溫湯浸種對(duì)辣椒種子的休眠破除作用及致死條件分析

蔣 萬(wàn)，張忠武*，楊連勇，孫信成，康 杰，鄧正春，楊 宇

（1.常德市農(nóng)林科學(xué)研究院，湖南 常德 415000；2.常德市農(nóng)學(xué)會(huì)，湖南 常德 415000；3.常德市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 常德 415000）

浸種是農(nóng)業(yè)種植的一個(gè)環(huán)節(jié)，其目的是促進(jìn)種子較早發(fā)芽，并殺死一些蟲卵和病菌[1]。在播種前利用一定溫度的熱水進(jìn)行浸種叫做溫湯浸種[2]。這種物理消毒方式，具有簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、有效等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用很普遍[3]。常規(guī)具體操作是先將種子放入容器內(nèi)，緩緩倒入50～55 ℃溫水，邊倒邊攪拌，保持該水溫10～15 min，之后把水溫降低到25～30 ℃，繼續(xù)浸種8～10 h后進(jìn)行催芽[4]。

自20世紀(jì)90年代以來，隨著人們對(duì)辣椒食用與開發(fā)價(jià)值認(rèn)識(shí)的不斷深入，辣椒及其制品在國(guó)際市場(chǎng)上迅速發(fā)展成為全世界消費(fèi)量最大的蔬菜產(chǎn)品之一[5]。目前全世界有2/3的國(guó)家栽培和食用辣椒，食辣人群比例已超過20%[6]。我國(guó)辣椒的年播種面積超過200萬(wàn)hm2，占全國(guó)蔬菜總播種面積的8%～10%[7]。辣椒在播種育苗前，一般都要溫湯浸種，然而，浸種溫度和時(shí)間掌握不準(zhǔn)，則不能達(dá)到理想的效果，甚至?xí)ΨN子。國(guó)內(nèi)對(duì)辣椒種子的播前研究，主要集中在化學(xué)誘導(dǎo)、浸水吸脹等方面的分析[8-12]，而對(duì)溫湯處理中種子活力變化動(dòng)態(tài)的定量分析報(bào)道較少。本研究利用數(shù)學(xué)模型對(duì)辣椒新種子溫湯浸種后的發(fā)芽力水平進(jìn)行分析，以期為辣椒安全生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)種子為地方品種“六十早”辣椒新種子，于2021年7月在常德市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜科學(xué)研究所的科研基地采收新鮮紅椒取種，曬干后備用。

1.2 試驗(yàn)方法

在常德市農(nóng)林科學(xué)研究院蔬菜科學(xué)研究所的試驗(yàn)室內(nèi)，設(shè)置2個(gè)溫度處理：55、65 ℃；每個(gè)處理設(shè)置15個(gè)浸種時(shí)間：0（CK1/CK2）、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70 min，共計(jì)30個(gè)處理?xiàng)l件，每處理用種100粒，3次重復(fù)。采用紙上發(fā)芽床，種子發(fā)芽溫度為恒溫30 ℃。具體流程為：開啟水浴鍋并設(shè)定試驗(yàn)溫度（第1組55 ℃，第2組65 ℃）→將計(jì)數(shù)的種子裝入小尼龍網(wǎng)袋→置于常溫水（25～30 ℃）中浸泡10 min→移入水浴鍋中溫湯浸種并搖動(dòng)→達(dá)到規(guī)定時(shí)間后取出→移入常溫水中浸泡12 h→置入發(fā)芽床→恒溫催芽。

1.3 指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

以種子露白為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[8]，每天統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽粒數(shù)，并將已發(fā)芽的種子取出，14 d后結(jié)束發(fā)芽。發(fā)芽勢(shì)＝截止日期的累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽率＝發(fā)芽終期的累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù)×100%；相對(duì)發(fā)芽率＝處理發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率×100%[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 19統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同浸種溫度和時(shí)間對(duì)辣椒種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

