不同破壳率对节瓜种子发芽及幼苗生长的影响

刘 娜,杜 旋,鲁 博,田守波

(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上海市农业科学院农业科技信息研究所,上海 201403)

节瓜(Benincasa hispidaCogn.var.Chieh-quaHow.)是葫芦科冬瓜属的一个变种,为一年生作物,别名毛节瓜、北瓜、毛瓜,原产于我国华南地区,具有悠久的栽培历史,是我国传统的重要药食兼用型特色蔬菜品种[1-3]。 由于节瓜单瓜重小,营养价值高,符合现代社会小家庭需要,目前全国各地已广泛引种栽培[4]。节瓜种子具有一定的休眠期,常规条件下发芽容易出现发芽率低、发芽慢、出芽不整齐、种子易霉烂等现象,造成用种量大,生产成本增加,严重影响了节瓜育种工作的开展,制约了节瓜的生产和推广[5]。 因此,如何提高节瓜种子发芽率和种子活力已成为节瓜生产上亟待解决的问题。

目前,打破种子休眠的方法主要有物理方法和化学方法。 迄今,已有一些关于打破节瓜种子休眠、提高种子发芽率方面的报道。 黄玉户等[6]研究发现,80 mg∕L 赤霉素 +20 mg∕L 脱落酸 +25 mg∕L 细胞分裂素的处理对节瓜种子萌发的促进效果最好。 刘政国等[4]采用不同方法处理节瓜种子,发现各种处理方法均能不同程度地提高节瓜种子的发芽率和发芽势。 吴曦莹等[7]研究表明,节瓜种子以机械式破口、浸种0.5—1 h 的方式处理后,发芽率高,发芽整齐。 虽然一些化学药剂处理或激素处理在提高节瓜种子发芽率方面有一定效果,但因其过程复杂、化学试剂不常用、配比浓度精确度要求高等原因,在实际生产过程中并不多见,应用较多的仍为机械破壳处理[8]。 适宜的破壳率可以促进种子吸水,打破种子休眠,提高发芽率,但破壳率不足或者过大均会对种子发芽产生影响,进而影响植株的生长发育。 目前,节瓜种子破壳率大多以冬瓜种子为参考,即去掉种子近发芽孔端1∕4—1∕3 的种壳[9],而关于节瓜破壳率方面的报道还较少,尤其是不同破壳率对节瓜种子萌发及幼苗生长影响方面的报道更为少见。

本研究对节瓜种子进行不同破壳率处理,探讨破壳率对节瓜种子发芽及成苗后幼苗生长的影响,以期筛选到最佳破壳率,为提高节瓜发芽率、节约生产用种量、降低用种成本提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择饱满、充分成熟的节瓜品种‘J-31’种子为试材,该品种为短圆柱形瓜,瓜皮绿色,瓜肉浅绿。

1.2 试验方法

试验于2020 年7 月在上海市设施园艺技术重点实验室进行。 试验设置不同破壳率(即种皮剥除面积占整个种皮面积的百分比)25%、50%、75%、100%处理,以不破壳为对照(CK),每个处理50 粒种子,3次重复。 先用55 ℃的温水浸泡处理种子约10 min,其间不停搅拌,待温度降至30 ℃,将种子捞出,洗净种子表面黏液,沥干后进行破壳处理,即用钳子剥开近发芽孔端的种皮,之后再浸种10 h。 浸种结束后将各处理种子置于铺有两层纱布的发芽盒内,30 ℃条件下恒温催芽。 每天喷洒适量清水,保持一定湿度。 培养至种子发芽后,每天记录发芽种子数量,连续2 d 种子发芽数为零时结束调查,最后1 次记录发芽数后测定根长[10]。

将已萌发的种子播于育苗盘内,常规栽培管理,第10 天(浸种当天计起)记录成苗数[7]。 待幼苗长至约二叶一心时(播种后20 d),每个处理随机选取5 株幼苗测定株高、茎粗、鲜重、干重、电导率、光合速率、可溶性糖含量等指标。

