不同引發(fā)處理對花椰菜種子活力和幼苗生理指標的影響

賀 卓,姚東偉,李 明,吳凌云?

(1上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海201403;2安順學院,安順561000)

花椰菜(Brassicaoleracea var.botrytisL.)又稱花菜,風味鮮美,含有豐富的生物活性成分,如類胡蘿卜素、黃酮類、酚酸類化合物等,這些生物活性成分具有較高的抗氧化活性[1]。近年來,花椰菜栽培面積迅速增加。2019年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織報告顯示,我國花椰菜種植面積為54.67萬hm2,約占世界總栽培面積的40%,已成為世界上種植面積最大的國家[2]。在實際生產(chǎn)中,花椰菜種植存在種子萌發(fā)所需時間長、出苗不整齊、出苗率低的問題,在低溫和鹽脅迫等逆境條件下更為突出,嚴重影響其采收的一致性和產(chǎn)量。

種子引發(fā)是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸脹的第二階段,讓種子進行預發(fā)芽的生理生化代謝和修復作用,促進細胞膜、細胞器、DNA的修復和酶的活化[3]。經(jīng)過引發(fā)的種子具有較高的活力和較強的抗性,耐低溫、萌發(fā)迅速、出苗整齊、成活率高[4]。目前常用的種子引發(fā)方法有固體基質(zhì)引發(fā)、滲透調(diào)節(jié)引發(fā)、水引發(fā)、激素引發(fā)和生物引發(fā)等[5]。如KNO3引發(fā)提高了水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速度和整齊度[6];NaCl引發(fā)可以顯著提高鹽脅迫下葫蘆巴種子的活力[7];亞精胺引發(fā)可以顯著提高水稻種子在水分脅迫條件下的活力,促進幼苗生長[8];PEG引發(fā)可以促進水份虧缺下高粱種子的萌發(fā),增強種子活力和促進出苗,提高芽苗期的抗旱能力[9];固體基質(zhì)引發(fā)能夠顯著提高番茄種子的活力,增強種子吸脹期間的耐鹽性[10],提高辣椒和茄子種子在不同溫度下的萌發(fā)和出苗特性[11],提高小白菜的耐低溫特性[12];水引發(fā)處理可以顯著提高菠菜種子的活力[13];水楊酸引發(fā)能夠顯著提高玉米種子的發(fā)芽率,增強其對低溫脅迫的抵抗能力[14];應用熒光假單胞菌引發(fā)珍珠粟種子,可以促進植株生長并誘導其對霜霉病的抗性[15]。諸多研究表明,種子引發(fā)處理可有效提高種子活力與田間生產(chǎn)性能。國內(nèi)關于花椰菜種子不同引發(fā)處理的研究鮮有報道,本試驗擬采取蛭石、硝酸鉀和亞精胺對花椰菜種子進行引發(fā)處理,研究花椰菜幼苗對3種引發(fā)處理的生理響應,以期為花椰菜生產(chǎn)者提供增產(chǎn)理論基礎,提高經(jīng)濟效益,以及為花椰菜種子的引發(fā)技術推廣應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用花椰菜‘白陽’種子由上海瑞奇種子有限公司提供。硝酸鉀由國藥集團化學試劑有限公司提供,亞精胺由源葉生物科技有限公司提供。

1.2 種子引發(fā)處理

固體基質(zhì)(SM)引發(fā):將種子與蛭石按1∶1.5的質(zhì)量比混合,再加入兩者總質(zhì)量50%的蒸餾水攪拌均勻,置于燒杯中,于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發(fā)45 h,引發(fā)結束后,用篩子篩除蛭石后,將種子置于25℃烘箱內(nèi)回干2 d。

亞精胺(Spd)引發(fā):使用2.4 mmol∕L的亞精胺溶液進行引發(fā),溶液完全淹沒種子,放在培養(yǎng)皿內(nèi)于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發(fā)24 h,引發(fā)結束后,用流水沖洗后均勻攤開,用吸水紙吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

硝酸鉀(KNO3)引發(fā):使用質(zhì)量分數(shù)為1%的硝酸鉀溶液引發(fā)花椰菜種子,溶液完全淹沒種子,放在培養(yǎng)皿內(nèi)于20℃恒溫箱中黑暗條件下引發(fā)24 h,引發(fā)結束后,流水沖洗均勻攤開,用吸水紙吸干表面水分后移入25℃烘箱回干2 d。

