苹果酸对甜菜种子的活力影响研究

刘小越，兴 旺，刘大丽，吴则东，王茂芊

（黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080）

0 引言

甜菜为二年生草本植物，栽培开始于18世纪后半叶。作为糖料作物，甜菜在中国的种植面积日益减少，进而影响甜菜育种工作的开展。而甜菜种子引发的研究近年来却引起了人们越来越高的关注。引发可以促进种子萌发、增强种子不适发芽条件下的发芽速度和出苗率、提高老化种子活力、打破种子休眠等[1-3]，因此开发应用甜菜种子引发技术对甜菜种子生产具有重要实际意义。甜菜适宜种植区大都处于北方寒温带，如黑龙江、内蒙古和新疆等昼夜温差较大的地区[4-6]。在甜菜种子引发的研究方面，已有较多引发剂被应用。如张泽旭等[7]利用不同浓度的PEG-6000处理甜菜种子，结果表明40%的PEG-6000浸泡72 h后的发芽势、发芽率和活力指数最高，60%的PEG-6000浸泡24 h后的发芽指数最高。沙红等[8]利用PEG处理甜菜种子发现低温培养下，10%和20%的PEG引发效果较好。刘军[9]利用4种不同浓度的微量元素及植物生长调节剂对甜菜种子浸种，表明锰、硼、锌等微量元素浸种能激化甜菜种子的活力，提高发芽势和发芽率，促进幼苗的生长。Zita Braziene等[10]通过研究天然黄腐酸对麦类和甜菜种子萌发、植株发育及产量和品质的影响，结论表明天然黄腐酸提高了最终发芽率，并提高了麦籽粒和甜菜块根的产量，改善了产量品质。刘朝阳等[11]通过研究硝酸钙和硫酸镁组合对甜菜种子萌发的影响，结果表明，不同浓度的硝酸钙和硫酸镁组合对甜菜种子引发的效果是不同的，其中0.5 g/L硝酸钙+1 g/L硫酸镁组合的引发效果是最好的。

苹果酸作为植物内主要有机酸，在先前的研究中，仍具有争议性。有的研究者将有机酸作为土壤中的有害物质[12-14]，有的报道则认为适当浓度的有机酸可以刺激植物生长，将其作为生长调节物质使用[15-16],在植物生长发育中具有重要的作用。在目前的研究进展中，有关苹果酸浸泡引发甜菜种子的研究还未见报道，因此，苹果酸可以作为新型引发剂作为研究目标进行摸索探究。探究不同浓度的苹果酸对不同甜菜种子的萌发是否具有促进作用，为之后的有机酸研究提供有效思路。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2020年10月—2021年4月在黑龙江大学现代农业与生态环境学院甜菜遗传育种重点试验室进行。

1.2 试验材料

供试材料选取甜菜生产单粒种TD701、TD703、TD801，由黑龙江大学现代农业与生态环境学院的甜菜优良品种选育团队提供。

1.3 试验方法

本试验选取的引发剂为5种不同浓度的苹果酸溶液：1、2、5、10、15 mmol/L，处理3种不同的甜菜生产种，处理时间均为24 h（如表1）。对照组为未引发处理的3种供试干种子。

本次引发处理试验在黑龙江大学现代农业与生态环境学院的甜菜品质监督检验测试中心进行。方法为：将发芽盒用次氯酸钠消毒后用蒸馏水清洗干净，晾干备用。将消毒后的发芽纸铺在发芽盒内，取50格的发芽纸，每格放置2粒种子。种子放置后，每盒发芽盒均匀洒入33 mL蒸馏水，盖上发芽盒盖，放入温度23.5℃，湿度80%的人工气候室内，每个处理设置3个重复。每天检查发芽数并记录，直至第7日记为发芽率；在第7日测量最终胚根和胚芽长度。计算出发芽指数和活力指数。

1.4 测定指标

1.4.1 发芽指标测定 通过测定引发处理后的甜菜种子每日的发芽数量，最终胚根和胚芽的长度，计算出发芽势，发芽率，发芽指数和活力指数(1)～(4)。利用Excel软件数据进行分析作图。

1.4.2 电导率测定 取50粒干净饱满的种子（3个重复），称重后放入三角瓶中，加人无离子水200 mL，同时设对照（无离子水150 mL），加盖后20℃放置24 h用CT-2型电导率仪测定浸出液的电导率，减去对照电导率即为种子浸出液的电导率。

