小白菜种子休眠破除方法研究

耿启华，宋莉萍，林处发，张余洋，汪爱华

（1.武汉市农业科学院，武汉 430065；2.华中农业大学，武汉 430070）

种子休眠是指具有生活力的种子在各种外在或内在因素影响下，即使在适宜的萌发条件下也无法正常发芽的现象［1-5］。大多数种子均存在休眠现象，主要是由于种皮限制、存在外源抑制物质、胚未完全成熟等因素所导致［2，3，6，7］。青格乐等［2］、李楠［4］、杨鹭生等［5］、王亚茹等［8］研究认为，休眠是植物在长期的系统发育过程中所获得的用于抵抗不良环境的一种适应性，是植物所特有的、重要的环境适应性之一；但是，种子休眠对于农业的发展、生产以及实验研究来说却存在很不利的影响，若种子在播种时仍处于休眠状态则无法确定种子的播种量和播种期，会对生产和实验研究造成很大影响［2，9］。因此，解决种子休眠的问题对于农业生产以及科研来说极为重要。目前，已有很多有关种子休眠方面的研究，但由于影响种子休眠的因素众多，影响机制复杂，因此需要进一步探索打破种子休眠的方法［2，4，10］。

小白菜（Brassica rapassp.Chinensis）是十字花科主要蔬菜之一，在大部分地区均有种植。对于种子贮藏来说，休眠可以有效延长小白菜种子的贮藏期限；但对于当年采收的商品性种子来说，休眠会导致种子延迟上市，影响种子的销售以及种植［9］。在发芽预试验中发现，在实验室提供的众多种子中多数品种均存在休眠现象，但M62和汉优休眠较为严重，且小白菜种子的休眠会随着贮藏时间的延长而解除。为此，试验通过不同的物理、化学及激素处理方法探寻快速打破小白菜种子休眠的方法，以加快试验研究的进度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用种子由武汉市农业科学院蔬菜研究所十字花科研究室提供。种子于2020年4月27日采收，选取饱满纯净的汉优、M62两种小白菜种子。

所用药剂与仪器包括氢氧化钠（国产，分析纯）、纯浓硫酸、硝酸钾（国产，分析纯）、过氧化氢（国产）、赤霉素（GA，Coolaber）、6-BA（SIGMA）、油菜素内酯（BR，SIGMA）；烘干箱PYL-70（天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司）、RTOP型智能型人工气候箱（浙江托普仪器有限公司）、容声冰箱（BCD-249WD11DY）、培养皿（biosharp，90 mm×15 mm）、9 mm滤纸。

1.2 试验方法

种子发芽试验于武汉市农业科学院北部园区院蔬菜研究所十字花科研究室实验室开展，所有处理均于2020年4月29日开始进行。利用培养皿法，将各处理后的种子放置于铺有滤纸的培养皿中，加入去离子水保持滤纸处于湿润状态，然后将培养皿置于室温下培养，每天统计种子发芽数，共4 d［11］。以未经处理的种子为对照，每个处理100粒，设3次重复。

1.2.1 化学处理

1）H2O2浸种处理：分别以浓度1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的H2O2浸种24 h，冲洗5次以上进行种子发芽试验。

2）KNO3浸 种 处 理：设 置0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%、3.2%浓度梯度，分别浸种12、24 h，冲洗5次以上进行种子发芽试验。

3）纯浓硫酸浸种处理：用浓硫酸分别浸种5、10、15、20、25 min，冲洗至pH约为7后进行种子发芽试验。

4）赤霉素浸种处理：设置200、400、800、1 000、2 000、2 500、3 000 mg/L的GA溶液，分别浸种12、24、48 h，冲洗干净进行发芽试验。

5）6-BA浸种处理：设置不同的浓度（50、100、200、300 mg/L），分别浸种24、48 h，冲洗后进行发芽试验。

1.2.2 引发处理 以400 mg/L赤霉素、0.05%油菜素内酯（BR）、10% H2O2、10%NaOH、1% KNO3分别浸种24 h，冲洗干净后30℃烘干12 h，烘干后进行发芽试验。

1.2.3 变温处理 先将两种小白菜种子在4、10、20℃条件下贮藏7 d，取出后分别在40、45、50℃条件下处理1 h，之后继续放置在4、10、20℃条件下贮藏48 h，取出后进行发芽试验。

1.3 数据统计与处理

利用Excel对数据进行汇总，计算种子发芽率并绘制图表，发芽率=发芽数/供试种子数×100%；同时利用SPSS 23进行数据分析，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 化学处理种子发芽情况

