超聲波處理對(duì)3種花卉種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響

(南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

鳳仙花(Impatiensbalsamina)為鳳仙花科鳳仙花屬一年生草本植物，我國(guó)各地庭院廣泛栽培，為習(xí)見(jiàn)的觀賞花卉；五彩石竹(Dianthusbarbatus)是石竹科石竹屬多年生草本植物，原產(chǎn)于美國(guó)，耐寒耐旱，喜陽(yáng)光充足；波斯菊(Cosmosbipinnata)是菊科秋英屬一年生或多年生草本植物，原產(chǎn)于墨西哥及南美地區(qū)，耐貧瘠和干旱。這3種花卉對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不高，具有色彩艷麗、花期長(zhǎng)等特點(diǎn)，是優(yōu)良的庭院花卉，有很高的觀賞價(jià)值。目前，我國(guó)對(duì)于園林花卉的抗病、抗逆和品質(zhì)育種等方面，已經(jīng)獲得了顯著的進(jìn)展[1-2]。但是，在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于種子休眠或環(huán)境不適宜等因素，自然狀態(tài)下這些花卉種子的萌發(fā)率并不高。因此，在播種前對(duì)種子進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可以提高花卉種子的成活率。促進(jìn)種子萌發(fā)的方法有物理方法和化學(xué)方法，例如溫度處理、機(jī)械處理、超聲波處理、射線(xiàn)處理及酸堿處理等[3]。較之化學(xué)方法，物理方法具有清潔和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加廣泛。超聲波是一種頻率高于20 kHz的機(jī)械振動(dòng)波，具有能量高、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已被應(yīng)用到物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[4]。研究發(fā)現(xiàn)，超聲波具有殺菌的作用，在處理種子的過(guò)程中可以同時(shí)消滅種子表面的細(xì)菌，在育種的初始階段可以減少種子污染以及病蟲(chóng)害的影響。超聲波還可改變種子生長(zhǎng)的代謝生理，適當(dāng)條件的超聲波處理能提高種子的活力和發(fā)芽率，促進(jìn)種子的萌發(fā)，或者增強(qiáng)種子的抗逆能力，打破種子休眠期，促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)，提高作物的產(chǎn)量等[5-7]。

鑒于超聲波對(duì)這3種花卉種子萌發(fā)的影響目前報(bào)道較少，本試驗(yàn)以鳳仙花、波斯菊和五彩石竹為研究對(duì)象，探究不同時(shí)長(zhǎng)的超聲波處理對(duì)這3種花卉種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響，以期為超聲波在花卉育種育苗實(shí)踐中提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鳳仙花、波斯菊和五彩石竹種子購(gòu)于江西華農(nóng)種業(yè)有限公司。儀器采用昆山市超聲儀器有限公司的KQ-500 DB型40 kHz超聲波發(fā)生器(500 W)，韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司的GZ-500-GSⅡ型人工氣候箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1種子預(yù)處理方法

2018年11月，挑選籽粒飽滿(mǎn)、大小均一的種子各750粒，分別用紗布打包，經(jīng)蒸餾水浸泡1 h后，將種子置于超聲波儀器中分別對(duì)種子進(jìn)行15 min、30 min、45 min、60 min超聲波處理，水溫設(shè)定為15 ℃，以未做超聲波處理的種子作為空白對(duì)照。

表1 不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)鳳仙花種子萌發(fā)的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示顯著性差異，p<0.05。下同。

表2 不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)波斯菊種子萌發(fā)的影響

1.2.2種子萌發(fā)測(cè)定

預(yù)處理后，將種子均勻放入鋪有一層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿50粒，每處理3個(gè)重復(fù)，放入人工氣候箱中進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。環(huán)境條件設(shè)置為25 ℃光照14 h，15 ℃黑暗10 h，試驗(yàn)期間保持種子處于濕潤(rùn)狀態(tài)。

以胚根露出0.5 mm作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄各培養(yǎng)皿種子的萌發(fā)數(shù)，3種種子均在第7天無(wú)種子萌發(fā)，視為萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。發(fā)芽高峰期在第3天，計(jì)算各種子萌發(fā)發(fā)芽勢(shì)。第8天測(cè)量幼苗的胚芽長(zhǎng)度、胚根長(zhǎng)度以及鮮重，每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)選取10株幼苗，不足10株時(shí)測(cè)量所有幼苗的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽率(%)=(7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%

