赤霉素與萘乙酸處理對蘆筍種子萌發(fā)的影響

厲廣輝，郭鑫，孫艷斌，尹俊玉，王波，王興軍

(1. 山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室，山東 濟南 250100；2. 北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心，北京 100097；3. 濰坊工程職業(yè)學院，山東 青州 262500)

蘆筍(Asparagus officinlis)是百合科天門冬屬多年生宿根性蔬菜，其嫩莖纖維柔軟、口感細膩、營養(yǎng)價值豐富，富含黃酮、皂苷、多糖等多種活性成分，被譽為“蔬菜之王”。我國自20 世紀80年代開始規(guī)模化發(fā)展蘆筍種植，目前是世界第一大蘆筍生產(chǎn)及出口國，約占世界總貿(mào)易量的50%，主要出口產(chǎn)品為白蘆筍罐頭和速凍綠蘆筍[1，2]。

蘆筍是多年生雌雄異株植物，生產(chǎn)用種為F1代雜交種。蘆筍種子質(zhì)地堅硬、表皮角質(zhì)層較厚、吸脹作用遲緩，胚芽和子葉退化為吸器、屬于不完全胚，苗期地上幼莖為胚軸上的不定芽發(fā)育而成[3]。蘆筍育苗過程繁瑣，要先溫水浸種2 天，催芽2 天，且種子發(fā)芽緩慢、出土時間長、出苗不一致，育苗過程受天氣影響較大。種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢是反映種子質(zhì)量的主要指標，是判斷出苗整齊度的主要參考依據(jù)。發(fā)芽率高、發(fā)芽勢強的種子出苗快且整齊，有利于移栽苗的成活率和旺盛生長。蘆筍種子的α－淀粉酶活性與發(fā)芽率、出苗率和幼苗長勢呈極顯著正相關(guān)；干種子中檢測不到酶活性，浸種48 h 不同貯存年份種子的α－淀粉酶活性有顯著差異[4]。浸種24 h 可提高發(fā)芽率、出苗率和幼苗整齊度；恒溫催芽的適宜溫度為20～25℃，發(fā)芽率與催芽第7 天的α－淀粉酶活性呈顯著正相關(guān)[5]。蘆筍種子的發(fā)芽高峰期為催芽第4～6 天，發(fā)芽勢的適宜統(tǒng)計時間為催芽第6天[6]。低濃度的鹽脅迫能促進蘆筍種子萌發(fā)，蘆筍種子最高可耐受175 mmol/L NaCl 脅迫，解除脅迫后可迅速萌發(fā)，0.1% NaCl 浸泡處理蘆筍種子可增強蘆筍幼苗對鹽脅迫的適應性[7，8]。

赤霉素(GA)在解除種子休眠、促進萌發(fā)方面有重要的調(diào)控作用，已廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但不同作物種子適宜的GA 濃度差別較大[9]。花椒種子含有萌發(fā)抑制劑，堅硬的種殼也抑制種子萌發(fā)，用500 mg/L GA3浸種催芽可顯著提高其種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率[10]。以300 mg/L GA3浸種，能顯著提高紫薇種子的各項發(fā)芽參數(shù)[11]；600 mg/L GA3浸種的紫果黑蕊獼猴桃種子發(fā)芽率最高[12]；野生金蓮花種子在低溫沙藏或高濃度GA3處理下才可打破休眠，600 mg/L GA3浸泡的金蓮花種子發(fā)芽率最高[13]。有關(guān)萘乙酸(NAA)對種子萌發(fā)作用的報道不盡一致:0.05 mol/L NAA 溶液浸種能促進馬甲子種子萌發(fā)[14]；NAA 處理抑制油松種子萌發(fā)，隨濃度增大抑制作用逐漸加強，160 mg/L NAA 可導致種子失活[15]。截至目前，GA 對蘆筍種子萌發(fā)的影響鮮有報道。已有報道中，王廣印等[16]用0～100 mg/L GA3浸泡蘆筍種子，其中100 mg/L 處理對種子萌發(fā)的促進作用最大，但該研究設置的GA3濃度區(qū)間較小且對種子萌發(fā)的動態(tài)調(diào)控信息還不清楚。為此，本試驗設置較大濃度區(qū)間的GA3和NAA 浸種處理，研究分析其對蘆筍種子萌發(fā)動態(tài)的影響，以期為蘆筍標準化育苗與高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用北京市農(nóng)林科學院培育的F1代蘆筍雜交種京綠蘆3 號為試驗材料。其種子含水量約為8.0%，為制種田上一年度采收的新種子。

