引發處理對菜豆種子萌發的影響

衛夢丹，劉大軍，楊曉旭，劉 暢，閆志山，馮國軍

（黑龍江大學現代農業與生態環境，哈爾濱 150080）

0 引言

菜豆(Phaseolus vulgaris)是一種重要的蔬菜作物，在很多國家均有栽培，菜豆也是國內的主要蔬菜種類之一。作為一種提高種子活力有效的途徑，種子引發技術可以達到促進生長、提高種子的活力、打破種子休眠等效果，目前種子引發技術已在農業生產上普遍推廣應用。種子的吸脹行為是種子發芽和生長的重要過程，同時也是種子引發的基本原理。種子的萌發分為3個階段[1]，種子引發是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸漲的第二階段，使種子進行預發芽的生理生化代謝和修復作用，但防止胚根的伸出[2-4]。種子引發的方法主要有水引發、滲調引發、固體基質引發等，其中水引發和滲調引發是最常用的引發方法，其中滲調引發常用的滲調劑主要有聚乙二醇(PEG)、硝酸鉀(KNO3)、氯化鉀(KCl)、氯化鈣(CaCl2)、褪黑素、赤霉素(GA3)、硝普鈉等。Mohammadi[5]用 1.0% KNO3對大豆種子進行了引發處理，在20℃下引發24 h可提高發芽率。陳寶悅等人[6]用PEG引發芹菜種子，顯著提高芹菜種子的發芽指數和活力指數，使得芹菜種子的發芽更加快速并且更加整齊。Aquila和Spada[7]的研究結果表明，對小麥種子進行滲調引發增加了早期胚生長階段蛋白的合成。

由于菜豆種子引發研究目前正處于初始階段，水引發、PEG引發等5種引發技術應用于菜豆均未見報道，因而本研究比較不同引發劑對不同菜豆種子萌發指數的影響，以期篩選出適于菜豆的最佳引發劑。為種子引發技術在菜豆生產上應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗中所采用的‘玉冠’和‘將軍’種子均是黑龍江大學園藝學團隊提供。

1.2 試驗方法

試驗中所采用的引發劑種類及濃度為蒸餾水(H2O，CK)，GA350、100、150 mg/L，PEG-6000 20%、30%、40%，CaCl220、40、60 mmol/L，褪黑素300、500、700 μmol/L。表1為各試驗處理及試驗編號。

表1 試驗處理

1.2.1 種子消毒 先將種子進行稱重，再用25%的次氯酸鈉消毒5 min，消毒完成后用蒸餾水沖洗干凈。

1.2.2 浸種 將消毒后的2個菜豆品種進行引發處理，放入配制好的引發劑中，每個處理所用引發劑為100 mL。以赤霉素引發為例，將種子分別放入50、100、150 mg/L的赤霉素溶液中，在25℃下分別引發6、12、18 h，每個處理50粒種子，3次重復。

1.2.3 烘干 將處理后的種子，用蒸餾水沖洗干凈種子表面殘留的引發劑溶液，并用干凈的濾紙吸干種子表面的水分，放入35℃烘箱中進行種子的回干處理，在回干過程中不斷進行種子稱重，直到種子的質量與引發處理前相近，回干完成之后，將種子在常溫下放置7天，再進行發芽試驗。

1.2.4 發芽試驗 按照《農作物種子檢驗規程》(GB/T 3543—1995)規定方法進行發芽試驗。取2層干凈的濾紙平鋪在玻璃培養皿中并充分吸水，將對照以及處理完的種子均勻擺放在濾紙上，每個處理3次重復，分別放在3個培養皿中；放入光照培養箱中變溫培養，白天25℃(12 h)，夜間20℃(12 h)，發芽期間，每天定時補充水分并記錄發芽種子數；第4天計算發芽勢[式(1)]，第7天計算發芽率[式(2)]，并測量下胚軸長度。

