劉愛杰,張惠忠,叢俊超,王茂芊

(1.黑龍江大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學院,哈爾濱 150080;2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院,呼和浩特 010031)

0 引言

甜菜作為制糖的工業(yè)原料,在糖業(yè)發(fā)展中的地位逐漸上升,因此提高甜菜種子活力和產(chǎn)量、品質(zhì)成為當前甜菜種植業(yè)發(fā)展的迫切需求,而種子引發(fā)技術是一種能有效提高種子活力和質(zhì)量的種子處理技術,具有廣闊的應用前景,在農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1-3]。種子引發(fā)技術的關鍵就在于引發(fā)劑的篩選,合適的引發(fā)劑能有效提高種子活力,增強作物的成活率,并提高作物的單位面積產(chǎn)量。其中有機酸和氨基酸受到許多學者的討論和關注,如CHENG等[4]研究表明外源氨基酸,包括甘氨酸、半胱氨酸、絲氨酸和蛋氨酸可以有效緩解鹽脅迫對擬南芥種子萌發(fā)的抑制作用;KARAMI L等[5]研究表明水楊酸可以作為生長調(diào)節(jié)劑,增加植物的發(fā)芽率,與對照相比,水楊酸對番茄幼苗植株高度、葉片面積、芽和根的鮮重和干重有一定的積極影響;TOMAR等[6]研究表明低濃度水楊酸溶液有效提高了鷹嘴豆種子萌發(fā),促進了幼苗生長;陳毅凡等[7]研究結(jié)果表明適當濃度的黃腐酸可以有效緩解鎘脅迫對小麥幼苗的金屬毒害作用;李穎等[8]研究顯示水楊酸和脫落酸對扁蓿豆種子具有低促高抑的作用,0.05 μmol/L的脫落酸浸種處理是低溫下促進種子萌發(fā)和幼苗生長的最佳濃度;柳凱等[9]研究表明,與對照組相比,300 mg/L的曲酸溶液可有效提高小麥種子的發(fā)芽勢;郝榮華[10]等研究表明不同分子量γ-聚谷氨酸對綠豆種子進行浸種,能夠提高綠豆種子的發(fā)芽率,增加幼苗的株高、根長等生理特性指標。有機酸由天然有機酸和合成有機酸組成,天然有機酸主要分布在中草藥等植物的根、葉和果實之中。本研究選用有機酸中的曲酸(以‘Ka’表示)以及氨基酸中的谷氨酸(以‘Ga’表示)為外源引發(fā)劑,通過設置不同時間和濃度對‘TD801’甜菜種子進行處理,研究其對種子萌發(fā)的影響,為探究適宜的甜菜種子引發(fā)劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2023年4月—2023年5月在黑龍江大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學院甜菜遺傳育種重點實驗室進行。

1.2 試驗材料

選用甜菜單粒種‘TD801’,由新疆石河子農(nóng)業(yè)科學研究院提供。

1.3 試驗方法

引發(fā)劑處理分別為曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L、曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L、曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸種時間為8、16、24 h(見表1),共設置9個處理,對照組(CK)為未處理過的‘TD801’干種子。

試驗步驟如下:(1)在3 L蒸餾水中加入0.1%次氯酸鈉進行攪拌,在此溶液中浸泡清洗消毒發(fā)芽盒,用純蒸餾水再次清洗并干燥發(fā)芽盒;(2)在處理過的發(fā)芽盒中鋪設50格無菌發(fā)芽紙,用高溫滅菌箱滅菌,將甜菜種子均勻放入紙中,每張紙格放2粒,用34 mL蒸餾水均勻噴灑100粒種子的發(fā)芽紙,確保每顆甜菜種子濕潤,3次重復,溫箱溫度為24 ℃,濕度為70%;(3)每天檢查種子發(fā)芽數(shù)量,調(diào)查統(tǒng)計種子發(fā)芽潛力和發(fā)芽率,在第10 d測量甜菜種子發(fā)芽后的胚根和胚軸總長度,最后計算甜菜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

1.4 測定指標

通過公式[式(1)～(4)]計算經(jīng)外源引發(fā)劑處理后的甜菜種子的發(fā)芽指標,主要包括發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。使用Excel、SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行整理、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L對TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種8、16、24 h,結(jié)果顯示(見表1),處理8、16、24 h的發(fā)芽勢為88.00%、89.67%、94.00%,分別比CK(77.00%)提高11.00、12.67、17.00個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽率為88.33%、90.00%、94.00%,分別比CK(79.67%)提高8.66、10.33和14.33個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為44.38、41.62、47.41,分別比CK(28.51)提高55.66%、45.98%、66.29%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為421.71、405.91、460.32,分別比CK(292.11)提高44.37%、38.96%、57.58%。試驗結(jié)果顯示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時,其發(fā)芽指標均高于對照,其中,24 h效果最佳。

