赤霉素和褪黑素对辣椒种子萌发及幼苗生长的影响

李 晶，何 琼，刘 微，曹丽敏,3，李玉中,3，刘 最,3，李应龙，刘宇华,3

（1. 衡阳师范学院生命科学学院，湖南 衡阳 421008；2. 湖南环境生物职业技术学院医药技术学院，湖南 衡阳 421005；3. 衡阳师范学院南岳山区生物资源保护与利用重点实验室，湖南 衡阳 421008；4.湖南聚味堂食品有限公司，湖南 衡阳 421499）

种子是农业最基本的生产资料，是决定农作物高产、多抗、优质的内在因素。在种子贮藏过程中，种子的自身代谢、恶劣的贮藏环境及有害生物的侵害等均会降低种子的活力，进而影响种子萌发、幼苗生长，甚至作物产量[1]。采取合适的方法提高种子活力或打破种子休眠，能有效促进某些作物种子的萌发。赤霉素（GAs）和褪黑素（MT）作为植物激素或类激素物质，在调控植物生长、发育及非生物胁迫等方面起重要作用[2]。GAs 可打破种子休眠、促进种子萌发和茎叶伸长、调控果实发育等过程[3]。适宜浓度的GAs 处理番茄[4]、玉米[5]和茄子[6]种子均能显著提高种子的发芽势、发芽率和发芽指数，促进幼苗的茎、叶伸长。MT 作为动植物中普遍存在的吲哚类小分子化合物，主要参与活性氧的清除，其在成熟衰老、胁迫抗性和免疫调节等生理过程中发挥重要作用[7]。近年来有研究表明，适宜浓度的MT 处理不仅能够提高种子的萌发率，还能诱导根系的产生和生长[8]。例如：利用不同浓度MT 处理西瓜[9]、棉花[10]、大豆[11]和水稻[12]种子时，低浓度MT 能促进种子萌发，但高浓度MT 则会抑制种子萌发。此外，Chen 等[13]研究发现，0.1 μmol/L的MT能显著促进芥菜根系的生长，而100 μmol/L 的MT 则会产生抑制作用。

辣椒（Capsicum annuumL.）又名辣子、番椒、秦椒等，为茄科辣椒属一年或有限多年生草本植物，起源于美洲，于明代末年传入我国[14]。辣椒作为我国重要的蔬菜作物，其果实营养丰富，富含辣椒素、维生素、辣椒红素、有机酸、蛋白质、类黄酮等多种物质，其中维生素C含量是番茄、黄瓜等蔬菜的4～8倍[15]。食用适量辣椒不仅可促进血液循环，还可以预防风湿、冠心病、肿瘤等慢性疾病的发生[16]。据大宗蔬菜产业技术体系统计，近年我国辣椒播种面积占全国蔬菜总播种面积的8%～10%，产值高达2 500 亿元，且种植面积仍在不断扩大[17]。随着我国辣椒产业的迅速发展，其种苗的需求量日益增加。因此，在辣椒育苗过程中，为了提高种子的发芽率和幼苗质量，采用合适的方法打破种子休眠，促进种子的萌发，对辣椒产业的发展至关重要。于是，笔者研究了不同浓度GA3和MT 处理对辣椒种子萌发和幼苗生长的影响，以期为GA3和MT 在辣椒育苗中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒：牛角椒材料NJ2、朝天椒材料CT3和甜椒材料TJ7，均来自课题组保存的材料。

供试药剂：赤霉素GA3、褪黑素（MT）和硫酸铜，均购自当地化学药剂市场。

1.2 试验方法

参照李怡斐等[18]的试验设计，GA3浓度设0（蒸馏水处理，CK）、0.3、0.6、0.9、1.2 和1.5 mmol/L 共6个处理，MT 浓度设0（蒸馏水处理，CK）、50、100、150、200 和250 μmol/L 共6 个处理。挑选大小一致、籽粒饱满的供试辣椒种子，先用1%硫酸铜溶液浸种消毒10 min，用清水洗净后置于培养皿中，接着分别用上述不同浓度药剂浸种6 h，然后用蒸馏水反复冲洗干净后晾干备用。

将不同浓度药剂处理后的种子分别置于铺有一层滤纸的9 mm 培养皿中，每个培养皿中均匀放置30 粒种子，然后先吸取2 mL 蒸馏水完全浸润滤纸，再置于26～28℃温度、60%光照、65%空气湿度的人工气候箱内催芽。每个培养皿为1 个重复，每个处理设3次重复。每日定时记录萌发相关数据，并补充培养皿中散失的水分，试验周期为12 d。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 种子萌发指标参照杨小梅等[19]的方法，以胚根突破种皮长度达到1 mm 记为种子发芽。每日记录发芽种子的数量，持续记录12 d。按公式（1）、（2）、（3）和（4）分别计算种子萌发指标发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

