜種子，研究了其對甜菜種子發(fā)芽指數(shù)的影響，結(jié)果如圖3和表2所示。當(dāng)硼酸濃度為0.10 g·L-1時，引發(fā)處理對甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)有顯著影響，發(fā)芽指數(shù)隨著硝酸鉀濃度的提高有所下降，但均高于對照處理；當(dāng)硼酸濃度為0.15 g·L-1時，甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)隨硝酸鉀濃度的提高呈下降趨勢，但均高于對照處理；當(dāng)硼酸濃度為0.20 g·L-1時，硝酸鉀濃度的提高對甜菜種子發(fā)芽指數(shù)無顯著影響，此時甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)均低于對照處理。試驗(yàn)結(jié)果顯示，除0.20 g·L-1的硼酸和硝酸鉀組合使甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)下降(均低于對照處理)，其他不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合的復(fù)合引發(fā)劑處理甜菜種子，其發(fā)芽指數(shù)相對于對照處理均有顯著提升。結(jié)果表明，0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀引發(fā)組合對甜菜種子發(fā)芽指數(shù)的促進(jìn)作用極顯著，高于其他引發(fā)組合。

2.4 不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合對甜菜種子活力指數(shù)的影響

通過不同濃度的硼酸和硝酸鉀組合處理甜菜種子，研究其對甜菜種子活力指數(shù)的影響，結(jié)果如圖4和表2所示。當(dāng)硼酸濃度為0.10 g·L-1時，其與不同濃度的硝酸鉀組合能夠顯著提高甜菜種子的活力指數(shù)，活力指數(shù)均高于對照處理。當(dāng)硼酸濃度為0.15 g·L-1時，其與不同濃度硝酸鉀組合能夠提高甜菜種子的活力指數(shù)，活力指數(shù)均高于對照處理，但隨硝酸鉀濃度的升高呈下降趨勢；當(dāng)硼酸濃度為0.20 g·L-1時，其與不同濃度硝酸鉀組合，降低了甜菜種子的活力指數(shù)，活力指數(shù)均低于對照處理。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著硼酸濃度的升高，甜菜種子的活力指數(shù)呈下降趨勢，0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀引發(fā)組合對甜菜種子活力指數(shù)的促進(jìn)作用最好，好于其他濃度的組合。

圖3 不同引發(fā)組合條件下甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)比對

2.5 硼酸與硝酸鉀的不同引發(fā)組合處理效果比對

利用不同濃度的硼酸與硝酸鉀組合引發(fā)甜菜種子，由處理后的發(fā)芽勢對比結(jié)果(圖1)可見，處理1～6均高于對照處理，其中發(fā)芽勢最高的是處理1，而發(fā)芽勢最低的是處理7。由處理后的發(fā)芽率對比結(jié)果可見(圖2)，處理1、處理2、處理4～6均高于對照處理，其中處理1的發(fā)芽率最高，而處理7的發(fā)芽率最低。由發(fā)芽指數(shù)比對結(jié)果可見(圖3)，處理1～6均高于對照處理，其中處理1的發(fā)芽指數(shù)最高，而處理9的發(fā)芽指數(shù)最低。由活力指數(shù)比對結(jié)果可見(圖4)，處理1～6均高于對照處理，其中處理1的活力指數(shù)最高，而處理8的活力指數(shù)最低。結(jié)果表明，處理1～6均對甜菜種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，其中引發(fā)組合0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀效果最好，可有效提高甜菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

表2 不同濃度硼酸與不同濃度硝酸鉀組合處理甜菜種子的萌發(fā)結(jié)果

3 討 論

甜菜是我國重要的糖料作物，是僅次于甘蔗的制糖原料，種植甜菜和建成甜菜生產(chǎn)線是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要[13-15]。隨著甜菜產(chǎn)業(yè)的崛起，在甜菜引發(fā)劑方面的研究也愈來愈全面。張澤旭等使用不同濃度的聚乙二醇對甜菜種子做引發(fā)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，用適宜濃度的聚乙二醇引發(fā)處理甜菜種子，促進(jìn)效果顯著，為篩選甜菜種子引發(fā)劑的研究提供了參考[16]。馬悅等使用過氧化氫、硼酸、PEG來組合處理甜菜種子，為甜菜種子的引發(fā)提供合適的引發(fā)劑組合，結(jié)果表明，8%的過氧化氫和0.01%的硼酸組合用來引發(fā)甜菜種子，種子活力指數(shù)最高，種子經(jīng)過5%的過氧化氫處理后有最高的發(fā)芽率[17]。魯兆新等在微量元素、維生素、鹽類和生長調(diào)節(jié)劑等多種藥品中進(jìn)行選擇，旨在篩選提高低活力種子低發(fā)芽率的活化劑配方，試驗(yàn)結(jié)果表明，使用篩選出的適宜的種子活化劑對種子進(jìn)行處理，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢等指標(biāo)均有顯著提高[18]。劉軍用四種微量元素以及生長調(diào)節(jié)劑浸種引發(fā)甜菜種子，結(jié)果表明，鋅、硼和錳等微量元素對甜菜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率等指標(biāo)均有顯著的促進(jìn)效果，且對幼苗前期的生長促進(jìn)作用顯著[19]。本文利用不同濃度的硼酸與硝酸鉀的復(fù)合引發(fā)劑對甜菜種子進(jìn)行處理，篩選出了對甜菜種子萌發(fā)有促進(jìn)效果的無機(jī)鹽引發(fā)劑組合，發(fā)現(xiàn)處理1～6均對甜菜種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用，為甜菜種子引發(fā)劑的篩選提供了重要的依據(jù)。