1.3 测定指标及方法

参考国家《农作物种子检验规程》[7]计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

发芽率=种子发芽数∕供试种子总数×100%。

发芽势=发芽第4 天的种子发芽数∕供试种子总数×100%。

发芽指数GI=∑(Gt∕Dt);其中,Gt为第t天的发芽数,Dt为发芽的天数(d)。

活力指数VI=GI×Sx;其中,Sx为根平均长度。

采用直尺测量幼苗株高(cm);游标卡尺测量茎粗(mm);烘干法测定植株干重。 植株相对电导率测定参照郝再彬等[11]方法。 采用蒽酮法测定可溶性糖含量[12]。 采用LI-6400XT 便携式光合作用仪测量植株光合速率。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2010 软件处理数据;采用DPS 18.10 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同破壳率对节瓜种子发芽率和发芽势的影响

由表1 可知,各处理的节瓜种子发芽率和发芽势均显著高于对照(CK)。 其中,破壳率50%处理的发芽率和发芽势最高,分别比对照高43.3%和53.57%,接着依次为25%处理、75%处理、100%处理。 当破壳率为100%时,发芽率和发芽势提高幅度最小,分别比对照高14.43%和17.86%。 总体上看,节瓜种子的发芽率和发芽势随种子破壳率增加呈先升高后降低的趋势。

表1 不同破壳率对节瓜种子发芽率和发芽势的影响Table 1 Effects of different shell breaking rates on seed germination rate and germination potential of Chieh-qua %

2.2 不同破壳率对节瓜种子发芽指数和活力指数的影响

发芽指数和活力指数反映了种子萌发的速度和质量[10]。 发芽指数越高,种子的活力就越高[13-14]。从表2 可以看出,不同破壳率处理均能提高节瓜种子的发芽指数和活力指数。 当破壳率为50%时,种子的发芽指数、相对发芽指数、活力指数和相对活力指数均达到最大值;当破壳率为25%和75%时,二者的发芽指数和活力指数差异不明显;当种子完全去壳后,发芽指数和活力指数的增加幅度最小。

表2 不同破壳率对节瓜种子发芽指数和活力指数的影响Table 2 Effects of different shell breaking rates on seed germination index and vigor index of Chieh-qua

2.3 不同破壳率对节瓜成苗率的影响

由图1 可知,与对照相比,各破壳率处理均提高了节瓜种子的成苗率,并且破壳率对成苗率影响的变化趋势与发芽数据的变化规律相似,呈先升高后降低的趋势。当破壳率为50%时,节瓜种子成苗率最高,为95.74%,接着依次为 25% 处理、75% 处理、100% 处理。 破壳率100%的处理成苗率仅为91.89%。

图1 不同破壳率对节瓜成苗率的影响Fig.1 Effects of different shell breaking rates on seedling rate of Chieh-qua

2.4 不同破壳率对节瓜幼苗生长的影响

从图2—5 可以看出,除破壳率100%处理外,其余破壳处理均不同程度地促进了节瓜幼苗的生长。 其中,破壳率50%处理的促进效果最为显著,株高、茎粗、幼苗鲜干重均最高;破壳率25%处理的促进效果好于破壳率75%处理。 破壳率100%的处理,节瓜幼苗的株高略低于对照,其余生长指标数据与对照相近。 可见,随着种子破壳率的增加,其对幼苗生长的促进作用呈先增加后减少的趋势。

图2 不同破壳率对节瓜幼苗株高的影响Fig.2 Effects of different shell breaking rates on plant height of Chieh-qua seedlings

图3 不同破壳率对节瓜幼苗茎粗的影响Fig.3 Effects of different shell breaking rates on stem diameter of Chieh-qua seedlings

图4 不同破壳率对节瓜幼苗鲜重的影响Fig.4 Effects of different shell breaking rates on fresh weight of Chieh-qua seedlings

图5 不同破壳率对节瓜幼苗干重的影响Fig.5 Effects of different shell breaking rates on dry weight of Chieh-qua seedlings