1.2 試驗設計與方法

本試驗于2022年4月在山東省農(nóng)業(yè)科學院人工氣候室進行。挑選飽滿一致的蘆筍種子，用去離子水在30℃恒溫培養(yǎng)箱中浸泡48 h，每12 h換水1 次，并搓洗掉種子表明的蠟質(zhì)層，再分別用赤霉素(GA3)和萘乙酸(NAA)溶液在30℃恒溫培養(yǎng)箱中浸泡24 h。其中，GA3設置5 個濃度梯度，分別為100、200、400、600 mg/L 和800 mg/L；NAA 也設置5 個濃度梯度，分別為25、50、100、150 mg/L 和200 mg/L，以去離子水浸泡作為對照。

激素處理后，去離子水沖洗種子2～3 遍，再均勻平鋪于墊有2 層無菌濾紙的培養(yǎng)皿(直徑10 cm)中，放入人工氣候室25℃條件下黑暗培養(yǎng)，每天補水保持濾紙濕潤狀態(tài)。每皿放種子50 粒，每處理設3 個重復。培養(yǎng)后每2 天統(tǒng)計一次露白種子數(shù)，以露白長度2 mm 作為萌發(fā)標準。

1.3 測定指標及方法

蘆筍種子萌發(fā)指標測定參考周勁松等[6]和杜曉燕等[17]的方法。

發(fā)芽率(%)＝發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100；

發(fā)芽勢(%)＝發(fā)芽6 天的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100。

發(fā)芽指數(shù)GI＝Σ(Gt/Dt)。式中，Gt:t 天的發(fā)芽個數(shù)；Dt:至t 天的發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)VI＝GI×S 。式中，GI:發(fā)芽指數(shù)；S:平均根長。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 計算數(shù)據(jù)平均值和標準誤，SPSS 17.0 軟件進行顯著性分析，Sigma-Plot 10.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3和NAA 處理對蘆筍種子發(fā)芽率的影響

由圖1a 可見，與CK 相比，GA3浸種處理提高蘆筍種子發(fā)芽率，且隨濃度增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢。發(fā)芽第4 天，GA3處理蘆筍種子發(fā)芽率快速增加，較CK 增加59.46%～108.11%；發(fā)芽第8 天，低濃度GA3處理種子發(fā)芽率繼續(xù)快速上升，較CK 增加25.29%～52.88%，其中400 mg/L GA3處理的發(fā)芽率(88.67%)顯著高于其它處理，600、800 mg/L GA3處理發(fā)芽率與CK 基本一致；發(fā)芽8天后，400 mg/L GA3處理發(fā)芽率趨于穩(wěn)定，其它處理發(fā)芽10 天后還在緩慢增加，CK 發(fā)芽穩(wěn)定時間在第12 天。最終，發(fā)芽率最高的處理為400 mg/L GA3，達到98.00%，較CK 提高8.09%。GA3處理種子發(fā)芽勢較CK 提高16.95%～86.44%，400 mg/L GA3處理發(fā)芽勢最高。

由圖1b 可見，NAA 處理對蘆筍種子發(fā)芽率影響較小。25、50 mg/L 和100 mg/L NAA 處理后，種子發(fā)芽動態(tài)與CK 基本一致。150 mg/L 和200 mg/L NAA 處理延緩蘆筍種子的發(fā)芽時間，顯著抑制蘆筍種子早期萌發(fā)，至發(fā)芽4 天時發(fā)芽率較CK 分別降低62.16%和56.67%，發(fā)芽8 天時較CK 分別降低29.89%和37.93%；發(fā)芽14 天時較CK 分別降低2.21%和6.62%。25 mg/L NAA 處理發(fā)芽勢比CK 增加6.78%，但隨NAA 濃度繼續(xù)增加發(fā)芽勢呈逐漸降低趨勢，較CK 降低15.25%～44.07%。

