甘薯种子特性及促萌发机制的研究

苏文瑾　刘意　雷剑　王连军　柴沙沙　焦春海　杨新笋

摘要：获得甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]种子需要经过复杂的前处理，常规方法认为98%浓硫酸浸种可以获得较高的种子萌发率，但是不同基因型的种子之间可能存在差别，同时通过其他作物上的研究发现，活性氧化物对促进种子萌发效果显著，但是在甘薯上尚未有人应用。试验探讨了不同基因型的甘薯种子对浓硫酸的敏感性及后期活性氧化物处理是否也可以促进甘薯种子的萌发，以获得最佳的处理方式，将种子损失率降至最低。结果表明，不同基因型的种子对浓硫酸的敏感程度不同，而后期添加活性氧化物确实能促进甘薯种子的萌发。

关键词：甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]；种子；浓硫酸；活性氧化物

中图分类号：S531 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5528-04

Abstract： The acquiring of every seed of sweetpotato needs a complicate pretreatment. The traditional way to promote seed germination was treated with 98% H2SO4， however， differnet genetype might have a different germination rate. The purpose of this research was to illustrate the effect of the different genetypes of the seed treating with 98% H2SO4，whether the after-treatment could promote the germination. The results showed that different genetypes of seed had a different sensitiveness to the 98% H2SO4， and the after-tratment of hydrogen peroxide （H2O2） could promote the germination.

Key words： sweetpotato[Ipomonea batatas（L.）Lam.]；seed；concentrated sulfuric acid；reactive oxygen species

种质资源对育种工作者来说是进行品种改良和资源创新的基础，而资源能否成功获得又与种子能否成功萌发有关。种子萌发受多重因素的的影响，主要分为物理因素和生理因素。物理因素主要是种皮的机械韧性对种子萌发的影响，生理因素主要包括种子的生理休眠和一些生长因子的影响[1]。

根据相关报道，不同基因型的种子可能因为不同的种衣厚度和种子结构而对浓硫酸处理时间的敏感程度不同[2，4]。甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]的种子无休眠期，理论上只要成熟、温湿度合适即可发芽，但是甘薯种子的种皮是一层硬质的革质层，不宜透水吸氧，未经处理的种子即使在适宜的温湿度条件下也不能萌发，因此育种工作中经常采用的是机械破损与化学处理的方式，以便使种皮能够顺利吸水透气。化学处理的方法通常是将种子浸入浓硫酸30～45 min后，用清水清洗干净后播种。但是关于按照不同基因型分类验证种子对浓硫酸敏感程度的研究尚未见报道。另外在种子进行预破壳后，一些后续处理也可能影响甘薯种子的发芽。研究发现活性氧化物在细胞的信号传导中起着重要作用，活性氧化物能调节作物种子中乙烯或赤霉素的合成，从而促进种子萌发。已见报道的作物有大豆[5]，但是关于活性氧物质是否能促进甘薯种子萌发的研究尚未见报道。

本研究的目的就是为了阐明不同基因型的甘薯种子对浓硫酸的敏感性，探讨后期活性氧化物处理是否也可以促进甘薯种子的萌发，整个研究的最终目的是为了获得最佳的处理方式，将种子损失率降至最低。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所需种子于2013年收获。按照不同类型分为食用型、淀粉型和紫色薯型。试验材料见表1。

1.2 种子质量与韧性评估

种子重量采取百粒重的方式获得。种子硬度采取主观评价方式，种子在清水中浸泡2 d后，用手术刀进行切割，1代表易切割，2代表较硬，3代表硬，4代表非常硬，共4个等级。

1.3 浓硫酸预处理

由于尚未有相关文献对不同基因型的种子处理进行过针对性的报道，因此浓硫酸处理时间梯度设置为15、25、35和45 min，设置3个重复，每个处理选取20粒饱满的种子。

1.4 预处理与活性氧化物互作对调节甘薯种子发芽的研究

因材料数量的限制，以下试验仅以秘1为材料进行研究。将去离子水浸泡过的滤纸放在20 mm×100 mm的皮氏培养皿中，不同破壳处理的秘1种子平铺在滤纸上，3个重复，每个重复15粒种子（n=45），对照为未进行初破壳处理并且只在清水中进行浸泡，几种添加物分别为12 mL去离子水；100 mmol/L H2O2；100 mmol/L甘露醇（作为渗透质使用）；N-acetylcysteine（N-乙酰半胱氨酸，NAC，25 mmol/L），NAC为抗氧化物，种子发芽抑制物；NAC+双氧水。添加到每个培养皿中，将所有的培养皿放在25 ℃的培养箱中暗培养，随机区组摆放，按不同时间段清点不同处理下种子的发芽数，只要见胚根即算为已发芽，发芽率统计时间为上午9：00，下午3：00时，隔天上午9：00，下午3：00时，共统计2 d，详情见表2。

