赤霉素和褪黑素對辣椒種子萌發及幼苗生長的影響

李 晶，何 瓊，劉 微，曹麗敏,3，李玉中,3，劉 最,3，李應龍，劉宇華,3

（1. 衡陽師范學院生命科學學院，湖南 衡陽 421008；2. 湖南環境生物職業技術學院醫藥技術學院，湖南 衡陽 421005；3. 衡陽師范學院南岳山區生物資源保護與利用重點實驗室，湖南 衡陽 421008；4.湖南聚味堂食品有限公司，湖南 衡陽 421499）

種子是農業最基本的生產資料，是決定農作物高產、多抗、優質的內在因素。在種子貯藏過程中，種子的自身代謝、惡劣的貯藏環境及有害生物的侵害等均會降低種子的活力，進而影響種子萌發、幼苗生長，甚至作物產量[1]。采取合適的方法提高種子活力或打破種子休眠，能有效促進某些作物種子的萌發。赤霉素（GAs）和褪黑素（MT）作為植物激素或類激素物質，在調控植物生長、發育及非生物脅迫等方面起重要作用[2]。GAs 可打破種子休眠、促進種子萌發和莖葉伸長、調控果實發育等過程[3]。適宜濃度的GAs 處理番茄[4]、玉米[5]和茄子[6]種子均能顯著提高種子的發芽勢、發芽率和發芽指數，促進幼苗的莖、葉伸長。MT 作為動植物中普遍存在的吲哚類小分子化合物，主要參與活性氧的清除，其在成熟衰老、脅迫抗性和免疫調節等生理過程中發揮重要作用[7]。近年來有研究表明，適宜濃度的MT 處理不僅能夠提高種子的萌發率，還能誘導根系的產生和生長[8]。例如：利用不同濃度MT 處理西瓜[9]、棉花[10]、大豆[11]和水稻[12]種子時，低濃度MT 能促進種子萌發，但高濃度MT 則會抑制種子萌發。此外，Chen 等[13]研究發現，0.1 μmol/L的MT能顯著促進芥菜根系的生長，而100 μmol/L 的MT 則會產生抑制作用。

辣椒（Capsicum annuumL.）又名辣子、番椒、秦椒等，為茄科辣椒屬一年或有限多年生草本植物，起源于美洲，于明代末年傳入我國[14]。辣椒作為我國重要的蔬菜作物，其果實營養豐富，富含辣椒素、維生素、辣椒紅素、有機酸、蛋白質、類黃酮等多種物質，其中維生素C含量是番茄、黃瓜等蔬菜的4～8倍[15]。食用適量辣椒不僅可促進血液循環，還可以預防風濕、冠心病、腫瘤等慢性疾病的發生[16]。據大宗蔬菜產業技術體系統計，近年我國辣椒播種面積占全國蔬菜總播種面積的8%～10%，產值高達2 500 億元，且種植面積仍在不斷擴大[17]。隨著我國辣椒產業的迅速發展，其種苗的需求量日益增加。因此，在辣椒育苗過程中，為了提高種子的發芽率和幼苗質量，采用合適的方法打破種子休眠，促進種子的萌發，對辣椒產業的發展至關重要。于是，筆者研究了不同濃度GA3和MT 處理對辣椒種子萌發和幼苗生長的影響，以期為GA3和MT 在辣椒育苗中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試辣椒：牛角椒材料NJ2、朝天椒材料CT3和甜椒材料TJ7，均來自課題組保存的材料。

供試藥劑：赤霉素GA3、褪黑素（MT）和硫酸銅，均購自當地化學藥劑市場。

1.2 試驗方法

參照李怡斐等[18]的試驗設計，GA3濃度設0（蒸餾水處理，CK）、0.3、0.6、0.9、1.2 和1.5 mmol/L 共6個處理，MT 濃度設0（蒸餾水處理，CK）、50、100、150、200 和250 μmol/L 共6 個處理。挑選大小一致、籽粒飽滿的供試辣椒種子，先用1%硫酸銅溶液浸種消毒10 min，用清水洗凈后置于培養皿中，接著分別用上述不同濃度藥劑浸種6 h，然后用蒸餾水反復沖洗干凈后晾干備用。

將不同濃度藥劑處理后的種子分別置于鋪有一層濾紙的9 mm 培養皿中，每個培養皿中均勻放置30 粒種子，然后先吸取2 mL 蒸餾水完全浸潤濾紙，再置于26～28℃溫度、60%光照、65%空氣濕度的人工氣候箱內催芽。每個培養皿為1 個重復，每個處理設3次重復。每日定時記錄萌發相關數據，并補充培養皿中散失的水分，試驗周期為12 d。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 種子萌發指標參照楊小梅等[19]的方法，以胚根突破種皮長度達到1 mm 記為種子發芽。每日記錄發芽種子的數量，持續記錄12 d。按公式（1）、（2）、（3）和（4）分別計算種子萌發指標發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數。

