不同试剂处理对促进大豆自然老化种子萌发的影响

， ， ， ， ， ， ， ， (聊城大学生命科学学院， 山东 聊城 252059)

不同试剂处理对促进大豆自然老化种子萌发的影响

潘晶，张培磊，王家萌，许申，高洁，苏欢，王朋，张文会，刘立科
(聊城大学生命科学学院， 山东 聊城 252059)

提高老化大豆种子的萌发效率，对于提高大豆种质保存质量和农业生产质量具有重要意义。本试验使用不同浓度的PEG、CaCl2、Al2(SO4)3和KCl 4种溶液对冀黄13自然老化种子进行处理，探究不同化学试剂对自然老化大豆种子萌发的影响。结果表明，与对照相比，在合理的浓度范围内，4种试剂处理均能提高冀黄自然老化种子的萌发水平，其中35% PEG处理和4 mmol/L浓度 Al2(SO4)3处理对自然老化种子萌发的促进作用最明显。进一步利用上述2种试剂对冀豆17、冀黄13和冀豆16的自然老化种子进行复合处理，结果表明，复合处理的效果好于单独处理，且处理效果存在着基因型差异。

大豆； 自然老化种子； 促进萌发

种子是农业生产中最基本、最重要的生产资料。种子老化是种子贮藏过程中所发生的不可逆转的现象，也是引起种子活力衰退的直接原因。种子老化一般表现为种皮颜色改变、种皮通透性增加、与萌发机理相关的激素消退。种子老化导致种子活力低下、萌发迟缓、发芽率低下、生长势差，抗逆性弱，最终影响产量[1-4]。目前，有关种子活力修复的研究有很多，可分为物理方法和化学方法[2]。物理方法包括离子束辐照处理、高压电场处理、微波热击处理、静电处理等[5-8]。与化学方法相比较，物理方法操作复杂，设备要求高，而化学方法只需用药品配制溶液浸种培养即可。常见的化学引发剂有金属盐、抗生素、有机溶剂、双氧水、植物激素、维生素等。K+、Al3+对人工老化的种子具有一定的活力修复效应[9-10]。杨晓杰等研究表明，62.5 mg/L的阿司匹林能够有效地提高大豆种子发芽率和活力指数[11]。PEG是应用最广泛的引发剂[12]，Ca2+对老化的棉花、水稻、花生、绿豆、玉米等农作物种子发芽率具有明显的提高作用[13-15]。

大豆是我国重要的油料作物之一。大豆种子富含蛋白质和脂肪，耐热性差，所以极易发生种子老化从而造成贮藏困难[16]，因此大豆种子活力修复的研究对于大豆种质保存、生产实践、理论研究均有重要意义。目前，国内外关于对大豆老化种子活力修复的相关研究较少，Park E等[17]利用PEG 8000对自然老化和人工老化的大豆种子进行引发处理，比较研究该试剂对2种方式老化种子萌发影响。王炜等发现，PEG对人工老化大豆种子萌发具有显著促进作用[12]。这些研究大都以人工老化的种子为研究对象，利用单一试剂进行处理，而以自然老化种子为材料，利用不同试剂进行复合处理的相关研究很少。另外，D.Vijay等研究表明，自然老化和人工老化机理可能并不相同[18]。上述研究结果是否适用于自然老化种子尚待进一步研究。由此，本研究以大豆种质冀黄13的自然老化种子为材料，利用4种不同试剂进行单独处理，并进一步利用冀黄13、冀豆16和冀豆17的自然老化种子补充进行了复合处理，通过测定种子萌发指标，探究不同化学试剂对自然老化大豆种子萌发特性的影响，优化筛选提高自然老化种子发芽率的最优处理方式和处理浓度，为大豆种质保存和种子老化机理研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

大豆品种冀黄13、冀豆16和冀豆17的种子由其育成单位河北省农林科学院粮油作物研究所提供。试验材料为2013年秋季收获，存放18个月的自然老化种子。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 不同试剂的单独处理

PEG-6000溶液浓度：10%、25%、30%、35%、40%。

KCl溶液浓度：20，40，60，80，100 mmol/L。

CaCl2溶液浓度：0.01，0.0125，0.015，0.0175，0.02 mg/L。

Al2(SO4)3溶液浓度：1，2，4，8，16，32 mmol/L。

利用上述4种溶液分别单独处理冀黄13自然老化种子，PEG溶液浸泡4 h后用清水继续培养，其余试剂持续培养7 d。以上所有处理都以清水处理为对照(ck)。

1.2.2 不同试剂的复合处理

分别采用PEG、Al2(SO4)3以及PEG+Al2(SO4)3溶液处理冀黄13、冀豆16和冀豆17自然老化种子。

1.2.3 种子发芽势、发芽率测定

挑选籽粒饱满、大小均匀一致的大豆种子，在培养皿内垫2层滤纸，每个培养皿放30粒大豆种子，用清水处理作为对照，3次重复。培养箱内25 ℃恒温发芽。

参照农作物种子检验规程的方法[19]。处理第4天统计发芽势，第7天统计发芽率。

1.2.4 数据处理

采用Excel 2007输入和整理数据，利用SPSS Statistics 17.0软件进行数据的单因素方差分析和Duncan多次重复检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度PEG处理对冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的影响

