引发处理对菜豆种子萌发的影响

卫梦丹，刘大军，杨晓旭，刘 畅，闫志山，冯国军

（黑龙江大学现代农业与生态环境，哈尔滨 150080）

0 引言

菜豆(Phaseolus vulgaris)是一种重要的蔬菜作物，在很多国家均有栽培，菜豆也是国内的主要蔬菜种类之一。作为一种提高种子活力有效的途径，种子引发技术可以达到促进生长、提高种子的活力、打破种子休眠等效果，目前种子引发技术已在农业生产上普遍推广应用。种子的吸胀行为是种子发芽和生长的重要过程，同时也是种子引发的基本原理。种子的萌发分为3个阶段[1]，种子引发是控制种子缓慢吸收水分使其停留在吸涨的第二阶段，使种子进行预发芽的生理生化代谢和修复作用，但防止胚根的伸出[2-4]。种子引发的方法主要有水引发、渗调引发、固体基质引发等，其中水引发和渗调引发是最常用的引发方法，其中渗调引发常用的渗调剂主要有聚乙二醇(PEG)、硝酸钾(KNO3)、氯化钾(KCl)、氯化钙(CaCl2)、褪黑素、赤霉素(GA3)、硝普钠等。Mohammadi[5]用 1.0% KNO3对大豆种子进行了引发处理，在20℃下引发24 h可提高发芽率。陈宝悦等人[6]用PEG引发芹菜种子，显著提高芹菜种子的发芽指数和活力指数，使得芹菜种子的发芽更加快速并且更加整齐。Aquila和Spada[7]的研究结果表明，对小麦种子进行渗调引发增加了早期胚生长阶段蛋白的合成。

由于菜豆种子引发研究目前正处于初始阶段，水引发、PEG引发等5种引发技术应用于菜豆均未见报道，因而本研究比较不同引发剂对不同菜豆种子萌发指数的影响，以期筛选出适于菜豆的最佳引发剂。为种子引发技术在菜豆生产上应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验中所采用的‘玉冠’和‘将军’种子均是黑龙江大学园艺学团队提供。

1.2 试验方法

试验中所采用的引发剂种类及浓度为蒸馏水(H2O，CK)，GA350、100、150 mg/L，PEG-6000 20%、30%、40%，CaCl220、40、60 mmol/L，褪黑素300、500、700 μmol/L。表1为各试验处理及试验编号。

表1 试验处理

1.2.1 种子消毒 先将种子进行称重，再用25%的次氯酸钠消毒5 min，消毒完成后用蒸馏水冲洗干净。

1.2.2 浸种 将消毒后的2个菜豆品种进行引发处理，放入配制好的引发剂中，每个处理所用引发剂为100 mL。以赤霉素引发为例，将种子分别放入50、100、150 mg/L的赤霉素溶液中，在25℃下分别引发6、12、18 h，每个处理50粒种子，3次重复。

1.2.3 烘干 将处理后的种子，用蒸馏水冲洗干净种子表面残留的引发剂溶液，并用干净的滤纸吸干种子表面的水分，放入35℃烘箱中进行种子的回干处理，在回干过程中不断进行种子称重，直到种子的质量与引发处理前相近，回干完成之后，将种子在常温下放置7天，再进行发芽试验。

1.2.4 发芽试验 按照《农作物种子检验规程》(GB/T 3543—1995)规定方法进行发芽试验。取2层干净的滤纸平铺在玻璃培养皿中并充分吸水，将对照以及处理完的种子均匀摆放在滤纸上，每个处理3次重复，分别放在3个培养皿中；放入光照培养箱中变温培养，白天25℃(12 h)，夜间20℃(12 h)，发芽期间，每天定时补充水分并记录发芽种子数；第4天计算发芽势[式(1)]，第7天计算发芽率[式(2)]，并测量下胚轴长度。