發芽率（%）=（7 d 發芽種子數/供試種子數）×100 （1）

式中：Gt為當日發芽種子數，Dt為相對應的發芽天數，S為幼苗生長量（用根長表示）。

1.3.2 幼苗生長指標觀察至12 d 時，每個培養皿中隨機選取8 株幼苗，先用游標卡尺測量幼苗的胚根和胚芽長，然后用濾紙吸干幼苗表面水分后用分析天平稱量幼苗鮮重，接著將稱重后的樣品置于70℃烘箱中烘至恒重，用分析天平稱量幼苗干重，按公式（5）計算相對含水量。

1.4 數據統計分析

使用Excel 2021 軟件和SPSS 25.0 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 GA3 和MT 處理對種子發芽率和發芽勢的影響

不同濃度GA3和 MT 處理對3 個辣椒材料的種子發芽率和發芽勢均有影響，且不同辣椒材料間存在一定差異（見圖1）。辣椒材料NJ2 的發芽率和發芽勢隨GA3或MT 濃度的增加均呈現先增加后降低的趨勢，并在GA3濃度為0.9 mmol/L 或MT 濃度為150 μmol/L 時達到最高值；辣椒材料TJ7 的發芽率和發芽勢則隨GA3濃度的升高整體呈現上升趨勢，且各濃度處理的發芽率和發芽勢均顯著高于蒸餾水處理（CK），然而辣椒材料TJ7 的發芽率和發芽勢隨MT 濃度的增加卻呈現先上升后降低的趨勢，在MT 濃度為150 μmol/L 時達到最大值，其發芽率和發芽勢與CK 相比分別增加34.98%和16.19%，但當MT 濃度為250 μmol/L 時，NJ2 的發芽率和TJ7 的發芽勢顯著低于蒸餾水處理（CK），這表明高濃度MT 會抑制辣椒種子發芽；然而，辣椒材料CT3 的發芽勢和發芽率在不同濃度GA3和 MT 處理間均無顯著性差異。

圖1 不同濃度GA3 和MT 處理對不同辣椒材料種子發芽率和發芽勢的影響

2.2 GA3 和MT 處理對種子發芽指數和活力指數的影響

由圖2 可知，辣椒材料NJ2 的發芽指數和活力指數均隨GA3和MT 濃度的增加呈現先增加后降低 的 趨 勢，并 在GA3濃 度 為0.9 mmol/L 或MT 濃度為150 μmol/L 時達到最大值；辣椒材料TJ7 的發芽指數和活力指數均隨GA3濃度的增加呈現上升趨勢，且各濃度處理的發芽指數和活力指數均顯著高于蒸餾水處理（CK），當GA3濃度為1.5 mmol/L時，其發芽指數和活力指數分別比CK 增加118.91%和270.35%，而辣椒材料TJ7 的發芽指數和活力指數卻隨MT 濃度的升高呈現先增加后降低的趨勢，當MT 濃度為150 μmol/L 時發芽指數和活力指數達到最大值，分別比蒸餾水處理（CK）增加11.60%和145.66%；辣椒材料CT3 的發芽指數和活力指數在不同濃度GA3處理間無顯著性差異，但其發芽指數和活力指數均隨MT濃度的增加呈現先上升后降低的趨勢，當MT 濃度為150 μmol/L 時發芽指數和活力指數均達到最高值，其中活力指數顯著高于蒸餾水處理（CK），而當濃度為250 μmol/L 時，發芽指數和活力指數分別比CK 降低17.75%和16.87%，差異達顯著水平。

圖2 不同濃度GA3 和MT 處理對不同辣椒材料種子發芽指數和活力指數的影響

2.3 GA3 和MT 處理對辣椒幼苗胚根和胚芽生長的影響

由圖3 可知，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根長和胚芽長均隨GA3和MT 濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢，當GA3濃度為0.9 和1.2 mmol/L 時，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根長和胚芽長分別達到最大值，而當MT 濃度為150 μmol/L 時，辣椒材料NJ2 和TJ7 的胚根長和胚芽長達到最大值，與蒸餾水處理（CK）相比，辣椒材料NJ2 的胚根長和胚芽長分別增加102.45%和65.61%，辣椒材料TJ7 的胚根長和胚芽長分別增加119.85%和31.07%；當MT 濃度為250 μmol/L 時，辣椒材料NJ2 的胚根和胚芽生長明顯受到抑制，其胚根長和胚芽長分別比CK 降低44.60%和40.39%。然而，辣椒材料CT3 的胚根長隨GA3濃度的增加呈現下降趨勢，而胚芽長則隨GA3濃度增加呈上升趨勢，且各濃度處理的胚芽長均顯著長于蒸餾水處理（CK）；而辣椒材料CT3的胚根長和胚芽長均隨MT 濃度增加呈現出先增加后降低的趨勢，當MT 濃度為150 μmol/L時其胚根長和胚芽長達到最大值，分別比CK 增加69.23%和28.27%，并伴隨有大量側根的產生。

