外源硒對(duì)甜菜種子萌發(fā)的影響

王佳琦，劉乃新

(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 150000)

0 引言

甜菜(BetavulgarisL.)是一種典型的二年生草本植物，屬于莧科。栽培類型包括:糖甜菜、根甜菜、飼料甜菜和葉甜菜[1]。除制糖外，還有一定的營養(yǎng)價(jià)值[2-3]和藥用價(jià)值[4-5]。種子萌發(fā)是植物生命周期的開端，對(duì)植物的生命歷程有重要意義[6]，由于遺傳因素和環(huán)境因素的影響，甜菜種子萌發(fā)一直是影響甜菜出苗率的主要原因之一。因此，研究外源因素甜菜種子萌發(fā)的影響尤為重要。微量元素不僅對(duì)種子萌發(fā)具有一定作用[7]，也在生物體中發(fā)揮著特有的生物功能[8]。 Schwarz Klaus Schwarz[9]博士通過研究，證實(shí)了硒是生物體必需營養(yǎng)元素之一。郁飛燕[10]研究了干旱脅迫下硒對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)較高濃度的亞硒酸鹽提高了胚芽中磷、鉀、硫、鎂、鋅和錳含量。徐境懋等[11]研究了納米硒和亞硒酸鹽對(duì)鎘污染土壤中水稻鎘積累的影響，結(jié)果表明在鎘污染土壤中施加適量納米硒和亞硒酸鈉可有效降低土壤中鎘的有效性,減少水稻對(duì)鎘的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和積累。外源硒不僅可以緩解生物與非生物脅迫，董廣輝等[12]研究結(jié)果表明 ,施用濃度為0.25和0.5 μg·g-1土的Se4+和Se6+后,大豆產(chǎn)量、含N量及土壤脲酶活性增加。有研究表明經(jīng)合適濃度范圍內(nèi)的外源硒，在一定條件下能夠促進(jìn)種子的萌發(fā)，濃度過高時(shí)，不利于種子發(fā)芽[13]，史雅涵[14]等以“英國蕓豆”為試驗(yàn)材料的試驗(yàn)，結(jié)果表明，硒濃度30 mg/L的浸種較其他低濃度與高濃度的浸種更能促進(jìn)蕓豆種子的萌發(fā)。周坤元等[15]的研究結(jié)果也與這種規(guī)律類似，當(dāng)黃精種子被低濃度范圍Na2SeO3處理時(shí)，發(fā)芽率得到了提升，但處于高濃度的Na2SeO3溶液中時(shí)，萌發(fā)率有所降低。低濃度的硒在處理濕地松種子時(shí)，萌發(fā)情況相較于對(duì)照都有所改善，而當(dāng)種子處于高濃度溶液時(shí)，萌發(fā)受到抑制[16]。發(fā)芽指數(shù)是反映種子活力大小的重要指標(biāo)之一，低濃度的亞硒酸鈉溶液可以提高水杉的發(fā)芽指數(shù)，超過一定范圍時(shí)，隨著濃度升高，其發(fā)芽指數(shù)反而越低[17]。亞硒酸鈉溶液由低到高濃度分別處理甜瓜后,甜瓜種子發(fā)芽率、出苗率及幼苗株高、莖粗、根長、鮮重、干重、抗氧化酶活性基本都呈先升高后降低的趨勢(shì)[18]，在一定低濃度范圍內(nèi)向梨施硒肥，隨著濃度的升高，梨葉片抗氧化酶的活性和葉綠素含量也隨之升高[19]。目前為止，外源硒對(duì)甜菜種子萌發(fā)方面研究較少。因此，本研究擬以不同濃度亞硒酸鈉(Na2SeO3)、硒酸鈉(Na2SeO4)處理甜菜種子，對(duì)甜菜種子萌發(fā)的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)進(jìn)行研究以期為今后甜菜種子萌發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 試驗(yàn)材料

