FeSO4對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

張 燕， 丁孟豆， 任毛飛

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院，河南信陽 464000； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長沙 410128)

黃瓜(L.)是葫蘆科1年生蔓生或攀援草本植物，是世界上廣泛栽培的蔬菜之一，同時(shí)也是深受我國大眾喜愛的蔬菜之一。黃瓜風(fēng)味獨(dú)特，質(zhì)地鮮嫩，食用方法多種多樣，既可以作為蔬菜也可以作為水果。黃瓜營養(yǎng)價(jià)值豐富，含有維生素B族元素，對(duì)改善大腦和神經(jīng)系統(tǒng)功能有利，能安神定志，輔助治療失眠癥；黃瓜中含有的葫蘆素C具有提高人體免疫功能、抗腫瘤的作用，還可治療慢性肝炎；黃瓜中所含的丙氨酸、精氨酸和谷氨酰胺對(duì)肝臟病人，特別是對(duì)乙醇肝硬化患者有一定的輔助治療作用，可預(yù)防乙醇中毒。隨著生活水平的提高，人們對(duì)黃瓜的需求增加，因此研究金屬離子對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及生長狀況的影響具有重要意義。

重金屬脅迫是世界上普遍存在的一種非生物脅迫，是限制植物生長發(fā)育的主要環(huán)境因素之一，重金屬脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長有不同的影響。王椏楠等的研究表明，在鉛離子處理下雞爪大黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)與對(duì)照相比有下降趨勢(shì)。趙玉紅等的研究表明，低濃度鎘離子可以打破檸條種子休眠，高濃度時(shí)則表現(xiàn)為明顯的抑制作用，即鎘離子濃度在25 mg/L時(shí)，對(duì)檸條種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，發(fā)芽率達(dá)到最大值(73.3%)，隨著鎘離子濃度升高，種子萌發(fā)逐漸受到抑制，在鎘離子濃度為200 mg/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低(53.7%)。

鐵是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，對(duì)光合與呼吸過程中的電子傳遞、細(xì)胞壁代謝以及氧化損傷保護(hù)等生理過程至關(guān)重要。植物缺鐵會(huì)影響植物的生理活性、養(yǎng)分吸收等生理生化過程。因此，施加外源鐵肥，提高土壤鐵的有效性對(duì)于治理和改善植物缺鐵癥有重大意義。然而高濃度Fe對(duì)植物具有毒害作用，會(huì)引起植物形態(tài)、生理和生化特征改變，產(chǎn)生氧化脅迫甚至抑制植物幼苗早期生長。

現(xiàn)有研究表明，不同微量元素對(duì)種子的萌發(fā)起著不同的調(diào)節(jié)作用。俞明惠等的研究表明，銅處理對(duì)波斯菊種子萌發(fā)情況的影響表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制現(xiàn)象，結(jié)果表明，當(dāng)銅離子濃度在0～50 mg/L 時(shí)，對(duì)波斯菊種子的發(fā)芽率有促進(jìn)作用；當(dāng)銅離子濃度為200 mg/L時(shí)，對(duì)種子萌發(fā)狀況抑制作用最嚴(yán)重。王浩等的研究表明，銅對(duì)黃瓜種子的萌發(fā)有明顯的抑制作用，對(duì)發(fā)芽勢(shì)的抑制作用大于對(duì)發(fā)芽率的抑制。陳雅玲等研究了水鐵礦對(duì)小麥和水稻種子萌發(fā)的影響，結(jié)果表明，在200 mg/L FeSO處理下，水稻種子萌發(fā)狀況受到嚴(yán)重抑制，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)相比于對(duì)照分別降低12.66%、62.5%和4.96%。牛曉雪等在FeSO引發(fā)提高秦艽種子萌發(fā)的生理機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eSO會(huì)調(diào)控種子萌發(fā)過程中激素的變化及物質(zhì)代謝，從而影響種子萌發(fā)。

此外，還有許多微量元素或者重金屬對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長的相關(guān)研究。但是，目前未有鐵影響黃瓜種子的相關(guān)研究。因此，本試驗(yàn)旨在探究FeSO對(duì)黃瓜種子的萌發(fā)及幼苗生長的影響，研究不同濃度FeSO對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期獲得鐵影響黃瓜種子萌發(fā)的生理特性，為黃瓜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為豫藝綠如意，購自河南豫藝種業(yè)科技發(fā)展有限公司；硫酸亞鐵(分析純，天津市化工三廠有限公司)。試驗(yàn)儀器主要有分析天平(上海恒平天平科學(xué)儀器有限公司)、恒溫箱(北京福意電器有限公司)等。

