外源酸對(duì)甜菜種子的引發(fā)影響

劉愛(ài)杰,張惠忠,叢俊超,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.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院,呼和浩特 010031)

0 引言

甜菜作為制糖的工業(yè)原料,在糖業(yè)發(fā)展中的地位逐漸上升,因此提高甜菜種子活力和產(chǎn)量、品質(zhì)成為當(dāng)前甜菜種植業(yè)發(fā)展的迫切需求,而種子引發(fā)技術(shù)是一種能有效提高種子活力和質(zhì)量的種子處理技術(shù),具有廣闊的應(yīng)用前景,在農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1-3]。種子引發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵就在于引發(fā)劑的篩選,合適的引發(fā)劑能有效提高種子活力,增強(qiáng)作物的成活率,并提高作物的單位面積產(chǎn)量。其中有機(jī)酸和氨基酸受到許多學(xué)者的討論和關(guān)注,如CHENG等[4]研究表明外源氨基酸,包括甘氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蛋氨酸可以有效緩解鹽脅迫對(duì)擬南芥種子萌發(fā)的抑制作用;KARAMI L等[5]研究表明水楊酸可以作為生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,增加植物的發(fā)芽率,與對(duì)照相比,水楊酸對(duì)番茄幼苗植株高度、葉片面積、芽和根的鮮重和干重有一定的積極影響;TOMAR等[6]研究表明低濃度水楊酸溶液有效提高了鷹嘴豆種子萌發(fā),促進(jìn)了幼苗生長(zhǎng);陳毅凡等[7]研究結(jié)果表明適當(dāng)濃度的黃腐酸可以有效緩解鎘脅迫對(duì)小麥幼苗的金屬毒害作用;李穎等[8]研究顯示水楊酸和脫落酸對(duì)扁蓿豆種子具有低促高抑的作用,0.05 μmol/L的脫落酸浸種處理是低溫下促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最佳濃度;柳凱等[9]研究表明,與對(duì)照組相比,300 mg/L的曲酸溶液可有效提高小麥種子的發(fā)芽勢(shì);郝榮華[10]等研究表明不同分子量γ-聚谷氨酸對(duì)綠豆種子進(jìn)行浸種,能夠提高綠豆種子的發(fā)芽率,增加幼苗的株高、根長(zhǎng)等生理特性指標(biāo)。有機(jī)酸由天然有機(jī)酸和合成有機(jī)酸組成,天然有機(jī)酸主要分布在中草藥等植物的根、葉和果實(shí)之中。本研究選用有機(jī)酸中的曲酸(以‘Ka’表示)以及氨基酸中的谷氨酸(以‘Ga’表示)為外源引發(fā)劑,通過(guò)設(shè)置不同時(shí)間和濃度對(duì)‘TD801’甜菜種子進(jìn)行處理,研究其對(duì)種子萌發(fā)的影響,為探究適宜的甜菜種子引發(fā)劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2023年4月—2023年5月在黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)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‘TD801’,由新疆石河子農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.3 試驗(yàn)方法

引發(fā)劑處理分別為曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L、曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L、曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸種時(shí)間為8、16、24 h(見(jiàn)表1),共設(shè)置9個(gè)處理,對(duì)照組(CK)為未處理過(guò)的‘TD801’干種子。

試驗(yàn)步驟如下:(1)在3 L蒸餾水中加入0.1%次氯酸鈉進(jìn)行攪拌,在此溶液中浸泡清洗消毒發(fā)芽盒,用純蒸餾水再次清洗并干燥發(fā)芽盒;(2)在處理過(guò)的發(fā)芽盒中鋪設(shè)50格無(wú)菌發(fā)芽紙,用高溫滅菌箱滅菌,將甜菜種子均勻放入紙中,每張紙格放2粒,用34 mL蒸餾水均勻噴灑100粒種子的發(fā)芽紙,確保每顆甜菜種子濕潤(rùn),3次重復(fù),溫箱溫度為24 ℃,濕度為70%;(3)每天檢查種子發(fā)芽數(shù)量,調(diào)查統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽潛力和發(fā)芽率,在第10 d測(cè)量甜菜種子發(fā)芽后的胚根和胚軸總長(zhǎng)度,最后計(jì)算甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

通過(guò)公式[式(1)～(4)]計(jì)算經(jīng)外源引發(fā)劑處理后的甜菜種子的發(fā)芽指標(biāo),主要包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。使用Excel、SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L對(duì)TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種8、16、24 h,結(jié)果顯示(見(jiàn)表1),處理8、16、24 h的發(fā)芽勢(shì)為88.00%、89.67%、94.00%,分別比CK(77.00%)提高11.00、12.67、17.00個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽率為88.33%、90.00%、94.00%,分別比CK(79.67%)提高8.66、10.33和14.33個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為44.38、41.62、47.41,分別比CK(28.51)提高55.66%、45.98%、66.29%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為421.71、405.91、460.32,分別比CK(292.11)提高44.37%、38.96%、57.58%。試驗(yàn)結(jié)果顯示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時(shí),其發(fā)芽指標(biāo)均高于對(duì)照,其中,24 h效果最佳。

