GA3和6-BA对高温胁迫下荠菜种子萌发的影响

葛礼姣 程玉静 王小秋 仇亮 翟彩娇 刘水东

摘    要：以板叶荠菜种子为试验材料，研究了不同温度下荠菜种子的萌发特性及赤霉素（GA3）和6-苄基腺嘌呤（6-BA）浸种处理对高温胁迫下荠菜种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明，25 ℃处理下，荠菜的苗高、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等发芽指标显著高于其他温度处理，为荠菜种子的最佳萌发温度。30 ℃高温胁迫时，7.5 mg·L-1 GA3和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下荠菜种子的活力指数和7个发芽指标（苗高、胚根长、鲜质量、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数）的隶属函数平均值最高；35 ℃高温胁迫时，7.5 mg·L-1 6-BA和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和7个发芽指标的隶属函数平均值最高，说明适宜浓度的GA3、6-BA和GA3＋6-BA浸种处理可显著促进高温胁迫下荠菜种子的萌发和幼苗生长。

关键词：荠菜；高温胁迫；GA3；6-BA；种子萌发

中图分类号：S647 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）09-108-08

Effects of GA3 and 6-BA on seed germination of Capsella bursa-pastoris under high temperature stress

GE Lijiao， CHENG Yujing， WANG Xiaoqiu， QIU Liang， ZHAI Caijiao， LIU Shuidong

（Jiangsu Yanjiang Institute of Agricultural Sciences， Nantong 226012， Jiangsu， China）

Abstract： Taking the seeds of Capsella bursa-pastoris Banye as materials， the germination characteristics of Capsella bursa-pastoris seeds at different temperatures and the effects of gibberellin （GA3） and 6-benzyladenine （6-BA） on seed germination and seedling growth of Capsella bursa-pastoris under high temperature stress were studied in this experiment， which provided the basis for solving the problem of thermal dormancy of seeds and the physiological study of resistance to high temperature stress. The results showed that under 25 ℃， the seedling height， germination rate， germination potential， germination index， and vigor index of Capsella bursa-pastoris were significantly higher than those under the other temperature treatments， which was the best germination temperature for Capsella bursa-pastoris seeds. Under 30 ℃ high temperature stress， the vigor index and the average value of membership function of 7 germination indexes （seedling height， radicle length， fresh weight， germination rate， germination potential， germination index， and vigor index） reached the highest values under 7.5 mg·L-1 GA3 and 7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA） treatments. While under 35 ℃， the germination rate， germination potential， germination index， vigor index， and the average value of membership function of 7 germination indexes treated with 7.5 mg·L-1 6-BA and 7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA） were highest， indicating that suitable concentration of GA3， 6-BA， and GA3+6-BA soaking treatments could significantly promote seed germination and seedling growth of Capsella bursa-pastoris under high temperature stress.

Key words： Capsella bursa-pastoris; High temperature stress; GA3; 6-BA; Seed germination

薺菜[Capsella bursa-pastoris（L.）Medic]是十字花科一、二年生草本植物，以嫩茎叶供食，含有丰富的蛋白质、胡萝卜素、维生素C、Ca、P、Fe等营养成分，具有凉肝止血、平肝明目、清热利湿等功效，是我国重要的鲜食和加工蔬菜[1-4]。随着生活水平的提高，人们对食品的口感风味和营养价值有了更新、更高的要求，荠菜因特殊的香气以及极高的营养价值和药用价值而深受消费者喜爱，国内外对荠菜的需求量越来越大，荠菜的周年栽培势在必行。然而当前全球气温变暖，荠菜在夏季播种时常遭遇35～40 ℃的高温，且在8月底到9月中旬的秋播期间，高温天气也时有发生，荠菜种子萌发受到高温热害的抑制，产量和品质持续降低，严重限制了荠菜的周年供应，难以满足人们对新鲜荠菜的常年需求。