式中，Dt為發芽日數，Gt為與Dt相對應的每天發芽種子數。

1.3 統計分析

采用SPSS對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 水引發種子生長試驗結果及比較

隨著水引發時間的延長，‘玉冠’發芽率呈下降的趨勢，其中H1和H2處理發芽率下降5.33個百分點，‘將軍’H1處理發芽率較對照高2.67個百分點，其他處理均低于對照（圖1A）。‘玉冠’所有處理的發芽指數均高于對照，H2處理發芽指數較對照高17.52，H1發芽指數僅比對照高5.63，‘將軍’發芽指數除H4處理，其他處理均顯著高于對照，其中H2處理較對照高24.87（圖1B）。‘玉冠’發芽勢在H1和H2處理時與對照沒有區別，但是H3和H4處理發芽勢下降的較為明顯，分別下降5.3和10個百分點，‘將軍’發芽勢與發芽率趨勢一致，在H1處理時達到最大值，較對照高11.33個百分點，H2也高于對照，但差異不顯著（圖1C）。‘玉冠’活力指數在H2處理時為186.66，顯著高于對照，除H4活力指數較對照低7.34，其他處理均高于對照，‘將軍’活力指數在H2處理時達到最大值，較對照高145.99（圖1D）。

本試驗種子引發效果主要通過活力指數衡量，并參考發芽率。由圖1可知，‘玉冠’和‘將軍’在H2處理時引發效果較好，兩者發芽率較對照差異不顯著，但活力指數均顯著提高，其中‘玉冠’是對照的1.47倍，‘將軍’是對照的1.74倍。

2.2 PEG引發種子生長試驗結果及比較

從圖2中可以看出，‘玉冠’PEG引發之后發芽率均呈下降趨勢，其中用P6處理時發芽率較對照下降幅度最小，為6.7個百分點，‘將軍’引發后發芽率均高于對照，其中P6處理時發芽率最高，比對照高8個百分點（圖2A）。‘玉冠’所有處理的發芽指數均低于對照，其中P6處理發芽指數下降幅度最小，為5.7，‘將軍’除了P4處理時發芽指數低于對照，其他處理均高于對照，其中P6處理發芽指數最高，為73.6（圖2B）。‘玉冠’引發后發芽勢也均低于對照，其中P6處理時發芽勢下降的最少，為5.3個百分點，在相同的引發時間下，隨著PEG濃度的增大，發芽勢有增加的趨勢，而‘將軍’所有處理的發芽勢均高于對照，在P6處理時顯著高于對照，較對照高18.6個百分點（圖2C）。同樣，‘玉冠’引發之后活力指數均低于對照，‘將軍’活力指數在P6處理時達到最大值，較對照高31.12，在相同引發時間下，隨著PEG濃度的升高，活力指數呈上升的趨勢（圖2D）。

圖2 PEG引發種子生長試驗結果及比較

PEG的引發效果存在品種間差異，‘玉冠’引發后發芽率、發芽指數、發芽勢和活力指數均在下降，引發效果較差。而‘將軍’的各指標除個別處理低于對照，其他均高于對照，從活力指數可以看出，40% PEG引發12 h(P6)的效果最佳，為對照的1.16倍。

2.3 GA3引發種子生長試驗結果及比較

由圖3可知，GA3引發后，‘玉冠’G2、G3處理時發芽率下降幅度最小，為7.37個百分點，對于‘將軍’，發芽率均顯著高于對照，G1處理時發芽率較對照高7.3個百分點（圖3A）。‘玉冠’引發12 h時發芽指數有顯著增加，而引發6 h時發芽率均比對照低，但差異不顯著，‘將軍’所有處理均顯著高于對照，其中G5處理時發芽指數較對照高27.5（圖3B）。‘玉冠’引發后發芽勢均低于對照，引發12 h后的發芽勢比引發6 h低，‘將軍’引發后的發芽勢均顯著高于對照，G3處理時發芽勢有最大的增加，較對照高13.3個百分點（圖3C）。‘玉冠’的活力指數在引發后均顯著高于對照，引發12 h的活力指數明顯高于引發6 h，其中G6處理時活力指數為最大值，較對照高168.18，同樣，‘將軍’也顯著高于對照，其中G6處理時活力指數也達到最大值，較對照高191.48（圖3D）。

