外源酸对甜菜种子的引发影响

刘爱杰,张惠忠,丛俊超,王茂芊

(1.黑龙江大学现代农业与生态环境学院,哈尔滨 150080;2.内蒙古农牧业科学院,呼和浩特 010031)

0 引言

甜菜作为制糖的工业原料,在糖业发展中的地位逐渐上升,因此提高甜菜种子活力和产量、品质成为当前甜菜种植业发展的迫切需求,而种子引发技术是一种能有效提高种子活力和质量的种子处理技术,具有广阔的应用前景,在农业发展中发挥着重要作用[1-3]。种子引发技术的关键就在于引发剂的筛选,合适的引发剂能有效提高种子活力,增强作物的成活率,并提高作物的单位面积产量。其中有机酸和氨基酸受到许多学者的讨论和关注,如CHENG等[4]研究表明外源氨基酸,包括甘氨酸、半胱氨酸、丝氨酸和蛋氨酸可以有效缓解盐胁迫对拟南芥种子萌发的抑制作用;KARAMI L等[5]研究表明水杨酸可以作为生长调节剂,增加植物的发芽率,与对照相比,水杨酸对番茄幼苗植株高度、叶片面积、芽和根的鲜重和干重有一定的积极影响;TOMAR等[6]研究表明低浓度水杨酸溶液有效提高了鹰嘴豆种子萌发,促进了幼苗生长;陈毅凡等[7]研究结果表明适当浓度的黄腐酸可以有效缓解镉胁迫对小麦幼苗的金属毒害作用;李颖等[8]研究显示水杨酸和脱落酸对扁蓿豆种子具有低促高抑的作用,0.05 μmol/L的脱落酸浸种处理是低温下促进种子萌发和幼苗生长的最佳浓度;柳凯等[9]研究表明,与对照组相比,300 mg/L的曲酸溶液可有效提高小麦种子的发芽势;郝荣华[10]等研究表明不同分子量γ-聚谷氨酸对绿豆种子进行浸种,能够提高绿豆种子的发芽率,增加幼苗的株高、根长等生理特性指标。有机酸由天然有机酸和合成有机酸组成,天然有机酸主要分布在中草药等植物的根、叶和果实之中。本研究选用有机酸中的曲酸(以‘Ka’表示)以及氨基酸中的谷氨酸(以‘Ga’表示)为外源引发剂,通过设置不同时间和浓度对‘TD801’甜菜种子进行处理,研究其对种子萌发的影响,为探究适宜的甜菜种子引发剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2023年4月—2023年5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实验室进行。

1.2 试验材料

选用甜菜单粒种‘TD801’,由新疆石河子农业科学研究院提供。

1.3 试验方法

引发剂处理分别为曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L、曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L、曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸种时间为8、16、24 h(见表1),共设置9个处理,对照组(CK)为未处理过的‘TD801’干种子。

试验步骤如下:(1)在3 L蒸馏水中加入0.1%次氯酸钠进行搅拌,在此溶液中浸泡清洗消毒发芽盒,用纯蒸馏水再次清洗并干燥发芽盒;(2)在处理过的发芽盒中铺设50格无菌发芽纸,用高温灭菌箱灭菌,将甜菜种子均匀放入纸中,每张纸格放2粒,用34 mL蒸馏水均匀喷洒100粒种子的发芽纸,确保每颗甜菜种子湿润,3次重复,温箱温度为24 ℃,湿度为70%;(3)每天检查种子发芽数量,调查统计种子发芽潜力和发芽率,在第10 d测量甜菜种子发芽后的胚根和胚轴总长度,最后计算甜菜种子的发芽指数和活力指数。

1.4 测定指标

通过公式[式(1)～(4)]计算经外源引发剂处理后的甜菜种子的发芽指标,主要包括发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。使用Excel、SPSS软件对数据进行整理、分析。

2 结果与分析

2.1 曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L对TD801甜菜种子萌发的影响

曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸种8、16、24 h,结果显示(见表1),处理8、16、24 h的发芽势为88.00%、89.67%、94.00%,分别比CK(77.00%)提高11.00、12.67、17.00个百分点;处理8、16、24 h的发芽率为88.33%、90.00%、94.00%,分别比CK(79.67%)提高8.66、10.33和14.33个百分点;处理8、16、24 h的发芽指数为44.38、41.62、47.41,分别比CK(28.51)提高55.66%、45.98%、66.29%;处理8、16、24 h的活力指数为421.71、405.91、460.32,分别比CK(292.11)提高44.37%、38.96%、57.58%。试验结果显示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液组合处理甜菜种子‘TD801’时,其发芽指标均高于对照,其中,24 h效果最佳。