1.2 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年11月15日至12月30日在信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院園藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體處理如下：對(duì)照CK，蒸餾水；處理A，10 mg/L FeSO溶液；處理B，50 mg/L FeSO溶液；處理C，100 mg/L FeSO溶液；處理D，200 mg/L FeSO溶液；處理E，400 mg/L FeSO溶液。以蒸餾水作對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)80粒黃瓜種子，共計(jì)1 440粒。種子發(fā)芽期間置于25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)，待4個(gè)處理的種子露白數(shù)量大于80%后，再將種子放置在光周期為12 h/12 h、溫度為25 ℃/15 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。種子具體處理方法同參考文獻(xiàn)[14]。

1.4 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽期間，每隔12 h觀察并且記錄黃瓜種子萌發(fā)的情況。在光暗培養(yǎng)下生長10 d后，每個(gè)處理取25株，測(cè)量植株鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量、根長(最長根)、根體積。根據(jù)種子萌發(fā)情況，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、簡化活力指數(shù)等項(xiàng)目。相關(guān)發(fā)芽指標(biāo)的測(cè)定同參考文獻(xiàn)[15]計(jì)算。根冠比計(jì)算公式同參考文獻(xiàn)[16]計(jì)算。主要計(jì)算公式有：

發(fā)芽率()=發(fā)芽試驗(yàn)期間全部正常發(fā)芽數(shù)供試種子數(shù)×100。

發(fā)芽指數(shù)()=∑。

式中：為在時(shí)間內(nèi)發(fā)芽數(shù)；為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)()=∑×。

式中：為單株幼苗干質(zhì)量。

簡化活力指數(shù)=×。

式中：為發(fā)芽率，為幼苗根長。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，圖或表中不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知，CK的發(fā)芽率與處理A、C、D差異不顯著，顯著高于處理E；處理B的發(fā)芽率與CK差異顯著。處理A、B的發(fā)芽率顯著高于處理C、D、E，但處理A、B之間差異性未達(dá)到顯著水平，處理C、D的發(fā)芽率顯著高于處理E，但處理C和處理D之間的差異不顯著。

FeSO溶液濃度為10、50 mg/L時(shí)，對(duì)黃瓜種子發(fā)芽表現(xiàn)出促進(jìn)作用，發(fā)芽率分別為91.67%、95.50%，相對(duì)于CK分別提高5.77%、10.19%，F(xiàn)eSO溶液濃度為50 mg/L時(shí)的促進(jìn)效果更好。當(dāng)FeSO溶液濃度大于100 mg/L時(shí)，隨著濃度的增大，黃瓜種子的發(fā)芽率逐漸受到抑制，當(dāng)FeSO溶液濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)，黃瓜種子的發(fā)芽率僅為70.83%，相比于CK降低18.28%。

2.2 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖2可知，CK與處理A、B、E之間差異顯著，CK與處理C、D之間差異不顯著。處理A和B的發(fā)芽指數(shù)顯著高于處理C、D、E，處理C和D的發(fā)芽指數(shù)顯著高于處理E，處理A、B之間、處理C、D之間差異不顯著。

FeSO溶液濃度在50 mg/L以內(nèi)時(shí)，會(huì)提高黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)，發(fā)芽指數(shù)分別為4.54、4.58，與CK相比，分別提高了11.27%、12.25%，由此可知，F(xiàn)eSO溶液濃度為50 mg/L時(shí)，對(duì)提高黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)效果更好。隨FeSO溶液濃度的增大，黃瓜種子的發(fā)芽指數(shù)逐漸受到抑制，在FeSO溶液濃度為400 mg/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)為3.24，與CK相比降低20.59%。

2.3 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜種子活力指數(shù)的影響

從表1可以看出，就活力指數(shù)而言，CK與處理A、B、E差異顯著，CK與處理C、D之間差異不顯著，處理A和B的活力指數(shù)顯著高于處理C、D、E，處理C和D顯著高于處理E。對(duì)于簡化活力指數(shù)而言，CK與處理A、B、E之間差異顯著，CK與處理C、D差異不顯著，處理A和B顯著高于處理C、D、E，處理C、D與處理E有顯著差異。

FeSO溶液濃度為10、50 mg/L時(shí)，黃瓜種子的活力指數(shù)顯著高于對(duì)照，其中FeSO溶液濃度為 50 mg/L 時(shí)，活力指數(shù)、簡化活力指數(shù)與CK相比分別提高28.32%、25.90%。適當(dāng)濃度FeSO溶液，可以促進(jìn)種子萌發(fā)，當(dāng)FeSO溶液濃度為 50 mg/L 時(shí)，對(duì)黃瓜種子活力指數(shù)的提高有促進(jìn)作用。隨著FeSO溶液濃度的增大，黃瓜種子的活力指數(shù)逐漸受到抑制，在FeSO溶液濃度為400 mg/L時(shí)，活力指數(shù)、簡化活力指數(shù)與CK相比分別降低34.77%、35.57%。