2.2 曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L對TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L溶液組合分別浸泡‘TD801’甜菜種子8、16、24 h,結(jié)果顯示(見表1),處理8、16、24 h的發(fā)芽勢為90.00%、92.00%和88.67%,分別比CK(77.00%)提高13.00、15.00、11.67個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽率為91.33%、92.00%和89.67%,分別比CK(79.67%)提高11.66、12.33、10.00個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為42.31、46.15和44.51,分別比CK(28.51)提高48.40%、61.87%和56.12%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為418.82、473.85和452.09,分別比CK(292.11)提高43.38%、62.22%和54.77%。試驗結(jié)果顯示,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時,其發(fā)芽指標均高于對照,其中,16 h效果最佳。

2.3 曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L對TD801甜菜種子萌發(fā)的影響

曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種8、16、24 h的發(fā)芽勢為89.00%、92.33%和90.67%,分別比CK(77.00%)提高12.00、15.33、13.67個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽率為90.00、93.67、91.00個百分點,分別比CK(79.67%)提高10.33、14.00、11.33個百分點;處理8、16、24 h的發(fā)芽指數(shù)為43.37、48.10和44.20,分別比CK(28.51)提高52.12%、68.71%、55.03%;處理8、16、24 h的活力指數(shù)為401.74、480.31和397.39,分別比CK(292.11)提高37.53%、64.43%和36.04%。試驗結(jié)果顯示,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L溶液組合處理甜菜種子‘TD801’時,其發(fā)芽指標均高于對照,其中,16 h效果最佳。

2.4 不同濃度曲酸和谷氨酸溶液對TD801甜菜種子相對電導率的結(jié)果

由表1可見,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種8、16、24 h的相對電導率為50.83%、47.83%、41.47%,分別低于CK(186.07%)135.24、138.24和144.60個百分點;曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸種8、16、24 h的相對電導率為49.33%、55.30%、50.07%,分別低于CK(186.07%) 136.74、130.77和136.00個百分點;曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種8、16、24 h的相對電導率為44.80%、46.67%和42.07%,分別低于CK(186.07%) 141.27、139.40和144.00個百分點。甜菜種子經(jīng)過引發(fā)劑處理后的相對電導率均低于CK,其中,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L溶液組合浸種24 h相對電導率數(shù)值最低(41.47%),對甜菜種子的傷害程度最低。

2.5 不同濃度曲酸和谷氨酸溶液組合處理TD801甜菜種子差異顯著性分析

在發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)方面,CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異,外源引發(fā)劑處理之間差異不顯著;在活力指數(shù)方面,曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L浸種16 h與同等濃度浸種8 h、24 h之間差異顯著,同時CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異;在相對電導率方面,曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L浸種24 h與曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L浸種16 h之間差異顯著,同時CK與各外源引發(fā)劑處理之間存在顯著性差異(表1)。

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3 討論與結(jié)論

當前用于種子萌發(fā)處理的技術方法中最為常見且應用較多的主要是液體引發(fā)技術,液體引發(fā)較為方便、快捷,如牛萌康等[11]研究表明復合腐殖酸可以提高煙草種子出苗率,對根系生長和芽生長有促進作用;劉小越等[12]研究表明1 mmol/L的蘋果酸可顯著提高‘TD801’甜菜種子的活力指數(shù);李嘉煒等[13]研究表明富氫水可有效提高菜心、番茄、黃瓜、冬瓜種子發(fā)芽指標和生理特性指標;馬學才等[14]使用脫落酸探究其浸種處理對白菜型冬油菜種子萌發(fā)特性的影響,結(jié)果表明種子的發(fā)芽指標隨浸種時間的增加而降低,呈負相關,具有低促高抑的趨勢;劉強等[15]研究表明酸和鋁浸種處理可有效提高蘿卜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等發(fā)芽指標;董立盛[16]研究表明不同濃度赤霉酸處理藜麥種子后,均能有效提高藜麥種子的萌發(fā)能力、幼胚生長量和內(nèi)含物含量。

曲酸是一種具有抗菌作用的合成有機酸[17],已應用在多個領域,在食品加工領域,曲酸可以用作防腐劑和抗氧化劑;在農(nóng)業(yè)方面,曲酸可以用來生產(chǎn)生物殺蟲劑。谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一,它作為多功能肽的一個組成部分存在于動物和植物中,在氮素同化、氨基酸合成與代謝、葉綠素合成、根系生長調(diào)控等過程中發(fā)揮著重要作用[18]。同時,外源谷氨酸可以促進種子萌發(fā)、葉綠素合成、根系生長,改善果實品質(zhì)。本研究結(jié)果,當濃度為曲酸0.7 mmol/L+谷氨酸1 mmol/L時,浸種24 h效果最好;當濃度為曲酸2.1 mmol/L+谷氨酸3 mmol/L時,浸種16 h效果最好;當濃度為曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L時,浸種16 h效果最好。由此表明,適宜的時間和濃度才能最大程度上激發(fā)種子的活力。

本研究表明,曲酸和谷氨酸溶液組合對甜菜種子萌發(fā)有促進作用,9個處理的甜菜種子‘TD801’發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于CK,相對電導率較CK降低。其中最佳引發(fā)劑組合為曲酸3.5 mmol/L+谷氨酸5 mmol/L,浸種16 h。