不同引发处理对花椰菜种子活力和幼苗生理指标的影响

贺 卓,姚东伟,李 明,吴凌云∗

(1上海市农业科学院设施园艺研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海201403;2安顺学院,安顺561000)

花椰菜(Brassicaoleracea var.botrytisL.)又称花菜,风味鲜美,含有丰富的生物活性成分,如类胡萝卜素、黄酮类、酚酸类化合物等,这些生物活性成分具有较高的抗氧化活性[1]。近年来,花椰菜栽培面积迅速增加。2019年联合国粮食及农业组织报告显示,我国花椰菜种植面积为54.67万hm2,约占世界总栽培面积的40%,已成为世界上种植面积最大的国家[2]。在实际生产中,花椰菜种植存在种子萌发所需时间长、出苗不整齐、出苗率低的问题,在低温和盐胁迫等逆境条件下更为突出,严重影响其采收的一致性和产量。

种子引发是控制种子缓慢吸收水分使其停留在吸胀的第二阶段,让种子进行预发芽的生理生化代谢和修复作用,促进细胞膜、细胞器、DNA的修复和酶的活化[3]。经过引发的种子具有较高的活力和较强的抗性,耐低温、萌发迅速、出苗整齐、成活率高[4]。目前常用的种子引发方法有固体基质引发、渗透调节引发、水引发、激素引发和生物引发等[5]。如KNO3引发提高了水稻种子的发芽率、发芽速度和整齐度[6];NaCl引发可以显著提高盐胁迫下葫芦巴种子的活力[7];亚精胺引发可以显著提高水稻种子在水分胁迫条件下的活力,促进幼苗生长[8];PEG引发可以促进水份亏缺下高粱种子的萌发,增强种子活力和促进出苗,提高芽苗期的抗旱能力[9];固体基质引发能够显著提高番茄种子的活力,增强种子吸胀期间的耐盐性[10],提高辣椒和茄子种子在不同温度下的萌发和出苗特性[11],提高小白菜的耐低温特性[12];水引发处理可以显著提高菠菜种子的活力[13];水杨酸引发能够显著提高玉米种子的发芽率,增强其对低温胁迫的抵抗能力[14];应用荧光假单胞菌引发珍珠粟种子,可以促进植株生长并诱导其对霜霉病的抗性[15]。诸多研究表明,种子引发处理可有效提高种子活力与田间生产性能。国内关于花椰菜种子不同引发处理的研究鲜有报道,本试验拟采取蛭石、硝酸钾和亚精胺对花椰菜种子进行引发处理,研究花椰菜幼苗对3种引发处理的生理响应,以期为花椰菜生产者提供增产理论基础,提高经济效益,以及为花椰菜种子的引发技术推广应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用花椰菜‘白阳’种子由上海瑞奇种子有限公司提供。硝酸钾由国药集团化学试剂有限公司提供,亚精胺由源叶生物科技有限公司提供。

1.2 种子引发处理

固体基质(SM)引发:将种子与蛭石按1∶1.5的质量比混合,再加入两者总质量50%的蒸馏水搅拌均匀,置于烧杯中,于20℃恒温箱中黑暗条件下引发45 h,引发结束后,用筛子筛除蛭石后,将种子置于25℃烘箱内回干2 d。

亚精胺(Spd)引发:使用2.4 mmol∕L的亚精胺溶液进行引发,溶液完全淹没种子,放在培养皿内于20℃恒温箱中黑暗条件下引发24 h,引发结束后,用流水冲洗后均匀摊开,用吸水纸吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

硝酸钾(KNO3)引发:使用质量分数为1%的硝酸钾溶液引发花椰菜种子,溶液完全淹没种子,放在培养皿内于20℃恒温箱中黑暗条件下引发24 h,引发结束后,流水冲洗均匀摊开,用吸水纸吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