2.1.1 H2O2浸种处理种子发芽情况从图1可以看出，H2O2浸种24 h种子发芽率整体呈现先升高后降低的趋势，H2O2浓度为2%和6%时可有效打破M62、汉优两种小白菜种子的休眠，种子发芽率达到80%以上，但2%的浓度对打破两种种子休眠的影响更为均衡；当H2O2溶液浓度高于8%时，种子发芽率逐渐降低。

图1 H2O2浸种24 h对种子发芽的影响

2.1.2 KNO3浸种处理种子发芽情况方差分析结果（表1）显示，在一定浓度下，相同浓度KNO3浸种12、24 h，种子发芽率差异存在明显差异，但观察发现处理12 h与处理24 h的种子生长并无明显区别；不同浓度KNO3浸种相同时间后其发芽率存在明显差异，两种种子发芽率均呈现先升高后降低的趋势，当KNO3浓度为0.8%、1.6%时对打破两种小白菜种子的休眠效果最显著，种子发芽率达到95%以上；而3.2%的KNO3溶液打破休眠的效果较差。

表1 KNO3浸种对M62和汉优种子发芽的影响

2.1.3 浓硫酸浸种处理种子发芽情况试验（图2）发现，经浓硫酸浸泡的种子种皮大量破裂，种子发芽率达到98%以上，说明浓硫酸浸种可在不伤及种胚的情况下有效打破小白菜种子休眠。但是观察种子后续生长情况发现，浓硫酸处理后的种子发芽后长势较弱，有些幼苗子叶易烂；由此可见，虽然浓硫酸可以快速有效地打破小白菜种皮的限制，解除休眠，但对种子的后续生长不利，因此浓硫酸处理并不是打破小白菜种子休眠的最佳方法。

图2 浓硫酸不同处理时间对种子发芽的影响

2.1.4 赤霉素浸种处理种子发芽情况 试验结果（表2）表明，在一定浓度范围内，赤霉素可有效打破汉优、M62两种小白菜种子的休眠，不同处理时间以及不同处理浓度对种子发芽的影响均有明显差异。但经多重比较发现，在一定浓度范围内，相同浓度下处理12 h和24 h种子发芽率差异并不明显；赤霉素浓度低于1 000 mg/L时，浸种12、24 h均可达到较好打破休眠的效果，幼苗长势优良，无明显差异；随着赤霉素溶液浓度的升高，两种种子发芽率均有所降低，其中浸种12 h的种子发芽率快速降低，而浸种24 h的两种种子在赤霉素溶液浓度为2 000 mg/L时发芽率均达到90%以上，高于浸种12、48 h种子发芽率，且发芽整齐，幼苗长势健壮，子叶浓绿。赤霉素浸种48 h打破休眠效果较差，易生霉、烂种。综合对比发现，浸种24 h，且赤霉素浓度低于1 000 mg/L时打破小白菜种子休眠效果最佳。

表2 赤霉素处理对汉优和M62种子发芽的影响

2.1.5 6-BA浸种处理种子发芽情况从图3可以看出，6-BA浓度为50 mg/L时，浸种24、48 h处理下，M62种子和汉优种子发芽率均较高，且两种种子幼苗长势良好；随着6-BA浓度的增大，两种小白菜种子发芽率呈现明显的下降趋势，当6-BA浓度为300 mg/L时，两种种子发芽率均为0。综上所述，50 mg/L 6-BA浸种处理可有效打破M62和汉优种子的休眠。

图3 6-BA浸种对种子发芽的影响

2.2 引发处理种子发芽情况

从图4可以看出，经400 mg/L赤霉素溶液引发处理的M62种子发芽率达到98%，汉优种子发芽率达到100%；1% KNO3溶液处理的两种小白菜种子发芽率均达到100%，且幼苗长势健壮；10% H2O2溶液也可有效打破休眠，M62种子发芽达到70%，汉优则达到87%；而经0.05%BR、10%NaOH处理的种子则完全未发芽；综合引发处理种子发芽情况，400 mg/L赤霉素溶液、1% KNO3溶液浸种24 h，冲洗干净后30℃烘干12 h可有效打破小白菜种子的休眠。

图4 引发处理对种子发芽的影响

2.3 变温处理种子发芽情况

从图5可以看出，将两种小白菜种子置于20℃条件下贮藏7 d，取出后在50℃条件下处理1 h，之后继续放置于20℃条件下贮藏48 h可有效打破小白菜种子休眠，两种种子发芽率均达到80%以上；4℃和10℃变温处理打破休眠效果较差。