2.5 不同破壳率对节瓜幼苗生理特性的影响

从图6—8 可见,与对照相比,除了电导率外,各处理节瓜幼苗的生理生化指标均呈上升趋势,不同破壳率处理的上升幅度不一致,各处理间差异明显。 植物相对电导率是鉴定植物抗逆性强弱的重要指标,电导率值越低,植物抗逆性越强,反之越弱。 在电导率方面,随着破壳率的增加,节瓜幼苗的相对电导率呈先降低后增加的趋势;当破壳率为50%时,节瓜幼苗的相对电导率最低,比对照降低了23.81%。 当种子破壳率为25%时,节瓜幼苗的光合速率最高,而后随着种子破壳率的增加而降低,但均高于对照。 种子破壳率对节瓜幼苗可溶性糖含量的影响与幼苗生长指标的变化趋势一致,均为先升后降,在破壳率为50%时,可溶性糖含量最高。

图6 不同破壳率对节瓜幼苗电导率的影响Fig.6 Effects of different shell breaking rates on electrical conductivity of Chieh-qua seedlings

图7 不同破壳率对节瓜幼苗光合速率的影响Fig.7 Effects of different shell breaking rates on photosynthetic rate of Chieh-qua seedlings

图8 不同破壳率对节瓜幼苗可溶性糖含量的影响Fig.8 Effects of different shell breaking rates on soluble sugar content of Chieh-qua seedlings

3 结论与讨论

种子休眠是指具有完整生活力的种子由于休眠而在适宜的条件下仍然无法发芽的现象,是植物适应外界环境的一种生物学特性,它受多基因调控,也受植物激素和环境因子等影响[15-18]。 有研究表明,剥除种皮能够在一定程度上打破种子休眠,克服种皮障碍,提高种子发芽率[19]。 本试验所采用的不同破壳率处理均提高了种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,说明适当破壳处理可以促进种子萌发,提高种子发芽整齐度,增加种子萌发活力。 陆桂耀[9]研究表明,人工破壳冬瓜种子浸种催芽比干籽直接催芽效果好,种子发芽率提高了41%。 张丽波等[5]认为,破壳的迷你小冬瓜种子比不破壳的种子更易发芽,并且出芽整齐,浸种16 h 后发芽率和发芽势达到最大值。

本研究发现,不同破壳率对节瓜种子萌发和幼苗生长的促进作用不同,大体呈先升后降的变化趋势。当破壳率为50%时,种子发芽指标、幼苗生长指标、幼苗光合速率和可溶性糖含量均达到最大值,电导率值最小,即对种子萌发和幼苗生长的促进作用最大,而完全剥掉种壳对种子发芽和幼苗的的促进作用最小。 种壳是影响种子萌发的重要因素,除了种皮对发芽的机械约束外,种皮上的发芽抑制物在一定程度上限制了种子的萌发[20]。 剥除一定量的种壳,可以有效减少种皮的机械约束和种皮上发芽抑制物的影响。 同时,种皮兼具保护种胚的作用。 破壳率过大(大于50%)时,虽然种皮对发芽的抑制作用减少,但是种胚也失去了种皮的保护作用,易造成吸水量过大。 当浸种时间较长时,种子容易供氧不足或二氧化碳聚集,造成闷种或沤种现象,影响发芽效果[9]。 另外,失去了种皮的保护,幼苗出土后,抵御外界胁迫的能力下降,进而影响幼苗的生长发育。 本研究中,破壳率100%处理的节瓜幼苗生长和生理指标数据接近对照正是由于以上原因造成的。

一般认为,节瓜新种子收获后,贮藏60 d 后发芽率可超过85%,甚至达到90%左右。 节瓜种子从生产到种植户手中通常会超过60 d,表面看本研究结果对破除种子休眠意义不大[4]。 但是,事实却非如此。虽然贮藏60 d 后,种子的发芽率可以符合要求,但是发芽势较差,活力指数较低。 本试验的破壳处理可以显著加快种子发芽速度,增加种子的发芽势,提高种子发芽的整齐度,增加种子发芽活力,为进一步研究节瓜种子休眠机制,打破节瓜种子休眠提供基础。