由表1可知，在55 ℃溫度下，不同浸種時(shí)間處理發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)較大的差異。當(dāng)浸種時(shí)間處于0～35 min范圍時(shí)，處理后第3天浸種5、15、20、30、35 min的發(fā)芽勢(shì)均低于對(duì)照組（CK1），僅有浸種10 min及25 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)高于對(duì)照組；處理后第5天，浸種30、35 min的發(fā)芽勢(shì)仍然低于對(duì)照組，而浸種5～25 min的發(fā)芽勢(shì)均在90%以上，且高于對(duì)照組（除浸種15 min略低于對(duì)照外）。浸種時(shí)間大于35 min的發(fā)芽勢(shì)明顯下降，處理后第3天發(fā)芽勢(shì)僅為0.5%～3.2%；處理后第5天發(fā)芽勢(shì)均不足30%，并隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)而呈先降后增再降之勢(shì)。說明合適的浸種時(shí)間有利于保證發(fā)芽勢(shì)的齊整。在65 ℃溫度下，凡是處理時(shí)間達(dá)到5 min以上的，發(fā)芽勢(shì)均較對(duì)照（CK2）明顯降低，當(dāng)浸種時(shí)間大于10 min后，即使是到處理后第5天，種子也均沒有萌動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)合55 ℃下浸種發(fā)芽勢(shì)的情況，說明浸種溫度對(duì)種子的影響是非常明顯的。

發(fā)芽率即第14天的發(fā)芽勢(shì)，在55 ℃溫度下，浸種5～35 min的發(fā)芽率均在90%以上，且浸種5～25 min的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均高于對(duì)照組（CK1）。在浸種時(shí)間0～25 min范圍內(nèi)，發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均呈曲折性上升趨勢(shì)，浸種25 min處理達(dá)到最高，分別為97.1%和101.9%，之后迅速下降，浸種時(shí)間超過50 min后均降低至20%以下。在65 ℃溫度下，浸種5 min的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均低于對(duì)照組（CK2），而且隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均迅速降低，浸種10 min以上的發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率均不足10%（表1）。表明65 ℃溫湯處理對(duì)種子活力的殺傷作用十分明顯。

表1 不同處理?xiàng)l件下的發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽率

2.2 破除休眠的最佳溫湯條件

以55 ℃溫湯浸種條件為例，根據(jù)該溫度下不同浸種時(shí)間對(duì)應(yīng)的發(fā)芽率，當(dāng)浸種時(shí)間超過40 min后，其發(fā)芽率已經(jīng)低于50%，不具備分析意義；因此，只分析在短時(shí)間（0＜浸種時(shí)間≤40 min）條件下溫湯處理的擬合度曲線（表2）。表2結(jié)果表明：處理時(shí)間與發(fā)芽率按直線性擬合為顯著水平（Sig.值≤0.05），按二次式或三次式擬合均達(dá)到極顯著水平（Sig.值≤0.01），其中三次式的擬合度最高（R2＝0.94），其關(guān)系式為：y＝-0.001 6x3+0.065 7x2-0.599 5x+96.545（0＜x≤40）。

表2 55 ℃條件下不同浸種時(shí)間（0～40 min）休眠破除效果的曲線擬合

根據(jù)三次函數(shù)的導(dǎo)數(shù)公式f'（x）＝3ax2+2bx+c（a≠0）求極值[14]，計(jì)算得知：X1＝5.78，X2＝21.59，結(jié)合圖1可判斷，當(dāng)x＝X1時(shí)，取得極小值，x＝X2時(shí)，取得極大值。因此，當(dāng)x＝X2＝21.59時(shí)，y有理論上的極大值，為98.12%，與本試驗(yàn)條件下浸種20 min處理組的發(fā)芽率96.8%相差較小，擬合程度較高；因此得出，當(dāng)溫湯處理時(shí)間為21.59 min時(shí)，其發(fā)芽率最高，破除休眠的效果最好。

圖1 55 ℃條件下浸種時(shí)間（0～40 min）與發(fā)芽率的關(guān)系曲線

2.3 種子相對(duì)發(fā)芽率降至50%和10%的臨界條件

在55 ℃浸種溫度下，通過長(zhǎng)時(shí)間（35＜時(shí)間≤70 min）浸種會(huì)殺傷種子，造成發(fā)芽力下降。根據(jù)浸種時(shí)間與相對(duì)發(fā)芽率的對(duì)應(yīng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合度分析（表3），表明按直線性、二次式、三次式進(jìn)行擬合均達(dá)到極顯著水平（Sig.值≤0.01），其中二次式和三次式的擬合度較高，且非常相近（≈0.98）。為簡(jiǎn)化運(yùn)算，可采用二次式模型，其關(guān)系式為：y'＝0.101 8x2-13.171x+430.94（35＜x≤70）。當(dāng)y'＝50時(shí)，求解得出：x1＝43.64，x2＝85.74，由關(guān)系曲線（圖2）可知，x2不在取值范圍內(nèi)，因此當(dāng)處理時(shí)間為43.64 min時(shí)，其相對(duì)發(fā)芽率為50%；同理，當(dāng)y'＝10時(shí)，求解得出：x3＝57.61，x4＝71.77，即：當(dāng)處理時(shí)間為57.61 min時(shí)，其相對(duì)發(fā)芽率為10%。