表1 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜種子活力指數(shù)的影響

2.4 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜幼苗根系生長的影響

2.4.1 不同濃度FeSO對(duì)黃瓜幼苗根長的影響 從圖3可知，CK的根長與處理A、C、D均無顯著差異，與處理B、E差異達(dá)到顯著水平，處理A與處理B、C之間差異不顯著，處理B的根長顯著高于處理C、D、E，處理E與處理C、D之間差異顯著，處理C和D之間差異不顯著。FeSO溶液濃度在50 mg/L以內(nèi)時(shí)，會(huì)提高黃瓜幼苗的根長，根長分別為6.367、6.667 cm，與CK相比分別提高11.06%、16.29%，由此可知，F(xiàn)eSO溶液濃度為50 mg/L時(shí)，對(duì)黃瓜幼苗的根長促進(jìn)效果更好。隨FeSO溶液濃度的增大，黃瓜幼苗的根長逐漸受到抑制，在FeSO溶液濃度為 400 mg/L 時(shí)，根長為4.633 cm，與CK相比降低19.19%。

2.4.2 不同濃度FeSO對(duì)黃瓜幼苗根體積的影響 從圖4可知，CK的根體積與處理A、C、D差異均不顯著，處理B、E與CK差異顯著，處理A、B顯著高于處理C、D、E，但處理A與B之間差異不顯著，處理C、D顯著高于處理E，但處理C和D之間差異不顯著。FeSO溶液濃度在50 mg/L以內(nèi)時(shí)，會(huì)提高黃瓜幼苗的根體積，根體積分別為0.071 3、0.093 0 cm，與CK相比，分別提高0.85%、31.54%，由此可知，F(xiàn)eSO溶液濃度為50 mg/L時(shí)，對(duì)提高黃瓜幼苗的根體積效果更好。隨著FeSO溶液濃度的增大，黃瓜幼苗的根體積逐漸受到抑制，在FeSO溶液濃度為400 mg/L時(shí)，根體積為 0.046 4 cm，與CK相比，降低34.37%。

2.4.3 不同濃度FeSO對(duì)黃瓜幼苗根鮮質(zhì)量的影響 從圖5可知，CK的根鮮質(zhì)量與處理B、D、E差異顯著，與處理A、C之間差異不顯著，處理A與C差異不顯著，處理B顯著高于處理A、C、D、E，處理E與C之間差異顯著，處理E與D之間差異不顯著。FeSO溶液濃度在50 mg/L以內(nèi)時(shí)，會(huì)提高黃瓜幼苗的根鮮質(zhì)量，根鮮質(zhì)量分別為0.303、0.328 g，與CK相比，分別提高5.94%、14.69%，由此可知，F(xiàn)eSO溶液濃度為50 mg/L時(shí)，對(duì)提高黃瓜幼苗的根鮮質(zhì)量效果更好。隨著FeSO溶液濃度的增大，黃瓜幼苗的根鮮質(zhì)量逐漸受到抑制，在FeSO溶液濃度為400 mg/L時(shí)，根鮮質(zhì)量為0.223 g，與CK相比，降低了22.03%。

2.5 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜幼苗植株干鮮質(zhì)量的影響

由圖6可知，CK的幼苗鮮質(zhì)量顯著高于處理D、E的幼苗鮮質(zhì)量，與處理A、C差異不顯著，處理A與處理B、C、D、E差異顯著，處理B顯著高于其他處理，處理C與處理D、E之間差異顯著。CK的幼苗干質(zhì)量與處理A、B、E差異顯著，與處理C、D差異不顯著，處理A、B之間差異不顯著，但顯著高于CK、處理C、D、E。FeSO溶液濃度在50 mg/L以內(nèi)時(shí)，對(duì)黃瓜幼苗的植株干鮮質(zhì)量增加有促進(jìn)作用，幼苗鮮質(zhì)量相對(duì)于CK分別提高5.67%、24.71%，幼苗干質(zhì)量相對(duì)于CK分別提高12.09%、14.84%。隨著FeSO溶液濃度的增大，植株的物質(zhì)積累逐漸受到抑制，當(dāng)濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)的抑制作用最嚴(yán)重，幼苗鮮質(zhì)量與CK相比下降26.74%，幼苗干質(zhì)量與CK相比下降17.58%。

2.6 不同濃度FeSO4對(duì)黃瓜幼苗植株根冠比的影響

從圖7可知，CK的根冠比與處理B、E差異顯著，與處理A、C、D之間差異不顯著，處理B顯著高于處理E，處理A和B之間、處理C與D之間差異不顯著。

隨著FeSO溶液濃度的增加，黃瓜幼苗的根冠比呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在FeSO濃度為 50 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值(0.210 6)，與CK相比提高25.73%。隨著FeSO溶液濃度的增大，根冠比逐漸降低，在400 mg/L時(shí)抑制作用最大，與CK相比，下降43.88%。