最佳引发时间、温度和引发剂浓度由预实验筛选得到[6,12,16]。

1.3 种子萌发试验

以未引发处理的种子为对照(CK),把引发的种子和对照种子分别放入装有双层发芽纸的发芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)内,加入7 mL蒸馏水,置于20℃培养箱内进行发芽。每个处理重复3次,每个重复50粒,发芽期内每天两次计数,以胚根伸出1 mm为标准。计算第2天发芽势、第6天发芽率、发芽指数以及平均发芽时间。

发芽势(GV)=(nt∕N)×100%;nt为第2天正常发芽的种子数,N为供试种子数。

发芽率(FGR)=(n∕N)×100%;n为第6天正常发芽的种子数。

发芽指数(GI)=∑(Gt∕Tt);Gt为第t日的发芽种子数,Tt为Gt相对应的发芽时间(d)。

平均发芽时间(MGT)=∑(Gt×Tt)∕∑Gt。

1.4 幼苗生长测定

将对照和引发的种子分别播种于32孔穴盘中,置于20℃人工气候室进行育苗,每处理重复3次,每个重复32粒,每天记录出苗数,第9天每盘随机挑选10株幼苗测量其根长、苗高和鲜重,计算出苗率、出苗指数和平均出苗时间。

出苗率(ER)=(n∕N)×100%;n为正常出苗的总出苗数,N为供试种子数。

出苗指数(EI)=∑(Et∕Tt);Et为第t日的出苗种子数,Tt为Et相对应的出苗天数。

平均出苗时间(MET)=∑(Et×Tt)∕∑Et。

1.5 生理指标的测定

未引发和引发的种子在1.3条件下萌发后6 d(6DAG),取幼苗加入液氮磨成粉末。未引发和引发的种子在1.4条件下穴盘播后9 d(9DAP),取幼苗加入液氮磨成粉末。取上述液氮磨好的幼苗样品,测定以下生理指标:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性、丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量,均采用试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司)测定,试验重复3次。

1.6 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0软件对试验数据进行处理和显著性分析(Duncan’s多重极差检验,α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同引发处理对‘白阳’种子萌发和出苗的影响

与对照(未引发种子)相比,固体基质引发、硝酸钾引发、亚精胺引发的花椰菜‘白阳’种子的发芽势分别提高了46.3%、29.0%和18.2%,发芽率分别提高了9.1%、2.3%和8.5%,发芽指数分别提高了103.1%、28.0%和17.8%,平均发芽时间分别提前了0.8 d、0.4 d和0.2 d(表1)。可见,3种引发处理均不同程度提高了花椰菜种子的活力,缩短了平均发芽时间。其中固体基质引发效果最好,与对照相比,发芽势、发芽率、发芽指数显著提高,所需平均发芽时间显著减少,其次为硝酸钾引发。

表1 不同引发处理对‘白阳’种子萌发的影响Table 1 Effects of different priming treatments on seed germination of‘baiyang’

与对照相比,固体基质引发、硝酸钾引发、亚精胺引发的花椰菜种子出苗率显著增加了31.7%、20.0%、30.1%,出苗指数显著增加了77.5%、30.0%、45.0%,平均出苗时间分别减少1.2 d、0.3 d、0.4 d;与对照的幼苗相比,固体基质引发、硝酸钾引发、亚精胺引发种子的幼苗根长分别显著提高了25.8%、45.4%、18.6%,株高分别提高了53.8%、7.7%、30.8%,鲜重分别提高了75.0%、50.0%、50.0%(表2)。固体基质引发处理的出苗指数、幼苗株高和鲜重均显著高于硝酸钾引发和亚精胺引发处理。

表2 不同引发处理对‘白阳’种子出苗的影响Table 2 Effects of different priming treatments on seedling emergence of‘baiyang’

