不同引發處理對花椰菜種子活力和幼苗生理指標的影響

賀 卓,姚東偉,李 明,吳凌云?

(1上海市農業科學院設施園藝研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海201403;2安順學院,安順561000)

花椰菜(Brassicaoleracea var.botrytisL.)又稱花菜,風味鮮美,含有豐富的生物活性成分,如類胡蘿卜素、黃酮類、酚酸類化合物等,這些生物活性成分具有較高的抗氧化活性[1]。近年來,花椰菜栽培面積迅速增加。2019年聯合國糧食及農業組織報告顯示,我國花椰菜種植面積為54.67萬hm2,約占世界總栽培面積的40%,已成為世界上種植面積最大的國家[2]。在實際生產中,花椰菜種植存在種子萌發所需時間長、出苗不整齊、出苗率低的問題,在低溫和鹽脅迫等逆境條件下更為突出,嚴重影響其采收的一致性和產量。

種子引發是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸脹的第二階段,讓種子進行預發芽的生理生化代謝和修復作用,促進細胞膜、細胞器、DNA的修復和酶的活化[3]。經過引發的種子具有較高的活力和較強的抗性,耐低溫、萌發迅速、出苗整齊、成活率高[4]。目前常用的種子引發方法有固體基質引發、滲透調節引發、水引發、激素引發和生物引發等[5]。如KNO3引發提高了水稻種子的發芽率、發芽速度和整齊度[6];NaCl引發可以顯著提高鹽脅迫下葫蘆巴種子的活力[7];亞精胺引發可以顯著提高水稻種子在水分脅迫條件下的活力,促進幼苗生長[8];PEG引發可以促進水份虧缺下高粱種子的萌發,增強種子活力和促進出苗,提高芽苗期的抗旱能力[9];固體基質引發能夠顯著提高番茄種子的活力,增強種子吸脹期間的耐鹽性[10],提高辣椒和茄子種子在不同溫度下的萌發和出苗特性[11],提高小白菜的耐低溫特性[12];水引發處理可以顯著提高菠菜種子的活力[13];水楊酸引發能夠顯著提高玉米種子的發芽率,增強其對低溫脅迫的抵抗能力[14];應用熒光假單胞菌引發珍珠粟種子,可以促進植株生長并誘導其對霜霉病的抗性[15]。諸多研究表明,種子引發處理可有效提高種子活力與田間生產性能。國內關于花椰菜種子不同引發處理的研究鮮有報道,本試驗擬采取蛭石、硝酸鉀和亞精胺對花椰菜種子進行引發處理,研究花椰菜幼苗對3種引發處理的生理響應,以期為花椰菜生產者提供增產理論基礎,提高經濟效益,以及為花椰菜種子的引發技術推廣應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用花椰菜‘白陽’種子由上海瑞奇種子有限公司提供。硝酸鉀由國藥集團化學試劑有限公司提供,亞精胺由源葉生物科技有限公司提供。

1.2 種子引發處理

固體基質(SM)引發:將種子與蛭石按1∶1.5的質量比混合,再加入兩者總質量50%的蒸餾水攪拌均勻,置于燒杯中,于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發45 h,引發結束后,用篩子篩除蛭石后,將種子置于25℃烘箱內回干2 d。

亞精胺(Spd)引發:使用2.4 mmol∕L的亞精胺溶液進行引發,溶液完全淹沒種子,放在培養皿內于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發24 h,引發結束后,用流水沖洗后均勻攤開,用吸水紙吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

硝酸鉀(KNO3)引發:使用質量分數為1%的硝酸鉀溶液引發花椰菜種子,溶液完全淹沒種子,放在培養皿內于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發24 h,引發結束后,流水沖洗均勻攤開,用吸水紙吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

最佳引發時間、溫度和引發劑濃度由預實驗篩選得到[6,12,16]。

1.3 種子萌發試驗

以未引發處理的種子為對照(CK),把引發的種子和對照種子分別放入裝有雙層發芽紙的發芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)內,加入7 mL蒸餾水,置于20℃培養箱內進行發芽。每個處理重復3次,每個重復50粒,發芽期內每天兩次計數,以胚根伸出1 mm為標準。計算第2天發芽勢、第6天發芽率、發芽指數以及平均發芽時間。

