甘薯種子特性及促萌發機制的研究

蘇文瑾　劉意　雷劍　王連軍　柴沙沙　焦春海　楊新筍

摘要：獲得甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]種子需要經過復雜的前處理，常規方法認為98%濃硫酸浸種可以獲得較高的種子萌發率，但是不同基因型的種子之間可能存在差別，同時通過其他作物上的研究發現，活性氧化物對促進種子萌發效果顯著，但是在甘薯上尚未有人應用。試驗探討了不同基因型的甘薯種子對濃硫酸的敏感性及后期活性氧化物處理是否也可以促進甘薯種子的萌發，以獲得最佳的處理方式，將種子損失率降至最低。結果表明，不同基因型的種子對濃硫酸的敏感程度不同，而后期添加活性氧化物確實能促進甘薯種子的萌發。

關鍵詞：甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]；種子；濃硫酸；活性氧化物

中圖分類號：S531 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5528-04

Abstract： The acquiring of every seed of sweetpotato needs a complicate pretreatment. The traditional way to promote seed germination was treated with 98% H2SO4， however， differnet genetype might have a different germination rate. The purpose of this research was to illustrate the effect of the different genetypes of the seed treating with 98% H2SO4，whether the after-treatment could promote the germination. The results showed that different genetypes of seed had a different sensitiveness to the 98% H2SO4， and the after-tratment of hydrogen peroxide （H2O2） could promote the germination.

Key words： sweetpotato[Ipomonea batatas（L.）Lam.]；seed；concentrated sulfuric acid；reactive oxygen species

種質資源對育種工作者來說是進行品種改良和資源創新的基礎，而資源能否成功獲得又與種子能否成功萌發有關。種子萌發受多重因素的的影響，主要分為物理因素和生理因素。物理因素主要是種皮的機械韌性對種子萌發的影響，生理因素主要包括種子的生理休眠和一些生長因子的影響[1]。

根據相關報道，不同基因型的種子可能因為不同的種衣厚度和種子結構而對濃硫酸處理時間的敏感程度不同[2，4]。甘薯[Ipomonea batatas（L.）Lam.]的種子無休眠期，理論上只要成熟、溫濕度合適即可發芽，但是甘薯種子的種皮是一層硬質的革質層，不宜透水吸氧，未經處理的種子即使在適宜的溫濕度條件下也不能萌發，因此育種工作中經常采用的是機械破損與化學處理的方式，以便使種皮能夠順利吸水透氣。化學處理的方法通常是將種子浸入濃硫酸30～45 min后，用清水清洗干凈后播種。但是關于按照不同基因型分類驗證種子對濃硫酸敏感程度的研究尚未見報道。另外在種子進行預破殼后，一些后續處理也可能影響甘薯種子的發芽。研究發現活性氧化物在細胞的信號傳導中起著重要作用，活性氧化物能調節作物種子中乙烯或赤霉素的合成，從而促進種子萌發。已見報道的作物有大豆[5]，但是關于活性氧物質是否能促進甘薯種子萌發的研究尚未見報道。

本研究的目的就是為了闡明不同基因型的甘薯種子對濃硫酸的敏感性，探討后期活性氧化物處理是否也可以促進甘薯種子的萌發，整個研究的最終目的是為了獲得最佳的處理方式，將種子損失率降至最低。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所需種子于2013年收獲。按照不同類型分為食用型、淀粉型和紫色薯型。試驗材料見表1。

1.2 種子質量與韌性評估

種子重量采取百粒重的方式獲得。種子硬度采取主觀評價方式，種子在清水中浸泡2 d后，用手術刀進行切割，1代表易切割，2代表較硬，3代表硬，4代表非常硬，共4個等級。

1.3 濃硫酸預處理

由于尚未有相關文獻對不同基因型的種子處理進行過針對性的報道，因此濃硫酸處理時間梯度設置為15、25、35和45 min，設置3個重復，每個處理選取20粒飽滿的種子。

1.4 預處理與活性氧化物互作對調節甘薯種子發芽的研究

因材料數量的限制，以下試驗僅以秘1為材料進行研究。將去離子水浸泡過的濾紙放在20 mm×100 mm的皮氏培養皿中，不同破殼處理的秘1種子平鋪在濾紙上，3個重復，每個重復15粒種子（n=45），對照為未進行初破殼處理并且只在清水中進行浸泡，幾種添加物分別為12 mL去離子水；100 mmol/L H2O2；100 mmol/L甘露醇（作為滲透質使用）；N-acetylcysteine（N-乙酰半胱氨酸，NAC，25 mmol/L），NAC為抗氧化物，種子發芽抑制物；NAC+雙氧水。添加到每個培養皿中，將所有的培養皿放在25 ℃的培養箱中暗培養，隨機區組擺放，按不同時間段清點不同處理下種子的發芽數，只要見胚根即算為已發芽，發芽率統計時間為上午9：00，下午3：00時，隔天上午9：00，下午3：00時，共統計2 d，詳情見表2。