2.2 不同引发处理对‘白阳’幼苗抗氧化酶活性和脂质过氧化的影响

与对照相比,固体基质引发、硝酸钾引发、亚精胺引发的‘白阳’种子萌发后6 d(6DAG)和穴盘播后9 d(9DAP)幼苗的SOD、CAT、APX、GR、GPX活性均显著提高,MDA含量均显著降低。固体基质引发的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活性分别比对照提高了26.9%和45.9%,GPX活性分别比对照提高了15.7%和105.4%,MDA含量分别比对照降低41.7%和38.9%;亚精胺引发的6DAG和9DAP幼苗CAT、APX活性提高的幅度最大,CAT活性分别比对照提高了134.5%和102.6%,APX活性分别比对照提高了110.0%和61.5%;硝酸钾引发的9DAP幼苗SOD活性提高的幅度最大,比对照提高了19.5%。可见,种子引发显著提高了‘白阳’幼苗的抗氧化酶活性,降低了MDA含量,提高了抗氧化酶系统的防御能力,降低了膜脂过氧化水平。

图1 不同引发处理对‘白阳’幼苗抗氧化酶活性和脂质过氧化的影响Fig.1 Effects of different priming treatments on the antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation in‘baiyang’seedlings

2.3 不同引发处理对‘白阳’幼苗可溶性蛋白含量的影响

与对照相比,固体基质引发、硝酸钾引发、亚精胺引发的‘白阳’种子萌发后6 d(6DAG)和穴盘播后9 d(9DAP)幼苗的可溶性蛋白含量均显著提高,表明种子引发可促进幼苗可溶性蛋白的积累,从而促进渗透调节,减少氧化胁迫。

图2 不同引发处理对‘白阳’幼苗可溶性蛋白含量的影响Fig.2 Effects of different priming treatments on soluble protein content in‘baiyang’seedlings

3 结论与讨论

种子萌发一般分为吸胀、萌动、发芽、成苗4个阶段[17]。种子引发是通过控制种子缓慢吸水,让种子停留在吸胀阶段一段时间,使之处于预发芽的状态,从而提高种子活力的一种处理方法[18]。

本研究表明,固体基质引发、硝酸钾引发和亚精胺引发均能显著提高花椰菜种子的活力,减少平均出苗时间,提高幼苗素质。该结果与固体基质引发能够显著提高番茄、辣椒、茄子、白菜和西瓜种子的萌发和出苗特性[10-12,19];硝酸钾引发能够减少不同成熟度西瓜种子平均出苗时间,增加西瓜种子出苗率和幼苗质量[20];亚精胺引发能够促进不同成熟期超甜玉米种子萌发研究结果相似[21]。

固体基质引发、硝酸钾引发和亚精胺引发均显著提高花椰菜幼苗的抗氧化酶(SOD、CAT、APX、GR、GPX)活性,显著降低MDA含量,增加可溶性蛋白含量,说明3种引发处理均能显著提高花椰菜幼苗抗氧化酶的活性,清除ROS的积累,减少幼苗脂质过氧化,保持较高的细胞膜完整性,提高渗透调节能力,从而提高种子的活力和出苗特性。该结果与蛭石引发能显著提高番茄种子发芽势、发芽率、发芽指数,缩短平均发芽时间,显著降低盐胁迫下种子吸胀期间细胞膜的相对电导率和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引发能够提高水稻幼苗出苗率,促进幼苗生长,缩短出苗时间,提高幼苗CAT、APX、SOD活性,增加幼苗可溶性蛋白、碳水化合物、可溶性糖和叶绿素含量[22];亚精胺引发处理的水稻幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT活性显著增加,MDA含量明显下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量增加研究结果相一致[8,16]。

在3种引发方法中,固体基质引发的花椰菜种子萌发和出苗特性均优于硝酸钾引发和亚精胺引发。固体基质引发种子的幼苗在GR、GPX活性、MDA、可溶性蛋白含量等多项指标方面优于硝酸钾引发和亚精胺引发。

综上所述,固体基质引发、硝酸钾引发和亚精胺引发均能显著增加花椰菜幼苗抗氧化酶活性,提高抗氧化酶系统的防御能力,降低膜脂过氧化水平,增加渗透调节物质积累,提高种子活力。固体基质引发对花椰菜种子活力和幼苗生理指标的有益影响较硝酸钾引发和亚精胺引发大。