圖3 GA3引發種子生長試驗結果及比較

‘玉冠’經GA3引發之后，活力指數較對照差異顯著(P＜0.05)，發芽率較對照有不同程度的下降且差異顯著(P＜0.05)，因此引發效果較差。‘將軍’經G3處理后，發芽率為對照的1.03倍，活力指數為對照的1.99倍，為最佳引發處理。

2.4 CaCl2引發種子生長試驗結果及比較

從圖4中可以看出，‘玉冠’CaCl2引發后的發芽率呈現下降的趨勢，引發12 h時發芽率下降得更為明顯，C6處理發芽率較對照低22.67個百分點，‘將軍’引發后發芽率除C6處理低于對照，其他處理均顯著高于對照（圖4A）。‘玉冠’發芽指數除C2處理高于對照，其他處理均低于對照，尤其引發劑濃度為60 mmol/L時，不論是引發6 h(C3)還是12 h(C6)，發芽指數的下降都很明顯，‘將軍’的發芽指數除C6處理低于對照，其他處理均高于對照（圖4B）。同樣，‘玉冠’所有處理的發芽勢均顯著低于對照，引發12 h后發芽勢下降得更為明顯，其中C6處理下降最多，較對照低26.67個百分點，‘將軍’發芽勢與發芽指數相同，除C6處理外，其他處理均顯著高于對照（圖4C）。‘玉冠’引發后的活力指數較對照無顯著提高，除C1處理高于對照，其他處理均低于對照，而‘將軍’的活力指數除C6處理時低于對照，其他處理均顯著高于對照，其中C5處理活力指數達到所有處理中的最大值，較對照高176.25（圖4D）。

圖4 CaCl2引發種子生長試驗結果及比較

從發芽率和活力指數看，‘玉冠’經CaCl2引發后，活力指數最高的C1處理較對照差異不顯著，發芽率較對照低且差異顯著，所以引發效果較差。而‘將軍’在C5處理時，活力指數為對照的1.98倍，發芽率為對照的1.08倍，所以C5為最佳引發處理。

2.5 褪黑素引發種子生長試驗結果及比較

由圖5可知，‘玉冠’褪黑素引發后的發芽率仍呈下降的趨勢，引發12 h后下降更為明顯，其中M1處理發芽率下降的最少，為14.66個百分點，‘將軍’除M6處理發芽率低于對照，其他處理均高于對照，其中M4處理發芽率為最大值，較對照高6.67個百分點（圖5A）。‘玉冠’發芽指數也有不同程度的下降，無論是引發6 h還是12 h，300 μmol/L褪黑素引發后的下降幅度最小，分別為7.57和4.44，‘將軍’引發后的發芽指數均顯著高于對照，M4處理仍為最大值，較對照高18.27（圖5B）。‘玉冠’引發后的發芽勢均顯著低于對照，其中M1處理時發芽勢下降最少，為14.7個百分點，而M5處理發芽勢下降了38個百分點，‘將軍’引發后的發芽勢均高于對照，M4處理時為最大值，較對照高12個百分點（圖5C）。引發并沒有提高‘玉冠’的活力指數，且有所降低，其中M1處理活力指數下降最少，為13.16，而‘將軍’引發后的活力指數有所提高（圖5D）。

圖5 褪黑素引發種子生長試驗結果及比較

褪黑素引發后，‘玉冠’的各指標均低于對照，引發效果較差，‘將軍’在M3處理時活力指數最高，為對照的1.83倍，此時發芽率為對照的1.05倍，為‘將軍’褪黑素的最佳引發處理。

3 結論與討論

種子的引發時間和引發劑種類是影響引發效果的重要因素[8]。本研究發現，引發時間過長，如水引發18 h和24 h后，種子在回干過程中便出現了胚根突破種皮的現象，以及在發芽過程中出現發霉現象，因為種子無氧呼吸過程消耗了其內部的有機物并產生酸性的代謝廢物，使得菜豆種子在萌發過程中出現腐敗的現象，最后導致種子不能正常萌發，因此，對于種皮較薄的菜豆，引發時間不宜過長，不能超過12 h。不同種類引發劑對菜豆不同品種的引發效果也不同，且表現出較大區別，5種引發劑對2個菜豆品種進行引發之后表現出品種差異，‘玉冠’在引發之后，效果均較差，而‘將軍’則表現出較好的引發效果。活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，是評價種子活力的最佳指標[9]，所以在本試驗中，以活力指數為評價種子引發效果的主要指標。

