赤霉素与萘乙酸处理对芦笋种子萌发的影响

厉广辉，郭鑫，孙艳斌，尹俊玉，王波，王兴军

(1. 山东省农业科学院农作物种质资源研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室，山东 济南 250100；2. 北京市农林科学院玉米研究中心，北京 100097；3. 潍坊工程职业学院，山东 青州 262500)

芦笋(Asparagus officinlis)是百合科天门冬属多年生宿根性蔬菜，其嫩茎纤维柔软、口感细腻、营养价值丰富，富含黄酮、皂苷、多糖等多种活性成分，被誉为“蔬菜之王”。我国自20 世纪80年代开始规模化发展芦笋种植，目前是世界第一大芦笋生产及出口国，约占世界总贸易量的50%，主要出口产品为白芦笋罐头和速冻绿芦笋[1，2]。

芦笋是多年生雌雄异株植物，生产用种为F1代杂交种。芦笋种子质地坚硬、表皮角质层较厚、吸胀作用迟缓，胚芽和子叶退化为吸器、属于不完全胚，苗期地上幼茎为胚轴上的不定芽发育而成[3]。芦笋育苗过程繁琐，要先温水浸种2 天，催芽2 天，且种子发芽缓慢、出土时间长、出苗不一致，育苗过程受天气影响较大。种子发芽率和发芽势是反映种子质量的主要指标，是判断出苗整齐度的主要参考依据。发芽率高、发芽势强的种子出苗快且整齐，有利于移栽苗的成活率和旺盛生长。芦笋种子的α－淀粉酶活性与发芽率、出苗率和幼苗长势呈极显著正相关；干种子中检测不到酶活性，浸种48 h 不同贮存年份种子的α－淀粉酶活性有显著差异[4]。浸种24 h 可提高发芽率、出苗率和幼苗整齐度；恒温催芽的适宜温度为20～25℃，发芽率与催芽第7 天的α－淀粉酶活性呈显著正相关[5]。芦笋种子的发芽高峰期为催芽第4～6 天，发芽势的适宜统计时间为催芽第6天[6]。低浓度的盐胁迫能促进芦笋种子萌发，芦笋种子最高可耐受175 mmol/L NaCl 胁迫，解除胁迫后可迅速萌发，0.1% NaCl 浸泡处理芦笋种子可增强芦笋幼苗对盐胁迫的适应性[7，8]。

赤霉素(GA)在解除种子休眠、促进萌发方面有重要的调控作用，已广泛应用于农业生产，但不同作物种子适宜的GA 浓度差别较大[9]。花椒种子含有萌发抑制剂，坚硬的种壳也抑制种子萌发，用500 mg/L GA3浸种催芽可显著提高其种子发芽势和发芽率[10]。以300 mg/L GA3浸种，能显著提高紫薇种子的各项发芽参数[11]；600 mg/L GA3浸种的紫果黑蕊猕猴桃种子发芽率最高[12]；野生金莲花种子在低温沙藏或高浓度GA3处理下才可打破休眠，600 mg/L GA3浸泡的金莲花种子发芽率最高[13]。有关萘乙酸(NAA)对种子萌发作用的报道不尽一致:0.05 mol/L NAA 溶液浸种能促进马甲子种子萌发[14]；NAA 处理抑制油松种子萌发，随浓度增大抑制作用逐渐加强，160 mg/L NAA 可导致种子失活[15]。截至目前，GA 对芦笋种子萌发的影响鲜有报道。已有报道中，王广印等[16]用0～100 mg/L GA3浸泡芦笋种子，其中100 mg/L 处理对种子萌发的促进作用最大，但该研究设置的GA3浓度区间较小且对种子萌发的动态调控信息还不清楚。为此，本试验设置较大浓度区间的GA3和NAA 浸种处理，研究分析其对芦笋种子萌发动态的影响，以期为芦笋标准化育苗与高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用北京市农林科学院培育的F1代芦笋杂交种京绿芦3 号为试验材料。其种子含水量约为8.0%，为制种田上一年度采收的新种子。

1.2 试验设计与方法

本试验于2022年4月在山东省农业科学院人工气候室进行。挑选饱满一致的芦笋种子，用去离子水在30℃恒温培养箱中浸泡48 h，每12 h换水1 次，并搓洗掉种子表明的蜡质层，再分别用赤霉素(GA3)和萘乙酸(NAA)溶液在30℃恒温培养箱中浸泡24 h。其中，GA3设置5 个浓度梯度，分别为100、200、400、600 mg/L 和800 mg/L；NAA 也设置5 个浓度梯度，分别为25、50、100、150 mg/L 和200 mg/L，以去离子水浸泡作为对照。

激素处理后，去离子水冲洗种子2～3 遍，再均匀平铺于垫有2 层无菌滤纸的培养皿(直径10 cm)中，放入人工气候室25℃条件下黑暗培养，每天补水保持滤纸湿润状态。每皿放种子50 粒，每处理设3 个重复。培养后每2 天统计一次露白种子数，以露白长度2 mm 作为萌发标准。