本研究以“必久”甜菜品種為實(shí)驗(yàn)材料。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別用不同濃度的亞硒酸鈉(Na2SeO3)、硒酸鈉(Na2SeO4)對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行處理,挑選品相好的“必久”甜菜種子，并對(duì)它們進(jìn)行消毒工作，然后在室溫中浸泡培養(yǎng)。以不施硒為對(duì)照(CK)，處理1～3為用亞硒酸鈉(Na2SeO3)(0.50,5.00,10.00 μmol·L-1), 處理4～6為用硒酸鈉(Na2SeO4)(0.50,5.00,10.00 μmol·L-1),每個(gè)處理做3個(gè)重復(fù)。在30℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽萌發(fā)，期間每天觀察，并及時(shí)補(bǔ)充培養(yǎng)皿中的處理液以供生長利用。

1.2 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 根伸長的測(cè)定

種子根伸長用直尺直接測(cè)量，可直觀的測(cè)定不同濃度外源硒處理對(duì)甜菜種子根伸長的影響，然后記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算抑制率。抑制率(IR)采用如下計(jì)算公式:

1.2.2 種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的測(cè)定

將種子放入30℃恒溫培養(yǎng)箱后開始計(jì)時(shí)，每隔24 h測(cè)定萌發(fā)種子數(shù)及芽長。

發(fā)芽率(%)=(取樣前一天發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))*100

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)

(Dt—發(fā)芽日數(shù)，Gt—與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)與發(fā)芽日數(shù)。)

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)*芽長。

1.2.3 根系生物量的測(cè)定

在對(duì)照組和處理組中，挑出甜菜種子活細(xì)根，用水洗凈后，于65℃下烘干至恒量，稱干質(zhì)量并記錄。

1.2.4 根系活力的測(cè)定(TTC法)

參照王學(xué)奎[20]的方法，現(xiàn)配反應(yīng)液，將選好的部分甜菜種子根部放入反應(yīng)液中反應(yīng)，觀察顯色。測(cè)定待測(cè)根系樣本，測(cè)定出吸光度，根據(jù)做好的標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出TTC的還原量。

1.2.5 淀粉酶活性的測(cè)定(3, 5-二硝基水楊酸比色法)

參照王學(xué)奎[20]的方法將甜菜種子制成的酶液與各個(gè)試劑進(jìn)行混合，沸水培養(yǎng)后等待冷卻，測(cè)定吸光度。

1.2.6 可溶性糖含量的測(cè)定(蒽酮法)

稱取適量的甜菜種子，并將之粉碎，制作樣品提取液，加蒸餾水，測(cè)吸光度，根據(jù)方程計(jì)算可溶性糖的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理用的是IBM SPSS Statistics 21和Excel 2016軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)的影響

2.1.1 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根伸長的影響

圖1和圖2表明，結(jié)果總體呈低濃度促進(jìn)，高濃度抑制趨勢(shì)。隨著Na2SeO3濃度的增加，根伸長抑制率逐漸減小，在濃度為5.00 μmol·L-1附近時(shí)，抑制率最小，即最促進(jìn)根伸長，之后隨濃度升高，抑制率也隨之上升。

圖1 不同濃度Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子根伸長的影響

圖2 30℃恒溫培養(yǎng)72 h后各樣本根長情況

2.1.2 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)種子發(fā)芽的影響

通過表1發(fā)現(xiàn)，在不同濃度的Na2SeO3處理下，相較于空白對(duì)照，發(fā)芽率不存在明顯差別；發(fā)芽指數(shù)中，只有對(duì)照和0.5 μmol·L-1Na2SeO3差異不顯著，從高到低依次為：5 μmol·L-1>0.5 μmol·L-1>對(duì)照>10 μmol·L-1；活力指數(shù)中，三個(gè)處理與對(duì)照都有顯著差異，依次排列為：5 μmol·L-1>0.5 μmol·L-1>對(duì)照>10 μmol·L-1。

表1 不同濃度Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子發(fā)芽情況的影響

2.1.3 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根系生物量的影響

圖3表明，根生物量在低濃度時(shí)有上升趨勢(shì)，在高濃度作用下又逐漸減少。而且Na2SeO3濃度的增加，相較于對(duì)照，根生物量也逐漸增大，在濃度為5.00 μmol·L-1附近時(shí)，根生物量出現(xiàn)最大值，隨后隨著濃度的增加，根生物量逐漸減少。

