外源物質(zhì)浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)效應(yīng)的影響

蔡子文，趙朔陽

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站，甘肅 張掖 734000）

黃瓜為葫蘆科甜瓜屬植物，是南北方普遍栽培的一種蔬菜，在設(shè)施條件下一年四季可以生產(chǎn)，在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位。黃瓜種子無明顯的生理休眠，不經(jīng)貯藏也能夠發(fā)芽，但發(fā)芽不整齊。新采收的種子貯藏240 d 發(fā)芽整齊，黃瓜種子一般貯存年限為4～5 a［1］。部分種質(zhì)資源或新選育的品種種子數(shù)量有限，在生產(chǎn)或育種過程中，往往會利用陳種子進行播種。老化是種子貯藏過程中普遍存在的現(xiàn)象，種子老化后呈現(xiàn)出呼吸作用減弱，膜的控制能力下降、透性改變、酶活性減弱蛋白質(zhì)變性、有毒物質(zhì)積累、生理衰退、發(fā)芽率降低等現(xiàn)象，直至死亡［2］。老化種子即使出苗，苗弱且生長緩慢，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響。因此，提高老化種子的生活力和利用率日益受到人們的關(guān)注［3］。

不少學(xué)者對提高種子萌發(fā)進行了長期的研究，開展了不同物質(zhì)促進陳年老化種子萌發(fā)的試驗，如NaCl 等外源物質(zhì)處理對不同品種黃瓜種子萌發(fā)及幼苗的影響［4］。外源鋅、水楊酸也常用作促進種子萌發(fā)的物質(zhì)，水楊酸被認為是一種普遍存在于高等植物體內(nèi)、受環(huán)境脅迫反應(yīng)時能激活植物的過敏反應(yīng)并獲得植物系統(tǒng)抗性的酚類化合物［5］，它不僅可以誘導(dǎo)植物體內(nèi)病程相關(guān)蛋白質(zhì)基因表達而產(chǎn)生抗病性，而且能夠提高植物抗鹽性、抗旱性、抗熱性等。水楊酸處理可以顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢等指標(biāo)［6］，顯著改善幼苗的生長狀況，使植株低矮、粗壯，對形成黃瓜壯苗有積極的促進作用［7］。鋅是植物生長所必需微量元素，在轉(zhuǎn)錄因子中起結(jié)構(gòu)離子作用，而且是300多種酶的輔助因子。鋅多數(shù)儲存在金屬蛋白中，且其在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)移也是通過金屬蛋白完成的。在擬南芥模式植物中有2300 多種蛋白質(zhì)與鋅有關(guān)。鋅離子能和植物體內(nèi)多種有機配離子結(jié)合成穩(wěn)定配合物，并對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、DNA 和RNA 代謝、基因表達和細胞凋亡起重要作用［8］。鉀元素可增加維生素B1、維生素B2、維生素C 的含量，防止細胞失水，提高抗旱、抗寒、抗病和抗倒伏的能力。鉀可促進氣孔開張，植物體中有數(shù)十種酶的活性需要有鉀離子存在，促進果實膨大，提高果實的含糖量及貯運性能，外源鉀離子也可以提高種子萌發(fā)；鉀對蛋白質(zhì)和氨基酸的合成有關(guān)，缺鉀則淀粉酶于脂肪酸都不能合成，還會引起可溶性糖的累積。

基于前人的研究基礎(chǔ)，針對黃瓜生產(chǎn)中大量的剩余種子能否用于生產(chǎn)是目前育種和繁種者面對的現(xiàn)實問題，研究外源物質(zhì)對黃瓜種子萌發(fā)的影響，篩選出提高種子萌發(fā)率的外源物質(zhì)，對有效利用黃瓜種子具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021 年6 月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站進行。供試材料為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育的黃瓜品種甘豐11 號種子，于2009 年10 月繁種采收，種子在包裝袋中常溫下保存11 a。試驗所用試劑均為分析純，分別為氯化鈣（CaCl2）、硝酸鉀（KNO3）、硫酸鋅（ZnSO4）、水楊酸（SA）、磷酸二氫鉀（KH2PO4）。