3 討論與結(jié)論

重金屬脅迫是限制植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素之一，譚洪偉等研究了重金屬脅迫對(duì)牛蒡種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)重金屬脅迫對(duì)牛蒡種子萌發(fā)有明顯的抑制作用。韋新東等研究了重金屬鎘、鉛對(duì)白三葉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，結(jié)果表明，當(dāng)鎘濃度為40 mg/L時(shí)，種子的發(fā)芽率與對(duì)照差異不顯著，當(dāng)鎘濃度達(dá)到120 mg/L時(shí)發(fā)芽率最低，隨著鉛濃度的增加白三葉的種子萌發(fā)及幼苗生長呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。劉騏華等研究了重金屬脅迫對(duì)高羊茅的種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，結(jié)果表明，低濃度(50、150 mg/L)鎘處理下，高羊茅種子的活力指數(shù)高于對(duì)照，隨鉛、鎘濃度的增加，種子的發(fā)芽指標(biāo)均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，高羊茅的根冠比隨著重金屬濃度的增加先升高再下降，低濃度鎘處理會(huì)增加高羊茅的根冠比，高濃度(≥50 mg/L)鎘處理下根冠比顯著下降，說明低濃度鎘處理對(duì)高羊茅根的生長具有促進(jìn)作用，較高的根冠比有利于植株進(jìn)一步生長，根系生長旺盛，吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)地上部的生長，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)目的。這與本試驗(yàn)中低濃度鐵對(duì)黃瓜萌發(fā)及幼苗相關(guān)指標(biāo)有促進(jìn)作用的結(jié)果基本一致。

微量元素雖然在植物體內(nèi)的含量很少，但在植物生長過程中發(fā)揮著不可替代的作用。微量元素對(duì)種子的萌發(fā)起著不同程度的調(diào)節(jié)作用，利用一定濃度的微量元素浸種處理，活化了種子體內(nèi)的酶系統(tǒng)，促進(jìn)了種子貯藏物質(zhì)的分解，加速了種子萌發(fā)的進(jìn)程。多數(shù)微量元素在較低濃度時(shí)能促進(jìn)種子萌發(fā)，而在較高濃度時(shí)卻對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制甚至毒害作用；微量元素對(duì)種子萌發(fā)的作用機(jī)理在于其影響了酶的活性及代謝作用的進(jìn)程。黎建玲等研究了銅離子對(duì)南瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，結(jié)果表明，在低濃度(20 mg/L)銅離子作用下，與CK相比，南瓜種子萌發(fā)快，在高濃度(50～300 mg/L)銅離子作用下，與CK相比，南瓜萌發(fā)及幼苗相關(guān)指標(biāo)明顯下降。武玉珍等研究了銅離子對(duì)生菜種子萌發(fā)狀況的影響，結(jié)果表明，與CK相比，低濃度(5～10 mg/L)銅離子處理下對(duì)生菜種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最優(yōu)，但對(duì)生菜幼苗生長不利，隨著濃度的增加，當(dāng)銅離子濃度達(dá)到120 mg/L時(shí)對(duì)生菜種子萌發(fā)狀況的抑制作用最強(qiáng)。王改花等研究了在不同濃度下微量元素對(duì)青稞種子的萌發(fā)特性的影響，結(jié)果表明，隨著鋅離子、錳離子濃度的增加，種子萌發(fā)狀況表現(xiàn)為低濃度(0.2、0.4 g/L)下受到促進(jìn)、高濃度下受到抑制的現(xiàn)象。這與本試驗(yàn)中在低濃度亞鐵離子作用下，對(duì)黃瓜種子萌發(fā)狀況及幼苗生長表現(xiàn)為促進(jìn)作用的結(jié)果基本一致。

綜上所述，隨著FeSO溶液濃度的增加，各項(xiàng)指標(biāo)均呈先升高再下降趨勢(shì)，當(dāng)FeSO溶液濃度為 50 mg/L 時(shí)，黃瓜萌發(fā)及幼苗相關(guān)指標(biāo)有顯著促進(jìn)作用，黃瓜種子的發(fā)芽率為95.50%，與CK相比提高10.19%，黃瓜幼苗的植株干、鮮質(zhì)量分別為0.020 9、0.215 5 g，與CK相比分別提高14.84%、24.71%，黃瓜幼苗的根冠比為0.210 6，與CK相比增加25.73%。當(dāng)FeSO溶液濃度超過100 mg/L時(shí)，對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長開始產(chǎn)生抑制作用，隨FeSO溶液濃度增加，抑制作用逐漸加大，當(dāng)濃度達(dá)到400 mg/L時(shí)，抑制作用顯著。黃瓜種子的發(fā)芽率與CK相比下降18.28%，黃瓜幼苗的植株干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、根冠比與CK相比分別下降17.58%、26.74%、43.88%。