圖1 GA3和NAA 浸種處理蘆筍種子的發(fā)芽率

2.2 GA3和NAA 處理對蘆筍種子發(fā)芽指數(shù)的影響

隨發(fā)芽進程，不同濃度GA3處理蘆筍種子發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)快速增加－緩慢增加－趨于穩(wěn)定的變化趨勢(圖2a)。發(fā)芽第4 天，為發(fā)芽指數(shù)的快速增加期，GA3處理顯著高于CK，比CK 增加45.24%～114.29%，400 mg/L GA3處理發(fā)芽指數(shù)最大；發(fā)芽第5～10 天，為緩慢增加期，GA3處理比CK 增加17.94%～63.30%，400 mg/L GA3處理顯著高于其它處理；發(fā)芽10 天后，發(fā)芽指數(shù)基本穩(wěn)定，GA3處理比CK 增加7.67%～45.61%。各處理發(fā)芽指數(shù)的高低順序和變化規(guī)律基本一致。

隨發(fā)芽時間延長，NAA 處理蘆筍種子發(fā)芽指數(shù)呈緩慢增加趨勢(圖2b)。25 mg/L NAA 處理發(fā)芽指數(shù)略高于CK，其它處理均低于CK，且隨NAA 濃度增加發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。在整個發(fā)芽過程中，150 mg/L NAA 處理發(fā)芽指數(shù)較CK 降低25.99%～66.67%，200 mg/L NAA 處理較CK 降低39.93%～162.51%，表現(xiàn)為隨發(fā)芽時間延長降幅逐漸縮小。

圖2 GA3和NAA 浸種處理蘆筍種子的發(fā)芽指數(shù)

2.3 GA3和NAA 處理對蘆筍根長和種子活力指數(shù)的影響

與CK 相比，濃度小于600 mg/L 時GA3處理增加蘆筍種子萌發(fā)期的胚根長和種子活力指數(shù)，大于600 mg/L 時則抑制胚根伸長和活力指數(shù)(表1，圖3)。發(fā)芽6 天時，100～400 mg/L GA3處理胚根長較CK 增加1.06%～11.70%，600、800 mg/L GA3處理較CK 分別降低10.63%、23.40%，且800 mg/L GA3處理胚根長顯著短于CK，其它處理與CK 之間差異不顯著。發(fā)芽12 天時，100～400 mg/L GA3處理的胚根長較CK 增加7.37%～12.63%，600 mg/L 和800 mg/L GA3處理較CK 分別減少7.89%和11.58%。表明隨GA3濃度增加，胚根長呈先增加后降低趨勢，各處理與CK 之間差異總體不顯著。

表1 GA3浸種處理發(fā)芽6 天和12 天的胚根長和活力指數(shù)

GA3處理對蘆筍種子活力指數(shù)的影響較大。發(fā)芽6 天時，濃度低于400 mg/L 處理的活力指數(shù)顯著高于CK，400 mg/L GA3處理的活力指數(shù)最高，較CK 增加118.58%，濃度繼續(xù)增加則活力指數(shù)下降。發(fā)芽12 天時種子活力指數(shù)變化規(guī)律與發(fā)芽6 天時基本一致，400 mg/L GA3處理顯著高于CK 和其它處理，較CK 增加59.08%。

NAA 處理顯著降低蘆筍種子萌發(fā)期的胚根長和種子活力指數(shù)，且隨NAA 濃度增加呈逐漸降低趨勢(表2，圖3)。發(fā)芽6 天時，不同濃度NAA處理蘆筍胚根長較CK 降低83.51%～87.23%，活力指數(shù)較CK 降低82.77%～93.81%。發(fā)芽12 天時，不同濃度NAA 處理蘆筍胚根長較CK 降低87.63%～93.68%，活力指數(shù)較CK 降低87.59%～95.89%。隨發(fā)芽時間延長，NAA 對種子活力指數(shù)的抑制越嚴重。

圖3 GA3和NAA 浸種處理發(fā)芽12 天時的蘆筍種子表型

表2 NAA 處理發(fā)芽6 天和12 天的胚根長和活力指數(shù)