式中，Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数。

1.3 统计分析

采用SPSS对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水引发种子生长试验结果及比较

随着水引发时间的延长，‘玉冠’发芽率呈下降的趋势，其中H1和H2处理发芽率下降5.33个百分点，‘将军’H1处理发芽率较对照高2.67个百分点，其他处理均低于对照（图1A）。‘玉冠’所有处理的发芽指数均高于对照，H2处理发芽指数较对照高17.52，H1发芽指数仅比对照高5.63，‘将军’发芽指数除H4处理，其他处理均显著高于对照，其中H2处理较对照高24.87（图1B）。‘玉冠’发芽势在H1和H2处理时与对照没有区别，但是H3和H4处理发芽势下降的较为明显，分别下降5.3和10个百分点，‘将军’发芽势与发芽率趋势一致，在H1处理时达到最大值，较对照高11.33个百分点，H2也高于对照，但差异不显著（图1C）。‘玉冠’活力指数在H2处理时为186.66，显著高于对照，除H4活力指数较对照低7.34，其他处理均高于对照，‘将军’活力指数在H2处理时达到最大值，较对照高145.99（图1D）。

本试验种子引发效果主要通过活力指数衡量，并参考发芽率。由图1可知，‘玉冠’和‘将军’在H2处理时引发效果较好，两者发芽率较对照差异不显著，但活力指数均显著提高，其中‘玉冠’是对照的1.47倍，‘将军’是对照的1.74倍。

2.2 PEG引发种子生长试验结果及比较

从图2中可以看出，‘玉冠’PEG引发之后发芽率均呈下降趋势，其中用P6处理时发芽率较对照下降幅度最小，为6.7个百分点，‘将军’引发后发芽率均高于对照，其中P6处理时发芽率最高，比对照高8个百分点（图2A）。‘玉冠’所有处理的发芽指数均低于对照，其中P6处理发芽指数下降幅度最小，为5.7，‘将军’除了P4处理时发芽指数低于对照，其他处理均高于对照，其中P6处理发芽指数最高，为73.6（图2B）。‘玉冠’引发后发芽势也均低于对照，其中P6处理时发芽势下降的最少，为5.3个百分点，在相同的引发时间下，随着PEG浓度的增大，发芽势有增加的趋势，而‘将军’所有处理的发芽势均高于对照，在P6处理时显著高于对照，较对照高18.6个百分点（图2C）。同样，‘玉冠’引发之后活力指数均低于对照，‘将军’活力指数在P6处理时达到最大值，较对照高31.12，在相同引发时间下，随着PEG浓度的升高，活力指数呈上升的趋势（图2D）。

图2 PEG引发种子生长试验结果及比较

PEG的引发效果存在品种间差异，‘玉冠’引发后发芽率、发芽指数、发芽势和活力指数均在下降，引发效果较差。而‘将军’的各指标除个别处理低于对照，其他均高于对照，从活力指数可以看出，40% PEG引发12 h(P6)的效果最佳，为对照的1.16倍。

2.3 GA3引发种子生长试验结果及比较

由图3可知，GA3引发后，‘玉冠’G2、G3处理时发芽率下降幅度最小，为7.37个百分点，对于‘将军’，发芽率均显著高于对照，G1处理时发芽率较对照高7.3个百分点（图3A）。‘玉冠’引发12 h时发芽指数有显著增加，而引发6 h时发芽率均比对照低，但差异不显著，‘将军’所有处理均显著高于对照，其中G5处理时发芽指数较对照高27.5（图3B）。‘玉冠’引发后发芽势均低于对照，引发12 h后的发芽势比引发6 h低，‘将军’引发后的发芽势均显著高于对照，G3处理时发芽势有最大的增加，较对照高13.3个百分点（图3C）。‘玉冠’的活力指数在引发后均显著高于对照，引发12 h的活力指数明显高于引发6 h，其中G6处理时活力指数为最大值，较对照高168.18，同样，‘将军’也显著高于对照，其中G6处理时活力指数也达到最大值，较对照高191.48（图3D）。

