超声波处理对3种花卉种子萌发和生长的影响

(南昌工程学院水利与生态工程学院，江西 南昌 330099)

凤仙花(Impatiensbalsamina)为凤仙花科凤仙花属一年生草本植物，我国各地庭院广泛栽培，为习见的观赏花卉；五彩石竹(Dianthusbarbatus)是石竹科石竹属多年生草本植物，原产于美国，耐寒耐旱，喜阳光充足；波斯菊(Cosmosbipinnata)是菊科秋英属一年生或多年生草本植物，原产于墨西哥及南美地区，耐贫瘠和干旱。这3种花卉对生长环境要求不高，具有色彩艳丽、花期长等特点，是优良的庭院花卉，有很高的观赏价值。目前，我国对于园林花卉的抗病、抗逆和品质育种等方面，已经获得了显著的进展[1-2]。但是，在生产实践中，由于种子休眠或环境不适宜等因素，自然状态下这些花卉种子的萌发率并不高。因此，在播种前对种子进行适当的预处理，可以提高花卉种子的成活率。促进种子萌发的方法有物理方法和化学方法，例如温度处理、机械处理、超声波处理、射线处理及酸碱处理等[3]。较之化学方法，物理方法具有清洁和无污染等优点，应用更加广泛。超声波是一种频率高于20 kHz的机械振动波，具有能量高、穿透力强等特点，现已被应用到物理、化学、医学和生物学等多个领域[4]。研究发现，超声波具有杀菌的作用，在处理种子的过程中可以同时消灭种子表面的细菌，在育种的初始阶段可以减少种子污染以及病虫害的影响。超声波还可改变种子生长的代谢生理，适当条件的超声波处理能提高种子的活力和发芽率，促进种子的萌发，或者增强种子的抗逆能力，打破种子休眠期，促进幼苗的生长，提高作物的产量等[5-7]。

鉴于超声波对这3种花卉种子萌发的影响目前报道较少，本试验以凤仙花、波斯菊和五彩石竹为研究对象，探究不同时长的超声波处理对这3种花卉种子萌发和生长的影响，以期为超声波在花卉育种育苗实践中提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

凤仙花、波斯菊和五彩石竹种子购于江西华农种业有限公司。仪器采用昆山市超声仪器有限公司的KQ-500 DB型40 kHz超声波发生器(500 W)，韶关市广智科技设备有限公司的GZ-500-GSⅡ型人工气候箱。

1.2 实验方法

1.2.1种子预处理方法

2018年11月，挑选籽粒饱满、大小均一的种子各750粒，分别用纱布打包，经蒸馏水浸泡1 h后，将种子置于超声波仪器中分别对种子进行15 min、30 min、45 min、60 min超声波处理，水温设定为15 ℃，以未做超声波处理的种子作为空白对照。

表1 不同时长超声波处理对凤仙花种子萌发的影响

注：同列不同小写字母表示显著性差异，p<0.05。下同。

表2 不同时长超声波处理对波斯菊种子萌发的影响

1.2.2种子萌发测定

预处理后，将种子均匀放入铺有一层滤纸的9 cm培养皿内，每皿50粒，每处理3个重复，放入人工气候箱中进行种子萌发试验。环境条件设置为25 ℃光照14 h，15 ℃黑暗10 h，试验期间保持种子处于湿润状态。

以胚根露出0.5 mm作为发芽标准，每天记录各培养皿种子的萌发数，3种种子均在第7天无种子萌发，视为萌发试验结束，统计发芽率。发芽高峰期在第3天，计算各种子萌发发芽势。第8天测量幼苗的胚芽长度、胚根长度以及鲜重，每个培养皿随机选取10株幼苗，不足10株时测量所有幼苗的胚根长和胚芽长。

发芽势(%)=(3 d内发芽种子数/供试种子数)×100%

发芽率(%)=(7 d内种子发芽数/供试种子数)×100%

1.2.3数据分析

用Microsoft Excel 2010录入试验数据，使用SPSS 19.0对种子萌发及生长指标进行单因素方差分析，LSD法进行多重差异性比较，表格中结果为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 超声波处理对凤仙花种子萌发的影响

如表1所示，超声波对凤仙花种子萌发的发芽势和发芽率均有显著性影响。随着处理时间的增加，发芽势表现为先升高后降低的趋势。其中，凤仙花种子发芽势在超声波处理30 min时达到最大(46.64%)，显著高出对照组11.03%。随着时间继续增加，发芽势逐渐降低，处理45 min和60 min时显著低于30 min，与对照组无显著性差异。类似的，凤仙花种子发芽率同样表现为先升高后降低的趋势。发芽率最低为对照组(38.3%)，超声波处理15 min时比对照组显著升高6.65%，处理30 min时发芽率达到最高(53.3%)，比对照组显著提高15%。随着处理时间的继续增加，发芽率逐渐降低，超声波处理45 min和60 min时发芽率显著低于处理30 min时的发芽率，和对照组无显著差异。