圖2 55 ℃條件下浸種時(shí)間（35＜t≤70 min）與相對(duì)發(fā)芽率的關(guān)系曲線

表3 55 ℃條件長(zhǎng)時(shí)間（35＜t≤70 min）浸種的相對(duì)發(fā)芽率曲線擬合

3 結(jié)論與討論

種子休眠是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中自然競(jìng)爭(zhēng)所形成的一種適應(yīng)生存的生物現(xiàn)象，是指具有正?；盍Φ姆N子在適宜的萌發(fā)環(huán)境條件下不能萌發(fā)的現(xiàn)象，大多數(shù)新收獲的蔬菜種子都具有一定的休眠期[15]。辣椒種子也具有一定程度的“淺休眠”[16]；陳海柔[17]指出，在辣椒紅熟果中取出的種子在25 ℃條件下后熟21 d，發(fā)芽率為92%。姚美妮[18]采用PEG、甘露醇、GA、6-BA、ASA、CaCl2、KH2PO4、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等化學(xué)和物理處理方法，均能不同程度地提高辣椒種子的萌發(fā)力和活力。

辣椒溫湯浸種可有效促進(jìn)發(fā)芽并減少霉變。連蕓蕓等[19]研究認(rèn)為，水溫50 ℃燙種15 min為最佳處理?xiàng)l件，并且發(fā)現(xiàn)溫湯浸種溫度50 ℃、時(shí)間5～30 min內(nèi)，其發(fā)芽率和霉變率均無顯著性差異；劉崇政等[20]則認(rèn)為，辣椒種子在50～60 ℃溫湯浸種30 min后，再清水浸泡20 h，可獲得良好發(fā)芽效果；袁藝等[21]認(rèn)為，溫湯浸種條件60 ℃、20 min的辣椒種子發(fā)芽率優(yōu)于60 ℃下40 min和60 min；熊黎黎[22]的研究表明，70 ℃浸種處理導(dǎo)致多數(shù)辣椒種子喪失活力。但這些研究一般集中在某個(gè)具體溫度和時(shí)間組合下的發(fā)芽力測(cè)試，未見有報(bào)道發(fā)芽率趨勢(shì)的定量分析。

本研究結(jié)果表明，在水溫55 ℃下，辣椒種子的發(fā)芽勢(shì)在短時(shí)間（≤35 min）浸種時(shí)表現(xiàn)較一致，但發(fā)芽率在整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)相對(duì)變化較小，隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)（＞35 min），發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。在水溫65 ℃下，即使短時(shí)間浸種，對(duì)種子的傷力依然很大，發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率急速下降，浸種10 min處理可降到近似于0的水平。根據(jù)水溫55 ℃下不同浸種時(shí)間的發(fā)芽率變化動(dòng)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)浸種時(shí)間與發(fā)芽率符合關(guān)系式：y＝-0.001 6x3+0.065 7x2-0.599 5x+96.545（0＜x≤40），并推算出打破辣椒新種子休眠并獲得最佳發(fā)芽率的處理時(shí)間為21.59 min，浸種30 min內(nèi)出芽率無明顯差異，這與劉崇政等[20]的研究結(jié)果較為一致。但隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，種子受到一定程度的傷害，發(fā)芽率下降，其處理時(shí)間與相對(duì)發(fā)芽率符合關(guān)系式：y'＝0.101 8x2-13.171x+430.94（35＜x≤70），并推算出相對(duì)發(fā)芽率降低到50%的處理時(shí)間為43.64 min，降低到10%的處理時(shí)間為57.61 min。因此在實(shí)踐中，可根據(jù)種子處理目的在55 ℃下靈活選定浸種時(shí)間。

本研究得出的最佳溫湯條件是5 5 ℃、21.59 min，與連蕓蕓等[19]得出的50 ℃、15 min為最佳浸種條件，超過50 ℃會(huì)降低辣椒種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的結(jié)論相矛盾，其原因可能與供試種子的品種及質(zhì)量有關(guān)，在本研究中對(duì)照組的出芽率可以達(dá)到95.3%，而在連蕓蕓等[19]的研究中，對(duì)照的出芽率為78%，存在較大的差異；此外，本研究?jī)H設(shè)置了55 ℃以及65 ℃共2個(gè)溫度水平，未曾探究50 ℃浸種與55 ℃浸種的差異。本研究是基于辣椒成熟果實(shí)上新種子休眠的破除而開展的，至于陳種子或未充分成熟的新種子以及其他辣椒品種的最佳溫湯浸種條件，尚有待于進(jìn)一步研究。