人工老化處理對菜豆種子性狀和苗期生長的影響

摘" " 要：為探索老化方式對菜豆種子活力和幼苗生長的影響，同時篩選出適合菜豆種子生產(chǎn)的最佳地區(qū)，以菜豆品種雙豐三號為試驗材料，研究不同產(chǎn)地（天津、內(nèi)蒙古、甘肅）和不同老化方式（自然貯存和人工老化）對菜豆種子發(fā)芽指標(biāo)和幼苗生長指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，（1）天津種籽粒小干癟，幼苗細(xì)弱。甘肅種子籽粒大飽滿，幼苗粗壯。（2）人工老化（T=41 ℃，RH=100%）處理2 d，天津和內(nèi)蒙古幼苗的根長、葉面積、鮮質(zhì)量均高于空白對照。（3）自然老化4 a種子活力指標(biāo)中，發(fā)芽指標(biāo)與人工老化2～4 d種子試驗數(shù)據(jù)相當(dāng)。自然老化10 a的幼苗指標(biāo)與人工老化6 d的試驗數(shù)據(jù)相當(dāng)。綜合分析認(rèn)為，天津種子為老化敏感型種子，內(nèi)蒙古和甘肅的種子為耐老化型種子，且短時間人工老化處理對種子的傷害較輕，甚至對種子起到一定的引發(fā)作用。根據(jù)本試驗芽率、芽勢的數(shù)據(jù)，人工老化方法可以與不同貯存年份的自然老化種子相匹配，用于蔬菜種子活力的研究。

關(guān)鍵詞：菜豆；產(chǎn)地；人工老化；自然老化；種子活力

中圖分類號：S643.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）01-137-06

Effects of artificial aging treatment on seed traits and seedling growth of kidney bean

LIU Tiantian1， GU Yu2， 3， YANG Zirui1， HUANG Junxuan1， LIU Yanjun1， SUN Min1， HAN Qihou2， 3

（1. College of Horticulture and Gardening， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300392， China; 2. Tianjin Kernel Vegetable Research Institute/Tianjin Key Laboratory of Vegetable Breeding Enterprise， Tianjin 300384， China; 3. Tianjin Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Vegetable Biobreeding（Tianjin）， Tianjin 300192， China）

Abstract： In order to explore the effects of aging methods on the vigor of kidney bean seeds and seedling growth， and to screen out the optimal production region for kidney bean seed production， this study used the kidney bean variety Shuangfeng No. 3 as the experimental material to investigate the effects of different production origins （Tianjin， Inner Mongolia， Gansu）and aging methods（natural storage and artificial aging）on the germination indexes of the seeds and the seedling growth indexes of the kidney bean seeds. The results showed that （1） Seeds from Tianjin were small and shriveled， producing weak seedlings， while seeds from Gansu were large and plump， producing robust seedlings. （2） After 2 days of artificial aging（T=41 ℃， RH=100%）， the root length， leaf area， and fresh mass of seedlings from Tianjin and Inner Mongolia were higher than those in the control group .（3）Among the vigor index of seeds after 4 years of natural aging， the germination index was comparable to those of seeds artificially aged for 2-4 days. Seedling indexes of 10 years of natural aging were similar to those of seeds artificially aged for 6 days. Comprehensive analysis revealed that seeds from Tianjin were aging-sensitive， while seeds from Inner Mongolia and Gansu were aging-resistant. Moreover， short-term artificial aging treatment caused relatively mild damage to the seeds and even exhibited a certain priming effect. Based on the data of germination rate and vigor in this experiment， the artificial aging method can be matched with naturally aging seeds of different storage durations， thereby enabling its application in studies on the vigor of vegetable seeds.

Key words： Kidney bean; Production place; Artificial aging; Natural aging; Seed vigor

菜豆為豆科菜豆屬，原產(chǎn)于中南美洲[1]，是我國人民喜食的主要蔬菜之一。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年我國菜豆種植面積約為67.64 萬hm2，排名世界第一。種子品質(zhì)和活力直接關(guān)系到后期植株的生長，并且對豆莢的產(chǎn)量和品質(zhì)也有影響。前人研究發(fā)現(xiàn)[2]，產(chǎn)地條件、貯藏條件是導(dǎo)致種子活力差異的主要原因。菜豆種子顆粒大，不耐貯藏，在天津地區(qū)的自然條件下，發(fā)芽率只可以保存2 a（年），第3年開始下降。即使在最佳條件下貯存，種子在貯存6 a后也開始出現(xiàn)活力下降的問題。這一過程稱為種子變質(zhì)或老化過程[3]。采用人工老化處理模擬自然老化過程，是研究種子老化常用的方法，人工加速老化處理即通過高溫高濕法加速供試種子生理生化劣變，從而更直接、快速地考察和判定種子老化特性以及預(yù)測菜豆種質(zhì)的耐貯藏性[4-5]。同時將人工老化與自然老化進(jìn)行比較，應(yīng)用人工老化的方法快速模擬自然老化的種子，以便研究在貯藏過程中不同時期種子的活力、質(zhì)量，為更好地了解自然貯藏的種子變化奠定基礎(chǔ)。