图3 GA3引发种子生长试验结果及比较

‘玉冠’经GA3引发之后，活力指数较对照差异显著(P＜0.05)，发芽率较对照有不同程度的下降且差异显著(P＜0.05)，因此引发效果较差。‘将军’经G3处理后，发芽率为对照的1.03倍，活力指数为对照的1.99倍，为最佳引发处理。

2.4 CaCl2引发种子生长试验结果及比较

从图4中可以看出，‘玉冠’CaCl2引发后的发芽率呈现下降的趋势，引发12 h时发芽率下降得更为明显，C6处理发芽率较对照低22.67个百分点，‘将军’引发后发芽率除C6处理低于对照，其他处理均显著高于对照（图4A）。‘玉冠’发芽指数除C2处理高于对照，其他处理均低于对照，尤其引发剂浓度为60 mmol/L时，不论是引发6 h(C3)还是12 h(C6)，发芽指数的下降都很明显，‘将军’的发芽指数除C6处理低于对照，其他处理均高于对照（图4B）。同样，‘玉冠’所有处理的发芽势均显著低于对照，引发12 h后发芽势下降得更为明显，其中C6处理下降最多，较对照低26.67个百分点，‘将军’发芽势与发芽指数相同，除C6处理外，其他处理均显著高于对照（图4C）。‘玉冠’引发后的活力指数较对照无显著提高，除C1处理高于对照，其他处理均低于对照，而‘将军’的活力指数除C6处理时低于对照，其他处理均显著高于对照，其中C5处理活力指数达到所有处理中的最大值，较对照高176.25（图4D）。

图4 CaCl2引发种子生长试验结果及比较

从发芽率和活力指数看，‘玉冠’经CaCl2引发后，活力指数最高的C1处理较对照差异不显著，发芽率较对照低且差异显著，所以引发效果较差。而‘将军’在C5处理时，活力指数为对照的1.98倍，发芽率为对照的1.08倍，所以C5为最佳引发处理。

2.5 褪黑素引发种子生长试验结果及比较

由图5可知，‘玉冠’褪黑素引发后的发芽率仍呈下降的趋势，引发12 h后下降更为明显，其中M1处理发芽率下降的最少，为14.66个百分点，‘将军’除M6处理发芽率低于对照，其他处理均高于对照，其中M4处理发芽率为最大值，较对照高6.67个百分点（图5A）。‘玉冠’发芽指数也有不同程度的下降，无论是引发6 h还是12 h，300 μmol/L褪黑素引发后的下降幅度最小，分别为7.57和4.44，‘将军’引发后的发芽指数均显著高于对照，M4处理仍为最大值，较对照高18.27（图5B）。‘玉冠’引发后的发芽势均显著低于对照，其中M1处理时发芽势下降最少，为14.7个百分点，而M5处理发芽势下降了38个百分点，‘将军’引发后的发芽势均高于对照，M4处理时为最大值，较对照高12个百分点（图5C）。引发并没有提高‘玉冠’的活力指数，且有所降低，其中M1处理活力指数下降最少，为13.16，而‘将军’引发后的活力指数有所提高（图5D）。

图5 褪黑素引发种子生长试验结果及比较

褪黑素引发后，‘玉冠’的各指标均低于对照，引发效果较差，‘将军’在M3处理时活力指数最高，为对照的1.83倍，此时发芽率为对照的1.05倍，为‘将军’褪黑素的最佳引发处理。

3 结论与讨论

种子的引发时间和引发剂种类是影响引发效果的重要因素[8]。本研究发现，引发时间过长，如水引发18 h和24 h后，种子在回干过程中便出现了胚根突破种皮的现象，以及在发芽过程中出现发霉现象，因为种子无氧呼吸过程消耗了其内部的有机物并产生酸性的代谢废物，使得菜豆种子在萌发过程中出现腐败的现象，最后导致种子不能正常萌发，因此，对于种皮较薄的菜豆，引发时间不宜过长，不能超过12 h。不同种类引发剂对菜豆不同品种的引发效果也不同，且表现出较大区别，5种引发剂对2个菜豆品种进行引发之后表现出品种差异，‘玉冠’在引发之后，效果均较差，而‘将军’则表现出较好的引发效果。活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，是评价种子活力的最佳指标[9]，所以在本试验中，以活力指数为评价种子引发效果的主要指标。