2.2 曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L对TD801甜菜种子萌发的影响

曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L溶液组合分别浸泡‘TD801’甜菜种子8、16、24 h,结果显示(见表1),处理8、16、24 h的发芽势为90.00%、92.00%和88.67%,分别比CK(77.00%)提高13.00、15.00、11.67个百分点;处理8、16、24 h的发芽率为91.33%、92.00%和89.67%,分别比CK(79.67%)提高11.66、12.33、10.00个百分点;处理8、16、24 h的发芽指数为42.31、46.15和44.51,分别比CK(28.51)提高48.40%、61.87%和56.12%;处理8、16、24 h的活力指数为418.82、473.85和452.09,分别比CK(292.11)提高43.38%、62.22%和54.77%。试验结果显示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液组合处理甜菜种子‘TD801’时,其发芽指标均高于对照,其中,16 h效果最佳。

2.3 曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L对TD801甜菜种子萌发的影响

曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸种8、16、24 h的发芽势为89.00%、92.33%和90.67%,分别比CK(77.00%)提高12.00、15.33、13.67个百分点;处理8、16、24 h的发芽率为90.00、93.67、91.00个百分点,分别比CK(79.67%)提高10.33、14.00、11.33个百分点;处理8、16、24 h的发芽指数为43.37、48.10和44.20,分别比CK(28.51)提高52.12%、68.71%、55.03%;处理8、16、24 h的活力指数为401.74、480.31和397.39,分别比CK(292.11)提高37.53%、64.43%和36.04%。试验结果显示,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L溶液组合处理甜菜种子‘TD801’时,其发芽指标均高于对照,其中,16 h效果最佳。

2.4 不同浓度曲酸和谷氨酸溶液对TD801甜菜种子相对电导率的结果

由表1可见,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸种8、16、24 h的相对电导率为50.83%、47.83%、41.47%,分别低于CK(186.07%)135.24、138.24和144.60个百分点;曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸种8、16、24 h的相对电导率为49.33%、55.30%、50.07%,分别低于CK(186.07%) 136.74、130.77和136.00个百分点;曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸种8、16、24 h的相对电导率为44.80%、46.67%和42.07%,分别低于CK(186.07%) 141.27、139.40和144.00个百分点。甜菜种子经过引发剂处理后的相对电导率均低于CK,其中,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液组合浸种24 h相对电导率数值最低(41.47%),对甜菜种子的伤害程度最低。

2.5 不同浓度曲酸和谷氨酸溶液组合处理TD801甜菜种子差异显著性分析

在发芽势、发芽率和发芽指数方面,CK与各外源引发剂处理之间存在显著性差异,外源引发剂处理之间差异不显著;在活力指数方面,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸种16 h与同等浓度浸种8 h、24 h之间差异显著,同时CK与各外源引发剂处理之间存在显著性差异;在相对电导率方面,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸种24 h与曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸种16 h之间差异显著,同时CK与各外源引发剂处理之间存在显著性差异(表1)。

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3 讨论与结论

当前用于种子萌发处理的技术方法中最为常见且应用较多的主要是液体引发技术,液体引发较为方便、快捷,如牛萌康等[11]研究表明复合腐殖酸可以提高烟草种子出苗率,对根系生长和芽生长有促进作用;刘小越等[12]研究表明1 mmol/L的苹果酸可显著提高‘TD801’甜菜种子的活力指数;李嘉炜等[13]研究表明富氢水可有效提高菜心、番茄、黄瓜、冬瓜种子发芽指标和生理特性指标;马学才等[14]使用脱落酸探究其浸种处理对白菜型冬油菜种子萌发特性的影响,结果表明种子的发芽指标随浸种时间的增加而降低,呈负相关,具有低促高抑的趋势;刘强等[15]研究表明酸和铝浸种处理可有效提高萝卜种子发芽势、发芽指数和活力指数等发芽指标;董立盛[16]研究表明不同浓度赤霉酸处理藜麦种子后,均能有效提高藜麦种子的萌发能力、幼胚生长量和内含物含量。

曲酸是一种具有抗菌作用的合成有机酸[17],已应用在多个领域,在食品加工领域,曲酸可以用作防腐剂和抗氧化剂;在农业方面,曲酸可以用来生产生物杀虫剂。谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一,它作为多功能肽的一个组成部分存在于动物和植物中,在氮素同化、氨基酸合成与代谢、叶绿素合成、根系生长调控等过程中发挥着重要作用[18]。同时,外源谷氨酸可以促进种子萌发、叶绿素合成、根系生长,改善果实品质。本研究结果,当浓度为曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L时,浸种24 h效果最好;当浓度为曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L时,浸种16 h效果最好;当浓度为曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L时,浸种16 h效果最好。由此表明,适宜的时间和浓度才能最大程度上激发种子的活力。

本研究表明,曲酸和谷氨酸溶液组合对甜菜种子萌发有促进作用,9个处理的甜菜种子‘TD801’发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均高于CK,相对电导率较CK降低。其中最佳引发剂组合为曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸种16 h。