筆者選取天津市、內(nèi)蒙古自治區(qū)和甘肅省等3個產(chǎn)地生產(chǎn)的雙豐三號菜豆種子為試材，利用人工老化處理方法，通過測定發(fā)芽指標(biāo)、幼苗形態(tài)指標(biāo)等，旨在篩選出最佳生產(chǎn)種子的地區(qū)。同時對比分析了自然老化與人工老化的種子活力、發(fā)芽指標(biāo)及老化幼苗生長情況，以期為種子的貯藏提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2023年在天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院武清創(chuàng)新基地實驗室進(jìn)行。供試菜豆品種為雙豐三號，產(chǎn)地分別為甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、天津市，由天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。

種子分別收獲于2012年、2018年和2022年，其中2022年生產(chǎn)的種子用于人工老化試驗，2012年和2018年的種子屬于自然老化的種子。自然老化的種子貯存于常溫庫，倉庫年均溫度為15 ℃，年平均相對濕度為35%～40%。人工老化和自然老化的種子活力測定在植物生長箱中進(jìn)行。

1.2 方法

采用高溫高濕法[5-7]進(jìn)行老化處理。將種子放置于老化箱（T=41 ℃，RH=100%），分別處理2、4、6、8 d，然后取出種子，室溫通風(fēng)晾置3～4 d，待種子含水量降至原狀態(tài)（含水量達(dá)到12%）。

以未進(jìn)行老化處理的種子作對照，每個處理設(shè)3次重復(fù)，每個重復(fù)50粒。將種子播種于育苗基質(zhì)中，澆透水，置于植物生長箱中培養(yǎng)，每天光照12 h，光照度為8000 lx，黑暗12 h，溫度為25 ℃，每天噴水1次，每天記錄種子發(fā)芽數(shù)量至第9天測量幼苗形態(tài)指標(biāo)。

百粒重的測定：將清潔干燥的種子稱取100粒，記錄質(zhì)量，3次重復(fù)，取平均值。

根據(jù)種子發(fā)芽情況計算各指標(biāo)，公式如下[8]：

發(fā)芽勢/%=（發(fā)芽試驗第5天正常幼苗數(shù)/供試種子數(shù)）×100；

發(fā)芽率/%=（發(fā)芽試驗第9天正常幼苗數(shù)/供試種子數(shù)）×100；

GI=ΣGt/Dt；

VI=GI×S。

式中：GI為發(fā)芽指數(shù)；VI為活力指數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù)；Gt為與Dt對應(yīng)的每日新發(fā)芽種子數(shù)； S為第9天時正常幼苗單株平均鮮質(zhì)量。

株高為測量植株莖基部（與基質(zhì)接觸部位）到頂部之間的距離。將幼苗用水沖洗干凈，用濾紙吸干水分，將根須捋順，測量主根的長度即為根長，每處理測量5株苗，并取平均值。使用“方格法”測量葉面積。將葉片的輪廓描在標(biāo)準(zhǔn)計算紙上，標(biāo)準(zhǔn)計算紙由1 cm×1 cm的小方格組成，統(tǒng)計葉輪廓所占小方格數(shù)目（達(dá)到或超過半格的算1格，不足半格的舍去），即得到用方格法測定的葉面積[9]。測量菜豆幼苗下數(shù)第1片真葉的面積，每處理測量5株苗，取平均值。用游標(biāo)卡尺測定幼苗子葉與根頸部中間部位的莖粗，并計算平均值。每個重復(fù)隨機挑選5株植株，將植株（地上部+地下部）清洗干凈，用濾紙吸干水分，利用天平稱量每個幼苗的質(zhì)量即為鮮質(zhì)量，并計算平均值。每處理隨機選取5株幼苗，清洗后放入烘箱中，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻后用天平稱量幼苗質(zhì)量即為干質(zhì)量，并計算平均值[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 2022繪圖；采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地、不同人工老化處理后菜豆種子外部形態(tài)觀察

