外源物质对苋菜种子萌发及幼苗生长的影响

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(福建农林大学园艺植物生物工程研究所， 福州 350002)

苋菜(Amaranthustricolor)是苋科苋属一年生草本植物，主要分布在东亚、东南亚的温带、亚热带地区。在我国具有悠久的栽培历史[1]。叶子为卵形或棱形，颜色有绿色或紫红色。其茎部富含纤维，直径一般较粗，常分枝。苋菜菜身软滑而菜味浓，入口甘香，有润肠胃清热功效。它富含丰富的且人体容易吸收的钙、铁元素，还具有一定的药用价值，近年来越来越受到人们的关注。人工栽培极为广泛，在长江以南各省区，几乎无处不栽[2]。

苋菜通过种子繁衍后代，而种子活力的保持和成功萌发决定着植物种群的生存和繁衍，也决定着植物进入自然和农业生态系统的时间，直接影响到作物的产量[3-4]。大量研究发现，外源物质对种子的萌发以及生长有着重要的影响和调节作用，其中ABA、GA3的动态平衡在种子休眠生长中发挥了重要作用[5]，很大程度上调节和影响着种子的发芽指标，硫酸铜、壳聚糖、Fe-EDTA这几种外源物质也能不同程度地影响种子的发芽指标和幼苗生长。种子的发芽指标是决定种子质量优劣的重要指标之一，发芽率、发芽势和发芽指数都高则表示种子的发芽速度快、出苗一致整齐、种子生命力强[6]。本试验通过运用几种不同外源物质对苋菜种子进行培养，探究利于苋菜种子萌发和生长发育的外源物质，以期对苋菜种子的萌发和生长发育。

1 材料与方法

1.1 试验材料

随机选取大小一致、饱满的“大红圆叶”花苋菜种子为材料。

1.2 试验方法

以外源物质+MS配制成培养液对苋菜种子进行培养。对圆叶红苋菜种子进行不同浓度的ABA、GA3、硫酸铜、壳聚糖、Fe-EDTA溶液培养，每个处理设置5种浓度梯度(表1)，以MS为对照组(ck)。

表1 处理苋菜种子的外源物质浓度

外源物质浓度T1T2T3T4T5ABA(mg/L)0.10.51.01.52.0GA3(mg/L)0.10.51.01.52.0壳聚糖(mg/L)0.10.51.01.52.0硫酸铜(μmol/L)10204080100Fe-EDTA(μmol/L)2550100150200

表2 不同浓度ABA对苋菜种子萌发的影响

处理(mg/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数ck80.3±2.8284aA34.5±1.5556aA27.95±0.594aAT1(0.1)12.7±1.2728bB5.3±3.8184bB9.25±0.3394bBT2(0.5)5.0±0.7071cC5.0±0.2828bB1.00±0.3394cCT3(1.0)2.0±1.4142cC2.0±1.4142bB1.00±0.198cCT4(1.5)3.0±1.8385cC3.0±1.8175bB0.67±0.1414cCT5(2.0)1.0±0.7071cC1.0±0.8839bB0.50±0.2404cC

注：小写字母表示0.05水平，大写字母表示0.01水平。下同。

表3 不同浓度GA3对苋菜种子萌发的影响

处理(mg/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数ck80.3±2.8284bAB34.5±1.5556eD27.95±0.594aAT1(0.1)79.3±1.2728bB57.6±0.5657aA33.17±3.0504aAT2(0.5)63.0±0.1414cC42.0±1.2728cdC32.10±0.0707aAT3(1.0)63.0±0.99cC40.5±0.4243dC29.33±1.8102aAT4(1.5)81.0±0.9899bAB47.5±1.2728bB32.50±4.2144aAT5(2.0)85.0±0.4243aA43.6±0.8485cBC28.10±3.5497aA

表4 不同浓度壳聚糖对苋菜种子萌发的影响

处理(mg/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数ck80.3±2.8284bB34.5±1.5556dD27.95±0.594bAT1(0.1)80.7±0.2828bB46.0±0.4243cC34.50±2.3335abAT2(0.5)81.3±0.7071bB50.5±0.8485bB32.20±4.2144abAT3(1.0)94.2±0.2828aA49.6±0.9899bB38.20±3.6911aAT4(1.5)82.1±1.2728bB44.1±0.8485cC34.80±0.1131abAT5(2.0)81.1±0.99bB54.5±0.7071aA33.50±3.6487abA