圖3 不同濃度Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子根伸長的影響

2.1.4 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根系生物活力的影響

如表2所示，甜菜幼苗的根系活力以處理5.00 μmol·L-1最高，顯著高于對(duì)照、0.5 μmol·L-1和10.00 μmol·L-1處理，分別提高了8.21%、10.90%和18.04%。處理10.00 μmol·L-1Na2SeO3處理的甜菜幼苗的根系活力最低，顯著低于對(duì)照、0.5 μmol·L-1和5.00 μmol·L-1處理，分別降低了9.98%、7.28%和18.04%。而0.5 μmol·L-1Na2SeO3處理與對(duì)照差異不顯著。

表2 不同濃度Na2SeO3對(duì)根系活力的影響

2.1.5 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)淀粉酶活性的影響

圖4表明，相較于對(duì)照，Na2SeO3濃度為0.5 μmol·L-1時(shí)，淀粉酶活性減小，隨后，濃度的上升，淀粉酶活力也上升。

圖4 不同濃度Na2SeO3處理對(duì)淀粉酶活性的影響

2.1.6 Na2SeO3處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)可溶性糖含量的影響

圖5表明， Na2SeO3濃度為低濃度時(shí)，提高了甜菜體內(nèi)的可溶性糖含量，達(dá)到最適濃度后，隨著濃度的繼續(xù)上升，又抑制種子體內(nèi)的可溶性糖含量的增長。

圖5 不同濃度Na2SeO3處理對(duì)可溶性糖含量的影響

2.2 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)的影響

2.2.1 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根伸長的影響

圖2和圖6表明，相較于對(duì)照，Na2SeO4濃度為0.5 μmol·L-1時(shí)，淀粉酶活性減小，隨后，隨著濃度的上升，淀粉酶活力也隨之上升。

圖6 不同濃度Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子根伸長的影響

2.2.2 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)種子發(fā)芽的影響

通過表3發(fā)現(xiàn)，不同濃度的Na2SeO4處理和對(duì)照相比，發(fā)芽率無顯著變化；發(fā)芽指數(shù)中，只有對(duì)照和10 μmol·L-1的Na2SeO4差異不顯著，從高到低依次為：5 μmol·L-1>0.5 μmol·L-1>對(duì)照>10 μmol·L-1；活力指數(shù)中，從高到低依次排列為：5 μmol·L-1>0.5 μmol·L-1>對(duì)照>10 μmol·L-1。

表3 不同濃度Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子發(fā)芽情況的影響

2.2.3 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根系生物量的影響

圖7表明，相較于對(duì)照，三個(gè)處理的根生物量都比對(duì)照低，Na2SeO4濃度為5 μmol·L-1附近時(shí)，根系生物量達(dá)到最大值。隨后，隨著濃度的上升，根生物量反而下降。

圖7 不同濃度Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子根伸長的影響

2.2.4 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)根系生物活力的影響

如表4所示，Na2SeO4處理甜菜種子萌發(fā)時(shí)根系活力以處理5.00 μmol·L-1最高，顯著高于對(duì)照、0.5 μmol·L-1和10.00 μmol·L-1處理。分別提高了6.87%、5.21%和13.23%。處理10.00 μmol·L-1Na2SeO4處理的甜菜幼苗的根系活力最低，顯著低于對(duì)照、0.5 μmol·L-1和5.00 μmol·L-1處理，分別降低了6.42%、8.08%和13.23%。而0.5 μmol·L-1Na2SeO4處理與對(duì)照差異不顯著。

表4 不同濃度Na2SeO4對(duì)根系活力的影響

2.2.5 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)淀粉酶活性的影響

圖8表明， Na2SeO4濃度大小與淀粉酶活性具有相關(guān)性，為一次函數(shù)，隨著Na2SeO4濃度的不斷升高，淀粉酶活性也逐漸提高。

圖8 不同濃度Na2SeO4處理對(duì)淀粉酶活性的影響

2.2.6 Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子萌發(fā)時(shí)可溶性糖含量的影響

圖9表明，Na2SeO4濃度為低濃度時(shí)，對(duì)可溶性糖含量起促進(jìn)作用，達(dá)到峰值后，濃度慢慢上升，種子體內(nèi)的可溶性糖含量也慢慢降低。

