不同光質(zhì)照射對綠豆種子萌發(fā)及內(nèi)源激素的影響

雷 桓，陳慧仁，余 丹，楊佳俊，吉 璐

（湖南第一師范學(xué)院，湖南 長沙 410205）

在綠豆芽苗菜的生產(chǎn)過程中，為了提高綠豆芽苗菜的產(chǎn)量，人們會添加一些化肥、農(nóng)藥、激素等物質(zhì)，導(dǎo)致綠豆芽苗菜有毒物質(zhì)含量超標(biāo)，存在較大安全隱患。因此，選擇一種健康、安全、環(huán)保的方法來調(diào)控綠豆芽的生長對其栽培至關(guān)重要。光照可以調(diào)控許多植物的生長發(fā)育。研究表明，光質(zhì)、光強(qiáng)度和光周期都會在不同程度上影響豆類芽苗菜的種子萌發(fā)以及幼苗生長，其中光質(zhì)的影響較為復(fù)雜[1]。

光質(zhì)對種子萌發(fā)影響的相關(guān)研究大致可分為2類，一是研究不同光質(zhì)對種子萌發(fā)的影響，二是研究不同光質(zhì)比對種子萌發(fā)的影響。劉衛(wèi)成等[2]研究表明，經(jīng)過紅光處理的黃瓜種子，發(fā)芽率明顯上升；盧思等[3]研究表明，紅光有利于三葉青新生莖的伸長，藍(lán)光則有助于三葉青新生莖直徑增大；姜勇等[4]研究表明，波長在591～750 nm 之間的光更加有利于提高紫莖澤蘭種子的發(fā)芽率；孫洪助等[5]研究了不同紅、藍(lán)光配比對生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)紅、藍(lán)光比為2 ∶1 和4 ∶1 時效果較好；劉偉超[6]研究發(fā)現(xiàn)，大花萱草增殖階段的最適光質(zhì)比為紅、藍(lán)光質(zhì)比為1 ∶1，大花萱草生根階段的最適光質(zhì)比為紅、藍(lán)光質(zhì)比6 ∶4；劉青青等[7]研究發(fā)現(xiàn)，黑暗以及4 h 紅 光—2 h遠(yuǎn)紅光—2 h紅光處理能促進(jìn)杉木種子的萌發(fā)。光質(zhì)對種子萌發(fā)影響的相關(guān)研究較多，但以綠豆為研究對象的報道較少。因此，筆者以綠豆種子為研究對象，探討了紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫以及紅外8種不同光質(zhì)對綠豆種子萌發(fā)及內(nèi)源激素的影響，以期為綠豆芽苗菜的生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試綠豆品種為科爾沁小綠豆。不同光質(zhì)照射試驗在規(guī)格大小一致的避光黑箱中進(jìn)行。各種顏色光質(zhì)由5 mm 圓頭有邊發(fā)光二極管提供。

1.2 試驗設(shè)計

挑選顆粒飽滿、無病蟲害、結(jié)構(gòu)完整的新鮮綠豆種子，用蒸餾水沖洗2～3 次，再用5%高錳酸鉀溶液消毒15 min，蒸餾水沖洗4～5 次，之后將種子均勻排列在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中。

以綠色光質(zhì)照射為對照組（CK），以紅、橙、黃、青、藍(lán)、紫光以及紅外光照射為試驗組，每個處理50 粒種子，重復(fù)3 次。每個培養(yǎng)皿中加入20 mL 蒸餾水保持濾紙濕潤，于（26±1）℃下培養(yǎng)。種子萌發(fā)過程中，每隔3 h 往培養(yǎng)皿中加入6 mL 蒸餾水，直到培養(yǎng)12 h。

1.3 測定指標(biāo)及方法

以種子的胚根頂破種皮為標(biāo)準(zhǔn)，隔3 h 測量一次種子萌發(fā)數(shù)，直到試驗結(jié)束（即培養(yǎng)12 h 后），通過發(fā)芽率、階段性發(fā)芽比例、發(fā)芽勢3 個指標(biāo)考察不同光質(zhì)對綠豆種子萌發(fā)的影響，計算公式見公式（1）～（3）。選取促進(jìn)效果明顯的光質(zhì)作為試驗組，在萌發(fā)高峰期，即第2 個3 h 時取樣，采用高效液相色譜法[8]測定種子內(nèi)源激素脫落酸（ABA）、赤霉素（GA3）、吲哚乙酸（IAA）和玉米素核苷（ZR）含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析及繪圖，采用SPSS 分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照對綠豆種子萌發(fā)的影響

2.1.1 發(fā)芽率 如圖1 所示，處理12 h 后，不同光照條件下綠豆種子的最終發(fā)芽率都達(dá)到100%；與綠光（CK）照射的種子相比，其他顏色光照都沒有提高綠豆種子最終發(fā)芽率，各處理間沒有顯著性差異。

圖1 不同光照條件下綠豆種子的最終發(fā)芽率

2.1.2 階段性發(fā)芽比例 從表1 中可知，與綠光（CK）照射的種子相比，有些顏色光照能在一定程度上提高綠豆種子階段性發(fā)芽比例，其中紫光和黃光照射的種子在3～6 h 的發(fā)芽比例最高，分別達(dá)到48%和46%，均顯著高于CK（P ＜0.05），即處理6 h 紫光和黃光處理就有72%和70%的種子發(fā)芽，而其他處理此時只有42%～50%的種子發(fā)芽。

表1 不同光照條件下綠豆種子的階段性發(fā)芽比例 （%）

2.1.3 發(fā)芽勢 由圖2 可知，與綠光（CK）照射的種子相比，有些顏色光照能一定程度上提高綠豆種子的發(fā)芽勢，其中紫光和黃光照射的種子發(fā)芽勢最高，分別達(dá)到72%和70%，均顯著高于CK 和其他顏色光照處理（P ＜0.05）。