不同时长超声波处理对凤仙花幼苗胚芽长、胚根长以及鲜重同样均有显著性影响。对照组胚芽长度最短(16.25 mm)，显著低于各超声波处理组，但不同超声波处理时长的胚芽长度无显著性差异。胚根长度对照组最短(33.34 mm)，处理15 min和30 min时胚芽长度虽然有所增加，但和对照组并无显著性差异，处理45 min和60 min时胚芽长度较对照组显著增加，且在45 min时达到最长。凤仙花幼苗鲜重对照组最低(62.76 mg)，各超声波处理组鲜重都有增加，且在30 min时达到最大，显著高于对照组。

2.2 超声波处理对波斯菊种子萌发的影响

表2所示，超声波处理对波斯菊种子萌发的发芽势和发芽率均有显著性影响。对照组发芽势最高(51.33%)，随着超声波处理时间的增加，发芽势逐渐降低，处理60 min时发芽势达到最低(34.59%)。其中超声波处理15 min和30 min时发芽势与对照组无显著性差异，处理45 min和60 min时发芽势显著低于对照组，分别比对照组低10%和16.74%。

发芽率结果和发芽势有相同趋势，对照组发芽率最高(74.67%)，随着超声波处理时间的增加，发芽率虽然逐渐降低，但是处理15 min、30 min、45 min时发芽率与对照组无显著性差异。处理60 min时发芽率最低(61.33%)，显著低于对照组。

不同时长超声波处理对波斯菊幼苗胚芽长、胚根长、鲜重均无显著影响。5组幼苗胚芽平均长度为43.34 mm，胚根平均长度为35.37 mm，平均鲜重为44.87 mg。

表3 不同时长超声波处理对五彩石竹种子萌发的影响

2.3 超声波处理对五彩石竹种子萌发的影响

如表3所示，不同超声波时长处理下，五彩石竹种子萌发的发芽势和发芽率均无显著性差异，表明超声波对五彩石竹种子萌发无显著影响，5组处理平均发芽势为75.32%，发芽率为82.7%。其中，处理30 min时发芽势最高，处理60 min时发芽率最低，5组处理之间的发芽势无显著性差异。发芽率最高为处理45 min，比对照组高3.77%，最低为60 min，比对照组低2.99%，5组处理之间的发芽率并无显著性差异。

不同时长超声波处理对五彩石竹幼苗胚芽长、胚根长以及鲜重同样均无显著性影响，5组幼苗胚芽平均长度为8.31 mm，胚根平均长度为16.09 mm，平均鲜重为6.62 mg。

3 讨 论

超声波处理种子是一种新颖、简单、低价、环保的物理方法，其在农业科学领域已经引起高度关注并具有广阔的应用前景。超声波的生物学效应主要表现在消毒效应、热效应以及机械效应[8-9]，适当条件下的超声波处理可以改变种子的生理代谢，打破种子休眠期、增强种子的抗逆能力、提高种子的活力和发芽率、促进幼苗的生长、提高作物的产量等[5,10]。

试验结果表明，超声波处理对不同种类的花卉种子萌发与生长有不同的影响，既有促进作用，也有抑制作用。对于凤仙花来说，超声波对其种子萌发与生长有明显的促进作用，处理30 min是最适条件，其发芽势、发芽率以及幼苗胚芽长、鲜重分别为对照组的1.31、1.39、1.3、1.3倍，处理45 min时胚根最长，为对照组的1.26倍。这一结果与其他研究相类似，例如赵艳发现超声波处理10 min、20 min、30 min均促进了油菜种子的萌发[11]，苏家乐发现超声波处理20 min可以使小叶杜鹃的发芽率提高1.54倍[12]，赵萌萌发现超声波处理黄豆种子25 min能够显著增强黄豆芽的品质[13]。研究表明，适量的超声波产生的空化和机械振动效应作用于种子内部细胞，改变了细胞膜的通透性，加快了物质运输与理化反应速度，激活细胞内酶的活性，使得种子呼吸代谢作用加强，从而加速种子萌发和生长[14-16]，这可能是超声波促进凤仙花种子萌发与生长的原因。与之相反，超声波处理波斯菊种子后，其种子发芽势和发芽率显著低于对照组，说明超声波对其种子萌发有强烈的抑制作用，且处理时间越长抑制作用越强烈。这一结果与杨善云等[17]的研究结果类似。其原因可能是超声波穿透性过强，破坏了种子内部细胞的细胞膜或其他细胞结构，导致种子活力下降甚至死亡，因而降低了种子发芽率。另外，不同时长超声波处理对波斯菊生长以及五彩石竹种子萌发和生长均无显著性影响。不同种子种皮厚结构或内部细胞生理特性的不同，可能是超声波产生的不同作用效果的原因。

超声波对种子萌发和生长的作用效果受到各种因素的影响，除了处理时间，还受到超声波频率、功率、温度等其他因素影响。例如，以60 Hz超声波处理锁阳种子50 min效果最好[18]，30 min、40 ℃、160 W的超声波处理条件是掌叶大黄种子萌发的最佳条件[19]。在本试验中，仅以处理时间为变量，并未考虑其他因素的影响，其他条件下的超声波处理效果还需进一步研究。超声波对种子的预处理技术若要应用于花卉育苗的实际生产实践中，需针对不同种类的花卉种子特性选取合适的处理方法，以达到最好的育种育苗效果。