研究发现，使用外源激素浸种可以打破种子休眠，破坏妨碍种子萌发的活性物质，有效提高种子发芽率[5-7]。其中，GA3可促进生长素类物质的合成，提高种子内淀粉酶活性，加快种子代谢活动，从而提高种子发芽能力[8]；6-BA作为一种细胞分裂素，可促进细胞分裂，诱导芽分化[9]。近年来，GA3和6-BA促进种子萌发的相关研究在薰衣草[10]、莴苣[11]、紫花苜蓿[12]等作物中已有大量报道。常文静[10]设置不同浓度的GA3和6-BA对薰衣草种子进行浸种处理后发现，2种激素均可显著提高薰衣草种子的发芽率和发芽势，GA3对薰衣草种子的引发效果优于6-BA。湛润生等[12]发现，1.5 mg·L-1 6-BA和50 mg·L-1 GA3的浸种处理有效提高了紫花苜蓿种子的发芽率和发芽势，在一定浓度范围内延长浸种时间可促进种子萌发。曹菲菲[11]指出，高温胁迫下，GA3+6-BA浸种处理对莴苣种子的引发效果优于单一激素，二者在莴苣种子萌发和幼苗生长中起协同作用。

目前，人们对叶用荠菜的研究主要集中在资源收集[13]、栽培技术创新[14]和耐盐胁迫[15]等方面，而打破高温胁迫下种子萌发障碍的相关研究鲜见报道。为此，笔者设置了不同萌发温度环境，明确了高温胁迫下荠菜种子的萌发特性，并探讨了不同浓度外源GA3和6-BA浸种处理对高温胁迫下荠菜种子萌发及幼苗生长的影响，为实现荠菜周年稳定供应、打破荠菜种子热休眠、提高荠菜耐热性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2022年8—11月在江苏沿江地区农业科学研究所科创中心进行，供试材料为板叶荠菜，由江苏沿江地区农业科学研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 不同温度处理对荠菜种子萌发的影响 挑选大小均匀、健康饱满的荠菜种子，用75%的酒精消毒30 s，蒸馏水洗净。取定性滤纸铺于无菌干燥的直径为10 cm的玻璃培养皿中，将60粒消毒处理的荠菜种子均匀置于双层滤纸上，加入4 mL的蒸馏水，盖好盖子后分别置于20、25、30、35和40 ℃光照培养箱中进行暗培养，每个处理3次重复。

1.2.2 不同浓度激素处理对高温胁迫下荠菜种子萌发的影响 试验设置3种激素处理，分别为GA3、6-BA和GA3+6-BA处理，各激素处理均设0、2.5、5.0、7.5、10.0 mg·L-1浸种质量浓度，其中GA3+6-BA处理溶液由质量比1∶1的GA3和6-BA混合配置而成（表1）。挑选大小均匀、健康饱满的荠菜种子，用75%的酒精消毒30 s，蒸馏水洗净后，分别置于GA3、6-BA、GA3+6-BA溶液中进行浸种处理，浸种12 h后取出，蒸馏水冲洗3次。取双层定性滤纸铺于无菌干燥的直径为10 cm的玻璃培养皿中，将60粒处理后的荠菜种子均匀置于滤纸上，加入4 mL的蒸馏水，在30和35 ℃度光照培养箱中进行暗培养，每个处理3次重复。

1.3 指标测定

以胚根长达到种子1/2时为发芽标志，每天统计发芽种子数。试验6 d结束时，每处理随机取10粒种子，用直尺测定苗高和胚根长；鲜质量为每重复全部发芽种子鲜质量的平均值，采用电子天平测定；种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数按下列公式计算：

发芽势/%=（第3日发芽种子数/供试种子总数）×100；

发芽率/%=（第6日发芽种子数/供试种子总数）×100；

发芽指数（GI）=Σ（Gt/Dt），Gt为t日的发芽数，Dt为相应的发芽日数。

活力指数（VI）=GI×幼苗鲜质量。

1.4 数据处理和统计分析

1.4.1 统计分析及绘图 采用Excel 2019软件进行数据初步统计与整理，采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较分析。

