人工老化处理对菜豆种子性状和苗期生长的影响

摘" " 要：为探索老化方式对菜豆种子活力和幼苗生长的影响，同时筛选出适合菜豆种子生产的最佳地区，以菜豆品种双丰三号为试验材料，研究不同产地（天津、内蒙古、甘肃）和不同老化方式（自然贮存和人工老化）对菜豆种子发芽指标和幼苗生长指标的影响。结果表明，（1）天津种籽粒小干瘪，幼苗细弱。甘肃种子籽粒大饱满，幼苗粗壮。（2）人工老化（T=41 ℃，RH=100%）处理2 d，天津和内蒙古幼苗的根长、叶面积、鲜质量均高于空白对照。（3）自然老化4 a种子活力指标中，发芽指标与人工老化2～4 d种子试验数据相当。自然老化10 a的幼苗指标与人工老化6 d的试验数据相当。综合分析认为，天津种子为老化敏感型种子，内蒙古和甘肃的种子为耐老化型种子，且短时间人工老化处理对种子的伤害较轻，甚至对种子起到一定的引发作用。根据本试验芽率、芽势的数据，人工老化方法可以与不同贮存年份的自然老化种子相匹配，用于蔬菜种子活力的研究。

关键词：菜豆；产地；人工老化；自然老化；种子活力

中图分类号：S643.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2025）01-137-06

Effects of artificial aging treatment on seed traits and seedling growth of kidney bean

LIU Tiantian1， GU Yu2， 3， YANG Zirui1， HUANG Junxuan1， LIU Yanjun1， SUN Min1， HAN Qihou2， 3

（1. College of Horticulture and Gardening， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300392， China; 2. Tianjin Kernel Vegetable Research Institute/Tianjin Key Laboratory of Vegetable Breeding Enterprise， Tianjin 300384， China; 3. Tianjin Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Vegetable Biobreeding（Tianjin）， Tianjin 300192， China）

Abstract： In order to explore the effects of aging methods on the vigor of kidney bean seeds and seedling growth， and to screen out the optimal production region for kidney bean seed production， this study used the kidney bean variety Shuangfeng No. 3 as the experimental material to investigate the effects of different production origins （Tianjin， Inner Mongolia， Gansu）and aging methods（natural storage and artificial aging）on the germination indexes of the seeds and the seedling growth indexes of the kidney bean seeds. The results showed that （1） Seeds from Tianjin were small and shriveled， producing weak seedlings， while seeds from Gansu were large and plump， producing robust seedlings. （2） After 2 days of artificial aging（T=41 ℃， RH=100%）， the root length， leaf area， and fresh mass of seedlings from Tianjin and Inner Mongolia were higher than those in the control group .（3）Among the vigor index of seeds after 4 years of natural aging， the germination index was comparable to those of seeds artificially aged for 2-4 days. Seedling indexes of 10 years of natural aging were similar to those of seeds artificially aged for 6 days. Comprehensive analysis revealed that seeds from Tianjin were aging-sensitive， while seeds from Inner Mongolia and Gansu were aging-resistant. Moreover， short-term artificial aging treatment caused relatively mild damage to the seeds and even exhibited a certain priming effect. Based on the data of germination rate and vigor in this experiment， the artificial aging method can be matched with naturally aging seeds of different storage durations， thereby enabling its application in studies on the vigor of vegetable seeds.