圖3 不同濃度GA3 和MT 處理對辣椒幼苗胚根長和胚芽長的影響

另外，GA3和MT 處理除影響胚根和胚芽的長度外，GA3各濃度處理的辣椒幼苗子葉顏色比蒸餾水處理（CK）稍淺，而MT 各濃度處理的辣椒幼苗子葉顏色與CK 沒有明顯差異（見圖4）。

圖4 不同濃度GA3 和MT 處理對辣椒幼苗子葉顏色的影響

2.4 GA3 和MT 處理對辣椒幼苗含水量的影響

由表1 可知，辣椒材料NJ2 和CT3 幼苗的相對含水量隨GA3濃度的增加均呈現先增加后降低的趨勢，當GA3濃度為0.9 mmol/L 時達到最大值，NJ2 和CT3 的相對含水量分別比CK 增加3.96 和1.52 個百分點，且差異達顯著水平；然而TJ7 的相對含水量則隨GA3濃度的增加整體呈現上升趨勢，且各濃度處理的相對含水量均顯著高于CK。辣椒材料NJ2 和TJ7幼苗的相對含水量隨著MT 濃度的增加也呈現出先升后降的趨勢，當MT 濃度為100 μmol/L 時達到最大值，NJ2 和TJ7 分別為92.23%和92.07%，分別比CK 增加2.53 和1.99 個百分點；但辣椒材料CT3 幼苗的相對水含量在各濃度MT 處理間無顯著性差異。

表1 不同濃度GA3 和MT 處理對辣椒幼苗含水量的影響

2.5 辣椒種子主要發芽指標的相關性分析

對經不同濃度GA3和MT 處理后辣椒種子的主要發芽指標進行相關性分析，結果如表2所示，發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、胚根長、胚芽長和相對含水量7 個指標之間均存在極顯著正相關，其中發芽指數與發芽勢和活力指數之間的相關系數分別高達0.922 和0.923，胚根長度與發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數之間的相關系數分別為0.789、0.867、0.805 和0.918，但胚芽長和相對含水量與發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、胚根長的相關系數均低于0.750。

表2 不同濃度GA3 和MT 處理后辣椒種子主要發指標的相關性分析

3 討 論

種子萌發是一個復雜的生理過程，受諸多因素的影響。赤霉素作為調控植物生長發育的內源性激素，有助于打破種子休眠、促進種子萌發及莖桿的伸長等[20-21]。褪黑素作為一種植物類激素也被報道參與調控種子的萌發，滕英姿等[22]認為，外源施加褪黑素能顯著提高萵苣種子的萌發率，并促進萵苣種子提前發芽。筆者的研究結果表明，不同濃度GA3處理能提高辣椒材料NJ2 和TJ7 種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數，促進幼苗胚根和胚芽的伸長，但當GA3濃度超過0.9 mmol/L 時，其對上述種子發芽指標的促進作用有不同程度地減小，表明高效促進NJ2 和TJ7 種子萌發的GA3最低臨界濃度是0.9 mmol/L；然而，辣椒材料CT3 的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數在不同濃度GA3處理間卻無顯著性差異，表現出明顯的材料特異性，這可能是由于CT3 種子的自身活力較高，致使赤霉素對其的促進作用不明顯。筆者的研究結果還表明，MT 對辣椒種子萌發的影響在不同濃度處理間存在顯著性差異，辣椒材料NJ2、TJ7 和CT3 的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數在MT 濃度低于150 μmol/L 時均有提高的趨勢，但在MT 濃度超過150 μmol/L 時則都有不同程度下降的趨勢，表明低濃度MT 能促進辣椒種子萌發，而高濃度MT 則有抑制辣椒種子萌發的作用，促進辣椒種子萌發的最佳MT 濃度為150 μmol/L。辣椒材料NJ2、TJ7和CT3 的胚芽長各GA3濃度處理均顯著長于CK，且當濃度為0.9～1.2 mmol/L 時較長，這主要是由于GA3浸種處理誘導了細胞的分裂及伸長；辣椒材料NJ2、TJ7 和CT3 的胚根長和胚芽長均隨MT 濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢，當MT 濃度為150 μmol/L時達到最大值，NJ2 的胚根長和胚芽長分別比CK 增加102.45%和65.61%，TJ7 的胚根長和胚芽長分別比CK 增加119.85%和31.07%，CT3 的胚根長和胚芽長分別比CK 增加69.23%和28.27%，然而，當MT 濃度為250 μmol/L 時，辣椒材料NJ2 的胚根和胚芽生長明顯受到抑制，其胚根長和胚芽長分別比CK 降低44.60%和40.39%，表明促進辣椒幼苗胚根和胚芽生長的最佳濃度為150 μmol/L。