圖2 不同光照條件下綠豆種子的發(fā)芽勢

2.2 光照對綠豆種子內(nèi)源激素含量的影響

2.2.1 ABA 脫落酸（Abscisic Acid，ABA）在維持種子休眠及抑制種子萌發(fā)的過程中起著至關(guān)重要的作用。從圖3 可以看出，萌發(fā)過程中，紫光照射的種子中ABA 含量最高，達(dá)到160.299 ng/粒，但是3 種顏色光照對綠豆種子ABA 含量的影響沒有顯著性差異（P ＞ 0.05）。

2.2.2 GA3赤霉素（gibberellin，GA）是一類四環(huán)二萜類化合物，能夠促進(jìn)植物種子發(fā)育、莖伸長、成花轉(zhuǎn)變等。由圖4 可知，萌發(fā)過程中，黃光照射的種子GA3含量最高，達(dá)到3 535.944 ng/粒，顯著高于紫光和照射的種子（P ＜0.05）；其次是紫光照射的種子，GA3含量為3 209.556 ng/粒，但該處理與綠光照射的種子GA3含量差異不顯著。

圖3 不同光照條件下綠豆種子萌發(fā)過程中ABA 的含量

圖4 不同光照條件下綠豆種子萌發(fā)過程中GA3 的含量

2.2.3 IAA 吲哚乙酸（indoleacetic acid，IAA）是植物體內(nèi)的一種生長素，可以促進(jìn)植物同化物的運(yùn)輸和種子萌發(fā)。由圖5 可知，萌發(fā)過程中，紫光照射的種子IAA 含量最高，達(dá)到311.391 ng/粒，顯著高于綠光和黃光照射的種子（P ＜0.05）；其次是黃光照射的種子，IAA 含量為207.008 ng/粒，顯著高于綠光照射的種子（P ＜ 0.05）。

圖5 不同光照條件下綠豆種子萌發(fā)過程中IAA 的含量

2.2.4 ZR 玉米素核苷（zein nucleoside，ZR）是植物體內(nèi)最常見的細(xì)胞分裂類激素，不僅能促進(jìn)細(xì)胞分裂，而且能影響種子中淀粉和蛋白質(zhì)的合成。由圖6可知，萌發(fā)過程中，紫光照射的種子ZR 含量最高，達(dá)到了193.644 ng/粒，顯著高于綠光和黃光照射的種子（P ＜0.05），而黃光與綠光處理間種子ZR 含量沒有顯著性差異。

圖6 不同光照條件下綠豆種子萌發(fā)過程中ZR 的含量

3 結(jié)論與討論

種子的休眠和萌發(fā)是植物生長發(fā)育必不可少的環(huán)節(jié)。激素可以控制植物的新陳代謝，對種子的生理狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而控制種子的休眠和萌發(fā)。

3.1 不同光質(zhì)對綠豆種子萌發(fā)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，黃光和紫光對種子的發(fā)芽率沒有顯著性促進(jìn)作用，說明綠豆種子是光中性種子，光照并不影響綠豆種子的萌發(fā)，此結(jié)果和張敏等[8]的研究結(jié)論一致。Khan[9]的三因子學(xué)說認(rèn)為當(dāng)脫落酸等抑制物存在時，需要有細(xì)胞分裂素才能打破休眠，促進(jìn)種子的萌發(fā)。光照處理在一定程度上可以代替細(xì)胞分裂素來促進(jìn)種子萌發(fā)。還有研究表明，光照處理確實能促進(jìn)種子的萌發(fā)，但是不同種子萌發(fā)所需要的光照條件不同[10-12]。筆者的研究結(jié)果顯示，紅、橙、青、藍(lán)及紅外光照射對綠豆種子的萌發(fā)沒有明顯影響，而紫光和黃光處理下綠豆種子最終的發(fā)芽率雖然沒有顯著提高，但階段性發(fā)芽比例顯著加快，處理6 h 就有72%和70%的種子發(fā)芽，而其他處理此時只有42%～50%的種子發(fā)芽。

3.2 不同光質(zhì)對綠豆種子內(nèi)源激素含量的影響

光照在種子萌發(fā)過程中，通過有選擇性的釋放內(nèi)源激素ABA、GA3、ZR 和IAA 來影響種子休眠與萌發(fā)[13]。該研究中，光照處理后的綠豆種子內(nèi)源激素含量均有不同程度的增加，其中紫光和黃光照射的綠豆種子ABA 含量相對于綠光照射沒有顯著增加，表明在綠豆種子萌發(fā)過程中ABA 可能作用不顯著；而紫光照射會顯著增加IAA 和ZR 含量，黃光照射也顯著增加IAA 和GA3的含量，表明在綠豆種子萌發(fā)過程中IAA 發(fā)揮了重要作用，同時ZR 和GA3也發(fā)揮了一定的作用。

光照能夠活化綠豆種子的內(nèi)源激素，從而激活潛在的酶系統(tǒng)，加速種子內(nèi)部的新陳代謝，促進(jìn)種子的萌發(fā)。該研究發(fā)現(xiàn)，采用紫色和黃色光照處理綠豆種子，雖然不能顯著增加綠豆種子的發(fā)芽率，但能提高種子的階段性發(fā)芽比例和發(fā)芽勢，并顯著增加種子萌發(fā)過程中IAA 的含量，還能顯著增加GA3和ZR 含量。因此，在實際生產(chǎn)中可以通過紫光和黃光處理促進(jìn)綠豆種子萌發(fā)，縮短綠豆芽苗菜的生產(chǎn)周期。