图5 变温处理对种子发芽的影响

3 小结与讨论

试验结果表明，通过不同的化学处理、物理处理以及激素处理可有效打破小白菜种子的休眠。其中KNO3浸种12、24 h均可使种子发芽率达到95%以上，且幼苗长势旺盛；GA浓度低于1 000 mg/L时，浸种24 h可完全打破休眠；在引发处理中发现，400 mg/L GA和1% KNO3可完全打破休眠，发芽率达到100%；浓硫酸浸种可在不伤及胚的情况下有效破除种皮限制，可使M62种子发芽率达到100%，汉优发芽率达到95%以上，但幼苗后期生长不良，出芽后存在生长停止现象。50 mg/L 6-BA浸种处理也可有效打破M62和汉优种子的休眠。但是综合对比发现KNO3与GA浸种打破休眠效果更优，且对幼苗生长无不良影响，因此可广泛用于打破小白菜种子的休眠。

造成种子休眠的原因主要有生理性休眠（胚休眠）、存在抑制物和种皮限制，种子要想快速整齐地萌发也需要理想的内部条件和适宜的外部环境［12］。在调控种子休眠与萌发的过程中，植物激素是最重要的内部因素。1975年，Khan［13］提出了著名的三因子学说，其中“三因子”是指GA、CK和发芽抑制物（如ABA）。Khan［13］、屈海泳等［14］认为激素对休眠的调控是由于抑制物质可抵消促进细胞分裂和生长发育激素的作用，并且导致种子休眠的原因可能不仅是由于抑制物质的存在，赤霉素和细胞分裂素的缺乏也可能会导致种子休眠。大量研究结果表明，参与种子休眠与萌发过程调控的激素中脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）是最主要的两种调控激素，ABA参与诱导停止种胚细胞分裂、启动并维持种子的休眠，而GA则起到启动和促进种子萌发的作用，但GA主要在胚根突出时发生作用，且两者在调节种子休眠和萌发过程中属于相互拮抗的关系，它们的相对含量及敏感性在种子的休眠释放和萌发过程中往往起到决定性作用［4，10，11，15-18］。目前赤霉素广泛应用于打破植物种子休眠与调节植物衰老，但其具体作用机制还需要进一步研究。

KNO3促进种子萌发的作用机理较为复杂，对于KNO3打破休眠促进种子萌发的机制研究目前还比较缺乏。杨婷婷等［19］曾用KNO3处理芥菜，发现不同品种芥菜发芽率均有不同程度的提高。陈小奇等［20］用不同浓度KNO3分别浸泡稗草种子12、24 h，对稗草种子的萌发均有明显促进作用。李敏等［11］的试验表明，用1% KNO3溶液浸泡稻稗种子24 h解除休眠效果最好。对于KNO3促进种子萌发的机理，研究者们普遍认为硝酸钾中的K+作为多种酶的激活剂，在一定程度上增强了有关酶的活性，从而提高了种子的生活力，促进种子发芽［19］；K+作为营养元素可被种子吸收从而促进种子萌发［11］；另外，KNO3具有强氧化性，作为一种强氧化剂，它主要通过强迫性供氧以促进代谢的进行，从而促进种子的萌发［21］；但是对于KNO3打破休眠，促进种子萌发的具体机制还需要进一步的研究。

有生活力的种子发芽一般需要充足的氧气、水分以及适宜的温度，种子必须吸收充足的水分才能引发一系列酶的活性，从而促进种子的萌发。而一定浓度的强酸可以有效软化或腐蚀种皮，以此增加种皮的透性，使种子吸收足够的氧气与水分；也可将种子内的还原性物质氧化变性、增强种子代谢，从而打破种子的休眠［11，22］。李敏等［11］用浓硫酸处理稻稗种子发现浓硫酸对种子萌发具有很好的促进作用；陈小奇等［20］发现在一定的时间范围内，稗草种子的发芽率随着浓硫酸处理时间的延长而提高；魏朝阳［23］用浓硫酸处理冬青种子发现浓硫酸酸蚀可促进种子萌发并且可以显著提高发芽率，但种子腐烂严重；宋彬等［24］的研究也证实了浓硫酸处理可有效解除锦鸡儿种子的休眠；多个研究均证明了浓硫酸可在不伤及种胚的情况下快速有效地打破种皮对发芽的限制，促进种子萌发。但必须控制其处理时间，处理时间过长会对种子造成损伤，时间过短则种皮软化或腐蚀效果差，无法打破种子休眠。