水引发主要通过改变和调控种子内部的生理生化活动来提高种子的活力[10-12]，所以本研究对2个菜豆品种进行了水引发处理，从研究结果可知，水引发12 h时显著提高了2个品种的活力指数，这与罗金梅等人[13]的研究一致，但是‘玉冠’在引发12 h时发芽率较对照下降了5.33%，因为在大田生产过程中，当发芽率下降超过5%时，即使活力指数有提高也可能会影响产量，所以认为‘玉冠’不适合水引发。

聚乙二醇(PEG)主要通过调节溶液的渗透压促进种子的萌发，所以PEG的浓度是影响引发效果的最主要的因素[14-16]。本研究结果发现，经20%、30%、40%PEG引发之后，40%的引发效果要高于20%和30%，‘玉冠’和‘将军’种子均在40%PEG引发12 h时活力指数达到较高值，虽然‘玉冠’种子在PEG引发后引发效果低于对照，但仍然可以从结果中发现，随着PEG浓度的升高，引发效果呈上升趋势，这与王炜等人[17]的研究结果一致。

赤霉素引发处理可解除种子休眠，修复一些受到破坏的细胞膜，从而提高种子的活力，对种子发芽率和幼苗的生长具有明显的促进作用[18-21]。但是在本次发芽试验中发现，赤霉素引发虽然显著提高了菜豆种子的生长量，但是徒长现象严重，根系生长不良，因此，赤霉素在本试验中不适宜作为‘玉冠’和‘将军’的引发剂。

叶景学等[22]在研究等渗钠盐对茄子种子发芽特性的影响中提到，无机盐的浓度过高会破坏种子细胞膜结构，使细胞膜过氧化程度加深，这可能是高浓度CaCl2引发效果不佳一个主要原因。‘玉冠’引发之后活力指数较对照并没有显著变化，且发芽率下降明显，因此，CaCl2不适宜作为‘玉冠’的引发剂。

褪黑素是调控种子萌发的一种潜在植物激素，具有抗氧化的作用而且还具有亲水和亲脂性，易进入到种子内部，可提高种子的抗氧化作用从而提高种子的活力和萌发率[23-25]。从本研究的结果看，不同处理的褪黑素对‘将军’的引发效果均高于对照，而对‘玉冠’引发效果较差，从活力指数看，‘将军’在用700 μmol/L褪黑素引发6 h达到最大值，显著高于对照，但是‘玉冠’的所有处理均显著低于对照，同样可以得出褪黑素不适宜作为‘玉冠’的引发剂。

‘玉冠’的引发效果均比‘将军’差可能是因为‘玉冠’种子较小，在相同引发条件下，‘玉冠’吸胀率较大，导致种子内含物外渗过多，破坏了种子的结构，从而较为明显地降低了发芽率。

综上所述，通过对引发后活力指数的比较，发现‘玉冠’不适合引发处理，对于‘将军’，引发效果表现为CaCl2＞褪黑素＞水＞PEG＞GA3，其中采用40 mmol/L的CaCl2引发12 h时效果最佳，所以对于不同的菜豆品种，在进行引发之前必须进行引发剂的筛选。

本研究筛选2个菜豆品种最佳引发剂，弥补了菜豆在种子引发技术研究方面的不足，可以为菜豆栽培中的应用提供部分理论依据，但同时也存在些许不足：（1）缺少在分子水平的引发机理以及产量等方面的深入研究。（2）对于‘玉冠’，可能存在引发剂及引发时间筛选上的问题，今后将围绕这2个方面继续研究。