1.3 测定指标及方法

芦笋种子萌发指标测定参考周劲松等[6]和杜晓燕等[17]的方法。

发芽率(%)＝发芽种子数/供试种子数×100；

发芽势(%)＝发芽6 天的发芽种子数/供试种子数×100。

发芽指数GI＝Σ(Gt/Dt)。式中，Gt:t 天的发芽个数；Dt:至t 天的发芽天数。

活力指数VI＝GI×S 。式中，GI:发芽指数；S:平均根长。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 计算数据平均值和标准误，SPSS 17.0 软件进行显著性分析，Sigma-Plot 10.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 GA3和NAA 处理对芦笋种子发芽率的影响

由图1a 可见，与CK 相比，GA3浸种处理提高芦笋种子发芽率，且随浓度增加呈现先增加后降低趋势。发芽第4 天，GA3处理芦笋种子发芽率快速增加，较CK 增加59.46%～108.11%；发芽第8 天，低浓度GA3处理种子发芽率继续快速上升，较CK 增加25.29%～52.88%，其中400 mg/L GA3处理的发芽率(88.67%)显著高于其它处理，600、800 mg/L GA3处理发芽率与CK 基本一致；发芽8天后，400 mg/L GA3处理发芽率趋于稳定，其它处理发芽10 天后还在缓慢增加，CK 发芽稳定时间在第12 天。最终，发芽率最高的处理为400 mg/L GA3，达到98.00%，较CK 提高8.09%。GA3处理种子发芽势较CK 提高16.95%～86.44%，400 mg/L GA3处理发芽势最高。

由图1b 可见，NAA 处理对芦笋种子发芽率影响较小。25、50 mg/L 和100 mg/L NAA 处理后，种子发芽动态与CK 基本一致。150 mg/L 和200 mg/L NAA 处理延缓芦笋种子的发芽时间，显著抑制芦笋种子早期萌发，至发芽4 天时发芽率较CK 分别降低62.16%和56.67%，发芽8 天时较CK 分别降低29.89%和37.93%；发芽14 天时较CK 分别降低2.21%和6.62%。25 mg/L NAA 处理发芽势比CK 增加6.78%，但随NAA 浓度继续增加发芽势呈逐渐降低趋势，较CK 降低15.25%～44.07%。

图1 GA3和NAA 浸种处理芦笋种子的发芽率

2.2 GA3和NAA 处理对芦笋种子发芽指数的影响

随发芽进程，不同浓度GA3处理芦笋种子发芽指数呈现快速增加－缓慢增加－趋于稳定的变化趋势(图2a)。发芽第4 天，为发芽指数的快速增加期，GA3处理显著高于CK，比CK 增加45.24%～114.29%，400 mg/L GA3处理发芽指数最大；发芽第5～10 天，为缓慢增加期，GA3处理比CK 增加17.94%～63.30%，400 mg/L GA3处理显著高于其它处理；发芽10 天后，发芽指数基本稳定，GA3处理比CK 增加7.67%～45.61%。各处理发芽指数的高低顺序和变化规律基本一致。

随发芽时间延长，NAA 处理芦笋种子发芽指数呈缓慢增加趋势(图2b)。25 mg/L NAA 处理发芽指数略高于CK，其它处理均低于CK，且随NAA 浓度增加发芽指数逐渐降低。在整个发芽过程中，150 mg/L NAA 处理发芽指数较CK 降低25.99%～66.67%，200 mg/L NAA 处理较CK 降低39.93%～162.51%，表现为随发芽时间延长降幅逐渐缩小。

图2 GA3和NAA 浸种处理芦笋种子的发芽指数

2.3 GA3和NAA 处理对芦笋根长和种子活力指数的影响

与CK 相比，浓度小于600 mg/L 时GA3处理增加芦笋种子萌发期的胚根长和种子活力指数，大于600 mg/L 时则抑制胚根伸长和活力指数(表1，图3)。发芽6 天时，100～400 mg/L GA3处理胚根长较CK 增加1.06%～11.70%，600、800 mg/L GA3处理较CK 分别降低10.63%、23.40%，且800 mg/L GA3处理胚根长显著短于CK，其它处理与CK 之间差异不显著。发芽12 天时，100～400 mg/L GA3处理的胚根长较CK 增加7.37%～12.63%，600 mg/L 和800 mg/L GA3处理较CK 分别减少7.89%和11.58%。表明随GA3浓度增加，胚根长呈先增加后降低趋势，各处理与CK 之间差异总体不显著。