1.2.3數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS 19.0對(duì)種子萌發(fā)及生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，LSD法進(jìn)行多重差異性比較，表格中結(jié)果為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波處理對(duì)鳳仙花種子萌發(fā)的影響

如表1所示，超聲波對(duì)鳳仙花種子萌發(fā)的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均有顯著性影響。隨著處理時(shí)間的增加，發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。其中，鳳仙花種子發(fā)芽勢(shì)在超聲波處理30 min時(shí)達(dá)到最大(46.64%)，顯著高出對(duì)照組11.03%。隨著時(shí)間繼續(xù)增加，發(fā)芽勢(shì)逐漸降低，處理45 min和60 min時(shí)顯著低于30 min，與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。類(lèi)似的，鳳仙花種子發(fā)芽率同樣表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。發(fā)芽率最低為對(duì)照組(38.3%)，超聲波處理15 min時(shí)比對(duì)照組顯著升高6.65%，處理30 min時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最高(53.3%)，比對(duì)照組顯著提高15%。隨著處理時(shí)間的繼續(xù)增加，發(fā)芽率逐漸降低，超聲波處理45 min和60 min時(shí)發(fā)芽率顯著低于處理30 min時(shí)的發(fā)芽率，和對(duì)照組無(wú)顯著差異。

不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)鳳仙花幼苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)以及鮮重同樣均有顯著性影響。對(duì)照組胚芽長(zhǎng)度最短(16.25 mm)，顯著低于各超聲波處理組，但不同超聲波處理時(shí)長(zhǎng)的胚芽長(zhǎng)度無(wú)顯著性差異。胚根長(zhǎng)度對(duì)照組最短(33.34 mm)，處理15 min和30 min時(shí)胚芽長(zhǎng)度雖然有所增加，但和對(duì)照組并無(wú)顯著性差異，處理45 min和60 min時(shí)胚芽長(zhǎng)度較對(duì)照組顯著增加，且在45 min時(shí)達(dá)到最長(zhǎng)。鳳仙花幼苗鮮重對(duì)照組最低(62.76 mg)，各超聲波處理組鮮重都有增加，且在30 min時(shí)達(dá)到最大，顯著高于對(duì)照組。

2.2 超聲波處理對(duì)波斯菊種子萌發(fā)的影響

表2所示，超聲波處理對(duì)波斯菊種子萌發(fā)的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均有顯著性影響。對(duì)照組發(fā)芽勢(shì)最高(51.33%)，隨著超聲波處理時(shí)間的增加，發(fā)芽勢(shì)逐漸降低，處理60 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最低(34.59%)。其中超聲波處理15 min和30 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組無(wú)顯著性差異，處理45 min和60 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)顯著低于對(duì)照組，分別比對(duì)照組低10%和16.74%。

發(fā)芽率結(jié)果和發(fā)芽勢(shì)有相同趨勢(shì)，對(duì)照組發(fā)芽率最高(74.67%)，隨著超聲波處理時(shí)間的增加，發(fā)芽率雖然逐漸降低，但是處理15 min、30 min、45 min時(shí)發(fā)芽率與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。處理60 min時(shí)發(fā)芽率最低(61.33%)，顯著低于對(duì)照組。

不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)波斯菊幼苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮重均無(wú)顯著影響。5組幼苗胚芽平均長(zhǎng)度為43.34 mm，胚根平均長(zhǎng)度為35.37 mm，平均鮮重為44.87 mg。

表3 不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)五彩石竹種子萌發(fā)的影響

2.3 超聲波處理對(duì)五彩石竹種子萌發(fā)的影響

如表3所示，不同超聲波時(shí)長(zhǎng)處理下，五彩石竹種子萌發(fā)的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均無(wú)顯著性差異，表明超聲波對(duì)五彩石竹種子萌發(fā)無(wú)顯著影響，5組處理平均發(fā)芽勢(shì)為75.32%，發(fā)芽率為82.7%。其中，處理30 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高，處理60 min時(shí)發(fā)芽率最低，5組處理之間的發(fā)芽勢(shì)無(wú)顯著性差異。發(fā)芽率最高為處理45 min，比對(duì)照組高3.77%，最低為60 min，比對(duì)照組低2.99%，5組處理之間的發(fā)芽率并無(wú)顯著性差異。