2.2 曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L對(duì)TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L溶液組合分別浸泡‘TD801’甜菜種子8、16、24 h,結(jié)果顯示(見(jiàn)表1),處理8、16、24 h的發(fā)芽勢(shì)為90.00%、92.00%和88.67%,分別比CK(77.00%)提高13.00、15.00、11.67個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽率為91.33%、92.00%和89.67%,分別比CK(79.67%)提高11.66、12.33、10.00個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為42.31、46.15和44.51,分別比CK(28.51)提高48.40%、61.87%和56.12%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為418.82、473.85和452.09,分別比CK(292.11)提高43.38%、62.22%和54.77%。試驗(yàn)結(jié)果顯示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時(shí),其發(fā)芽指標(biāo)均高于對(duì)照,其中,16 h效果最佳。

2.3 曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L對(duì)TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種8、16、24 h的發(fā)芽勢(shì)為89.00%、92.33%和90.67%,分別比CK(77.00%)提高12.00、15.33、13.67個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽率為90.00、93.67、91.00個(gè)百分點(diǎn),分別比CK(79.67%)提高10.33、14.00、11.33個(gè)百分點(diǎn);處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為43.37、48.10和44.20,分別比CK(28.51)提高52.12%、68.71%、55.03%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為401.74、480.31和397.39,分別比CK(292.11)提高37.53%、64.43%和36.04%。試驗(yàn)結(jié)果顯示,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時(shí),其發(fā)芽指標(biāo)均高于對(duì)照,其中,16 h效果最佳。

2.4 不同濃度曲酸和谷氨酸溶液對(duì)TD801甜菜種子相對(duì)電導(dǎo)率的結(jié)果

由表1可見(jiàn),曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種8、16、24 h的相對(duì)電導(dǎo)率為50.83%、47.83%、41.47%,分別低于CK(186.07%)135.24、138.24和144.60個(gè)百分點(diǎn);曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸種8、16、24 h的相對(duì)電導(dǎo)率為49.33%、55.30%、50.07%,分別低于CK(186.07%) 136.74、130.77和136.00個(gè)百分點(diǎn);曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種8、16、24 h的相對(duì)電導(dǎo)率為44.80%、46.67%和42.07%,分別低于CK(186.07%) 141.27、139.40和144.00個(gè)百分點(diǎn)。甜菜種子經(jīng)過(guò)引發(fā)劑處理后的相對(duì)電導(dǎo)率均低于CK,其中,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合浸種24 h相對(duì)電導(dǎo)率數(shù)值最低(41.47%),對(duì)甜菜種子的傷害程度最低。

2.5 不同濃度曲酸和谷氨酸溶液組合處理TD801甜菜種子差異顯著性分析

在發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)方面,CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異,外源引發(fā)劑處理之間差異不顯著;在活力指數(shù)方面,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種16 h與同等濃度浸種8 h、24 h之間差異顯著,同時(shí)CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異;在相對(duì)電導(dǎo)率方面,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種24 h與曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸種16 h之間差異顯著,同時(shí)CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異(表1)。

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3 討論與結(jié)論

當(dāng)前用于種子萌發(fā)處理的技術(shù)方法中最為常見(jiàn)且應(yīng)用較多的主要是液體引發(fā)技術(shù),液體引發(fā)較為方便、快捷,如牛萌康等[11]研究表明復(fù)合腐殖酸可以提高煙草種子出苗率,對(duì)根系生長(zhǎng)和芽生長(zhǎng)有促進(jìn)作用;劉小越等[12]研究表明1 mmol/L的蘋(píng)果酸可顯著提高‘TD801’甜菜種子的活力指數(shù);李嘉煒等[13]研究表明富氫水可有效提高菜心、番茄、黃瓜、冬瓜種子發(fā)芽指標(biāo)和生理特性指標(biāo);馬學(xué)才等[14]使用脫落酸探究其浸種處理對(duì)白菜型冬油菜種子萌發(fā)特性的影響,結(jié)果表明種子的發(fā)芽指標(biāo)隨浸種時(shí)間的增加而降低,呈負(fù)相關(guān),具有低促高抑的趨勢(shì);劉強(qiáng)等[15]研究表明酸和鋁浸種處理可有效提高蘿卜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等發(fā)芽指標(biāo);董立盛[16]研究表明不同濃度赤霉酸處理藜麥種子后,均能有效提高藜麥種子的萌發(fā)能力、幼胚生長(zhǎng)量和內(nèi)含物含量。

曲酸是一種具有抗菌作用的合成有機(jī)酸[17],已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域,在食品加工領(lǐng)域,曲酸可以用作防腐劑和抗氧化劑;在農(nóng)業(yè)方面,曲酸可以用來(lái)生產(chǎn)生物殺蟲(chóng)劑。谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一,它作為多功能肽的一個(gè)組成部分存在于動(dòng)物和植物中,在氮素同化、氨基酸合成與代謝、葉綠素合成、根系生長(zhǎng)調(diào)控等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[18]。同時(shí),外源谷氨酸可以促進(jìn)種子萌發(fā)、葉綠素合成、根系生長(zhǎng),改善果實(shí)品質(zhì)。本研究結(jié)果,當(dāng)濃度為曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L時(shí),浸種24 h效果最好;當(dāng)濃度為曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L時(shí),浸種16 h效果最好;當(dāng)濃度為曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L時(shí),浸種16 h效果最好。由此表明,適宜的時(shí)間和濃度才能最大程度上激發(fā)種子的活力。

本研究表明,曲酸和谷氨酸溶液組合對(duì)甜菜種子萌發(fā)有促進(jìn)作用,9個(gè)處理的甜菜種子‘TD801’發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于CK,相對(duì)電導(dǎo)率較CK降低。其中最佳引發(fā)劑組合為曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸種16 h。