褪黑素对萝卜种子萌发与幼苗生长的影响

郭惊涛，张万萍

(1.贵州省农业信息中心，贵州 贵阳 550006； 2.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025)

0 引言

【研究意义】萝卜(RaphanussativusL.)属于十字花科萝卜属，1年或2年生草本植物，多数地区以秋季栽培为主，是秋、冬季的主要蔬菜之一。萝卜已成为贵州农业脱贫增效、农户增收的主要蔬菜品种。贵州萝卜种植从2月中旬至10月中旬均有播种，为抢抓市场窗口期，突出贵州高海拔夏秋冷凉优势，4-8月是贵州省外销萝卜主要播种期，但该时段早春倒春寒、夏秋季高温、春旱和伏旱现象时有发生。此外，萝卜属于大宗蔬菜，为保证露地直播栽培的出苗率，必然增加用种量。因此，开展促进萝卜种子萌发和幼苗生长方面的研究，提高种植效率，对贵州冬春季萝卜产业提质增效具有理论指导意义。【前人研究进展】1995年，DUBBELS等[1-2]研究发现，多种植物体内存在褪黑素(Melatonin，MT)。褪黑素又名松果体素，化学名称为 N-乙酰基-5甲氧基色胺，是广泛存在于动物和植物等有机体内的一类重要的吲哚类化合物[3]。研究人员对褪黑素在作物上的应用展开了一系列研究：外源褪黑素处理棉花种子，低浓度褪黑素促进种子萌发，高浓度褪黑素对种子萌发具有抑制作用[4]；在黄瓜、雀麦、西瓜上施用适量的外源褪黑色可提高种子萌发能力[5-7]；用50 mg/L褪黑素浸种处理水稻，可提高秧苗生根能力，增强根系活力[8]；使用褪黑素1.00 μmol/L处理生菜，可显著提高根系总表面积[9]；玉米幼苗在干旱复水条件下喷施褪黑素，可促进植株的生长和根系发育，提高渗透调节及抗氧化能力[10]；使用一定剂量的外源褪黑素，能提高甘蓝幼苗和西葫芦果实抵御低温的能力[11-12]；中高浓度的外源褪黑素处理紫苏幼苗，可降低干旱胁迫造成的伤害，增强幼苗的抗旱能力[13]；用褪黑素200 μmol/L处理葡萄果实，可延缓葡萄采后衰老，提高葡萄采后贮藏品质[14]；使用褪黑素200 μmol/L处理百香果，能有效减少贮藏期间的水分损失，保持果实良好的采后品质，延缓果实衰老[15]；番茄果实膨大期施用外源褪黑素100～200 μmol/L，可提升番茄果实的综合品质[16]。表明，外源褪黑素在作物种子萌发、根系发育、果实成熟、抗逆性等方面具有重要的调控作用。【研究切入点】施用适宜浓度的外源褪黑素对作物种子萌发和植株生长有明显促进作用，但施用浓度受作物种类、生长环境等因素影响亦不同，褪黑素在蔬菜方面的应用研究较少。【拟解决的关键问题】通过萝卜栽培应用试验，拟解决直播类蔬菜用种量大、出苗不齐、缺窝短行的生产实际问题。选用适宜贵州冬春季种植的爱罗、韩白玉春等4个萝卜品种，设置不同褪黑素浓度处理，比较不同褪黑素浓度下参试萝卜品种的种子萌发率、幼苗植株性状变化情况，筛选促进萝卜萌发和生长具有显著作用的褪黑素浓度，以期为褪黑素在萝卜生产中的应用提供借鉴，为蔬菜产业提质增效提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为适宜贵州冬春季栽培的4个萝卜品种：爱罗(北京思贝奇有限公司)、韩白玉春(河北省邢台兴达种业有限公司)、满身红(四川广汉龙盛种业有限公司)、秀丽(青岛靓品农业科技发展有限公司)。

1.2 设计

试验设计参照何磊等[17-18]的方法。

种子处理：设6个褪黑素浓度处理0 μmol/L(CK)、10 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、500 μmol/L。将4个供试萝卜的种子置清水浸种12 h后，再分别用不同浓度褪黑素浸种12 h，每处理100粒种子，3次重复。用清水将处理后的种子冲净，置于铺有2层湿润滤纸的玻璃培养皿中，在25℃恒温条件下培养，待出苗后计各处理发芽率。