将种子用滤纸包好放在50 ℃温水中浸泡10 min，洗去表面粘液并滤干后，在培养皿内铺上3层滤纸并贴好标签，滤纸上均匀摆上50粒种子，每个培养皿中各加5 mL对应的营养液，盖好盖子置于25 ℃培养架上培养。培养期间，每天观察并给种子补充营养液2次，保持种子整个培养期间的营养。试验每个处理设2次重复，每次重复50粒。

1.3 测定指标

将种子放置培养架后培养，对苋菜种子发芽情况进行记录，以种子胚芽突破种皮并发育到种子1/2计为种子发芽，发芽后第2天开始统计种子发芽势，在种子出芽后第4天种子发芽结束[7]，统计发芽率，并且计算发芽指数。1周后，用直尺测量种子发芽后的长度，记录，再随机选取10株苋菜幼苗进行称重，并进行记录。

发芽势(%)=规定天数内发芽种子数/种子总数×100%；

发芽率(%)=全部发芽种子数/种子总数×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt(式中：Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数)[8]。

2 结果与分析

2.1 外源物质对苋菜种子萌发的影响

2.1.1 ABA对种子萌发的影响

表2结果表明，培养液为ABA溶液培养处理的苋菜种子在适宜生长环境下的发芽率、发芽势和发芽指数与MS培养液处理的ck相比较有明显的降低。除T 1处理组外，其它4个处理组的发芽率、发芽势和发芽指数3项指标都趋向于零，而且随着ABA溶液浓度的不断增加，苋菜种子的3项萌发指标表现出明显下降的趋势。由表2可以看出，苋菜种子的发芽率在T 1浓度即0.1 mg/L时仅为12.7%，发芽势和发芽指数都大大低于对照组。各项种子萌发指数在T 2浓度即ABA浓度为0.5 mg/L时显著下降，在T 3浓度即1.0 mg/L以上时，萌发指标基本趋向于零，都在3%以下。结果表明，ABA对苋菜种子的萌发有着极其明显的抑制作用，且随着其浓度的增加，抑制作用也更强。

2.1.2GA3对种子萌发的影响

表3结果表明，花叶苋菜种子在T 1(GA3浓度为0.1 mg/L)和T 4(GA3浓度为1.5 mg/L)浓度，发芽率与ck基本相同，发芽指数较高于ck组。T 5(GA3浓度为2.0 mg/L)浓度下，种子发芽率高于ck，表明该浓度能够有效促进花叶苋菜种子的萌发。萌发率虽然不规律，但是各处理的发芽势与发芽指数都高于ck，并且在T 1和T 4达到最高。说明GA3能够明显提高花叶苋菜种子的发芽速度和发芽整齐度，并且适当的浓度对提高花叶苋菜种子萌发的效果更佳。

2.1.3 壳聚糖对种子萌发的影响

由表4可以看出，花叶苋菜种子经壳聚糖溶液培养后，与ck相比，其发芽指标均有不同程度的提高。在发芽率中，以T 3处理(壳聚糖浓度为1.0 mg/L)效果最为明显，并且与其他4组处理差异较大，T 3与ck相比，发芽率提高了17.4%，差异非常明显，但其它4个处理组与ck相比差异不大。在发芽势中，以T 5处理(壳聚糖浓度为2.0 mg/L)效果最为明显，T 2和T 3差异很小。处理组发芽势相对于ck都至少增加了25.4%，其中T 5最高，增加了54%，T 2与T 3分别增加了43.1%、40.1%；在发芽指数中，以T 3处理效果最为明显，与ck相比较，高了27.9%，其发芽指数提高了10.25；其他几个处理与ck比较也呈现较大差异，表明壳聚糖能够促进种子活力；以上结果说明，壳聚糖对种子的萌发具有促进作用，并且适宜浓度下促进作用会更大。

注：A为GA3；B为壳聚糖；C为硫酸铜；D为Fe-EDTA。图1 不同处理条件对苋菜幼苗生长的影响

表5 不同浓度硫酸铜对苋菜种子萌发的影响

处理(μmol/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数ck80.3±2.8284bB34.5±1.5556eC27.95±0.594abAT1(10)86.4±1.2728aA65.5±1.1314aA30.17±3.6628aAT2(20)73.2±0.7654cC49.5±0.5657cdB27.50±1.2445abAT3(40)80.2±0.9942bB49.1±0.8485dB26.00±1.4142abAT4(80)81.3±0.5657bAB51.8±0.5236bcB24.67±3.578abAT5(100)85.2±0.2828aAB52.8±1.1243bB23.17±3.2244bA