通过比较不同浓度PEG处理冀黄13自然老化种子的发芽势和发芽率，结果发现，与ck相比，35% PEG浓度处理显著提高了冀黄13自然老化种子的发芽势、发芽率(分别增加了30%和16.67%)，其余各组浓度PEG处理也显著提高了冀黄13自然老化种子的发芽势、发芽率。发芽势分别增加了8.9%、17.76%、21.09%、23.33%，发芽率分别增加了0%、2.23%、6.66%、10%(表1)。

表1 不同浓度的PEG处理冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的Duncan多次重复检验

PEG浓度(%)发芽势(%)发芽率(%)ck56．67±0．11d71．10±0．15c1065．57±0．15c71．10±0．48c2574．43±0．15b73．33±0．11c3077．76±0．04b77．76±0．11bc3586．67±0．11a87．77±0．04a4080．00±0．11b81．10±0．15ab

注：同一列不同小写字母表示在plt;0.05水平上不同处理间差异。下同。

2.2 不同浓度CaCl2处理对冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的影响

比较不同浓度CaCl2处理下冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率，结果表明，当CaCl2处理浓度为0.015 mg/L时，对冀黄13自然老化种子萌发表现为促进作用，发芽率、发芽势分别比对照增加了3.34%、10%，其余各组浓度CaCl2处理均对冀黄13自然老化种子的萌发产生抑制作用，发芽势分别下降了36.66%、21.1%、18.87%、27.77%，发芽率分别下降了22.2%、12.2%、15.53%、22.2%(表2)。

表2 不同浓度的CaCl2处理冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的Duncan多次重复检验

CaCl2浓度(mg/L)发芽势(%)发芽率(%)ck57．77±0．26a71．10±0．04b0．0121．11±0．15d48．90±0．48d0．012536．67±0．33bc58．90±0．04c0．01561．11±0．26a81．10±0．04a0．017538．90±0．04b55．57±0．59cd0．0230．00±0．11c48．90±0．15d

2.3 不同浓度Al2(SO4)3处理对冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的影响

由表3可知，与对照相比，当Al2(SO4)3的处理浓度≤16 mmol/L时，冀黄13自然老化种子的发芽势与发芽率均得到了提高，其中4 mmol/L的浓度处理效果最好，发芽势增加了18.90%，发芽率增加了8.90%。而当Al2(SO4)3处理浓度为32 mmol/L时，对冀黄13自然老化种子的萌发表现为抑制作用，发芽势降低了14.44%，发芽率降低了11.10%。

表3 不同浓度Al2(SO4)3处理冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的Duncan多次重复检验

Al2(SO4)3浓度(mmol/L)发芽势(%)发芽率(%)ck56．67±0．04d71．10±0．04a170．00±0．04ab73．33±0．11a272．23±0．04ab76．67±0．11a475．57±0．15a80．00±0．44a867．77±0．04bc72．23±0．26a1662．23±0．15cd73．33±0．11a3242．23±0．11e60．00±0．44b

2.4 不同浓度KCl处理对冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的影响

与对照相比，不同浓度KCl处理对冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率均起到了明显的促进作用(表4)。其中，处理浓度为40 mmol/L时，对冀黄13自然老化种子的促进作用最为明显，发芽势增加了20.00%，发芽率增加了7.77%。

2.5 3种大豆种质复合试剂处理与单独试剂处理差异性比较

35% PEG处理明显提高了大豆自然老化种子的发芽率，增加了16.67%；CaCl2处理浓度为0.015 mg/L时，发芽率增加了3.34%；当Al2(SO4)3处理浓度为4 mmol/L时，发芽率增加了9.00%；KCl处理浓度为40 mmol/L时，发芽率增加了7.77%。上述研究结果表明，PEG和Al2(SO4)3处理对冀黄13大豆自然老化种子的萌发促进作用最为明显。为了探讨这2种处理方式的复合处理是否能更好地促进自然老化种子的萌发以及试剂单独处理在不同种质间是否存在差异，进一步选用冀黄13、冀豆16和冀豆17的自然老化种子，以上述研究结果中的PEG、Al2(SO4)3的最适浓度进行处理，比较单独试剂处理和复合试剂处理的效果差异。结果表明，不同大豆种质间，相同试剂处理对发芽率、发芽势影响差异显著，同一大豆种质中，不同处理间效果也有明显差异(表5、表6)。3种大豆种质与各自的对照相比较，冀黄13种质发芽势差异显著，发芽率差异不明显，且复合处理比单独处理发芽势分别增加了4.33%、22.10%。冀豆16种质发芽势差异显著，发芽率差异不明显，复合处理比单独处理发芽势增加3.33%、8.90%。冀豆17种质发芽势和发芽率差异均显著，复合处理比单独处理发芽势增加15.57%、21.10%，发芽率增加了13.34%、17.77%。结果表明，3种大豆种质中，冀豆17种质复合处理效果最明显。

