Different Concentrations of Citric Acid: Effects on Sugar Beet Seed Priming

CONG Junchao, HU Huabing, WANG Ronghua, LIU Dali, WU Zedong, WANG Maoqian

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (20) : 13-19. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-1146

Different Concentrations of Citric Acid: Effects on Sugar Beet Seed Priming

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Abstract

In order to study the effect of citric acid as initiator on sugar beet single seed priming, and to provide a basis for the selection of sugar beet seed coating material, in this experiment, sugar beet single seed 1113×NY051 was used as material, citric acid with different concentrations was used as initiator, and the data of germination potential and germination rate were obtained by direct measurement method. The results showed that the 9 treatments with different concentrations of citric acid and different time gradients could effectively promote the germination potential, germination rate, germination index and vigor index of 1113×NY051, and reduce the specific conductivity. Among them, the germination potential, germination rate, germination index and vigor index of 1113×NY051 beet seeds treated with 5 mmol/L citric acid at 8, 12 and 24 h were higher than those of the control group (CK), and the specific conductivity was lower than that of the control group (CK). Different concentrations of citric acid could significantly promote seed germination, and different treatment time and reagent concentrations had different effects on seed germination.

Key words

sugar beet / sugar beet seeds / single seed / citric acid / seed priming

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CONG Junchao , HU Huabing , WANG Ronghua , LIU Dali , WU Zedong , WANG Maoqian. Different Concentrations of Citric Acid: Effects on Sugar Beet Seed Priming. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2022, 38(20): 13-19 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-1146

0 引言

由于中国对甜菜制糖的需求不断提升,而种子引发技术目前在甜菜作物中的应用研究尚少,因此,提高甜菜种子活力和产量成为当前糖业发展的迫切需求。种子引发(seed priming)技术是种子处理技术的一个分支[25],该引发方法可为提高甜菜种子的萌发效果提供有效的技术支持,种子引发技术的应用,使种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数得到明显的改善和提高,并且可以增强种子的抗逆性和成活率,有效提高植株的单位面积产量。在种子引发剂方面的选择和使用,目前受到很多研究学者和专家的讨论和关注,如骆岩等[17]研究相同PEG溶液对不同甜菜种子萌发效果的影响,结果显示,在24 h处理的情况下,TD801(2015)种子的发芽势和发芽率最高,在48 h处理的情况下,TD703(2016)的发芽指数和活力指数最高,因此我们可以看出,对于不同的种子和不同的贮藏年份,即使使用相同浓度的引发剂和处理时间,其引发效果都是不同的;闫小红等[18]研究了不同配方营养液中黄瓜种子的萌发状态和幼苗生长特性的差异,研究结果表明,黄瓜种子在不同的营养液中最终的发芽率和发芽势二者都无明显差别,而对黄瓜种子的发芽指数和活力指数都有比较显著地改善;张泽旭等[22]研究了水杨酸和赤霉素对甜菜种子发芽的影响,结果表明,浓度为0.05、0.1、0.2、0.5 mmol/L的水杨酸处理都能进一步促进甜菜的种子萌发。0.05、0.1、0.2 mmol/L的赤霉素处理更好地促进了甜菜的种子萌发,而经过高浓度的水杨酸和赤霉素处理过的种子,萌发状态则受到明显抑制;许猛等[24]采用谷氨酸尾液为主要物料研制了一种复合氨基酸肥料增效剂（简称增效剂）,并观察其对小白菜种子的发芽影响,将小白菜种子浸泡在0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 g/L增效剂中,然后分别转入含0、25、50、 75 mmol/L NaCI溶液中,等待其萌发,测定其发芽势、发芽率、胚根长和胚芽长,结果表明,在0~75 mmol/L NaCI范围内,小白菜种子在较高浓度氯化钠溶液里,种子的发芽情况和幼苗生长情况均受到抑制作用,且浓度越高越明显,而一定浓度的增效剂则可以不同程度地改善NaCI对种子发芽和幼苗的胁制。柠檬酸又名枸橼酸(CA),分子式为C6H8O7,本研究利用不同浓度柠檬酸为引发剂,通过不同时间对1113×NY051种子设置9个处理。通过研究结果对比,为寻找合适的甜菜种子引发剂提供有效的参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2021年9月—12月在黑龙江大学现代农业与生态环境学院甜菜遗传育种重点实验室进行。