幼苗期处理：采用55℃温烫浸种15 min，滤水后28℃催芽12 h。挑选正常萌发的种子播种在育苗盘中，25℃恒温条件下培养，每天调换育苗盘位置，保证光照均匀，定时用清水浇灌。待长出真叶后，分别喷施外源褪黑素[0 μmol/L(CK)、10 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、500 μmol/L]，隔3 d喷施1次，每处理喷施10株，3次重复。待长至4～5片真叶时，测量各处理的农艺性状指标。

抗氧化酶活性处理：采用55℃温烫浸种15 min，滤水后28℃催芽12 h。挑选正常萌发的种子播种在育苗盘中，25℃恒温条件下培养，每天调换育苗盘位置，保证光照均匀，定时用清水浇灌。待长出真叶后，分别喷施不同浓度外源褪黑素[0 μmol/L(CK)、10 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、200 μmol/L、500 μmol/L]，间隔3 d喷施1次，每处理喷施10株，3次重复。待幼苗长至2叶一心后，在4℃低温胁迫条件下培养24 h后，测定各品种抗氧化酶活性。

1.3 方法

1.3.1 形态和生物量指标测定

1) 叶重。用精度为0.001 g电子天平测量。

2) 根长。选取育苗盘中的萝卜幼苗，用小刀将幼苗分割成根和芽两部分，用直尺测量幼苗主根长度。

3) 茎长。选取育苗盘中的萝卜幼苗，用直尺测量幼苗茎底部到幼苗茎顶端的长度。

4) 根鲜重。测量根长后，将幼苗根集中，用万分之一精度天平称根总鲜重。

5) 叶长、叶宽。用直尺测量幼苗叶长、叶宽。

6) 发芽率。计算各处理萝卜种子发芽数与试验种子数的比值。

1.3.2 抗氧化酶含量测定 超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑法，过氧化物酶(POD)采用愈创木酚显色法，过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法。

1.4 数据分析

用Excel 2010分析数据，DPS 7.05进行差异显著性分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同褪黑素浓度处理萝卜的种子发芽率和农艺性状

2.1.1 发芽率 从图1看出，施用外源褪黑素浓度在0～500 μmol/L时，4个萝卜品种的发芽率随浓度增加呈先增后降趋势。当褪黑素浓度达50 μmol/L时，各品种的发芽率均达最高值，其中，爱罗的发芽率为98%，比该品种CK(0 μmol/L)增加10百分点，且差异显著；韩白玉春的发芽率为96%，比该品种CK增加7百分点，差异显著；满身红的发芽率为97%，比该品种CK增加8百分点，差异显著；秀丽的发芽率为96%，比该品种CK增加6百分点，差异显著。表明，施用褪黑素50 μmol/L处理萝卜种子后，4个参试品种的种子发芽率均达最大值，可显著促进萝卜种子的萌发。

注：同品种不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.1.2 农艺性状 由图2可知，施用外源褪黑素浓度在0～500 μmol/L时，各参试品种的叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重均表现为低浓度促进、高浓度抑制的现象，当浓度为50 μmol/L时，爱罗、满身红、秀丽、韩白玉春4个品种的各农艺性状(叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重)均达最大值，其中，在50 μmol/L处理时，爱罗、满身红、秀丽、韩白玉春的叶重分别为0.232 g、0.353 g、0.314 g、0.255 g；叶宽分别为1.22 cm、1.44 cm、1.68 cm、1.43 cm；叶长分别为2.30 cm、2.76 cm、2.32 cm、2.90 cm；根长分别为4.90 cm、4.85 cm、5.45 cm、4.50 cm；茎长分别为1.40 cm、1.64 cm、1.75 cm、1.55 cm；根鲜重分别为0.115 g、0.142 g、0.135 g、0.127 g；参试品种的农艺性状(叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重)均与各品种CK差异显著。表明，施用褪黑素50 μmol/L有显著促进萝卜的叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重增加的作用。