1.5 數據分析

數據采用SPSS進行方差分析，采用t檢驗的方式進行誤差分析，同時采用Dunnett多重分析討論不同基因型和相同因素不同處理之間以及不同因素處理下的互作問題。

2 結果與分析

2.1 種子的初步分離與種子特性評估

根據試驗發現甘薯種子存在灌漿飽滿與不飽滿的問題，本試驗使用10%的NaCl溶液將種子進行分離，發現浮于溶液上方的癟殼蟲蛀種子數目普遍多于沉于水底的種子（表3，圖1），依然有部分癟殼蟲蛀種子沉于溶液下方，浮于溶液上方的正常種子百粒重普遍低于沉于溶液下方的種子。溶液底部種子的百粒重為2.09～2.89 g，浮與溶液上方的正常種子百粒重為1.62～2.33 g。種皮硬度在1～4級的范圍內變化，不同基因型的種子存在不同硬度，其中萬薯0515、秘1、韓4、韓5的硬度大，為4級；徐薯18、浙726、寧紫1號和紅心王的的硬度差，為2級（表4）。

2.2 濃硫酸處理后發芽率的測定

取發育飽滿的種子（即分離溶液下方飽滿的種子）用于濃硫酸處理與后處理，結果（圖2～圖9）表明，不同基因型的種子在不同濃硫酸處理下發芽率存在顯著變化。秘1、韓4和韓5在濃硫酸處理45 min時發芽率最高，紅心王、浙726、寧紫1號和徐薯18在濃硫酸處理15 min時發芽率最高，萬薯0515在濃硫酸處理35 min時發芽率最高，該結果與前期種皮硬度分析結果一致，硬度大的種子處理時間為45 min最適宜，硬度小的種子處理時間為15 min適宜。不同品種內不同處理方式間也存在較大差異，紅心王、秘1、韓4、萬薯0515、韓5不同處理方式下差異不顯著，徐薯18、浙726、寧紫1號不同處理方式下差異顯著，由此可見，大部分硬度較小的種子在不用濃硫酸處理下發芽率存在顯著的變化；硬度大的種子需要較長的濃硫酸處理時間，不同的濃硫酸處理方式對發芽率影響不大。

2.3 后處理對甘薯發芽率的影響

以秘1為試驗材料，在經過前期不同濃硫酸處理后，同時增加后處理，以去離子水為對照。結果表明，不同處理之間差異不顯著，以添加去離子水的后處理為對照，添加NAC，由圖10和圖11可知，NAC在前期可以顯著抑制種子的萌發，在種子萌發后期效果逐漸降低，后期對抑制種子萌發效果不顯著；H2O2為一種氧化物，在多篇文獻中報道氧化物可以促進種子的萌發，本試驗結果表明，H2O2在前、中期可以顯著促進種子萌發，在后期促進種子萌發的效果不顯著；甘露醇是一種滲透調節劑，前期可以顯著抑制種子的萌發，后期作用不明顯；通過添加NAC+H2O2觀察NAC是否能抑制氧化物對種子萌發的促進作用。結果表明，兩種混合物添加前、中、后期種子發芽率都較低。研究前處理與后處理的互作效果發現，兩種處理互作效果顯著，種子濃硫酸處理30 min，后處理添加H2O2，種子的發芽率最高，15、25和35 min的前處理后添加H2O2種子發芽率均高于其他后處理，說明H2O2對促進種子發芽效果顯著，但是隨著濃硫酸處理時間的延長，后處理效果受到影響，發芽率顯著降低，說明后處理與前處理兩者的互作對種子萌發的影響較大。

3 小結

本試驗結果表明，甘薯種子萌發受基因型影響較大，不同基因型的種子可能受自身因素控制，種子特性存在較大差異，部分基因型的種子發育充實飽滿，種皮硬度大，處理后發芽率高，部分基因型的種子發育較差，導致后期發芽率較低，在濃硫酸處理方面發育狀態好的種子需較長的濃硫酸處理時間，發育狀態差的種子只需較短的濃硫酸處理時間，總體來講，氧化物后處理能顯著提高種子的發芽率，因此可以添加一定濃度的H2O2。

參考文獻：

[1] HEIT C E. Propagation from seed： part 6 hardseededness[J]. Am Nurseryman，1967，125，1-5.

[2] SUGAE W， BARBARA M. REEDB. Optimized scarification protocols improve germination of diverse rubus germplasm[J]. Scientia Horticulturae，2011，130：660-664.

[3] CAMPBELL P L， ERASMUS D J， STADEN V J. Enhancing seed germination of sand blackberry[J]. HortScience，1988，23， 560-561.

[4] CLARK J R， MOORE J N. Longevity of Rubus seeds after long-term cold storage[J].HortScience，1993，28（9），929-930.

[5] ISHIBASHI Y，KODA Y， ZHENG S H，et al. Regulation of soybean seed germination through ethylene production in response to reactive oxygen species[J]. Annals of Botany， 2013， 111（1）：95-102.

（責任編輯 韓 雪）