1.4.2 不同浓度激素处理下各指标隶属函数值计算 采用隶属函数法[16]，计算每个指标隶属函数值（U）：U=（F–Fmin）/（Fmax–Fmin）。其中，F为某一处理某一指标测定值，Fmax和Fmin分别为所有处理下某一指标测定值的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理对荠菜种子萌发的影响

由图1可知，不同温度处理对荠菜的苗高、胚根长、鲜质量、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等7个发芽指标有显著影响，这7个指标随温度的升高呈先上升后下降的趋势。25 ℃处理下，荠菜的苗高、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均达到最高值，分别较20 ℃处理显著高17.54%、40.73%、42.18%、50.69%、42.85%，较30 ℃处理显著高67.50%、78.71%、66.23%、90.64%、66.67%，较35 ℃处理显著高157.69%、300.00%、237.24%、299.13%、900.00%。30 ℃处理下，荠菜的胚根长显著高于其他温度处理，相比于20、25和35 ℃处理，分别高出54.32%、27.55%和303.23%。超过30 ℃后，荠菜的苗高、胚根长、鲜质量、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数直线下降，40 ℃处理下，荠菜种子的发芽率为0。高温处理显著抑制了荠菜种子的萌发，25 ℃为荠菜种子的最适萌发温度。

2.2 不同浓度激素处理对高温胁迫下荠菜种子萌发的影响

2.2.1 30 ℃高温胁迫下不同浓度激素处理对荠菜种子萌发的影响 由图2可知，30 ℃高温胁迫下，适宜浓度的GA3和6-BA浸种处理可以促进种子萌发，而高浓度的GA3和6-BA浸种处理则抑制种子萌发。单一GA3处理下，GA3质量浓度为7.5 mg·L-1时，荠菜的苗高、鲜质量、发芽势、发芽指数和活力指数最高，其中，苗高、鲜质量和活力指数显著高于其他濃度处理，分别高出0 mg·L-1 GA3处理24.06%、23.31%、42.11%；高出2.5 mg·L-1 GA3处理20.84%、26.52%、41.44%；高出5.0 mg·L-1 GA3处理20.53%、26.52%、28.99%；高出10.0 mg·L-1 GA3处理的6.43%、19.75%、26.43%。单一6-BA处理和GA3+6-BA处理下，荠菜的苗高、胚根长随6-BA处理浓度的增加而降低。单一6-BA处理下，6-BA质量浓度为7.5 mg·L-1时，荠菜的发芽势、发芽指数和活力指数达到最高值，其中，发芽势和发芽指数显著高于0、2.5和5.0 mg·L-1处理。GA3+6-BA处理下，荠菜的鲜质量在质量浓度为5.0 mg·L-1时达到最高值；7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下，荠菜的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数显著高于其他浓度GA3+6-BA处理，分别高出0 mg·L-1 GA3+6-BA处理18.83%、35.22%、29.20%、39.22%，高出2.5 mg·L-1 GA3+6-BA处理18.83%、23.08%、19.34%、20.59%，高出5.0 mg·L-1 GA3+6-BA处理16.10%、18.51%、16.76%、14.43%，高出10.0 mg·L-1 GA3+6-BA处理9.78%、14.27%、11.03%、25.67%。

比较30 ℃高温胁迫下不同浓度GA3、6-BA和GA3+6-BA处理对荠菜种子萌发的影响发现，相比于其他处理，7.5 mg·L-1 GA3处理显著提高了荠菜的苗高和鲜质量，7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理则显著提高了荠菜的发芽率、发芽势和发芽指数；同时，7.5 mg·L-1 GA3处理和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下，荠菜的活力指数达到最高值，显著高于其他处理。综上所述，30 ℃高温胁迫下，7.5 mg·L-1 GA3和7.5 mg·L-1 GA3+6-BA浸种处理可有效提高荠菜种子的发芽率和活力指数。