圖9 不同濃度Na2SeO4處理對(duì)可溶性糖含量的影響

3 討論

本研究中Na2SeO3和Na2SeO4處理對(duì)甜菜種子發(fā)芽率影響不大；對(duì)發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、跟伸長、可溶性糖含量有一定影響，隨著濃度的升高，都出現(xiàn)先促進(jìn)后抑制的現(xiàn)象；對(duì)根系活力均有促進(jìn)作用，其中Na2SeO4對(duì)種子萌發(fā)時(shí)淀粉酶活性呈正相關(guān)?？姌湟鶾21]等探究了硒酸鹽和亞硒酸鹽對(duì)7種不同基因型小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)添加低濃度外源硒能夠促進(jìn)發(fā)芽階段小麥的生長,高濃度硒則表現(xiàn)為顯著的抑制作用。吳小麗[22]等用亞硒酸鈉溶液由低到高濃度分別處理2個(gè)品種甜瓜后,甜瓜種子發(fā)芽率、出苗率及幼苗株高、莖粗、根長、鮮重、干重、抗氧化酶(POD、SOD、CAT)活性基本都呈先升高后降低的趨勢(shì)。王華[23]等研究了外源硒對(duì)白術(shù)種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響，結(jié)果表明外源硒有效提高了白術(shù)幼苗超氧化物酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白含量(SP)含量，這都與本研究表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。王素華等[24]對(duì)三個(gè)品種馬鈴薯進(jìn)行外源硒處理研究表明隨著施硒量的增加,其中一品種的株高、單株塊莖數(shù)、單株產(chǎn)量、單薯質(zhì)量、商品率呈先升后降趨勢(shì)。馬潔[25]探究了外源硒對(duì)水稻抗氧化酶活性、產(chǎn)量及其體內(nèi)硒含量影響，發(fā)現(xiàn)葉片SOD活性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。穆婷婷[26]對(duì)谷子進(jìn)行外源硒處理發(fā)現(xiàn)，谷子產(chǎn)量及構(gòu)成因子(千粒重、穗粒重)隨葉面噴施外源硒的濃度增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。但是張宇杰[27]等探究了外源硒礦粉對(duì)谷子保護(hù)酶活性、產(chǎn)量和籽粒中硒含量的影響，發(fā)現(xiàn)丙二醛含量呈先降低后增加的趨勢(shì)。在韓丹[28]等人的研究中，當(dāng)硒處于低濃度時(shí)，隨著濃度的增加，也加強(qiáng)了烤煙對(duì)各類元素的吸收與應(yīng)用的能力，提高了各類營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)所儲(chǔ)存的量，進(jìn)而對(duì)烤煙的生長起正效應(yīng)；而當(dāng)外源硒的濃度過高時(shí)，試驗(yàn)植物材料對(duì)礦質(zhì)元素的吸收能力有所下降，阻礙了烤煙的生長發(fā)育。外源硒對(duì)甜菜的作用與上述研究表現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

1.Na2SeO3和Na2SeO4處理對(duì)于本次試驗(yàn)材料“必久”甜菜種子的發(fā)芽率與對(duì)照相比差異不顯著，但在發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)中還是存在顯著差異的。隨著濃度的升高，都出現(xiàn)先促進(jìn)后抑制的現(xiàn)象。

2.Na2SeO3和Na2SeO4處理對(duì)本次試驗(yàn)材料“必久”甜菜種子萌發(fā)時(shí)根伸長都具有高濃度時(shí)抑制，低濃度促進(jìn)的現(xiàn)象,對(duì)根系活力都有不同程度的促進(jìn)作用，其中5.00 μmol·L-1的效果最好。

3.Na2SeO3和Na2SeO4處理對(duì)本次試驗(yàn)材料“必久”甜菜種子萌發(fā)時(shí)體內(nèi)可溶性糖含量產(chǎn)生影響。隨著濃度的升高，都存在先促進(jìn)后抑制的現(xiàn)象。其中Na2SeO4對(duì)種子萌發(fā)時(shí)淀粉酶活性呈正相關(guān)。