表6 不同浓度Fe-EDTA对苋菜种子萌发的影响

处理(μmol/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数ck80.3±2.8284bAB34.5±1.5556dD27.95±0.594cAT1(25)79.8±0.5651bAB40.0±0.2828cC28.45±2.2486bcAT2(50)81.8±0.4243abAB43.8±0.8485bB29.00±2.984bcAT3(100)78.4±0.8764bB47.1±0.1414aA33.16±1.2586abAT4(150)80.3±1.1314bAB35.90±1216dD33.25±1.1318abAT5(200)84.5±1.4541aA43.7±0.5452bB34.17±1.9094aA

2.1.4硫酸铜对种子萌发的影响

通过表5可以看出，花叶苋菜种子在经过硫酸铜溶液培养后，除去T 2(20μmol/L)处理组，苋菜种子发芽势与发芽率都高于ck。在发芽率中，T 1(10μmol/L)和T 5(100μmol/L)与ck相比差异明显，分别增加了7.9%、6.5%，除T 2外，其它几组与ck差异不是很大，但也都略有增加。这表明在一定程度上，硫酸铜对花叶苋菜种子的发芽具有一定的促进作用。在发芽势上，各个处理组都明显高于ck，表明硫酸铜能增加种子的发芽速度。在发芽指数上，只有T 1处理组稍微高于ck，而其它4个处理组都低于ck，并且随着硫酸铜浓度的增大呈现递减的趋势。这说明硫酸铜会降低花叶苋菜种子的活力，并且随着硫酸铜浓度的增加，种子活力也会随之降低。

2.1.5 Fe-EDTA对种子萌发的影响

由表6可以看出，在经过Fe-EDTA溶液培养后，花叶苋菜种子的发芽率与ck组相比差异不大。T 1(25μmol/L)、T 3(100μmol/L)略低于ck，其它3个处理组都较高于ck，其中T 5(200μmol/L)达到最大，为84.5%。在发芽势上，处理组各组都明显高于ck，并且在T 3(100μmol/L)处理最大，表明Fe-EDTA在一定程度上能够加快种子的发芽速度。发芽指数上，随着Fe-EDTA浓度的增大，种子的发芽指数也不断增加，表明一定浓度的Fe-EDTA能促进种子活力的增加，并且随着Fe-EDTA浓度的加大，种子活力也逐渐加大。

2.2 外源物质对幼苗生长的影响

2.2.1 GA3对幼苗生长的影响

由表7可以看出，GA3溶液下培养的花叶苋菜种子的茎长相对于ck更长，并且差异比较明显，在T 3(1.0 mg/L)浓度下苋菜种子茎长达到最大值，相对于ck组长了45.2%，这说明GA3对苋菜种子的生长有着明显的促进作用，有利于苋菜种子的伸长，并且在适宜浓度下GA3能极大的促进苋菜种子茎的生长。在植株鲜重上，除T 2(0.5 mg/L)浓度外，其它4组处理都大于ck，尤其以T 3(1.0 mg/L)和T 5(2.0 mg/L)处理更加明显，达到显著水平，分别比ck重64.6%和17.3%。表明GA3对花叶苋菜幼苗的生长具有一定的促进作用，能明显提高植株的高度和鲜重。

表7 不同浓度GA3对苋菜幼苗生长的影响

处理(mg/L)茎长(cm)植株鲜重(mg/株)ck0.53±0.0283dC2.54±0.0147cdCT1(0.1)0.61±0.0245cBC2.57±0.0985cdCT2(0.5)0.54±0.0141cdC2.43±0.1315dCT3(1.0)0.77±0.0276aA4.18±0.0424aAT4(1.5)0.61±0.0424cBC2.73±0.1131cBCT5(2.0)0.69±0.0283bAB2.98±0.0124bB

2.2.2 壳聚糖对幼苗生长的影响

由表8可以看出，壳聚糖溶液培养的花叶苋菜种子与ck相比有一定的差异。在植株茎长上，T 1～T 4处理浓度都低于ck，只有T 5处理组稍微高于ck，但差异不显著；在植株鲜重上，处理组都较高于ck，并且表现出与浓度成正比的现象。

表8 不同浓度壳聚糖对苋菜幼苗生长的影响

处理(mg/L)茎长(cm)植株鲜重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147bBT1(0.1)0.51±0.0249aA2.58±0.0566bBT2(0.5)0.51±0.0142aA2.60±0.0283bBT3(1.0)0.53±0.0254aA2.89±0.1131aAT4(1.5)0.53±0.0283aA2.97±0.0279aAT5(2.0)0.56±0.0356aA2.91±0.1273aA