Key words： Kidney bean; Production place; Artificial aging; Natural aging; Seed vigor

菜豆为豆科菜豆属，原产于中南美洲[1]，是我国人民喜食的主要蔬菜之一。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计数据，2022年我国菜豆种植面积约为67.64 万hm2，排名世界第一。种子品质和活力直接关系到后期植株的生长，并且对豆荚的产量和品质也有影响。前人研究发现[2]，产地条件、贮藏条件是导致种子活力差异的主要原因。菜豆种子颗粒大，不耐贮藏，在天津地区的自然条件下，发芽率只可以保存2 a（年），第3年开始下降。即使在最佳条件下贮存，种子在贮存6 a后也开始出现活力下降的问题。这一过程称为种子变质或老化过程[3]。采用人工老化处理模拟自然老化过程，是研究种子老化常用的方法，人工加速老化处理即通过高温高湿法加速供试种子生理生化劣变，从而更直接、快速地考察和判定种子老化特性以及预测菜豆种质的耐贮藏性[4-5]。同时将人工老化与自然老化进行比较，应用人工老化的方法快速模拟自然老化的种子，以便研究在贮藏过程中不同时期种子的活力、质量，为更好地了解自然贮藏的种子变化奠定基础。

笔者选取天津市、内蒙古自治区和甘肃省等3个产地生产的双丰三号菜豆种子为试材，利用人工老化处理方法，通过测定发芽指标、幼苗形态指标等，旨在筛选出最佳生产种子的地区。同时对比分析了自然老化与人工老化的种子活力、发芽指标及老化幼苗生长情况，以期为种子的贮藏提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2023年在天津市农业科学院武清创新基地实验室进行。供试菜豆品种为双丰三号，产地分别为甘肃省、内蒙古自治区、天津市，由天津市农业科学院蔬菜研究所提供。

种子分别收获于2012年、2018年和2022年，其中2022年生产的种子用于人工老化试验，2012年和2018年的种子属于自然老化的种子。自然老化的种子贮存于常温库，仓库年均温度为15 ℃，年平均相对湿度为35%～40%。人工老化和自然老化的种子活力测定在植物生长箱中进行。

1.2 方法

采用高温高湿法[5-7]进行老化处理。将种子放置于老化箱（T=41 ℃，RH=100%），分别处理2、4、6、8 d，然后取出种子，室温通风晾置3～4 d，待种子含水量降至原状态（含水量达到12%）。

以未进行老化处理的种子作对照，每个处理设3次重复，每个重复50粒。将种子播种于育苗基质中，浇透水，置于植物生长箱中培养，每天光照12 h，光照度为8000 lx，黑暗12 h，温度为25 ℃，每天喷水1次，每天记录种子发芽数量至第9天测量幼苗形态指标。

百粒重的测定：将清洁干燥的种子称取100粒，记录质量，3次重复，取平均值。

根据种子发芽情况计算各指标，公式如下[8]：

发芽势/%=（发芽试验第5天正常幼苗数/供试种子数）×100；

发芽率/%=（发芽试验第9天正常幼苗数/供试种子数）×100；

GI=ΣGt/Dt；

VI=GI×S。

式中：GI为发芽指数；VI为活力指数；Dt为发芽天数；Gt为与Dt对应的每日新发芽种子数； S为第9天时正常幼苗单株平均鲜质量。

株高为测量植株茎基部（与基质接触部位）到顶部之间的距离。将幼苗用水冲洗干净，用滤纸吸干水分，将根须捋顺，测量主根的长度即为根长，每处理测量5株苗，并取平均值。使用“方格法”测量叶面积。将叶片的轮廓描在标准计算纸上，标准计算纸由1 cm×1 cm的小方格组成，统计叶轮廓所占小方格数目（达到或超过半格的算1格，不足半格的舍去），即得到用方格法测定的叶面积[9]。测量菜豆幼苗下数第1片真叶的面积，每处理测量5株苗，取平均值。用游标卡尺测定幼苗子叶与根颈部中间部位的茎粗，并计算平均值。每个重复随机挑选5株植株，将植株（地上部+地下部）清洗干净，用滤纸吸干水分，利用天平称量每个幼苗的质量即为鲜质量，并计算平均值。每处理随机选取5株幼苗，清洗后放入烘箱中，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，冷却后用天平称量幼苗质量即为干质量，并计算平均值[10]。