1.2 试验材料

供试材料选用甜菜单粒种1113×NY051,由新疆石河子农业科学研究院提供。

1.3 试验方法

本研究选用的引发剂为5 mmol/L柠檬酸、7.5 mmol/L柠檬酸、10 mmol/L柠檬酸（表1）,共设置了9个处理,处理试验的对照组(CK)均为未处理过的干种子。
表1 不同浓度柠檬酸试剂的9个处理
处理编号 种子名称 引发组合 处理时间/h
处理1 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 8
处理2 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 12
处理3 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 24
处理4 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 8
处理5 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 12
处理6 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 24
处理7 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 8
处理8 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 12
处理9 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 24
本研究的引发处理试验在黑龙江大学现代农业与生态环境学院的甜菜品质监督检验测试中心进行。研究的主要方法为：首先在蒸馏水内加入0.1%的次氯酸钠配制成溶液对发芽盒进行浸泡,其次用蒸馏水将发芽盒清洗干净,并进行消毒和晾干,然后将经过高温灭菌箱灭过菌的50格发芽纸平摊在处理过的干净发芽盒里,每个纸格均匀的放置2粒种子,然后抽取34 mL蒸馏水喷进发芽盒子里,需要喷洒均匀,并确保每个种子都湿润。每个处理各重复3次,将温箱温度设置为24℃。需要每天对发芽种子的个数进行检查,调查种子的发芽势和发芽率,并对胚根及胚轴总长度进行测量,最后计算出发芽指数和活力指数,对数据进行分析。

1.4 测定指标

通过指标计算公式测定经引发剂处理后的甜菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数[式(1)~(4)]。使用Excel、SPSS以及Origin 2019软件对数据进行整理、分析和作图。
种子发芽率=7天内正常发芽种子数供试种子总数×100%
(1)
种子发芽势=5天内正常发芽种子数供试种子总数×100%
(2)
发芽指数=∑对应的每天发芽种子数发芽日数
(3)
活力指数=(胚根+胚轴的总长度)×发芽指数
(4)

2 结果与分析

2.1 5 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的结果

用5 mmol/L柠檬酸溶液分别浸泡1113×NY051甜菜种子8、12、24 h,处理序号为1、2、3。结果（表2）显示,处理1、2、3的发芽势分别是91.00%、89.00%和91.33%,3个处理均高于CK(88.67%),分别高出CK 2.33%、0.33%和2.66%。处理1、2、3的发芽率分别是92.00%、90.00%和91.33%,3个处理均高于CK (89.67%),分别高出CK2.33%、0.33%和1.66%。同时还可以看出,处理1、2、3的发芽指数分别是32.28、39.36和40.16,3个处理均高于CK(26.80),分别高出CK5.48、12.56和13.36。以及处理1、2、3的活力指数分别是266.59、318.30、310.87,3个处理均高于CK (200.41),分别高出CK 66.18、117.89和110.46。试验结果显示,5 mmol/L柠檬酸处理甜菜种子1113×NY051时其发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数4个指标同时高于干种子处理,表明5 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h情况下的3个处理可以有效地激活甜菜种子的活力。同时可以发现,24 h对种子处理的效果主要体现在发芽势、发芽率和发芽指数3个指标上,而12小时的处理效果在提高活力指数方面更明显。
表2 5 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子萌发调查表
处理编号 引发组合 处理时间/h 5 d发芽势/% 7 d发芽率/% 发芽指数 活力指数
处理1 5 mmol/L CA 8 91.00±4.55 92.00±4.32 32.28±2.60bcde 266.59±15.21ab
处理2 5 mmol/L CA 12 89.00±0.82 90.00±1.41 39.36±3.35abc 318.30±40.59a
处理3 5 mmol/L CA 24 91.33±0.47 91.33±0.47 40.16±0.92ab 310.87±12.41a
CK 1113×NY051 0 88.67±3.40 89.67±4.19 26.80±0.62e 200.41±13.08b
注：同一列内,相同小写字母,表示在P>0.05水平不显著,不同小写字母,表示P≤0.05水平显著。下同。