1.2 試驗方法

采用單因素試驗設(shè)計，用不同濃度的5 種外源藥液（表1）浸泡黃瓜陳種子，以清水浸泡為對照（CK），共16 個處理，3 次重復(fù)。試驗時將存放11 a 的黃瓜種子放在試驗臺上，按照50 粒為1組，隨機挑選48 組黃瓜陳種子。分別將各組種子放置于三角瓶中，用55 ℃水溫浸泡15 min 預(yù)濕潤，然后倒出溫水與種子，并將種子表面的水分用濾紙吸干后再放置于三角瓶中。按照試驗設(shè)計分別在各三角瓶中加入200 mL 藥液浸種，對照三角瓶中加入200 mL 清水。將三角瓶放置于20 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中浸泡培養(yǎng)12 h。浸泡結(jié)束后用清水沖洗種子2 次，將種子擺放于墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中進行發(fā)芽試驗，發(fā)芽培養(yǎng)條件為25 ℃光照培養(yǎng)箱，光/暗交替培養(yǎng)12 h/12 h。種子萌發(fā)期間定時向培養(yǎng)皿中加水，保持其水分充足。每天定時觀察種子的發(fā)芽情況并記錄，第4 天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第7 天統(tǒng)計發(fā)芽率。

表1 外源藥劑及其浸種濃度

種子發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽率（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GP）計算公式如下。

式中，GE 為種子發(fā)芽勢；n4為前4 天發(fā)芽種子數(shù)；N 為供試種子總數(shù)。

式中，GP 為種子發(fā)芽率；n7為前7 天的發(fā)芽種子數(shù)；N 為供試種子數(shù)。

式中，GI 為發(fā)芽指數(shù)；Gt 為發(fā)芽開始后第t 天的發(fā)芽數(shù)；Dt 為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 17.0 和Office 2007 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫酸鋅（ZnSO4）溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

由圖1 可知，貯藏11 a 的黃瓜種子用清水浸泡后發(fā)芽率為（69.67±4.16）%、發(fā)芽勢為（56.00±3.61）%、發(fā)芽指數(shù)為31.67±2.52，經(jīng)不同濃度ZnSO4溶液浸種后黃瓜陳種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均高于對照（CK）。用6 g/L 的ZnSO4溶液浸泡黃瓜陳種子后其發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)較對照提升最高，發(fā)芽率為（84.67±3.06）%、發(fā)芽勢為（70.00±2.65）%、發(fā)芽指數(shù)為44.56±2.09，較對照分別提高21.53%、25.00%、40.72%，各指標(biāo)均與對照差異顯著（P＜0.05）。隨著ZnSO4溶液浸種濃度的增加，黃瓜陳種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)先提高后降低的趨勢，濃度為4 g/L與8 g/L ZnSO4溶液浸種，種子發(fā)芽勢差異不顯著（P ＞0.05）；4、6、8 g/L ZnSO4溶液浸種后種子發(fā)芽指數(shù)無顯著差異（P＞0.05），但與對照差異顯著，表明ZnSO4浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)具有顯著的促進作用。

圖1 ZnSO4 溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

2.2 硝酸鉀（KNO3）溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

由圖2 可知，黃瓜陳種子在正常條件下發(fā)芽率很低，用不同濃度的KNO3溶液浸泡處理后，隨著KNO3濃度的增加，發(fā)芽率呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢。KNO3溶液濃度為3 g/L 時，黃瓜陳種子的發(fā)芽指標(biāo)均達到最高，發(fā)芽率為（84.67±1.53）%、發(fā)芽勢為（78.33±1.80）%、發(fā)芽指數(shù)為49.00±1.81，分別較對照提高21.23%、39.88%、54.74%，差異均達顯著水平（P＜0.05）。

圖2 KNO3 溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

2.3 磷酸二氫鉀（KH2PO4）溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

由圖3 可以看出，經(jīng)過KH2PO4溶液浸種處理的黃瓜陳種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均高于對照，表明KH2PO4溶液浸種對黃瓜種子的發(fā)芽有促進作用。濃度為20 g/L 的KH2PO4溶液浸泡黃瓜陳種子發(fā)芽指標(biāo)顯著提高，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)較對照分別提高28.66%、43.43%、59.58%，并且與對照和其他處理組差異均顯著（P＜0.05）。