2 结果与分析

2.1 不同浓度苹果酸引发后的甜菜种子浸出液电导率结果

结果如表2所示，3种供试材料种子在未引发处理下的浸出液电导率明显高于苹果酸处理组，因此可见，用苹果酸处理甜菜种子可以明显降低种子可溶物质或电解质通过细胞膜外渗的量。在不同浓度苹果酸处理的组间，5种处理缓解TD701甜菜种子细胞膜外渗物质的效果没有显著性差异；对于TD703种子，2 mmo/L和10 mmol/L处理的效果最好，与其他处理呈显著差异；对于TD801甜菜种子，1 mmol/L和10 mmol/L苹果酸处理后的种子浸出液电导率低。因此相对其他处理组效果较好。

2.2 1 mmol/L苹果酸处理不同甜菜种子的萌发结果

结果如表3所示，3个供试材料种被1 mmol/L的苹果酸处理24 h后的发芽势为：TD701种子65%，TD703种子65%，TD801种子93.67%，对照组发芽势分别为：TD701种子65.67%，TD703种子69%，TD801种子91%（如表2）。由发芽势结果可见，3种种子被1 mmol/L的苹果酸处理后，只有tdTD801种子的发芽势高于对照2.67%。3种供试材料处理后的发芽率分别为：TD701种子67.67%，TD703种子66%，TD801种子95.33%，对照组的发芽率分别为：TD701种子68.67%，TD703种子72.33%，TD801种子94%，由发芽率结果可见，被1 mmol/L的苹果酸处理后，TD701种子和TD703种子的发芽率没有明显的提高，甚至有抑制发芽率的影响；处理后的TD801种子的发芽率比对照组提高了1.33%。发芽指数和活力指数显示：供试材料TD701发芽指数24.27，TD703发芽指数24.16，TD801发芽指数39.53，对照组发芽指数依次为18.99，22.19，27.24。结果显示，被1 mmol/L的苹果酸处理后，3种供试材料的发芽指数均有上升，其中TD703和TD801的发芽指数有显著提高的作用，分别提高了5.28和12.29。供试材料TD701活力指数199.84，TD703活力指数140.12，TD801活力指数316.88，对照组活力指数分别为126.67，144.05，192.04。结果显示，1 mmo/L苹果酸处理甜菜种子后，TD703的活力指数没有显著影响，TD701和TD801供试材料活力指数有显著提高，其中TD701活力指数提高了73.17，TD801活力指数提高了124.84。由此可见，用1 mmol/L苹果酸处理TD701和TD801甜菜种子可以显著提高种子活力，有明显的引发效果。

表2 不同甜菜种子浸出液电导率结果

表3 1 mmol/L苹果酸对不同甜菜种子萌发的影响

2.3 2 mmol/L苹果酸处理不同甜菜种子的萌发效果

结果如表4所示，3种供试材料被2 mmol/L苹果酸处理24 h后，发芽势与发芽率分别为TD701发芽势61.67%，发芽率65%；TD703发芽势58.33%，发芽率62.67%；TD801发芽势88%，发芽率91.33%。与对照组相比，苹果酸处理后的3种供试材料的发芽势和发芽率均没有显著的提升。发芽指数与活力指数结果显示：TD701发芽指数25.51，活力指数185.3；TD703发芽指数23.07，活力指数140.12；TD801发芽指数38.17，活力指数292.10。与对照组相比，3种供试材料的甜菜种子的发芽指数与活力指数均有提升，分别提升了58.66，39.55，100.06。由此可见，用2 mmol/L苹果酸处理3种甜菜种子后，发芽率均没有明显提升，但均可提升种子的活力指数，对3种供试材料都有一定的引发效果。

表4 2 mmol/L苹果酸对不同甜菜种子萌发的影响

2.4 5 mmol/L苹果酸处理不同甜菜种子的萌发效果

结果如表5所示，3种供试材料被5 mmol/L苹果酸处理24 h后，发芽势与发芽率分别为TD701发芽势58.67%，发芽率62%；TD703发芽势65.33%，发芽率65%；TD801发芽势87%，发芽率92.33%。与对照组相比，苹果酸处理后的种子的发芽势与发芽率均没有提高，甚至有一定下降，分别低于对照组7.00%，3.67%，4%。发芽指数与活力指数显示：TD701发芽指数21.12，活力指数149.66；TD703发芽指数22.15，活力指数176.79；TD801发芽指数35.13，活力指数279.17，与对照组相比，3种供试材料经处理后，只有TD801的发芽指数与活力指数有提高，提高了87.13由此显示，5 mmol/L苹果酸处理后的甜菜种子，没有显著的引发效果。