1.5 数据分析

数据采用SPSS进行方差分析，采用t检验的方式进行误差分析，同时采用Dunnett多重分析讨论不同基因型和相同因素不同处理之间以及不同因素处理下的互作问题。

2 结果与分析

2.1 种子的初步分离与种子特性评估

根据试验发现甘薯种子存在灌浆饱满与不饱满的问题，本试验使用10%的NaCl溶液将种子进行分离，发现浮于溶液上方的瘪壳虫蛀种子数目普遍多于沉于水底的种子（表3，图1），依然有部分瘪壳虫蛀种子沉于溶液下方，浮于溶液上方的正常种子百粒重普遍低于沉于溶液下方的种子。溶液底部种子的百粒重为2.09～2.89 g，浮与溶液上方的正常种子百粒重为1.62～2.33 g。种皮硬度在1～4级的范围内变化，不同基因型的种子存在不同硬度，其中万薯0515、秘1、韩4、韩5的硬度大，为4级；徐薯18、浙726、宁紫1号和红心王的的硬度差，为2级（表4）。

2.2 浓硫酸处理后发芽率的测定

取发育饱满的种子（即分离溶液下方饱满的种子）用于浓硫酸处理与后处理，结果（图2～图9）表明，不同基因型的种子在不同浓硫酸处理下发芽率存在显著变化。秘1、韩4和韩5在浓硫酸处理45 min时发芽率最高，红心王、浙726、宁紫1号和徐薯18在浓硫酸处理15 min时发芽率最高，万薯0515在浓硫酸处理35 min时发芽率最高，该结果与前期种皮硬度分析结果一致，硬度大的种子处理时间为45 min最适宜，硬度小的种子处理时间为15 min适宜。不同品种内不同处理方式间也存在较大差异，红心王、秘1、韩4、万薯0515、韩5不同处理方式下差异不显著，徐薯18、浙726、宁紫1号不同处理方式下差异显著，由此可见，大部分硬度较小的种子在不用浓硫酸处理下发芽率存在显著的变化；硬度大的种子需要较长的浓硫酸处理时间，不同的浓硫酸处理方式对发芽率影响不大。

2.3 后处理对甘薯发芽率的影响

以秘1为试验材料，在经过前期不同浓硫酸处理后，同时增加后处理，以去离子水为对照。结果表明，不同处理之间差异不显著，以添加去离子水的后处理为对照，添加NAC，由图10和图11可知，NAC在前期可以显著抑制种子的萌发，在种子萌发后期效果逐渐降低，后期对抑制种子萌发效果不显著；H2O2为一种氧化物，在多篇文献中报道氧化物可以促进种子的萌发，本试验结果表明，H2O2在前、中期可以显著促进种子萌发，在后期促进种子萌发的效果不显著；甘露醇是一种渗透调节剂，前期可以显著抑制种子的萌发，后期作用不明显；通过添加NAC+H2O2观察NAC是否能抑制氧化物对种子萌发的促进作用。结果表明，两种混合物添加前、中、后期种子发芽率都较低。研究前处理与后处理的互作效果发现，两种处理互作效果显著，种子浓硫酸处理30 min，后处理添加H2O2，种子的发芽率最高，15、25和35 min的前处理后添加H2O2种子发芽率均高于其他后处理，说明H2O2对促进种子发芽效果显著，但是随着浓硫酸处理时间的延长，后处理效果受到影响，发芽率显著降低，说明后处理与前处理两者的互作对种子萌发的影响较大。

3 小结

本试验结果表明，甘薯种子萌发受基因型影响较大，不同基因型的种子可能受自身因素控制，种子特性存在较大差异，部分基因型的种子发育充实饱满，种皮硬度大，处理后发芽率高，部分基因型的种子发育较差，导致后期发芽率较低，在浓硫酸处理方面发育状态好的种子需较长的浓硫酸处理时间，发育状态差的种子只需较短的浓硫酸处理时间，总体来讲，氧化物后处理能显著提高种子的发芽率，因此可以添加一定浓度的H2O2。

参考文献：

[1] HEIT C E. Propagation from seed： part 6 hardseededness[J]. Am Nurseryman，1967，125，1-5.

[2] SUGAE W， BARBARA M. REEDB. Optimized scarification protocols improve germination of diverse rubus germplasm[J]. Scientia Horticulturae，2011，130：660-664.

[3] CAMPBELL P L， ERASMUS D J， STADEN V J. Enhancing seed germination of sand blackberry[J]. HortScience，1988，23， 560-561.

[4] CLARK J R， MOORE J N. Longevity of Rubus seeds after long-term cold storage[J].HortScience，1993，28（9），929-930.

[5] ISHIBASHI Y，KODA Y， ZHENG S H，et al. Regulation of soybean seed germination through ethylene production in response to reactive oxygen species[J]. Annals of Botany， 2013， 111（1）：95-102.

（责任编辑 韩 雪）