先將2022年生產(chǎn)的3個不同產(chǎn)地的種子進(jìn)行外觀形態(tài)以及籽粒大小的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)種子的飽滿程度有區(qū)別，如圖1所示。其中，甘肅和內(nèi)蒙古的種子飽滿，顆粒較大，種皮有光澤，而天津產(chǎn)地的種子種皮發(fā)暗，無光澤，籽粒小而干癟，從百粒重上可以看出，天津產(chǎn)地：22.2 g，內(nèi)蒙古和甘肅產(chǎn)地均超過30 g。因為試驗品種相同，產(chǎn)地的環(huán)境、氣候直接影響種子的生長，百粒重差別較明顯。

如圖2所示，選取2022年甘肅產(chǎn)地的種子進(jìn)行人工老化試驗，種子經(jīng)老化處理后種皮顏色隨著處理時間的延長而逐漸變黃。

2.2 不同產(chǎn)地不同老化時間對菜豆種子活力的影響

由表1可知，根據(jù)3個產(chǎn)地未老化種子的活力指數(shù)（VI）排序為甘肅gt;內(nèi)蒙古gt;天津。老化處理后，天津和甘肅兩個產(chǎn)地種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均隨著老化時間延長呈降低趨勢，但不同產(chǎn)地間各指標(biāo)降低程度不同。而內(nèi)蒙古種子老化2 d后，種子活力指數(shù)上升，然后隨著老化時間的延長再度呈下降的趨勢。

天津種子的各項指標(biāo)（發(fā)芽率除外）均在老化2 d后與對照呈顯著差異；內(nèi)蒙古和甘肅種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率老化2 d的種子與對照沒有顯著差異，在老化4 d后與對照差異顯著。由此可以發(fā)現(xiàn)，老化2 d的種子各項活力指標(biāo)降幅較小，甚至有所提高；老化4 d后，各項指標(biāo)急劇下降；老化8 d的菜豆種子無發(fā)芽現(xiàn)象。

如圖3-A所示，天津和內(nèi)蒙古幼苗的株高隨老化時間的延長逐漸降低，甘肅老化4 d的幼苗略高于老化2 d的幼苗，但無顯著差異。內(nèi)蒙古和甘肅產(chǎn)地的幼苗根長受老化時間的影響較小，天津老化2 d的幼苗根長較CK增加0.92 cm，但差異不顯著（圖3-B）。天津和內(nèi)蒙古幼苗葉面積隨著老化時間的延長呈先增大后減小的趨勢，甘肅產(chǎn)地葉面積隨著老化時間的延長逐漸減小，但在老化6 d時葉面積增大，天津和內(nèi)蒙古幼苗老化2 d葉面積顯著大于CK（圖3-C）。3個產(chǎn)地幼苗莖粗受老化時長的影響不顯著，但受產(chǎn)地的影響較大。3個產(chǎn)地幼苗莖粗表現(xiàn)為：甘肅gt;內(nèi)蒙古gt;天津（圖3-D）。天津和內(nèi)蒙古老化2 d的幼苗鮮質(zhì)量略高于對照組（圖3-E），除此之外，隨著老化時間的延長，各產(chǎn)地的幼苗鮮質(zhì)量逐漸降低，甘肅幼苗受老化時間延長的影響較小。在幼苗干質(zhì)量表現(xiàn)上，各產(chǎn)地表現(xiàn)為：甘肅gt;內(nèi)蒙古gt;天津（圖3-F）。綜合來看，天津幼苗各項指標(biāo)受老化的影響較大，內(nèi)蒙古和甘肅的幼苗各項指標(biāo)受老化影響較小。

2.3 不同老化方式對種子的影響

使用天津種子為試材，自然老化種子在常溫庫里分別貯存了4 a和10 a，人工老化時間還是分為2、4、6和8 d。初步從種子活力指標(biāo)方面了解種子人工老化程度與自然老化的異同。將兩種老化方法得到的種子進(jìn)行種子活力的測定和幼苗的形態(tài)指標(biāo)調(diào)查，結(jié)果如下。

由于人工老化8 d的種子活力盡失，沒有得到發(fā)芽的種子，因此表3中沒有老化8 d的幼苗數(shù)據(jù)。

從兩種方式老化后種子活力指標(biāo)發(fā)現(xiàn)（表2）：人工老化種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均低于對照。自然老化的菜豆種子的所有活力指標(biāo)也是隨老化時間的延長而下降。根據(jù)表3中幼苗形態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在人工老化處理下，2 d和4 d的株高顯著低于對照組，而經(jīng)過6 d的人工老化，其株高顯著低于4 d老化的結(jié)果。此外，經(jīng)過4和6 d的人工老化，其葉面積均顯著低于對照組。經(jīng)過6 d的人工老化，其鮮質(zhì)量也顯著低于老化2 d的樣本。對于根長和干質(zhì)量，對照組與老化2、4、6 d的樣本均無顯著差異。