表5 5 mmol/L苹果酸对不同甜菜种子萌发的影响

2.5 10 mmol/L苹果酸处理不同甜菜种子的萌发效果

结果如表6所示，3种供试材料被10 mmol/L苹果酸处理24 h后，发芽势与发芽率分别为：TD701发芽势65.33%，发芽率71.67%；TD703发芽势62.33%，发芽率65%；TD801发芽势87%，发芽率92.33%。与对照组相比，3种供试材料的发芽势与发芽率均没有显著的提高或下降。发芽指数与活力指数结果显示：TD701发芽指数24.11，活力指数195.94；TD703发芽指数22.15，活力指数189.19；TD801发芽指数35.38，活力指数310.07。与对照组相比，3种供试材料的发芽指数没有显著的提高，但是活力指数均有提高，分别比对照组提高了68.27、45.14、118.03。由此可见，10 mmol/L苹果酸处理后的甜菜种子，虽然不能显著提高种子的发芽势，发芽率和发芽指数，但是可以提高种子的活力指数。

表6 10 mmol/L苹果酸对不同甜菜种子萌发的影响

2.6 15 mmol/L苹果酸处理不同甜菜种子的萌发效果

结果如表7所示，3种供试材料被15 mmol/L苹果酸处理24 h后，发芽势与发芽率分别为：TD701发芽势52.33%，发芽率57.33%；TD703发芽势59.33%，发芽率67.67%；TD801发芽势89.33%，发芽率92%。与对照组相比，TD801甜菜种子的发芽势与发芽率没有显著的提高或下降，TD701和TD703的发芽势与发芽率均比对照组低，发芽势分别低13.34%，9.67%；发芽率分别低11.34%，4.66%。发芽指数与活力指数结果显示：TD701发芽指数21.37，活力指数173.88；TD703发芽指数23.88，活力指数16.84；TD801发芽指数34.67，活力指数289.18。与对照组相比，TD703甜菜种子的发芽指数与活力指数均没有显著提高，TD701与TD703种子发芽指数与活力指数均有提高，发芽指数分别提高了2.38，7.43；活力指数分别提高了47.21、97.14。由此可见，用15 mmol/L苹果酸处理甜菜种子，只对TD801种子的活力指数提高效果最好，有一定的引发效果。

表7 15 mmol/L苹果酸对不同甜菜种子萌发的影响

2.7 苹果酸对甜菜种子活力指数的多重比较

结果如表8所示，通过不同浓度苹果酸对TD701甜菜种子活力指数进行多重比较，苹果酸处理TD701种子的活力指数与对照组效果显著的为1、2、10 mmol/L的处理组；5 mmol/L和15 mmol/L苹果酸处理虽然可以增加种子的活力指数，但与对照组相比效果不显著。在提高活力指数效果显著的3个处理中，1 mmol/L苹果酸处理的活力指数与5 mmol/L处理的活力指数效果显著，所以用1 mmol/L苹果酸处理TD701种子可以更好地提高种子活力指数，且在95%置信区间内，1 mmo/l苹果酸处理的甜菜种子与对照组相比，活力指数显著性水平达0.006，提高活力指数效果极显著。

表8 苹果酸对TD701甜菜种子活力指数多重比较

如表9所示，通过对不同浓度苹果酸对TD703甜菜种子活力指数进行多种比较结果可得，5 mmol/L与15 mmol/L处理的效果与对照组不显著，该2组虽然能提高活力指数，但效果不显著；同时，1 mmol/L苹果酸处理的效果与2 mmol/L、10 mmol/L处理的效果呈显著，但与对照组不显著，因此1 mmol/L苹果酸处理的TD703甜菜种子效果最不理想；2 mmol/L和10 mmol/L苹果酸2种处理对TD703种子活力指数的提高效果呈显著，其中10 mmol/L苹果酸处理的效果最好。

表9 苹果酸对TD703甜菜种子活力指数多重比较

如表10所示，通过对不同浓度苹果酸对TD801甜菜种子活力指数进行多重比较结果可见，2、5、15 mmol/L苹果酸处理的效果与对照组呈不显著，因此，该3种处理可以提高种子活力指数，但效果不显著；1 mmol/L和10 mmol/L苹果酸处理的活力指数提高效果与对照组相比效果显著，其中1 mmol/L处理的活力指数均值和与对照组下限差值均大于10 mmol/L处理的效果，1 mmol/L处理的活力指数与对照组的下限差值达到了141.8439，因此1 mmol/L苹果酸处理的提高活力指数效果最好。