发芽率（%）=（7 d 发芽种子数/供试种子数）×100 （1）

式中：Gt为当日发芽种子数，Dt为相对应的发芽天数，S为幼苗生长量（用根长表示）。

1.3.2 幼苗生长指标观察至12 d 时，每个培养皿中随机选取8 株幼苗，先用游标卡尺测量幼苗的胚根和胚芽长，然后用滤纸吸干幼苗表面水分后用分析天平称量幼苗鲜重，接着将称重后的样品置于70℃烘箱中烘至恒重，用分析天平称量幼苗干重，按公式（5）计算相对含水量。

1.4 数据统计分析

使用Excel 2021 软件和SPSS 25.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 GA3 和MT 处理对种子发芽率和发芽势的影响

不同浓度GA3和 MT 处理对3 个辣椒材料的种子发芽率和发芽势均有影响，且不同辣椒材料间存在一定差异（见图1）。辣椒材料NJ2 的发芽率和发芽势随GA3或MT 浓度的增加均呈现先增加后降低的趋势，并在GA3浓度为0.9 mmol/L 或MT 浓度为150 μmol/L 时达到最高值；辣椒材料TJ7 的发芽率和发芽势则随GA3浓度的升高整体呈现上升趋势，且各浓度处理的发芽率和发芽势均显著高于蒸馏水处理（CK），然而辣椒材料TJ7 的发芽率和发芽势随MT 浓度的增加却呈现先上升后降低的趋势，在MT 浓度为150 μmol/L 时达到最大值，其发芽率和发芽势与CK 相比分别增加34.98%和16.19%，但当MT 浓度为250 μmol/L 时，NJ2 的发芽率和TJ7 的发芽势显著低于蒸馏水处理（CK），这表明高浓度MT 会抑制辣椒种子发芽；然而，辣椒材料CT3 的发芽势和发芽率在不同浓度GA3和 MT 处理间均无显著性差异。

图1 不同浓度GA3 和MT 处理对不同辣椒材料种子发芽率和发芽势的影响

2.2 GA3 和MT 处理对种子发芽指数和活力指数的影响

由图2 可知，辣椒材料NJ2 的发芽指数和活力指数均随GA3和MT 浓度的增加呈现先增加后降低 的 趋 势，并 在GA3浓 度 为0.9 mmol/L 或MT 浓度为150 μmol/L 时达到最大值；辣椒材料TJ7 的发芽指数和活力指数均随GA3浓度的增加呈现上升趋势，且各浓度处理的发芽指数和活力指数均显著高于蒸馏水处理（CK），当GA3浓度为1.5 mmol/L时，其发芽指数和活力指数分别比CK 增加118.91%和270.35%，而辣椒材料TJ7 的发芽指数和活力指数却随MT 浓度的升高呈现先增加后降低的趋势，当MT 浓度为150 μmol/L 时发芽指数和活力指数达到最大值，分别比蒸馏水处理（CK）增加11.60%和145.66%；辣椒材料CT3 的发芽指数和活力指数在不同浓度GA3处理间无显著性差异，但其发芽指数和活力指数均随MT浓度的增加呈现先上升后降低的趋势，当MT 浓度为150 μmol/L 时发芽指数和活力指数均达到最高值，其中活力指数显著高于蒸馏水处理（CK），而当浓度为250 μmol/L 时，发芽指数和活力指数分别比CK 降低17.75%和16.87%，差异达显著水平。

图2 不同浓度GA3 和MT 处理对不同辣椒材料种子发芽指数和活力指数的影响

2.3 GA3 和MT 处理对辣椒幼苗胚根和胚芽生长的影响

由图3 可知，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根长和胚芽长均随GA3和MT 浓度的增加呈现先增加后降低的趋势，当GA3浓度为0.9 和1.2 mmol/L 时，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根长和胚芽长分别达到最大值，而当MT 浓度为150 μmol/L 时，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根长和胚芽长达到最大值，与蒸馏水处理（CK）相比，辣椒材料NJ2 的胚根长和胚芽长分别增加102.45%和65.61%，辣椒材料TJ7 的胚根长和胚芽长分别增加119.85%和31.07%；当MT 浓度为250 μmol/L 时，辣椒材料NJ2 的胚根和胚芽生长明显受到抑制，其胚根长和胚芽长分别比CK 降低44.60%和40.39%。然而，辣椒材料CT3 的胚根长随GA3浓度的增加呈现下降趋势，而胚芽长则随GA3浓度增加呈上升趋势，且各浓度处理的胚芽长均显著长于蒸馏水处理（CK）；而辣椒材料CT3的胚根长和胚芽长均随MT 浓度增加呈现出先增加后降低的趋势，当MT 浓度为150 μmol/L时其胚根长和胚芽长达到最大值，分别比CK 增加69.23%和28.27%，并伴随有大量侧根的产生。