不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)五彩石竹幼苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)以及鮮重同樣均無(wú)顯著性影響，5組幼苗胚芽平均長(zhǎng)度為8.31 mm，胚根平均長(zhǎng)度為16.09 mm，平均鮮重為6.62 mg。

3 討 論

超聲波處理種子是一種新穎、簡(jiǎn)單、低價(jià)、環(huán)保的物理方法，其在農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)引起高度關(guān)注并具有廣闊的應(yīng)用前景。超聲波的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在消毒效應(yīng)、熱效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)[8-9]，適當(dāng)條件下的超聲波處理可以改變種子的生理代謝，打破種子休眠期、增強(qiáng)種子的抗逆能力、提高種子的活力和發(fā)芽率、促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)、提高作物的產(chǎn)量等[5,10]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波處理對(duì)不同種類(lèi)的花卉種子萌發(fā)與生長(zhǎng)有不同的影響，既有促進(jìn)作用，也有抑制作用。對(duì)于鳳仙花來(lái)說(shuō)，超聲波對(duì)其種子萌發(fā)與生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，處理30 min是最適條件，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率以及幼苗胚芽長(zhǎng)、鮮重分別為對(duì)照組的1.31、1.39、1.3、1.3倍，處理45 min時(shí)胚根最長(zhǎng)，為對(duì)照組的1.26倍。這一結(jié)果與其他研究相類(lèi)似，例如趙艷發(fā)現(xiàn)超聲波處理10 min、20 min、30 min均促進(jìn)了油菜種子的萌發(fā)[11]，蘇家樂(lè)發(fā)現(xiàn)超聲波處理20 min可以使小葉杜鵑的發(fā)芽率提高1.54倍[12]，趙萌萌發(fā)現(xiàn)超聲波處理黃豆種子25 min能夠顯著增強(qiáng)黃豆芽的品質(zhì)[13]。研究表明，適量的超聲波產(chǎn)生的空化和機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)作用于種子內(nèi)部細(xì)胞，改變了細(xì)胞膜的通透性，加快了物質(zhì)運(yùn)輸與理化反應(yīng)速度，激活細(xì)胞內(nèi)酶的活性，使得種子呼吸代謝作用加強(qiáng)，從而加速種子萌發(fā)和生長(zhǎng)[14-16]，這可能是超聲波促進(jìn)鳳仙花種子萌發(fā)與生長(zhǎng)的原因。與之相反，超聲波處理波斯菊種子后，其種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率顯著低于對(duì)照組，說(shuō)明超聲波對(duì)其種子萌發(fā)有強(qiáng)烈的抑制作用，且處理時(shí)間越長(zhǎng)抑制作用越強(qiáng)烈。這一結(jié)果與楊善云等[17]的研究結(jié)果類(lèi)似。其原因可能是超聲波穿透性過(guò)強(qiáng)，破壞了種子內(nèi)部細(xì)胞的細(xì)胞膜或其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致種子活力下降甚至死亡，因而降低了種子發(fā)芽率。另外，不同時(shí)長(zhǎng)超聲波處理對(duì)波斯菊生長(zhǎng)以及五彩石竹種子萌發(fā)和生長(zhǎng)均無(wú)顯著性影響。不同種子種皮厚結(jié)構(gòu)或內(nèi)部細(xì)胞生理特性的不同，可能是超聲波產(chǎn)生的不同作用效果的原因。

超聲波對(duì)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的作用效果受到各種因素的影響，除了處理時(shí)間，還受到超聲波頻率、功率、溫度等其他因素影響。例如，以60 Hz超聲波處理鎖陽(yáng)種子50 min效果最好[18]，30 min、40 ℃、160 W的超聲波處理?xiàng)l件是掌葉大黃種子萌發(fā)的最佳條件[19]。在本試驗(yàn)中，僅以處理時(shí)間為變量，并未考慮其他因素的影響，其他條件下的超聲波處理效果還需進(jìn)一步研究。超聲波對(duì)種子的預(yù)處理技術(shù)若要應(yīng)用于花卉育苗的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，需針對(duì)不同種類(lèi)的花卉種子特性選取合適的處理方法，以達(dá)到最好的育種育苗效果。