表4 不同浓度KCl处理冀黄13自然老化种子发芽势、发芽率的Duncan多次重复检验

KCl浓度(mmol/L)发芽势(%)发芽率(%)ck50．00±0．11c72．23±0．26b2065．57±0．15ab71．10±0．26b4070．00±0．33a80．00±0．11a6067．77±0．48ab74．43±0．04ab8058．90±0．04bc62．23±0．26c10054．43±0．26c56．67±0．11c

表5 3种大豆种质复合处理与单独处理发芽率的Duncan多次重复检验

处理冀黄13冀豆16冀豆17ck71．10±0．15bcd77．77±0．04b63．33±0．11dPEG(35%)87．77±0．04a88．90±0．26a73．33±0．44bcAl3+(4mmol/L)76．67±0．11bc87．77±0．26a68．90±0．15cdPEG+Al3+86．67±0．11a92．33±0．48a86．67±0．33a

表6 3种大豆种质复合处理与单独处理发芽势的Duncan多次重复检验

3 讨 论

3.1 不同试剂处理对大豆自然老化种子萌发的促进作用

大豆种子在贮藏过程中，其生理特征和活力指数均会发生明显变化。前人研究表明，种子老化过程中会出现酶活性变化、贮存成分改变、细胞膜透性改变、有毒物质累积等[20]变化情况。种子活力修复途径中很重要的一种方法就是试剂引发。不同试剂引发效果不同[9-15]。在本研究中，虽然4种试剂处理均可以对大豆老化种子的的萌发产生促进作用，但是不同试剂处理的效果明显不同，其中PEG和Al2(SO4)3对大豆老化种子萌发的促进作用最为明显。此实验结果为延长大豆种质保存提供了新的途径，也为后期研究种子老化机理奠定了理论基础。在Ca2+处理实验中，高扬帆等的研究表明，Ca2+对玉米老化种子萌发促进作用表现为先促进后抑制[13]，而本研究结果表明，Ca2+对大豆冀黄13的自然老化种子的作用趋势为先抑制后促进，达到一定浓度之后再次抑制。原因有可能是Ca2+在不同作物种子萌发中的作用机制不同造成的，具体有待进一步深入探讨。

3.2 大豆基因型对试剂处理效果的影响

大豆基因型往往也是影响试验结果的另一个重要因素。程春明等发现，不同品种大豆种子活力差异显著[21]；高华伟等研究结果表明，不同大豆种质耐贮藏性不同[22]；曲朝阳等利用12个夏大豆品系研究发现，不同品系大豆萌发指数差异显著[23]。在本研究中，复合处理对冀豆17自然老化种子萌发的促进作用明显高于对其他2种大豆种质种子萌发的促进作用，这也很可能与大豆种质间的基因型差异有关。

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The Effect of Different Reagent Treatments on Seeds Germination of Natural Aged Soybean

PANJing,ZHANGPeilei,WANGJiameng,XUShen,GAOJie,SUHuan,WANGPeng,ZHANGWenhui,LIULike
(School of Life Science,Liaocheng University，Liaocheng Shandong 252059)

Improving the efficiency of aged soybean seeds is of great significance for soybean germplasm conservation and agricultural production.Four kinds of chemical reagents including PEG,CaCl2, Al2(SO4)3and KCl in different concentrations were used to improve the germination rates of natural aged soybean seed .The results showed that within a reasonable range of concentrations, the four reagents could increase the germination rates of natural aged JH 13 soybean seeds,35% PEG and 4 mmol/L Al2(SO4)3possessing the most significant effects.These two reagents were further used to combined treat the natural aged seeds of Jihuang 13,Jidou 16 and Jidou 17.The results showed that the effect of combined treatment was better than individual treatment, and the treatment effect varied due to the soybean genotypes.

soybean; naturally aged seed; seed priming

2016-04-19

国家自然基金(编号:31071436)；转基因生物新品种培育重大专项(编号:2009 ZX 08009-088 B)；聊城大学大学生科技文化创新基金项目(编号：26312150903)。

潘 晶(1989—)，女，黑龙江伊春人；在读硕士研究生，研究方向：植物分子遗传学。

刘立科(1974—)，男，博士，副教授，主要从事植物分子遗传学研究；E-mail:liulike@lcu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.10.019

S 565.1

A

1001-4705(2016)10-0019-04