水引發主要通過改變和調控種子內部的生理生化活動來提高種子的活力[10-12]，所以本研究對2個菜豆品種進行了水引發處理，從研究結果可知，水引發12 h時顯著提高了2個品種的活力指數，這與羅金梅等人[13]的研究一致，但是‘玉冠’在引發12 h時發芽率較對照下降了5.33%，因為在大田生產過程中，當發芽率下降超過5%時，即使活力指數有提高也可能會影響產量，所以認為‘玉冠’不適合水引發。

聚乙二醇(PEG)主要通過調節溶液的滲透壓促進種子的萌發，所以PEG的濃度是影響引發效果的最主要的因素[14-16]。本研究結果發現，經20%、30%、40%PEG引發之后，40%的引發效果要高于20%和30%，‘玉冠’和‘將軍’種子均在40%PEG引發12 h時活力指數達到較高值，雖然‘玉冠’種子在PEG引發后引發效果低于對照，但仍然可以從結果中發現，隨著PEG濃度的升高，引發效果呈上升趨勢，這與王煒等人[17]的研究結果一致。

赤霉素引發處理可解除種子休眠，修復一些受到破壞的細胞膜，從而提高種子的活力，對種子發芽率和幼苗的生長具有明顯的促進作用[18-21]。但是在本次發芽試驗中發現，赤霉素引發雖然顯著提高了菜豆種子的生長量，但是徒長現象嚴重，根系生長不良，因此，赤霉素在本試驗中不適宜作為‘玉冠’和‘將軍’的引發劑。

葉景學等[22]在研究等滲鈉鹽對茄子種子發芽特性的影響中提到，無機鹽的濃度過高會破壞種子細胞膜結構，使細胞膜過氧化程度加深，這可能是高濃度CaCl2引發效果不佳一個主要原因。‘玉冠’引發之后活力指數較對照并沒有顯著變化，且發芽率下降明顯，因此，CaCl2不適宜作為‘玉冠’的引發劑。

褪黑素是調控種子萌發的一種潛在植物激素，具有抗氧化的作用而且還具有親水和親脂性，易進入到種子內部，可提高種子的抗氧化作用從而提高種子的活力和萌發率[23-25]。從本研究的結果看，不同處理的褪黑素對‘將軍’的引發效果均高于對照，而對‘玉冠’引發效果較差，從活力指數看，‘將軍’在用700 μmol/L褪黑素引發6 h達到最大值，顯著高于對照，但是‘玉冠’的所有處理均顯著低于對照，同樣可以得出褪黑素不適宜作為‘玉冠’的引發劑。

‘玉冠’的引發效果均比‘將軍’差可能是因為‘玉冠’種子較小，在相同引發條件下，‘玉冠’吸脹率較大，導致種子內含物外滲過多，破壞了種子的結構，從而較為明顯地降低了發芽率。

綜上所述，通過對引發后活力指數的比較，發現‘玉冠’不適合引發處理，對于‘將軍’，引發效果表現為CaCl2＞褪黑素＞水＞PEG＞GA3，其中采用40 mmol/L的CaCl2引發12 h時效果最佳，所以對于不同的菜豆品種，在進行引發之前必須進行引發劑的篩選。

本研究篩選2個菜豆品種最佳引發劑，彌補了菜豆在種子引發技術研究方面的不足，可以為菜豆栽培中的應用提供部分理論依據，但同時也存在些許不足：（1）缺少在分子水平的引發機理以及產量等方面的深入研究。（2）對于‘玉冠’，可能存在引發劑及引發時間篩選上的問題，今后將圍繞這2個方面繼續研究。