2.2.3 硫酸铜对苋菜幼苗生长的影响

由表9可以看出，经硫酸铜溶液培养的花叶苋菜茎长略低于ck，从T 1～T 5处理浓度下，花叶苋菜茎长呈现出一个慢慢递减的趋势。植株鲜重上，整体差异不太明显，从T 2浓度开始随着硫酸铜浓度的增高而鲜重增加，但整体还是较高于ck。

表9 不同浓度硫酸铜对苋菜幼苗生长的影响

处理(μmol/L)茎长(cm)植株鲜重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147aAT1(10)0.52±0.0148aA2.51±0.099aAT2(20)0.51±0.0421aA2.32±0.1273aAT3(40)0.50±0.0257aA2.35±0.0872aAT4(80)0.49±0.0141aA2.38±0.0283aAT5(100)0.49±0.0287aA2.40±0.0976aA

2.2.4 Fe-EDTA对苋菜幼苗生长的影响

由表10可知，花叶苋菜种子经Fe-EDTA溶液培养后，在茎长上，处理组与ck差异不明显，各组间相差不超过5%。植株鲜重上，所有处理组都较高于ck，且与茎长一样，随着Fe-EDTA浓度的增加，植株鲜重也是呈现一个先上升后下降的趋势。这表明适宜浓度的Fe-EDTA溶液对花叶苋菜的生长发育有一定的促进作用。

表10 不同浓度Fe-EDTA对苋菜幼苗生长的影响

处理(μmol/L)茎长(cm)植株鲜重(mg/株)ck0.53±0.0283aA2.54±0.0147abAT1(25)0.52±0.0424aA2.58±0.0546abAT2(50)0.51±0.0236aA2.61±0.0283abAT3(100)0.50±0.0141aA2.63±0.1273abAT4(150)0.50±0.0472aA2.58±0.1412abAT5(200)0.50±0.0141aA2.46±0.0566bA

3 讨 论

3.1 ABA对苋菜种子萌发及幼苗生长具有抑制作用

ABA(脱落酸)是调控植物生长发育的一种激素，具有促进休眠、抑制发芽、抑制植株以及器官生长的作用，同时对提高植物对逆境胁迫的适应性有重要作用[9-11]。本试验结果表明，ABA对苋菜种子的萌发和幼苗的生长具有抑制作用，并且这一抑制效果随着ABA浓度的加大而增强，这与黄益洪等[10]、王熹等[11]有关ABA抑制作物种子萌发的研究结果一致。但是黄益洪等的研究表明，小麦种子在经ABA浸种过后并不会影响其最终的发芽率[10]。而在本试验中，由于种子品种和处理方式的不同，在ABA溶液培养下的苋菜种子，发芽一小部分后就出现生长停滞的现象，发芽率不再增长，并且在经过洗净处理并更换培养液后，还始终保持着刚发芽后的状态。说明在ABA溶液这一培养条件下，苋菜种子根本无法正常生存。ABA能很大程度地抑制苋菜种子的萌发甚至致其休眠，从而导致其不萌发。

3.2 适宜浓度的GA3、壳聚糖和Fe-EDTA对苋菜种子萌发和幼苗生长具有促进作用

赤霉素是一种植物生长激素，又称赤霉酸，它能够刺激植物的生长与发育[12]。而外源GA3浸种能显著提高植物种子的发芽率和发芽势，提高幼苗质量，已被广泛应用于植物种子生理研究和作物栽培中[13]。本试验表明，使用GA3溶液培养处理对苋菜种子的萌发和生长具有促进作用，尤其对于发芽势、幼苗茎长和植株鲜重的促进更为明显，且随着浓度的增高，其促进作用也变得更强，在1.0 mg/L时到达最高值。之后，随着GA3浓度的升高，其促进作用开始呈现逐渐下降的趋势。因为水培过程，营养液比较多，影响了根系的伸长。由于处理方式的不同，本试验与蒋素梅等[14]的研究结果(0.50 g/L促进作用最佳)有差异。蒋素梅等研究者是用GA3对水稻种子进行浸种处理，而本试验是用GA3溶液对苋菜种子进行培养，所以会存在一定的差异，但这并不影响适宜浓度GA3对种子萌发及生长具有促进作用的结论。