2.2.2 35 ℃高温胁迫下不同浓度激素处理对荠菜种子萌发的影响 由图3可知，35 ℃高温胁迫下，荠菜的萌发指标与GA3和6-BA处理浓度呈非线性相关，适宜浓度的GA3和6-BA浸种处理有效提高了荠菜种子的鲜质量、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数指标。单一GA3处理条件下，质量浓度为7.5 mg·L-1时，荠菜的苗高、胚根长、鲜质量、發芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等7项指标均达到最高值，其中，苗高、发芽率、发芽指数和活力指数显著高于其他浓度GA3处理，分别高出0 mg·L-1 GA3处理18.34%、42.11%、44.41%、88.71%，2.5 mg·L-1 GA3处理9.23%、45.91%、47.39%、82.50%，5.0 mg·L-1 GA3处理5.19%、17.37%、17.48%、30.99%，10.0 mg·L-1 GA3处理2.53%、25.58%、24.35%、54.51%。单一6-BA处理和GA3+6-BA处理条件下，荠菜的胚根长随处理浓度的增加而降低。单一6-BA处理下，6-BA质量浓度为7.5 mg·L-1时，荠菜的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数显著高于其他浓度6-BA处理，分别高出0 mg·L-1 6-BA处理97.39%、111.47%、104.24%、172.32%，2.5 mg·L-1 6-BA处理97.39%、117.63%、109.28%、171.18%，5.0 mg·L-1 6-BA处理56.24%、60.84%、58.15%、106.42%，10.0 mg·L-1 6-BA处理53.09%、68.21%、57.45%、91.31%。GA3+6-BA处理下，质量浓度为7.5 mg·L-1时，荠菜的鲜质量、发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数显著高于其他浓度GA3+6-BA处理，分别高出0 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理22.50%、92.14%、91.46%、93.93%、137.78%，2.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理19.51%、73.85%、71.76%、72.49%、105.86%，5.0 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理15.75%、37.77%、36.74%、36.90%、58.91%，10.0 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理30.09%、21.69%、26.43%、24.45%、61.13%。

比较35 ℃高温胁迫下不同浓度GA3、6-BA和GA3+6-BA处理对荠菜种子萌发的影响，发现荠菜的苗高和胚根长在GA3处理下最高，在GA3+6-BA处理下次之，在6-BA处理下最低，说明GA3可以缓解高浓度6-BA对荠菜苗高和胚根长的抑制作用。7.5 mg·L-1 6-BA和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下，荠菜的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数显著高于其他处理。

2.3 不同高温胁迫下不同浓度激素处理对荠菜种子萌发影响的综合评价

利用隶属函数法综合评价30、35 ℃高温胁迫下不同浓度GA3、6-BA和GA3+6-BA浸种处理对荠菜种子萌发的影响（表2）。结果显示，不同高温胁迫下，荠菜的7个发芽指标隶属函数平均值随浸种激素浓度的增加呈先上升后下降的趋势。其中，单一GA3处理和GA3+6-BA处理下，各发芽指标的隶属函数平均值在质量浓度为7.5 mg·L-1时达到最高；单一6-BA处理下，30 ℃高温胁迫时，各发芽指标隶属函数平均值在质量浓度为5.0 mg·L-1时达到最高，35 ℃高温胁迫时，各发芽指标的隶属函数平均值则在质量浓度为7.5 mg·L-1时达到最高。相比于其他处理，30 ℃高温胁迫时，7.5 mg·L-1 GA3和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下各发芽指标隶属函数平均值最高，均达0.70以上，分别为0.78和0.73；然而，35 ℃高温胁迫时，7.5 mg·L-1 6-BA和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）处理下各发芽指标隶属函数平均值最高，分别为0.77和0.73。不同高温胁迫下，2.5 mg·L-1 6-BA和10.0 mg·L-1 6-BA处理的各发芽指标隶属函数平均值最低，介于0.18～0.21之间。