2.2 7.5 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的结果

用7.5 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h分别处理种子1113×NY051,处理序号为4、5、6。结果（表3）显示,处理4、5、6的发芽势分别是90.00%、94.67%和94.33%,此3个处理均高于CK(88.67%),分别高出CK 1.33%、6.00%和5.66%。处理4、5、6的发芽率分别是91.00%、95.00%和95.00%,此3个处理均高于CK (89.67%),分别高出CK 1.33%、5.33%和5.33%。处理4、5、6的发芽指数分别是31.26、34.44和42.47,此3个处理均高于CK (26.80),分别高出CK 4.46、7.64和15.67。处理4、5、6的活力指数分别是296.15、301.59和343.84,此3个处理均高于CK (200.41),分别高出CK 95.74、101.18和143.43。试验结果显示,7.5 mmol/L柠檬酸处理1113×NY051甜菜种子时,经过处理后种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均高于CK种子,表明7.5 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h情况下的3个处理同样可以较好地激发甜菜种子的活力。其中12 h的柠檬酸引发剂对甜菜种子处理在提高种子发芽势方面效果尤为显著,而24 h的柠檬酸引发试剂的引发效果主要体现在发芽率、发芽指数和活力指数这3个方面。
表3 7.5 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子萌发调查表
处理编号 引发组合 处理时间/h 5 d发芽势/% 7 d发芽率/% 发芽指数 活力指数
处理4 7.5mmol/LCA 8 90.00±2.94 91.00±2.94 31.26±0.58cde 296.15±33.19a
处理5 7.5mmol/LCA 12 94.67±2.62 95.00±2.16 34.44±4.24abcde 301.59±34.16a
处理6 7.5mmol/LCA 24 94.33±0.94 95.00±1.63 42.47±1.24a 343.84±10.53a
CK 1113×NY051 0 88.67±3.40 89.67±4.19 26.80±0.62e 200.41±13.08b

2.3 10 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的结果

用10 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h分别处理种子1113×NY051,处理序号为7、8、9。结果（表4）显示,处理7、8、9的发芽势分别是89.00%、93.67%和91.67%,此3个处理均高于CK(88.67%),分别高出CK 0.33%、5.00%和3.00%。处理7、8、9的发芽率分别是90.67%、94.00%和92.33%,此3个处理分别高于CK(89.67%),分别高出CK 1.00%、4.33%和2.66%。处理7、8、9的发芽指数分别是31.03、37.63和38.21,且均高于CK(26.80),分别高出CK 4.23、10.83和11.41。处理7、8、9的活力指数分别是275.76、300.25和340.15,此3个处理均高于CK(200.41),分别高出CK 75.35、99.84和139.74。试验结果显示,10 mmol/L柠檬酸处理1113×NY051甜菜种子时3个处理的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数引发效果优于CK种子,说明 10 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h情况下的3个处理可以有效激活1113×NY051甜菜种子的活力。其中12 h的柠檬酸引发剂对甜菜种子处理在提高种子发芽势和发芽率这两个方面效果尤为显著,而24 h的柠檬酸引发试剂处理甜菜种子后,在种子的发芽指数和活力指数方面都有明显地提高。
表4 10 mmol/L柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子萌发调查表
处理编号 引发组合 处理时间/h 5 d发芽势/% 7 d发芽率/% 发芽指数 活力指数
处理7 10mmol/LCA 8 89.00±4.32 90.67±3.68 31.03±1.97de 275.76±8.17ab
处理8 10mmol/LCA 12 93.67±1.70 94.00±1.41 37.63±0.45abcd 300.25±11.64a
处理9 10mmol/LCA 24 91.67±1.70 92.33±1.25 38.21±1.58abcd 340.15±10.49a
CK 1113×NY051 0 88.67±3.40 89.67±4.19 26.80±0.62e 200.41±13.08b

2.4 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子电导率的结果

采用上海力辰科技笔式电导率仪器进行电导率的测定,得出以下结果,根据结果（表5）显示,5 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h分别处理种子1113×NY051,处理1、处理2、处理3的电导率分别是52.53、44.53、33.67,此3个处理的电导率均低于CK(181.73),分别低了129.20、137.20和148.06。7.5 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h分别处理种子1113×NY051,处理4、处理5、处理6的电导率分别是62.33、45.43、27.63,此3个处理的电导率分别低于CK(181.73),分别低了119.40、136.30和154.10。10 mmol/L柠檬酸溶液在8、12、24 h分别处理种子1113×NY051,处理7、处理8、处理9的电导率分别是57.17、39.93、33.87,此3个处理的电导率分别低于CK(181.73),分别低了124.56、141.80和147.86。根据结果（表5）对比显示,甜菜种子经过引发剂处理后的电导率均低于CK,其中,24 h情况下处理后的甜菜种子电导率均低于8 h和12 h,由此可以发现,随着引发组合处理时间越长,电导率数值越低,对甜菜种子的伤害程度越低。
表5 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的电导率调查表
处理编号 种子名称 引发组合 处理时间/h 电导率
处理1 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 8 52.53±6.99b
处理2 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 12 44.53±1.23b
处理3 1113×NY051 5 mmol/L柠檬酸 24 33.67±5.08b
处理4 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 8 62.33±4.52b
处理5 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 12 45.43±4.78b
处理6 1113×NY051 7.5 mmol/L柠檬酸 24 27.63±2.98b
处理7 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 8 57.17±0.58b
处理8 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 12 39.93±3.26b
处理9 1113×NY051 10 mmol/L柠檬酸 24 33.87±1.33b
CK 1113×NY051 干种子 0 181.73±34.54a