發芽勢(GV)=(nt∕N)×100%;nt為第2天正常發芽的種子數,N為供試種子數。

發芽率(FGR)=(n∕N)×100%;n為第6天正常發芽的種子數。

發芽指數(GI)=∑(Gt∕Tt);Gt為第t日的發芽種子數,Tt為Gt相對應的發芽時間(d)。

平均發芽時間(MGT)=∑(Gt×Tt)∕∑Gt。

1.4 幼苗生長測定

將對照和引發的種子分別播種于32孔穴盤中,置于20℃人工氣候室進行育苗,每處理重復3次,每個重復32粒,每天記錄出苗數,第9天每盤隨機挑選10株幼苗測量其根長、苗高和鮮重,計算出苗率、出苗指數和平均出苗時間。

出苗率(ER)=(n∕N)×100%;n為正常出苗的總出苗數,N為供試種子數。

出苗指數(EI)=∑(Et∕Tt);Et為第t日的出苗種子數,Tt為Et相對應的出苗天數。

平均出苗時間(MET)=∑(Et×Tt)∕∑Et。

1.5 生理指標的測定

未引發和引發的種子在1.3條件下萌發后6 d(6DAG),取幼苗加入液氮磨成粉末。未引發和引發的種子在1.4條件下穴盤播后9 d(9DAP),取幼苗加入液氮磨成粉末。取上述液氮磨好的幼苗樣品,測定以下生理指標:超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、谷胱甘肽還原酶(GR)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性、丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量,均采用試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司)測定,試驗重復3次。

1.6 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件對試驗數據進行處理和顯著性分析(Duncan’s多重極差檢驗,α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同引發處理對‘白陽’種子萌發和出苗的影響

與對照(未引發種子)相比,固體基質引發、硝酸鉀引發、亞精胺引發的花椰菜‘白陽’種子的發芽勢分別提高了46.3%、29.0%和18.2%,發芽率分別提高了9.1%、2.3%和8.5%,發芽指數分別提高了103.1%、28.0%和17.8%,平均發芽時間分別提前了0.8 d、0.4 d和0.2 d(表1)。可見,3種引發處理均不同程度提高了花椰菜種子的活力,縮短了平均發芽時間。其中固體基質引發效果最好,與對照相比,發芽勢、發芽率、發芽指數顯著提高,所需平均發芽時間顯著減少,其次為硝酸鉀引發。

表1 不同引發處理對‘白陽’種子萌發的影響Table 1 Effects of different priming treatments on seed germination of‘baiyang’

與對照相比,固體基質引發、硝酸鉀引發、亞精胺引發的花椰菜種子出苗率顯著增加了31.7%、20.0%、30.1%,出苗指數顯著增加了77.5%、30.0%、45.0%,平均出苗時間分別減少1.2 d、0.3 d、0.4 d;與對照的幼苗相比,固體基質引發、硝酸鉀引發、亞精胺引發種子的幼苗根長分別顯著提高了25.8%、45.4%、18.6%,株高分別提高了53.8%、7.7%、30.8%,鮮重分別提高了75.0%、50.0%、50.0%(表2)。固體基質引發處理的出苗指數、幼苗株高和鮮重均顯著高于硝酸鉀引發和亞精胺引發處理。

表2 不同引發處理對‘白陽’種子出苗的影響Table 2 Effects of different priming treatments on seedling emergence of‘baiyang’