圖3 KH2PO4 溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

2.4 氯化鈣（CaCl2）溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

由圖4 可知，經(jīng)CaCl2溶液浸種處理的黃瓜陳種子各項發(fā)芽指標(biāo)均高于對照，表明一定濃度的CaCl2溶液浸種對黃瓜陳種子的萌發(fā)具有促進作用。用濃度為0.175 mg/L 的CaCl2溶液浸泡的黃瓜陳種子發(fā)芽指標(biāo)均達到最高，發(fā)芽率為（91.67±1.66）%、發(fā)芽勢為（87.90±1.40）%、發(fā)芽指數(shù)為53.63±2.15，分別較對照提高31.58%、56.96%、69.37%，與其余處理組差異均達到顯著水平（P ＜0.05）。因此CaCl2浸種的最佳濃度為0.175 mg/L。

圖4 CaCl2 溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

2.5 水楊酸（SA）溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

由圖5 可知，SA 對黃瓜陳種子的萌發(fā)具有促進作用，種子萌發(fā)各項指標(biāo)均高于對照。SA 溶液濃度為1.0 mg/L 時表現(xiàn)最佳，發(fā)芽率為（85.17±1.14）%、發(fā)芽勢為（68.60±1.42）%、發(fā)芽指數(shù)為44.90±1.25，與對照差異顯著（P＜0.05）。用SA 溶液處理黃瓜陳種子的最適濃度為1.0 mg/L。

圖5 SA 溶液浸種對黃瓜陳種子萌發(fā)的影響

3 結(jié)論與討論

發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)是評價種子發(fā)芽情況的常用指標(biāo)，可以反映種子的發(fā)芽速度、發(fā)芽整齊度［9］。研究結(jié)果表明，用適宜濃度的ZnSO4、KNO3、KH3PO4、CaCl2、SA 溶液處理黃瓜陳種子，均可提高其發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，但同一物質(zhì)不同濃度的促進作用不同，其中用0.175 mg/L 的CaCl2溶液浸種處理黃瓜陳種子效果最好，其發(fā)芽率為（91.67±1.66）%、發(fā)芽勢為（87.90±1.40）%、發(fā)芽指數(shù)為53.63±2.15，較對照只加入清水處理分別提高31.58%、56.96%、69.37%。生產(chǎn)中黃瓜陳種子可以選用0.175 mg/L的CaCl2溶液浸種，以促進種子萌發(fā)，其余藥劑對種子萌發(fā)的促進效果從高到低依次為20 g/L KH2PO4、3 g/L KNO3、6 g/L ZnSO4、1.0 mg/L SA。

Ca2+既是植物的營養(yǎng)物質(zhì)又是生理調(diào)節(jié)物質(zhì)，同時也是植物體內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)多種生理過程的胞內(nèi)胞外信號物質(zhì)之一，是細胞膜的一種保護劑，對碳水化合物和蛋白質(zhì)的合成過程，以及植物體內(nèi)生理活動的平衡等起著重要作用。鈣能促進原生質(zhì)膠體凝聚，降低水合度，使原生質(zhì)粘性增大，從而提高種子活力，促進萌發(fā)。鈣是植物種子萌發(fā)過程中不可缺少的必需元素，種子本身含有的鈣能否滿足其正常萌發(fā)和生長的需求，是一個值得關(guān)注的課題［10-11］。本研究中濃度為0.175 mg/L 的CaCl2溶液浸種對黃瓜陳種子的萌發(fā)有一定的促進作用，說明黃瓜體內(nèi)對Ca2+的積累還沒有達到飽和狀態(tài)，不能達到種子萌發(fā)的最佳狀態(tài)，0.175 mg/L 是否是最佳狀態(tài)還需進一步研究。同一植物不同基因型對離子的敏感性會出現(xiàn)明顯的不同。在一定的條件下處理陳年黃瓜種子，其種子萌發(fā)的速率有可能不變或減慢，是否存在某種基因?qū)﹄x子的敏感性較強，還需進一步探析。在篩選種子時，由于貯存時間過長可能會存在一部分壞死的種子，已經(jīng)失去了種子萌發(fā)的自身條件，或者在培養(yǎng)中出現(xiàn)病毒或細菌的感染導(dǎo)致種子在萌發(fā)階段死亡影響種子最終的發(fā)芽率。

通過研究結(jié)果可以看出，各試劑對黃瓜種子發(fā)芽的影響與其濃度有著密切的關(guān)系，隨著濃度的增加促進作用增強，當(dāng)超過最佳濃度時促進作用減弱甚至?xí)霈F(xiàn)抑制現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇出最佳的濃度對種子進行處理，以盡可能達到促進種子萌發(fā)的最佳效果。