2.5 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子显著性差异分析的结果

根据（图1）对比结果显示,5、7.5、10 mmol/L柠檬酸分别在8、12和24h的情况下处理1113×NY051甜菜种子时,处理2、处理3、处理8和处理9的发芽指数无显著性差异;处理4、处理5、处理7和CK组的发芽指数无显著性差异;处理6与其他8个处理以及CK组的发芽指数存在显著性差异。根据（图2）对比结果显示,5、7.5、10 mmol/L柠檬酸分别在8、12、24 h的情况下处理1113×NY051甜菜种子时,处理2、处理3、处理4、处理5、处理6、处理8以及处理9的活力指数无显著性差异,处理1、处理7和CK的活力指数无显著性差异,而处理2、处理3、处理4、处理5、处理6、处理8和处理9的活力指数和处理1、处理7和CK组的活力指数存在显著性差异。根据（图3）对比结果显示,5、7.5、10 mmol/L柠檬酸分别在8、12、24 h的情况下处理1113×NY051甜菜种子时,处理1至处理9电导率无显著性差异,而CK组与其他9个处理存在显著性差异。
图1 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的发芽指数显著性差异对比

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图2 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的活力指数显著性差异对比

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图3 不同浓度柠檬酸溶液处理1113×NY051甜菜种子的电导率显著性差异对比

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3 讨论

当前用于种子萌发处理的技术方法主要包括液体引发技术、水引发技术、固体基质引发技术、膜引发技术、渗透调节引发技术等,这是目前较为常见的种子处理引发技术。其中液体引发方法是各种作物种子使用最多的种子引发方法,如姜云天等[10]使用外源水杨酸和甜菜碱处理NaCl胁迫下的茶花凤仙种子,结果表明,浓度适当的外源水杨酸和甜菜碱浸泡种子处理较为明显地减轻了氯化钠对茶花凤仙种子胁迫而导致的种子发芽和幼苗生长的抑制效应;马悦等[16]以甜菜种子为试验材料,以干种子为CK,研究了氢氧化钠、硼酸、聚乙二醇溶液处理对甜菜种子引发过程和生理指标的影响,结果证明,本研究中经过引发剂处理后的种子与CK相比,其发芽势、发芽率等常用指标均有所提高,有效促进了甜菜种子的萌发;Ashraful Alam等[4]用KNO3溶液对哈密瓜种子进行激发,结果表明KNO3可以提高哈密瓜的耐旱性,提高其萌发率、果实产量和品质;孙逸萌等[26]研究有机酸和醇对玉米、豌豆和小麦种子的引发诱导,结果表明有机酸和醇对植物种子蛋白酶和淀粉酶活性都有不同程度的增强作用,从而促进植物的新陈代谢。
柠檬酸作为是一种重要的有机酸,不仅能有效促进甜菜种子的萌发,还能从而提高种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。本研究通过设置不同浓度柠檬酸和不同时间梯度对1113×NY051甜菜种子进行处理,结果发现不是浓度过大且时间过长对甜菜种子引发的效果就越好,当7.5 mmol/L柠檬酸处理甜菜种子24 h后,效果反而比10 mmol/L柠檬酸处理甜菜种子24 h的引发效果要显著,因此结果表明,只有合适的浓度和时间才会达到理想的引发效果。
本研究可改进的不足之处有：（1）应该进一步设定种子引发剂的浓度和时间梯度的因素变化,以筛选出最有利于甜菜种子萌发的引发剂浓度与引发时间,为促进种子萌发提供可靠依据;（2）可以尝试选择不同种类的引发剂与柠檬酸进行组合,并设置多个浓度与时间梯度,以筛选出可以加快甜菜种子萌发的引发剂组合。

4 结论

本研究分别利用5 mmol/L柠檬酸、7.5 mmol/L柠檬酸和10 mmol/L柠檬酸3种不同浓度的引发剂,处理1113×NY051甜菜种子,随着浓度和处理时间的不同,相应的引发效果也有所不同。根据不同浓度柠檬酸对甜菜种子的9个处理对比结果进行分析,可以得出相关结论,不同浓度不同时间的9个处理的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数与CK相比较都有所提高。其中处理时间为12 h和24 h的处理效果高于处理时间为8 h的处理效果,而浓度为7.5 mmol/L的柠檬酸处理甜菜种子12 h后,发芽指数和活力指数都有显著增加,引发效果较好。研究结果表明,柠檬酸对甜菜种子萌发有刺激作用,而不同的浓度和不同的处理时间都会对萌发效果产生影响,因此要注意找到合适的引发剂浓度与处理时间。

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