3 討論與結(jié)論

蘆筍是多年生作物，種子質(zhì)地堅硬，表皮角質(zhì)層較厚，具有一定的休眠特性，發(fā)芽緩慢且發(fā)芽時間特別長。藜麥[18]、小麥[19]、玉米[20]等作物的發(fā)芽持續(xù)時間為6～8 天，而蘆筍發(fā)芽持續(xù)時間一般需20 天以上，出苗過程易受到不良環(huán)境的影響。在長時間的發(fā)芽過程中，一旦遇到環(huán)境變化或管理跟不上，則會造成嚴重損失。有關(guān)蘆筍發(fā)芽過程的研究表明，發(fā)芽高峰期為催芽4～6 天，發(fā)芽時間持續(xù)18 天以上[6]，生產(chǎn)中蘆筍苗床期出齊苗的時間約為30 天。自Haber 等[21]1960年首次報道GA 在種子萌發(fā)過程的作用以來，前人就GA對種子萌發(fā)的調(diào)控開展了大量研究。植物種子萌發(fā)過程受到多種激素的調(diào)控，大多數(shù)植物種子萌發(fā)過程中脫落酸(ABA)等抑制物質(zhì)含量逐漸下降，GA 等促進物質(zhì)的含量開始劇增[11]。本研究中，GA3處理可顯著提高蘆筍種子的活力和發(fā)芽率，主要是促進發(fā)芽早期蘆筍種子萌發(fā)，催芽4 天時發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別比CK 增加59.46%～108.11%和45.24%～114.29%，發(fā)芽勢較CK 提高16.95%～86.44%，與前人在其它植物上的研究結(jié)果基本一致[10，11]。這可能是因為GA3可提高控制種子萌發(fā)基因的表達量，解除DELLA 蛋白對GA 信號轉(zhuǎn)導途徑的抑制，調(diào)控GA/ABA 平衡，激活呼吸途徑相關(guān)酶活性，加快大分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，解除休眠[22，23]；GA 處理提高胚的生長潛力，促進胚根和下胚軸伸長，軟化外壁組織，克服種胚外層施加的機械障礙[24]。本研究還發(fā)現(xiàn)，GA3對蘆筍種子萌發(fā)的調(diào)控呈現(xiàn)出低促進、高抑制的規(guī)律，以400 mg/L GA3處理時蘆筍種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高，發(fā)芽穩(wěn)定時間較CK減少4 天，發(fā)芽率較CK 提高8.09%，但隨著GA3濃度增大，種子萌發(fā)受到抑制。前人在GA3調(diào)控其它植物種子萌發(fā)的研究中也得出相同結(jié)論[12－14]，不同植物種子適宜的GA3濃度不盡相同。

NAA 是一種重要的植物生長素類似物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要用于植物扦插生根、疏花疏果、誘導開花等方面。NAA 對種子萌發(fā)作用的報道不盡一致:在黃瓜[25]、棉花[26]、紫薇[27]種子上的研究認為，低濃度NAA 可提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，縮短萌發(fā)時間，促進幼苗生長，高濃度NAA 對種子萌發(fā)有抑制作用；也有研究發(fā)現(xiàn)，NAA 對油松[15]、甘草[28]種子的萌發(fā)有抑制作用，且隨濃度升高抑制作用逐漸加劇，160 mg/L NAA 可導致油松種子不能萌發(fā)。本研究中，低濃度NAA 對蘆筍種子發(fā)芽率影響較小，150 mg/L NAA 顯著抑制蘆筍種子萌發(fā)，延長發(fā)芽時間；NAA 處理極大抑制胚根伸長和種子活力指數(shù)，且隨濃度增加抑制作用更加明顯。其原因可能是處于萌發(fā)階段的種子細胞內(nèi)乙烯含量較高，且NAA 可促進乙烯合成、抑制生長素和赤霉素的合成與運輸，導致其激素代謝紊亂，因而降低種子活力[29]。國際蘆筍品種區(qū)域試驗中的發(fā)芽統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，供試品種的發(fā)芽規(guī)律基本一致。因此，本研究結(jié)果對指導蘆筍育苗具有普遍的指導意義。

本試驗條件下，GA3對蘆筍種子萌發(fā)的調(diào)控作用隨濃度增加呈現(xiàn)低促進、高抑制的規(guī)律，400 mg/L GA3處理蘆筍種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)最大，發(fā)芽穩(wěn)定時間較CK減少4 天，發(fā)芽率增加8.09%。GA3處理種子對蘆筍幼苗生長發(fā)育的影響，還需要進一步深入研究。NAA 處理降低蘆筍種子活力，抑制種子萌發(fā)。