目前，種子引發(fā)多為液體引發(fā)，因?yàn)闊o機(jī)鹽成本低，引發(fā)效果顯著，所以是常用的液體引發(fā)劑[20-21]，已在多種作物中應(yīng)用。楊小環(huán)等利用多個濃度的氯化鈉溶液對多種雜交的高粱種子進(jìn)行鹽脅迫，結(jié)果表明，鹽脅迫強(qiáng)度的升高會使高粱種子的出苗率和成苗率下降，從而選出耐鹽的作物品種[22]。吳凌云等在不同溫度下使用蛭石引發(fā)和硝酸鉀滲透對辣椒和茄子種子進(jìn)行引發(fā)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，種子引發(fā)能夠提高辣椒和茄子種子在不同溫度下的萌發(fā)和出苗特性[23]。王鵬等在鹽脅迫下探索桔梗種子的萌發(fā)和幼苗的生理效應(yīng)，結(jié)果表明，桔梗種子能耐25 mmol·L-1氯化鈉脅迫，且引發(fā)劑1%氯化鈣、1%氯化鈉和750 mg·L-1赤霉素對種子耐鹽性有顯著的提升[24]。王瑞聰?shù)扔貌煌瑒┝康娜c對馬齒莧種子進(jìn)行引發(fā)處理，結(jié)果表明，適宜的處理時間和劑量能顯著提高馬齒莧種子的萌發(fā)質(zhì)量，但是當(dāng)三氮化鈉的濃度過高時，又會使其萌發(fā)率下降[25]。關(guān)于無機(jī)鹽引發(fā)甜菜種子的研究還有很多不足，如程大友等使用氯化鈉鹽溶液引發(fā)處理甜菜種子，結(jié)果表明低濃度的氯化鈉溶液對萌發(fā)甜菜種子有促進(jìn)作用，但超過一定濃度就會產(chǎn)生負(fù)面效果[26]。張澤旭等基于磷酸二氫鉀和不同濃度的硼酸形成不同引發(fā)組合，探索出了適合甜菜種子引發(fā)的濃度組合[27]。相比于前者，本文實(shí)驗(yàn)設(shè)置了更精準(zhǔn)的濃度梯度，并且探索了不同的試劑組合，得出了引發(fā)效果更好的引發(fā)劑組合。實(shí)驗(yàn)中使用的硼酸與硝酸鉀組合對甜菜種子引發(fā)的發(fā)芽率、 發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有提高，均高于對照組，但當(dāng)二者濃度太高時，也會抑制甜菜種子的萌發(fā)。本研究不足之處在于無機(jī)鹽組合的種類較少以及濃度梯度設(shè)置較少，后續(xù)研究可以探索硼酸和硝酸鉀更適宜的濃度和更多不同無機(jī)鹽的引發(fā)劑組合來提高甜菜種子活力，為引發(fā)甜菜種子提供更多的參考。

4 結(jié) 論

采用0.10、0.15和0.20 g·L-1的硼酸分別與0.50、0.75和1.00 g·L-1的硝酸鉀組合，對甜菜種子進(jìn)行引發(fā)，不同的復(fù)合引發(fā)劑由于濃度不同，對甜菜種子的引發(fā)效果有差異。其中引發(fā)組合0.10 g·L-1硼酸與0.50 g·L-1硝酸鉀、0.10 g·L-1硼酸與0.75 g·L-1硝酸鉀、0.10 g·L-1硼酸與1.00 g·L-1硝酸鉀對種子萌發(fā)有較好的促進(jìn)效果。0.10 g·L-1硼酸和0.50 g·L-1硝酸鉀組合處理的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高，0.10 g·L-1硼酸和0.75 g·L-1硝酸鉀組合處理的發(fā)芽率最高。本研究結(jié)果表明，除0.20 g·L-1的硼酸組合的硝酸鉀是抑制效果，其他6個組合都對甜菜種子的萌發(fā)有促進(jìn)效果，有利于甜菜種子的萌發(fā)。關(guān)于硼酸和硝酸鉀引發(fā)組合對其他甜菜品種是否有同樣明顯的促進(jìn)效果，以及實(shí)驗(yàn)處理對后期幼苗生長、產(chǎn)質(zhì)量等指標(biāo)的影響還有待驗(yàn)證。