表10 苹果酸对TD801甜菜种子活力指数多重比较

续表10

3 讨论

随着中国对种子引发技术的逐渐重视，引发剂的探索还在不断进步[17]。在作物的种子引发研究方向，大多为无机盐溶液引发。如祁瑞林等[18]通过研究不同引发剂对夏枯草种子萌发的影响，结果表明，20%～25% PEG、0.6%～0.8% H2O2、0.6%～1.8% KNO3-KH2PO4可以促进促进夏枯草种子萌发。马悦等[19]采用不同浓度不同引发剂组合对甜菜种子进行处理，对发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数进行测定，结果显示8%过氧化氢和40% PEG组合处理的发芽势最高，5%过氧化氢处理的发芽率最高，3%过氧化氢和0.01%硼酸组合处理的发芽指数最高，8%过氧化氢和0.01%硼酸组合处理的活力指数最高。程大友等[20]利用氯化钠盐溶液对甜菜种子进行处理，表明低浓度的氯化钠溶液对甜菜种子的萌发有一定的促进作用。在植物激素和生长调节剂的研究方面，还少有研究，有机酸引发种子研究尤为少。

苹果酸几乎存在于每种植物果实中，具有明显的呈味效果。在先前的研究中，大多为苹果酸对植物果实的影响和调节作用。如郭俊强等[21]为了探究筛选出改善“阳光玫瑰”葡萄果实品质的最佳花穗整形长度和植物生长调节剂组合，结果表明，葡萄中的有机酸以酒石酸和L-苹果酸为主，施用植物生长调节剂可显著提高光合产物向果实的调运，从而改善果实品质[22-24]。王惠君等[25]通过研究水稻开花期喷施苹果酸对稻米Cd积累特性的影响，对4个早稻品种各器官的Cd含量及其Ca、Fe、Mn、Zn和氨基酸含量的变化进行了分析。结果表明，喷施2～3次5 mmol/L苹果酸能使稻米、穗颈、穗节和旗叶中的Cd含量显著下降。在国内种子引发技术还不成熟的情况下，还需要通过大量的探究试验筛选适宜的种子引发剂，有机酸虽然是促进植物生长的内源物质，但通过外源引发处理，每种引发剂对植物的影响是不一致的，本研究的创新点在于采用苹果酸作为种子引发剂来探究有机酸对甜菜种子的萌发过程是否有影响，并通过对比种子浸泡液的电导率检测引发过程对种子损害的情况，从而挑选出适宜不同种类甜菜的种子引发剂浓度。本试验通过研究不同浓度的苹果酸浸泡处理不同甜菜种子，结果发现，不同的甜菜种子萌发过程对苹果酸引发剂的响应结果是不一样的，如TD703甜菜种子被不同浓度的苹果酸浸泡处理后，均没有显著的促进发芽和提高种子活力指数的效果；而1 mmol/L的苹果酸对TD701、TD801甜菜种子具有一定的促进效果。同时，在经过引发处理后，能够显著降低种子浸泡液的电导率，即降低了对种子的损害。

由于本试验中采用的作物材料是甜菜，引发过程对种子萌发的影响是和植物内在因素有关的，因此试验探究的结果只适用于甜菜种子，无法将试验效果进行类推至其他作物。本研究的不足之处在于：（1）试验中引发剂的处理时间均为单一的24 h，不同的处理时间是否会有不同的引发效果还需进一步探究。（2）由于对苹果酸引发剂的探究处于初始摸索阶段，本试验引发剂的浓度跨度较大，因此苹果酸引发剂浓度的梯度还需进一步细化探究，找到最适宜的引发剂浓度。因此，本研究的下一步将筛选出适宜于甜菜萌发的苹果酸浓度或浓度组合，并可以进一步探索其他有机酸种类引发剂对甜菜种子的萌发影响；并在深入探究中，要研究种子引发剂在种子萌发过程中更具体的动态变化和影响。

4 结论

本研究在对甜菜种子处理24 h的情况下，不同浓度苹果酸对不同甜菜种子的引发效果是不一致的。对于TD701甜菜种子，不同浓度的苹果酸引发不能显著提高TD701甜菜种子的发芽势和发芽率；当用1、2、10 mmol/L苹果酸处理TD701种子后，可以提高种子的发芽指数，其中2 mmo/L的浓度效果最好；本研究5种不同浓度的苹果酸均能提高TD701种子的活力指数，其中1 mmol/L的浓度效果最好。对于TD703甜菜种子，苹果酸作为种子引发剂不能显著提高种子的发芽势，发芽率和发芽指数，但10 mmol/L的苹果酸可以提高TD703种子的活力指数。对于TD801种子，用1 mmol/L的苹果酸处理种子后，可以显著提高种子的发芽率，发芽势，发芽指数和活力指数，其他浓度的处理仅能提高种子的活力指数。研究结果表明，苹果酸对不同甜菜种子的引发效果是不一致的，并不是都具有促进作用。