2.2 不同引發處理對‘白陽’幼苗抗氧化酶活性和脂質過氧化的影響

與對照相比,固體基質引發、硝酸鉀引發、亞精胺引發的‘白陽’種子萌發后6 d(6DAG)和穴盤播后9 d(9DAP)幼苗的SOD、CAT、APX、GR、GPX活性均顯著提高,MDA含量均顯著降低。固體基質引發的6DAG和9DAP幼苗GR、GPX活性提高的幅度和MDA含量降低的幅度最大,GR活性分別比對照提高了26.9%和45.9%,GPX活性分別比對照提高了15.7%和105.4%,MDA含量分別比對照降低41.7%和38.9%;亞精胺引發的6DAG和9DAP幼苗CAT、APX活性提高的幅度最大,CAT活性分別比對照提高了134.5%和102.6%,APX活性分別比對照提高了110.0%和61.5%;硝酸鉀引發的9DAP幼苗SOD活性提高的幅度最大,比對照提高了19.5%。可見,種子引發顯著提高了‘白陽’幼苗的抗氧化酶活性,降低了MDA含量,提高了抗氧化酶系統的防御能力,降低了膜脂過氧化水平。

圖1 不同引發處理對‘白陽’幼苗抗氧化酶活性和脂質過氧化的影響Fig.1 Effects of different priming treatments on the antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation in‘baiyang’seedlings

2.3 不同引發處理對‘白陽’幼苗可溶性蛋白含量的影響

與對照相比,固體基質引發、硝酸鉀引發、亞精胺引發的‘白陽’種子萌發后6 d(6DAG)和穴盤播后9 d(9DAP)幼苗的可溶性蛋白含量均顯著提高,表明種子引發可促進幼苗可溶性蛋白的積累,從而促進滲透調節,減少氧化脅迫。

圖2 不同引發處理對‘白陽’幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effects of different priming treatments on soluble protein content in‘baiyang’seedlings

3 結論與討論

種子萌發一般分為吸脹、萌動、發芽、成苗4個階段[17]。種子引發是通過控制種子緩慢吸水,讓種子停留在吸脹階段一段時間,使之處于預發芽的狀態,從而提高種子活力的一種處理方法[18]。

本研究表明,固體基質引發、硝酸鉀引發和亞精胺引發均能顯著提高花椰菜種子的活力,減少平均出苗時間,提高幼苗素質。該結果與固體基質引發能夠顯著提高番茄、辣椒、茄子、白菜和西瓜種子的萌發和出苗特性[10-12,19];硝酸鉀引發能夠減少不同成熟度西瓜種子平均出苗時間,增加西瓜種子出苗率和幼苗質量[20];亞精胺引發能夠促進不同成熟期超甜玉米種子萌發研究結果相似[21]。

固體基質引發、硝酸鉀引發和亞精胺引發均顯著提高花椰菜幼苗的抗氧化酶(SOD、CAT、APX、GR、GPX)活性,顯著降低MDA含量,增加可溶性蛋白含量,說明3種引發處理均能顯著提高花椰菜幼苗抗氧化酶的活性,清除ROS的積累,減少幼苗脂質過氧化,保持較高的細胞膜完整性,提高滲透調節能力,從而提高種子的活力和出苗特性。該結果與蛭石引發能顯著提高番茄種子發芽勢、發芽率、發芽指數,縮短平均發芽時間,顯著降低鹽脅迫下種子吸脹期間細胞膜的相對電導率和MDA含量,提高α-淀粉酶和抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量[10];KNO3引發能夠提高水稻幼苗出苗率,促進幼苗生長,縮短出苗時間,提高幼苗CAT、APX、SOD活性,增加幼苗可溶性蛋白、碳水化合物、可溶性糖和葉綠素含量[22];亞精胺引發處理的水稻幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT活性顯著增加,MDA含量明顯下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量增加研究結果相一致[8,16]。

在3種引發方法中,固體基質引發的花椰菜種子萌發和出苗特性均優于硝酸鉀引發和亞精胺引發。固體基質引發種子的幼苗在GR、GPX活性、MDA、可溶性蛋白含量等多項指標方面優于硝酸鉀引發和亞精胺引發。

綜上所述,固體基質引發、硝酸鉀引發和亞精胺引發均能顯著增加花椰菜幼苗抗氧化酶活性,提高抗氧化酶系統的防御能力,降低膜脂過氧化水平,增加滲透調節物質積累,提高種子活力。固體基質引發對花椰菜種子活力和幼苗生理指標的有益影響較硝酸鉀引發和亞精胺引發大。