最佳引發(fā)時間、溫度和引發(fā)劑濃度由預實驗篩選得到[6,12,16]。

1.3 種子萌發(fā)試驗

以未引發(fā)處理的種子為對照(CK),把引發(fā)的種子和對照種子分別放入裝有雙層發(fā)芽紙的發(fā)芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)內(nèi),加入7 mL蒸餾水,置于20℃培養(yǎng)箱內(nèi)進行發(fā)芽。每個處理重復3次,每個重復50粒,發(fā)芽期內(nèi)每天兩次計數(shù),以胚根伸出1 mm為標準。計算第2天發(fā)芽勢、第6天發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及平均發(fā)芽時間。

發(fā)芽勢(GV)=(nt∕N)×100%;nt為第2天正常發(fā)芽的種子數(shù),N為供試種子數(shù)。

發(fā)芽率(FGR)=(n∕N)×100%;n為第6天正常發(fā)芽的種子數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt∕Tt);Gt為第t日的發(fā)芽種子數(shù),Tt為Gt相對應的發(fā)芽時間(d)。

平均發(fā)芽時間(MGT)=∑(Gt×Tt)∕∑Gt。

1.4 幼苗生長測定

將對照和引發(fā)的種子分別播種于32孔穴盤中,置于20℃人工氣候室進行育苗,每處理重復3次,每個重復32粒,每天記錄出苗數(shù),第9天每盤隨機挑選10株幼苗測量其根長、苗高和鮮重,計算出苗率、出苗指數(shù)和平均出苗時間。

出苗率(ER)=(n∕N)×100%;n為正常出苗的總出苗數(shù),N為供試種子數(shù)。

出苗指數(shù)(EI)=∑(Et∕Tt);Et為第t日的出苗種子數(shù),Tt為Et相對應的出苗天數(shù)。

平均出苗時間(MET)=∑(Et×Tt)∕∑Et。

1.5 生理指標的測定

未引發(fā)和引發(fā)的種子在1.3條件下萌發(fā)后6 d(6DAG),取幼苗加入液氮磨成粉末。未引發(fā)和引發(fā)的種子在1.4條件下穴盤播后9 d(9DAP),取幼苗加入液氮磨成粉末。取上述液氮磨好的幼苗樣品,測定以下生理指標:超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、谷胱甘肽還原酶(GR)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性、丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量,均采用試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司)測定,試驗重復3次。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理和顯著性分析(Duncan’s多重極差檢驗,α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同引發(fā)處理對‘白陽’種子萌發(fā)和出苗的影響

與對照(未引發(fā)種子)相比,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)、亞精胺引發(fā)的花椰菜‘白陽’種子的發(fā)芽勢分別提高了46.3%、29.0%和18.2%,發(fā)芽率分別提高了9.1%、2.3%和8.5%,發(fā)芽指數(shù)分別提高了103.1%、28.0%和17.8%,平均發(fā)芽時間分別提前了0.8 d、0.4 d和0.2 d(表1)。可見,3種引發(fā)處理均不同程度提高了花椰菜種子的活力,縮短了平均發(fā)芽時間。其中固體基質(zhì)引發(fā)效果最好,與對照相比,發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)顯著提高,所需平均發(fā)芽時間顯著減少,其次為硝酸鉀引發(fā)。

表1 不同引發(fā)處理對‘白陽’種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of different priming treatments on seed germination of‘baiyang’

與對照相比,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)、亞精胺引發(fā)的花椰菜種子出苗率顯著增加了31.7%、20.0%、30.1%,出苗指數(shù)顯著增加了77.5%、30.0%、45.0%,平均出苗時間分別減少1.2 d、0.3 d、0.4 d;與對照的幼苗相比,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)、亞精胺引發(fā)種子的幼苗根長分別顯著提高了25.8%、45.4%、18.6%,株高分別提高了53.8%、7.7%、30.8%,鮮重分別提高了75.0%、50.0%、50.0%(表2)。固體基質(zhì)引發(fā)處理的出苗指數(shù)、幼苗株高和鮮重均顯著高于硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)處理。

表2 不同引發(fā)處理對‘白陽’種子出苗的影響Table 2 Effects of different priming treatments on seedling emergence of‘baiyang’