壳聚糖是已知的唯一天然碱性阳离子聚合物，具有优异的生物官能性、生物相容性、无毒、抗菌性和生物降解性等特点，并且还具有良好的保湿型和抗氧化性[15-17]。壳聚糖对种子萌发的作用已在黄瓜、苦瓜、辣椒、豌豆等几种蔬果植物中进行了研究。王国武等研究表明，壳聚糖在一定处理范围浓度内对油菜、小白菜种子的萌发具有促进作用且效果显著[18]。本试验结果也表明，壳聚糖能够较为明显的提升苋菜种子的发芽指标，在壳聚糖浓度为1.0 ml/L时，苋菜种子的发芽率达到整个试验中的最大值。该结果与王国武等的研究结论基本一致，误说明适宜浓度的壳聚糖对苋菜种子的萌发具有促进作用。

苋菜作为一种广受人们喜爱的蔬菜，其中一个重要原因就是苋菜中铁含量非常丰富。试验结果表明，一定程度Fe-EDTA的溶液能提高苋菜种子的萌发和生长发育。苋菜种子的发芽指数随着Fe-EDTA浓度的增加而增大。这表明适宜浓度的Fe-EDTA能促进苋菜种子萌发和其幼苗的生长。

3.3 高浓度的硫酸铜对苋菜种子萌发及幼苗生长具有抑制作用

铜是作物生长所必须的微量元素，硫酸铜溶液培养下，苋菜种子能够通过对溶液中铜离子的吸收而影响自身萌发和生长水平。徐亚莉等的研究结果表明，在处理浓度范围内，苋菜种子发芽率基本不受影响，但活力指数随着硫酸铜浓度的增高而急剧降低[19]。这与本试验的结果基本相似，低浓度的硫酸铜处理能够提高苋菜种子的发芽率，但其发芽指数随着硫酸铜浓度的增加而下降。随着浓度的增加，会导致苋菜内的Cu含量累计加快，从而影响苋菜种子活力。苋菜根系发育不良，活力降低，会降低植物对水分和矿物质营养的吸收能力，并最终影响苋菜生物量[19]。

参考文献：

[1]杜洪武.苋菜[J].农村养殖技术,2009(3):31.

[2]汪劲武.苋科植物内容多[J].植物杂志,1996(1):32-34.

[3]Rajjou L,Duval M,Gallardo K,et al.Seed germination and vigor[J].Annu Rev Plant Biol,2012,63:507-533.

[4]Weitbrecht K,Müller K,Leubner-Metzger G.First off the mark:early seed germination[J].Exp Bot,2011,62:3 289-3 309.

[5]肖世和,张秀英.白粒小麦抗穗发芽遗传育种的研究[J].作物杂志,1999(2):5-6.

[6]杨江山,张恩和,黄高宝,等.H2O2、NaCl、SA处理对砂磨后甘草种子发芽特性的影响[J].甘肃农业大学学报,2009,44(5):88-91.

[7]佘婷婷.汞水平对苋菜种子萌发的影响[J].热带农业科学,2014,34(3):12-14.

[8]高霞莉,毛一梦,王爱民.四种苋属植物种子萌发对策的研究[J].种子,2012,31(7):51-54.

[9]汤日圣,王节萍,童红玉.脱落酸对水稻种子萌发和秧苗生长的调控作用[J].江苏农业学报,2003,19(2):75-80.

[10]黄益洪,汤日圣,叶晓青,等.脱落酸(ABA)对白粒小麦种子萌发及幼苗生长的影响[J].麦类作物学报,2009,29(3):503-507.

[11]王熹,陶龙兴,黄效林,等.外源ABA抑制水稻种子发芽的生理机制[J].作物学报,2004,30(12):1 250-1 253.

[12]罗天来.浅谈赤霉素的生理作用[J].中学生物学,2006,22(8):6.

[13]潘学军,张文娥,樊卫国.外源激素处理对贵州毛葡萄种子发芽的影响[J].种子,2007,26(1):25-27.

[14]蒋素梅,郭莺华,陈晓慰,等.GA3、ABA对未成熟‘博Ⅱ优15’水稻种子萌发的影响[J].亚热带植物科学,2009,38(3):31-33.

[15]孙晓婷,郭亚.壳聚糖的应用及发展[J].成都纺织高等专科学校学报,2016(2):165-169.

[16]李代洋,宋婧媛,何勇,等.戊二醛交联改性壳聚糖纺丝原液流变性及成纤性能[J].成都纺织高等专科学校学报,2016(3):71-74.

[17]王浩.壳聚糖的改性研究进展及其应用[J].成都纺织高等专科学校学报,2017,34(1):187-194.

[18]王国武,韩晓弟.壳聚糖对几种十字花科蔬菜种子萌发的影响[J].种子,2010,29(8):99-101.

[19]徐亚莉,杜建梅,杨颜颜,等.硫酸铜对苋菜生长及食用安全性的影响[J].江苏农业学报,2014,30(5):1 119-1 126.