1.3 数据处理

利用Origin 2022绘图；采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地、不同人工老化处理后菜豆种子外部形态观察

先将2022年生产的3个不同产地的种子进行外观形态以及籽粒大小的调查，发现种子的饱满程度有区别，如图1所示。其中，甘肃和内蒙古的种子饱满，颗粒较大，种皮有光泽，而天津产地的种子种皮发暗，无光泽，籽粒小而干瘪，从百粒重上可以看出，天津产地：22.2 g，内蒙古和甘肃产地均超过30 g。因为试验品种相同，产地的环境、气候直接影响种子的生长，百粒重差别较明显。

如图2所示，选取2022年甘肃产地的种子进行人工老化试验，种子经老化处理后种皮颜色随着处理时间的延长而逐渐变黄。

2.2 不同产地不同老化时间对菜豆种子活力的影响

由表1可知，根据3个产地未老化种子的活力指数（VI）排序为甘肃gt;内蒙古gt;天津。老化处理后，天津和甘肃两个产地种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均随着老化时间延长呈降低趋势，但不同产地间各指标降低程度不同。而内蒙古种子老化2 d后，种子活力指数上升，然后随着老化时间的延长再度呈下降的趋势。

天津种子的各项指标（发芽率除外）均在老化2 d后与对照呈显著差异；内蒙古和甘肃种子的发芽势和发芽率老化2 d的种子与对照没有显著差异，在老化4 d后与对照差异显著。由此可以发现，老化2 d的种子各项活力指标降幅较小，甚至有所提高；老化4 d后，各项指标急剧下降；老化8 d的菜豆种子无发芽现象。

如图3-A所示，天津和内蒙古幼苗的株高随老化时间的延长逐渐降低，甘肃老化4 d的幼苗略高于老化2 d的幼苗，但无显著差异。内蒙古和甘肃产地的幼苗根长受老化时间的影响较小，天津老化2 d的幼苗根长较CK增加0.92 cm，但差异不显著（图3-B）。天津和内蒙古幼苗叶面积随着老化时间的延长呈先增大后减小的趋势，甘肃产地叶面积随着老化时间的延长逐渐减小，但在老化6 d时叶面积增大，天津和内蒙古幼苗老化2 d叶面积显著大于CK（图3-C）。3个产地幼苗茎粗受老化时长的影响不显著，但受产地的影响较大。3个产地幼苗茎粗表现为：甘肃gt;内蒙古gt;天津（图3-D）。天津和内蒙古老化2 d的幼苗鲜质量略高于对照组（图3-E），除此之外，随着老化时间的延长，各产地的幼苗鲜质量逐渐降低，甘肃幼苗受老化时间延长的影响较小。在幼苗干质量表现上，各产地表现为：甘肃gt;内蒙古gt;天津（图3-F）。综合来看，天津幼苗各项指标受老化的影响较大，内蒙古和甘肃的幼苗各项指标受老化影响较小。

2.3 不同老化方式对种子的影响

使用天津种子为试材，自然老化种子在常温库里分别贮存了4 a和10 a，人工老化时间还是分为2、4、6和8 d。初步从种子活力指标方面了解种子人工老化程度与自然老化的异同。将两种老化方法得到的种子进行种子活力的测定和幼苗的形态指标调查，结果如下。

由于人工老化8 d的种子活力尽失，没有得到发芽的种子，因此表3中没有老化8 d的幼苗数据。

从两种方式老化后种子活力指标发现（表2）：人工老化种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均低于对照。自然老化的菜豆种子的所有活力指标也是随老化时间的延长而下降。根据表3中幼苗形态的相关数据，在人工老化处理下，2 d和4 d的株高显著低于对照组，而经过6 d的人工老化，其株高显著低于4 d老化的结果。此外，经过4和6 d的人工老化，其叶面积均显著低于对照组。经过6 d的人工老化，其鲜质量也显著低于老化2 d的样本。对于根长和干质量，对照组与老化2、4、6 d的样本均无显著差异。