2.2 不同引發(fā)處理對‘白陽’幼苗抗氧化酶活性和脂質(zhì)過氧化的影響

與對照相比,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)、亞精胺引發(fā)的‘白陽’種子萌發(fā)后6 d(6DAG)和穴盤播后9 d(9DAP)幼苗的SOD、CAT、APX、GR、GPX活性均顯著提高,MDA含量均顯著降低。固體基質(zhì)引發(fā)的6DAG和9DAP幼苗GR、GPX活性提高的幅度和MDA含量降低的幅度最大,GR活性分別比對照提高了26.9%和45.9%,GPX活性分別比對照提高了15.7%和105.4%,MDA含量分別比對照降低41.7%和38.9%;亞精胺引發(fā)的6DAG和9DAP幼苗CAT、APX活性提高的幅度最大,CAT活性分別比對照提高了134.5%和102.6%,APX活性分別比對照提高了110.0%和61.5%;硝酸鉀引發(fā)的9DAP幼苗SOD活性提高的幅度最大,比對照提高了19.5%?？梢?種子引發(fā)顯著提高了‘白陽’幼苗的抗氧化酶活性,降低了MDA含量,提高了抗氧化酶系統(tǒng)的防御能力,降低了膜脂過氧化水平。

圖1 不同引發(fā)處理對‘白陽’幼苗抗氧化酶活性和脂質(zhì)過氧化的影響Fig.1 Effects of different priming treatments on the antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation in‘baiyang’seedlings

2.3 不同引發(fā)處理對‘白陽’幼苗可溶性蛋白含量的影響

與對照相比,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)、亞精胺引發(fā)的‘白陽’種子萌發(fā)后6 d(6DAG)和穴盤播后9 d(9DAP)幼苗的可溶性蛋白含量均顯著提高,表明種子引發(fā)可促進幼苗可溶性蛋白的積累,從而促進滲透調(diào)節(jié),減少氧化脅迫。

圖2 不同引發(fā)處理對‘白陽’幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effects of different priming treatments on soluble protein content in‘baiyang’seedlings

3 結論與討論

種子萌發(fā)一般分為吸脹、萌動、發(fā)芽、成苗4個階段[17]。種子引發(fā)是通過控制種子緩慢吸水,讓種子停留在吸脹階段一段時間,使之處于預發(fā)芽的狀態(tài),從而提高種子活力的一種處理方法[18]。

本研究表明,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)均能顯著提高花椰菜種子的活力,減少平均出苗時間,提高幼苗素質(zhì)。該結果與固體基質(zhì)引發(fā)能夠顯著提高番茄、辣椒、茄子、白菜和西瓜種子的萌發(fā)和出苗特性[10-12,19];硝酸鉀引發(fā)能夠減少不同成熟度西瓜種子平均出苗時間,增加西瓜種子出苗率和幼苗質(zhì)量[20];亞精胺引發(fā)能夠促進不同成熟期超甜玉米種子萌發(fā)研究結果相似[21]。

固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)均顯著提高花椰菜幼苗的抗氧化酶(SOD、CAT、APX、GR、GPX)活性,顯著降低MDA含量,增加可溶性蛋白含量,說明3種引發(fā)處理均能顯著提高花椰菜幼苗抗氧化酶的活性,清除ROS的積累,減少幼苗脂質(zhì)過氧化,保持較高的細胞膜完整性,提高滲透調(diào)節(jié)能力,從而提高種子的活力和出苗特性。該結果與蛭石引發(fā)能顯著提高番茄種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù),縮短平均發(fā)芽時間,顯著降低鹽脅迫下種子吸脹期間細胞膜的相對電導率和MDA含量,提高α-淀粉酶和抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量[10];KNO3引發(fā)能夠提高水稻幼苗出苗率,促進幼苗生長,縮短出苗時間,提高幼苗CAT、APX、SOD活性,增加幼苗可溶性蛋白、碳水化合物、可溶性糖和葉綠素含量[22];亞精胺引發(fā)處理的水稻幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT活性顯著增加,MDA含量明顯下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量增加研究結果相一致[8,16]。

在3種引發(fā)方法中,固體基質(zhì)引發(fā)的花椰菜種子萌發(fā)和出苗特性均優(yōu)于硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)。固體基質(zhì)引發(fā)種子的幼苗在GR、GPX活性、MDA、可溶性蛋白含量等多項指標方面優(yōu)于硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)。

綜上所述,固體基質(zhì)引發(fā)、硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)均能顯著增加花椰菜幼苗抗氧化酶活性,提高抗氧化酶系統(tǒng)的防御能力,降低膜脂過氧化水平,增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累,提高種子活力。固體基質(zhì)引發(fā)對花椰菜種子活力和幼苗生理指標的有益影響較硝酸鉀引發(fā)和亞精胺引發(fā)大。