3 讨论与结论

温度是影响种子萌发的关键因素，植物种子萌发的适宜温度是其长期以来对自然环境所表现的一种生态适应性[17]。研究发现，高温能够破坏植物细胞膜的稳定性，抑制作物光合速率，降低作物光能的截获量，进而抑制植株生长发育[18]。笔者在本试验中观测不同温度下荠菜种子萌发特性，发现25 ℃为荠菜种子最佳萌发温度，当温度超过25 ℃时，种子发芽率急剧下降，温度达到40 ℃时种子完全休眠。高温胁迫下，荠菜种子萌发受到明显抑制，这与前人的研究结果相一致[19-21]。

在实际生产中，种植户难以创造种子萌发的适宜条件，外源激素浸种是一种提升种子耐高温能力的广为应用的方法[22]。前人的研究表明，用GA3和6-BA对植物种子进行浸种处理可提高其发芽率，但有一定浓度范围，超过该范围，则会出现抑制作用[10，23]。本试验结果表明，不同高温胁迫下，荠菜种子的萌发指标随着GA3处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势，在7.5 mg·L-1的GA3处理下，各萌发指标整体达到最高值。同时，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数指标随6-BA处理浓度和GA3+6-BA处理浓度的增加呈先上升后下降的趋势，在7.5 mg·L-1的处理下达到最高值。30 ℃高温胁迫下，荠菜的苗高、胚根长随6-BA处理浓度和GA3+6-BA处理浓度的增加而降低；35 ℃高温胁迫下，胚根长随6-BA处理浓度和GA3+6-BA处理浓度的增加而降低。不同浓度GA3+6-BA处理下，种子的整体苗高和胚根长高于6-BA处理，低于GA3处理，说明适宜浓度GA3处理可促进荠菜幼苗的生长，施加适量GA3可缓解高浓度6-BA对荠菜幼苗生长的抑制作用。

前人的研究指出，植物激素能促進种子萌发，但不同激素种类、不同浓度、不同处理时间的促进效果不同[8]。笔者利用单因素方差分析和隶属函数分析法，综合评价高温胁迫下不同浓度激素浸种处理促进荠菜种子萌发的效果，发现不同高温胁迫下，荠菜的最佳浸种激素和浓度不同。30 ℃高温胁迫下，7.5 mg·L-1 GA3和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）浸种处理可有效提高荠菜种子的发芽率和活力指数，提高幼苗的生长速度，此时各发芽指标隶属函数平均值最高，促进种子萌发效果最佳。然而，35 ℃高温胁迫时，7.5 mg·L-1 6-BA和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）浸种处理下，荠菜的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和各发芽指标隶属函数平均值达到最高值，效果最佳。因此，只有正确掌握所用激素的种类、施用浓度和施用条件，才能达到促进荠菜种子萌发的最佳效果。不同高温胁迫下，不同浓度激素浸种处理影响荠菜种子萌发的内在机制有待进一步探讨。

25 ℃为荠菜最适宜的萌发温度，高温抑制了荠菜种子的萌发。适当浓度的GA3、6-BA和GA3＋6-BA浸种处理可显著促进高温胁迫下荠菜种子的萌发及幼苗生长。不同高温胁迫下促进荠菜种子萌发的最适浸种处理不同，7.5 mg·L-1 GA3和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）为30 ℃高温胁迫下的最佳浸种处理，而7.5 mg·L-1 6-BA和7.5 mg·L-1 （GA3+6-BA）则为35 ℃高温胁迫下的最佳浸种处理。笔者的研究结果可为GA3和6-BA提高荠菜耐热性在生产中的应用提供参考。