图2 不同褪黑素浓度处理4个萝卜品种幼苗的农艺性状

2.2 不同褪黑素浓度处理萝卜的抗氧化酶活性

从图3看出，施用外源褪黑素浓度0～500 μmol/L，随浓度升高，爱罗、韩白玉春、满身红、秀丽4个参试萝卜品种的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性均呈先增后减变化。当褪黑素浓度为50 μmol/L时，各品种的POD、SOD和CAT活性均达最大值，其中，爱罗、韩白玉春、满身红、秀丽的SOD含量较该品种CK分别增加37.50%、29.13%、33.24%、35.75%，差异显著；各参试品种的POD含量较该品种CK分别增加13.35%、13.95%、20.46%、12.41%，差异显著；CAT的含量较该品种CK分别增加96.21%、117.13%、135.75%、103.95%，差异显著。说明，施用褪黑素50 μmol/L可提高低温条件下萝卜的抗氧化酶活性，清除幼苗体内积累的活性氧自由基(ROS)，从而减轻对细胞的损害。

图3 不同褪黑素浓度处理4个萝卜品种的抗氧化酶活性

3 讨论

试验结果显示，喷施褪黑素0～500 μmol/L，萝卜种子萌发及幼苗的叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重表现为低浓度促进、高浓度抑制的规律，说明喷施适量的褪黑素能促进萝卜的种子萌发和幼苗生长，与众多研究结论[4-10，19-23]一致。但各研究中，筛选到的褪黑素施用浓度有所不同，石桃雄等[19]使用褪黑素浓度为 100 μmol/L、1 000 μmol/L时，苦荞种子活力指数和幼苗鲜重均明显高于CK；李阳等[20]在NaCl胁迫条件下，喷施褪黑素100 μmol/L能有效促进棉花幼苗生长。关于褪黑素在萝卜应用方面的研究较少，夏铭等[21]研究表明，对江南圆白萝卜施用褪黑素50～500 μmol/L，江南圆白萝卜幼苗生长和抗性随喷施浓度升高而增加，其中浓度为500 μmol/L时株高、茎粗、鲜质量与干质量显著高于其他处理。可见，施用外源褪黑素对种子的萌发和幼苗生长具有一定的促进作用，但因作物种类、生长环境、生长时期、试验条件的不同，适宜的褪黑素浓度亦有差别。

植物在逆境条件下产生的活性氧自由基(ROS)会破坏植物的细胞膜及蛋白质等大分子物质，从而影响作物的正常生长；同时植物体内的抗氧化酶系统(SOD、POD和CAT)能在一定程度上清除体内过剩的ROS，维持活性氧代谢平衡，保护膜结构，增强植物抵抗逆境胁迫的能力。李欠敏等[22]研究发现，用褪黑素处理低温胁迫下大白菜幼苗，浓度为10 μmol/L时SOD酶活性最高，浓度为10 μmol/L时POD、CAT 酶活性最高；包宇[23]用褪黑素150 μmol/L处理低温下的番茄幼苗，可有效提高其抗氧化酶活性；史中飞等[24]研究表明，褪黑素100 μmol/L处理低温胁迫油菜幼苗可增加其抗氧化酶的活性。研究发现，施用适量的褪黑素可增强萝卜的抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性，提高其清除ROS的能力，保证其正常的萌发和生长，可在一定程度上增强作物抵御自然灾害风险的能力。

喷施褪黑素浓度为50 μmol/L时，参试4个萝卜品种的种子萌发率、叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重指标均达最大值，且3种抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性均达最高值，可见，喷施褪黑素50 μmol/L对萝卜的发芽和幼苗期的生长均具有明显促进作用。但在生产上需结合作物种类、生长环境等因素进行浓度筛选试验。研究未开展褪黑素在田间的应用试验，因此，下一步工作需结合田间试验进行浓度筛选，以期为萝卜的高效生产提供技术支持。

4 结论

当喷施褪黑素浓度为0～500 μmol/L时，随着浓度增加，萝卜的种子萌发和幼苗生长均表现出先促进后抑制的现象，说明褪黑素具有一定的调控作用；喷施褪黑素浓度50 μmol/L时，爱罗、满身红、秀丽、韩白玉春4个萝卜品种的种子萌发率最大，幼苗的生长指标(叶重、叶宽、叶长、根长、茎长、根鲜重)增长显著，因此，喷施褪黑素浓度50 μmol/L对萝卜的种子萌发及幼苗生长具有促进作用。