图3 不同浓度GA3 和MT 处理对辣椒幼苗胚根长和胚芽长的影响

另外，GA3和MT 处理除影响胚根和胚芽的长度外，GA3各浓度处理的辣椒幼苗子叶颜色比蒸馏水处理（CK）稍浅，而MT 各浓度处理的辣椒幼苗子叶颜色与CK 没有明显差异（见图4）。

图4 不同浓度GA3 和MT 处理对辣椒幼苗子叶颜色的影响

2.4 GA3 和MT 处理对辣椒幼苗含水量的影响

由表1 可知，辣椒材料NJ2 和CT3 幼苗的相对含水量随GA3浓度的增加均呈现先增加后降低的趋势，当GA3浓度为0.9 mmol/L 时达到最大值，NJ2 和CT3 的相对含水量分别比CK 增加3.96 和1.52 个百分点，且差异达显著水平；然而TJ7 的相对含水量则随GA3浓度的增加整体呈现上升趋势，且各浓度处理的相对含水量均显著高于CK。辣椒材料NJ2 和TJ7幼苗的相对含水量随着MT 浓度的增加也呈现出先升后降的趋势，当MT 浓度为100 μmol/L 时达到最大值，NJ2 和TJ7 分别为92.23%和92.07%，分别比CK 增加2.53 和1.99 个百分点；但辣椒材料CT3 幼苗的相对水含量在各浓度MT 处理间无显著性差异。

表1 不同浓度GA3 和MT 处理对辣椒幼苗含水量的影响

2.5 辣椒种子主要发芽指标的相关性分析

对经不同浓度GA3和MT 处理后辣椒种子的主要发芽指标进行相关性分析，结果如表2所示，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长、胚芽长和相对含水量7 个指标之间均存在极显著正相关，其中发芽指数与发芽势和活力指数之间的相关系数分别高达0.922 和0.923，胚根长度与发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数之间的相关系数分别为0.789、0.867、0.805 和0.918，但胚芽长和相对含水量与发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长的相关系数均低于0.750。

表2 不同浓度GA3 和MT 处理后辣椒种子主要发指标的相关性分析

3 讨 论

种子萌发是一个复杂的生理过程，受诸多因素的影响。赤霉素作为调控植物生长发育的内源性激素，有助于打破种子休眠、促进种子萌发及茎杆的伸长等[20-21]。褪黑素作为一种植物类激素也被报道参与调控种子的萌发，滕英姿等[22]认为，外源施加褪黑素能显著提高莴苣种子的萌发率，并促进莴苣种子提前发芽。笔者的研究结果表明，不同浓度GA3处理能提高辣椒材料NJ2 和TJ7 种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，促进幼苗胚根和胚芽的伸长，但当GA3浓度超过0.9 mmol/L 时，其对上述种子发芽指标的促进作用有不同程度地减小，表明高效促进NJ2 和TJ7 种子萌发的GA3最低临界浓度是0.9 mmol/L；然而，辣椒材料CT3 的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数在不同浓度GA3处理间却无显著性差异，表现出明显的材料特异性，这可能是由于CT3 种子的自身活力较高，致使赤霉素对其的促进作用不明显。笔者的研究结果还表明，MT 对辣椒种子萌发的影响在不同浓度处理间存在显著性差异，辣椒材料NJ2、TJ7 和CT3 的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数在MT 浓度低于150 μmol/L 时均有提高的趋势，但在MT 浓度超过150 μmol/L 时则都有不同程度下降的趋势，表明低浓度MT 能促进辣椒种子萌发，而高浓度MT 则有抑制辣椒种子萌发的作用，促进辣椒种子萌发的最佳MT 浓度为150 μmol/L。辣椒材料NJ2、TJ7和CT3 的胚芽长各GA3浓度处理均显著长于CK，且当浓度为0.9～1.2 mmol/L 时较长，这主要是由于GA3浸种处理诱导了细胞的分裂及伸长；辣椒材料NJ2、TJ7 和CT3 的胚根长和胚芽长均随MT 浓度的增加呈现先增加后降低的趋势，当MT 浓度为150 μmol/L时达到最大值，NJ2 的胚根长和胚芽长分别比CK 增加102.45%和65.61%，TJ7 的胚根长和胚芽长分别比CK 增加119.85%和31.07%，CT3 的胚根长和胚芽长分别比CK 增加69.23%和28.27%，然而，当MT 浓度为250 μmol/L 时，辣椒材料NJ2 的胚根和胚芽生长明显受到抑制，其胚根长和胚芽长分别比CK 降低44.60%和40.39%，表明促进辣椒幼苗胚根和胚芽生长的最佳浓度为150 μmol/L。