参考文献

[1] 程玉静，袁春新，唐明霞，等．荠菜高产栽培技术[J]．农业开发与装备，2018（11）：198-199．

[2] 赵秀玲．荠菜及其研究开发现状[J]．中国林副特产，2009（6）：97-99．

[3] 黎淑贞．可药可食的野蔬荠菜[J]．家庭医学，2022（3）：39．

[4] 闫福军，张娟．不同化学药剂处理对荠菜种子萌发的影响[J]．北方园艺，2013（10）：22-24．

[5] 贺志文，李灵芝，陶虹蓉，等．几种外源激素对番茄种子萌发及幼苗生长的影响[J]．山西农业科学，2017，45（4）：534-537．

[6] 殷武平，袁祖华，彭莹，等．不同浸种和催芽处理对芹菜种子发芽的影响[J]．中国瓜菜，2021，34（11）：100-103．

[7] 屈旭，焦禹顺，王仁汉，等．赤霉素和复硝酚钠对辣椒种子萌发及幼苗活力的影响[J]．中国瓜菜，2019，32（11）：59-63．

[8] 裴东升．植物生长调节剂对朱顶红不定芽诱导影响的研究[J]．山西农业科学，2008，36（6）：62-63．

[9] 张海娜，李存东，肖凯．外源细胞分裂素调控小麦生长及衰老特性的生理机制[J]．华北农学报，2007，22（5）：1-7．

[10] 常文静．GA3和6-BA浸种对薰衣草种子萌发的影响[J]．天津农业科学，2019，25（4）：15-17．

[11] 曹菲菲．6-BA和GA3对高温胁迫下叶用莴苣种子萌发及幼苗生长的影响[D]．河北邯郸：河北工程大学，2017．

[12] 湛润生，岳新丽，刘根科，等．GA3和6-BA对紫花苜蓿种子萌发的影响[J]．山西农业科学，2010，38（3）：16-17．

[13] 李恒艳，楚合拉·恩德马克，李璐，等．不同生境下荠菜种群构件生物量分配特征[J]．长春师范大学学报，2022，41（6）：79-83.

[14] 戴明红．小拱棚芋/蘘荷-荠菜栽培模式[J]．上海蔬菜，2022（2）：34-37．

[15] 俞秀兰，张边江，王小平．盐胁迫对荠菜幼苗生长及品质的影响[J]．安徽农业科学，2012，40（16）：8864-9038．

[16] 王佼，苏秀敏，韩文清，等．基于隶属函数法对15种旱地番茄品质的综合评价[J]．浙江农业科学，2020，61（12）：2586-2589．

[17] OROZCO-ALMANZA M S，DE LEON-GARCIA L P，GRETHER R，et al．Germination of four species of the genus Mimosa（Leguminosae）in a semi-arid zone of Central Mexico[J]．Journal of Arid Environments，2003，55（1）：75-92．

[18] 刘子禄，陈桂华，张晶，等．外源2，4-表油菜素内酯对高温胁迫下水稻种子萌发及生理特性的影响[J]．分子植物育种，2021：1-12．[2001-04-30]．https：//kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20210429.1749.013.html．

[19] 杨洪兵．高温胁迫下外源氨基酸对荞麦种子萌发及幼苗生长的影响[J]．河南农业科学，2014，43（11）：20-23．

[20] 杨雲雲，陈鑫，陈启洲，等．脱落酸对水稻种子萌发期耐高温胁迫的诱抗效应[J]．华北农学报，2021，36（3）：185-194．

[21] 盛伟，王艳芳，于茜，等．引发对高温胁迫下莴苣种子萌发及生理生化特性的影响[J]．种子，2016，35（4）：44-47．

[22] 孙梦遥，付炳堃，刘天丽，等．引发处理对高温胁迫下芹菜种子萌发与激素的影响[J]．种子，2017，36（12）：25-29．

[23] 韩晶宏，史宝胜，李淑晓．6-BA和GA3浸种对麦冬种子萌发及幼苗生长的影响[J]．江苏农业科学，2011，39（4）：189-190．