表1 GA3浸种处理发芽6 天和12 天的胚根长和活力指数

GA3处理对芦笋种子活力指数的影响较大。发芽6 天时，浓度低于400 mg/L 处理的活力指数显著高于CK，400 mg/L GA3处理的活力指数最高，较CK 增加118.58%，浓度继续增加则活力指数下降。发芽12 天时种子活力指数变化规律与发芽6 天时基本一致，400 mg/L GA3处理显著高于CK 和其它处理，较CK 增加59.08%。

NAA 处理显著降低芦笋种子萌发期的胚根长和种子活力指数，且随NAA 浓度增加呈逐渐降低趋势(表2，图3)。发芽6 天时，不同浓度NAA处理芦笋胚根长较CK 降低83.51%～87.23%，活力指数较CK 降低82.77%～93.81%。发芽12 天时，不同浓度NAA 处理芦笋胚根长较CK 降低87.63%～93.68%，活力指数较CK 降低87.59%～95.89%。随发芽时间延长，NAA 对种子活力指数的抑制越严重。

图3 GA3和NAA 浸种处理发芽12 天时的芦笋种子表型

表2 NAA 处理发芽6 天和12 天的胚根长和活力指数

3 讨论与结论

芦笋是多年生作物，种子质地坚硬，表皮角质层较厚，具有一定的休眠特性，发芽缓慢且发芽时间特别长。藜麦[18]、小麦[19]、玉米[20]等作物的发芽持续时间为6～8 天，而芦笋发芽持续时间一般需20 天以上，出苗过程易受到不良环境的影响。在长时间的发芽过程中，一旦遇到环境变化或管理跟不上，则会造成严重损失。有关芦笋发芽过程的研究表明，发芽高峰期为催芽4～6 天，发芽时间持续18 天以上[6]，生产中芦笋苗床期出齐苗的时间约为30 天。自Haber 等[21]1960年首次报道GA 在种子萌发过程的作用以来，前人就GA对种子萌发的调控开展了大量研究。植物种子萌发过程受到多种激素的调控，大多数植物种子萌发过程中脱落酸(ABA)等抑制物质含量逐渐下降，GA 等促进物质的含量开始剧增[11]。本研究中，GA3处理可显著提高芦笋种子的活力和发芽率，主要是促进发芽早期芦笋种子萌发，催芽4 天时发芽率和发芽指数分别比CK 增加59.46%～108.11%和45.24%～114.29%，发芽势较CK 提高16.95%～86.44%，与前人在其它植物上的研究结果基本一致[10，11]。这可能是因为GA3可提高控制种子萌发基因的表达量，解除DELLA 蛋白对GA 信号转导途径的抑制，调控GA/ABA 平衡，激活呼吸途径相关酶活性，加快大分子物质的转化，解除休眠[22，23]；GA 处理提高胚的生长潜力，促进胚根和下胚轴伸长，软化外壁组织，克服种胚外层施加的机械障碍[24]。本研究还发现，GA3对芦笋种子萌发的调控呈现出低促进、高抑制的规律，以400 mg/L GA3处理时芦笋种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数最高，发芽稳定时间较CK减少4 天，发芽率较CK 提高8.09%，但随着GA3浓度增大，种子萌发受到抑制。前人在GA3调控其它植物种子萌发的研究中也得出相同结论[12－14]，不同植物种子适宜的GA3浓度不尽相同。

NAA 是一种重要的植物生长素类似物，在农业生产上主要用于植物扦插生根、疏花疏果、诱导开花等方面。NAA 对种子萌发作用的报道不尽一致:在黄瓜[25]、棉花[26]、紫薇[27]种子上的研究认为，低浓度NAA 可提高种子的发芽率和发芽势，缩短萌发时间，促进幼苗生长，高浓度NAA 对种子萌发有抑制作用；也有研究发现，NAA 对油松[15]、甘草[28]种子的萌发有抑制作用，且随浓度升高抑制作用逐渐加剧，160 mg/L NAA 可导致油松种子不能萌发。本研究中，低浓度NAA 对芦笋种子发芽率影响较小，150 mg/L NAA 显著抑制芦笋种子萌发，延长发芽时间；NAA 处理极大抑制胚根伸长和种子活力指数，且随浓度增加抑制作用更加明显。其原因可能是处于萌发阶段的种子细胞内乙烯含量较高，且NAA 可促进乙烯合成、抑制生长素和赤霉素的合成与运输，导致其激素代谢紊乱，因而降低种子活力[29]。国际芦笋品种区域试验中的发芽统计发现，供试品种的发芽规律基本一致。因此，本研究结果对指导芦笋育苗具有普遍的指导意义。

本试验条件下，GA3对芦笋种子萌发的调控作用随浓度增加呈现低促进、高抑制的规律，400 mg/L GA3处理芦笋种子的发芽率、发芽势、发芽指数和种子活力指数最大，发芽稳定时间较CK减少4 天，发芽率增加8.09%。GA3处理种子对芦笋幼苗生长发育的影响，还需要进一步深入研究。NAA 处理降低芦笋种子活力，抑制种子萌发。