自然老化4 a种子活力指标中，发芽势和发芽指数与人工老化4 d种子试验数据相当，而发芽率和活力指数与人工老化2 d的试验数据相当。根据幼苗指标（表3）发现，自然老化4 a的种子在幼苗根长、鲜质量和干质量方面与对照没有显著差异。因此，本试验结果表明，在年均温度为15 ℃、年均相对湿度为35%～40%的仓库中贮存，自然老化4 a的种子活力相当于人工老化2～4 d的种子。根据表2种子活力数据和表3幼苗形态指标，自然老化10 a的种子与人工老化6 d的种子活力指数和幼苗形态指标相近。

3 讨论与结论

在本研究中，试验材料品种一致，但来源地不同。研究结果表明，产自甘肃与内蒙古的种子在老化过程中表现出较弱的敏感性。只要种子保持活力，其幼苗生长通常能够正常进行。天津产地的种子在不同老化周期下的幼苗形态指标均表现出明显的下降趋势，幼苗的萌发过程迟缓，整齐度亦不理想。此外，随着老化时间的延长，各项指标的下降幅度亦有所增加。通过分析，推测这一现象与种子的产地气候条件密切相关。甘肃与内蒙古地区具有日照时间长、昼夜温差大等自然条件优势，这些条件有利于干物质的积累，从而导致菜豆种子的百粒重增加。相比之下，天津地区地势较低，昼夜温差较小，导致当地生产的种子存在籽粒干瘪、产量偏低等问题。

此外还发现人工老化对种子引发有促进作用。人工老化2 d对种子活力及幼苗生长影响较小，对于天津和内蒙古的幼苗，其叶面积、鲜质量均高于对照组，说明种子对短时间内的高温高湿胁迫存在一定的耐受性。短时间人工老化处理对种子的伤害较轻，甚至对种子起到一定的引发作用，老化结束后部分种子可以恢复到原来的状态[11-13]。

人工老化4 d后，种子活力急剧下降，人工老化达6 d时，种子活力指标显著低于对照组，人工老化8 d时，种子完全失去活力。随着老化时间的延长，细胞膜完整性被破坏，透性增大，导致种子细胞内物质外渗，有害物质积蓄加剧，种子生理生化代谢出现障碍，当造成的损害超过其自身修复能力时，种子最终失去生命活力，这与前人的研究结果一致[14-16]。本研究结果表明，老化4～6 d是菜豆种子在高温高湿条件下受影响的敏感时期。

人工老化指人为控制种子在短时间内进行老化劣变，控制种子活力，使发芽势、发芽率等指标快速下降的过程。有研究表明，人工老化和自然老化的老化进程有一定的相关性[17]，但也有研究表明，人工老化和自然老化两种老化进程的遗传基础不同[18]。种子老化主要归因于种子细胞膜的完整性受到破坏，通透性增强，吸胀时的修复能力与速度均降低，浸出液中内含物质外渗量显著增加，最终造成种子老化和劣变[19-20]。在过往的研究中，经常通过人工高温高湿来加速老化这种方法测定种子活力和模拟自然界中种子老化的过程。因此，人工老化是研究种子劣变规律最有效的途径[21]。本试验结果表明，从菜豆种子活力指标和幼苗形态两方面，人工老化与自然老化有相似规律，自然老化4 a的菜豆种子活力相当于人工老化2～4 d的种子活力，自然老化10 a的菜豆种子活力相当于人工老化6 d的种子活力。

综上所述，天津种子为老化敏感型种子，内蒙古和甘肃的种子为耐老化型种子；短时间人工老化处理对种子的伤害较轻，甚至对种子起到一定的引发作用；自然老化4 a的菜豆种子活力相当于人工老化2～4 d的种子活力，自然老化10 a的菜豆种子活力相当于人工老化6 d的种子活力。

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