自然老化4 a種子活力指標(biāo)中，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)與人工老化4 d種子試驗數(shù)據(jù)相當(dāng)，而發(fā)芽率和活力指數(shù)與人工老化2 d的試驗數(shù)據(jù)相當(dāng)。根據(jù)幼苗指標(biāo)（表3）發(fā)現(xiàn)，自然老化4 a的種子在幼苗根長、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量方面與對照沒有顯著差異。因此，本試驗結(jié)果表明，在年均溫度為15 ℃、年均相對濕度為35%～40%的倉庫中貯存，自然老化4 a的種子活力相當(dāng)于人工老化2～4 d的種子。根據(jù)表2種子活力數(shù)據(jù)和表3幼苗形態(tài)指標(biāo)，自然老化10 a的種子與人工老化6 d的種子活力指數(shù)和幼苗形態(tài)指標(biāo)相近。

3 討論與結(jié)論

在本研究中，試驗材料品種一致，但來源地不同。研究結(jié)果表明，產(chǎn)自甘肅與內(nèi)蒙古的種子在老化過程中表現(xiàn)出較弱的敏感性。只要種子保持活力，其幼苗生長通常能夠正常進(jìn)行。天津產(chǎn)地的種子在不同老化周期下的幼苗形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，幼苗的萌發(fā)過程遲緩，整齊度亦不理想。此外，隨著老化時間的延長，各項指標(biāo)的下降幅度亦有所增加。通過分析，推測這一現(xiàn)象與種子的產(chǎn)地氣候條件密切相關(guān)。甘肅與內(nèi)蒙古地區(qū)具有日照時間長、晝夜溫差大等自然條件優(yōu)勢，這些條件有利于干物質(zhì)的積累，從而導(dǎo)致菜豆種子的百粒重增加。相比之下，天津地區(qū)地勢較低，晝夜溫差較小，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的種子存在籽粒干癟、產(chǎn)量偏低等問題。

此外還發(fā)現(xiàn)人工老化對種子引發(fā)有促進(jìn)作用。人工老化2 d對種子活力及幼苗生長影響較小，對于天津和內(nèi)蒙古的幼苗，其葉面積、鮮質(zhì)量均高于對照組，說明種子對短時間內(nèi)的高溫高濕脅迫存在一定的耐受性。短時間人工老化處理對種子的傷害較輕，甚至對種子起到一定的引發(fā)作用，老化結(jié)束后部分種子可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)[11-13]。

人工老化4 d后，種子活力急劇下降，人工老化達(dá)6 d時，種子活力指標(biāo)顯著低于對照組，人工老化8 d時，種子完全失去活力。隨著老化時間的延長，細(xì)胞膜完整性被破壞，透性增大，導(dǎo)致種子細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲，有害物質(zhì)積蓄加劇，種子生理生化代謝出現(xiàn)障礙，當(dāng)造成的損害超過其自身修復(fù)能力時，種子最終失去生命活力，這與前人的研究結(jié)果一致[14-16]。本研究結(jié)果表明，老化4～6 d是菜豆種子在高溫高濕條件下受影響的敏感時期。

人工老化指人為控制種子在短時間內(nèi)進(jìn)行老化劣變，控制種子活力，使發(fā)芽勢、發(fā)芽率等指標(biāo)快速下降的過程。有研究表明，人工老化和自然老化的老化進(jìn)程有一定的相關(guān)性[17]，但也有研究表明，人工老化和自然老化兩種老化進(jìn)程的遺傳基礎(chǔ)不同[18]。種子老化主要歸因于種子細(xì)胞膜的完整性受到破壞，通透性增強，吸脹時的修復(fù)能力與速度均降低，浸出液中內(nèi)含物質(zhì)外滲量顯著增加，最終造成種子老化和劣變[19-20]。在過往的研究中，經(jīng)常通過人工高溫高濕來加速老化這種方法測定種子活力和模擬自然界中種子老化的過程。因此，人工老化是研究種子劣變規(guī)律最有效的途徑[21]。本試驗結(jié)果表明，從菜豆種子活力指標(biāo)和幼苗形態(tài)兩方面，人工老化與自然老化有相似規(guī)律，自然老化4 a的菜豆種子活力相當(dāng)于人工老化2～4 d的種子活力，自然老化10 a的菜豆種子活力相當(dāng)于人工老化6 d的種子活力。

綜上所述，天津種子為老化敏感型種子，內(nèi)蒙古和甘肅的種子為耐老化型種子；短時間人工老化處理對種子的傷害較輕，甚至對種子起到一定的引發(fā)作用；自然老化4 a的菜豆種子活力相當(dāng)于人工老化2～4 d的種子活力，自然老化10 a的菜豆種子活力相當(dāng)于人工老化6 d的種子活力。

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