孙蕾 ，姚培杰 ，刘旭佳 ，徐玉颖 ，向世标 ，徐跃进 ，刘素君 ，万正杰

（1.华中农业大学园艺林学学院/园艺植物生物学教育部重点实验室，武汉，430070；2.十堰市农业科学院）

芥菜是一种常异花授粉植物，属于十字花科芸薹属作物，是起源于我国的特色蔬菜。芥菜有16个变种，主要包括叶用芥菜、茎用芥菜、根用芥菜以及薹用芥菜等[1]。目前，我国的芥菜类蔬菜种植面积接近100万hm2，全国各地均有栽培，其中西南、华南、华中、华东等15个省份是主产区，不仅栽培种类多，而且具有规模化的生产基地[2，3]。

芥菜既是重要的鲜食蔬菜，也是重要的农副加工产品。由于芥菜种植历史悠久、消费者喜爱，芥菜类蔬菜品种或加工产品具有鲜明的地方特色，在全国各地形成了芥菜名特优产品或者地理标志产品，如涪陵榨菜、水东芥菜、惠州梅菜、宜宾芽菜、华容芥菜、襄阳孔明菜等[2]。

种子休眠是指有生活力的种子在适宜的温度、水分、氧气等萌发条件下仍不发芽的现象[4，5]。导致种子休眠的原因概括起来分为2类：一类是内源因素即胚本身的因素，包括胚的形态发育未完成、生理上未成熟、缺少必须的激素或存在抑制萌发的物质；另一类是外源因素即胚以外的各种组织，即种壳（种皮、果皮或胚乳等)的限制，包括种壳的机械阻碍、不透水性、不透气性以及种壳中存在抑制萌发的物质等[6]。

为打破芥菜种子休眠现象，前人取得较多的研究进展。魏安荣[7]为打破茎用芥菜新种休眠，对种子分期进行了不同时间的低温处理，并证明低温处理下，随着处理时间的后移，打破休眠的显著效果逐渐提高；韩海霞[8]对沙芥研究发现，用0.1%～0.2%的KMnO4或50 mg/L的GA水溶液浸种6 h，25℃催芽处理，能明显提高处于休眠期种子的发芽率；李广昌等[9]证明了芥菜种子收获后有一段后熟阶段，直接晒干存在休眠期，但随着种子贮藏时间的延长，可自然解除休眠，低温处理对促进休眠状态下芥菜种子萌发影响很大，且10℃冷藏处理效果大于5℃和0℃冷冻处理；严冬晖[10]指出一些芥菜种子采用1～5℃低温处理4～7 d，配合0.2%的硝酸钾浸芽是一种最为简便有效的打破休眠方法。

近年来，随着芥菜类蔬菜种植面积的进一步扩大，部分芥菜种子的休眠问题使芥菜的播种质量下降、生产季节延误、易产生种子纠纷，成为制约芥菜类蔬菜种子产业发展的重要影响因素。因此，本文以芥菜类蔬菜的主要变种为研究对象，通过比较试验筛选具有休眠现象的变种，再通过低温处理和变温处理技术，寻求有效破除芥菜类种子休眠的最佳技术方案，促进芥菜类蔬菜产业可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究利用的试验材料分别为：17W20（结球芥菜自交系种子，2017年采收和2018年采收后30 d）、17W64（茎瘤芥菜自交系种子，2017年采收和2018年采收后30 d）、17W119 （大头菜自交系种子，2017年采收和2018年采收后30 d）、17W170 （大叶芥菜自交系种子，2017年采收和2018年采收后 30 d）、17W306（小叶雪里蕻自交系种子，2017年采收和2018年采收后30 d）。以上芥菜变种材料均来自华中农业大学十字花科蔬菜遗传育种课题组（图1）。

1.2 试验方法

将2018年采收后保存30 d的5个不同类型的芥菜种子分别进行5 d晾晒，后取部分种子于常温下进行发芽试验，即分别取各样品种子50粒均匀放置于铺有湿润滤纸的培养皿内，3次重复，加盖，并作相应标记，每日观察调整水分、温度状况并记录发芽情况，以芥菜完成后熟（2017年采收）的种子为对照（CK1～CK5），判断存在休眠情况的芥菜类型。

后再取休眠类型2018年采收种子进行低温处理，即分别置于4℃冰箱内低温处理3、5、7 d；变温处理，即将部分干燥种子与播入湿润培养皿的吸湿种子先置于4℃冰箱内16 h，后放入25℃恒温培养箱中8 h，重复变温操作3 d。以上材料经处理后进行发芽试验，均以常温处理下的各类型2018年采收种子为对照（CK），判断芥菜发芽最佳处理条件。

计算各类型种子不同处理下的发芽率，并用DPS软件进行统计分析。

发芽率=发芽试验终期（7 d）正常发芽的种子数/供试种子数×100%。

2 结果与分析

2.1 2018年采收种子与完成后熟种子发芽试验对比

未经处理的发芽试验结果表明，2018年采收后30 d的种子中，茎瘤芥菜自交系17W64和大头菜自交系17W119 7 d发芽率高达100%，分蘖芥菜自交系17W306 7 d发芽率最低，为57.63%，结球芥菜自交系17W20和大叶芥菜自交系17W170的发芽率较高，达85%以上。发芽率数值经反正弦转换后，以完成后熟的各芥菜变种种子在正常发芽处理下发芽率为对照，进行检验，结果显示，大叶芥菜自交系17W170与其对照（CK4），分蘖芥菜自交系17W306与其对照（CK5）间均有显著差异；结球芥菜自交系17W20、茎瘤芥菜自交系17W64与大头菜自交系17W119与其各自对照之间无显著差异。因此，正常发芽条件下，对主要的不同芥菜变种进行发芽试验，结球芥菜自交系17W20、茎瘤芥菜自交系17W64与大头菜自交系17W119同完全后熟的种子相比，不存在休眠问题；大叶芥菜自交系17W170虽存在休眠情况，但发芽率高于农业生产用种子所要求的80%，一般不影响正常农业生产；分蘖芥菜自交系17W306存在明显的休眠现象，种子的生理生化和后熟过程仍然在进行（表1）。

图1 5个芥菜变种的种子粒形

2.2 17W170与17W306低温处理下的发芽率

对休眠明显的大叶芥菜自交系17W170与分蘖芥菜自交系17W306进行了种子低温3、5、7 d处理的发芽率检测，并进行双因素方差分析，利用新复极差法进行多重比较。结果显示，2种芥菜种子在低温处理3 d与5 d后其发芽率与常温处理的 2018 年采收后 30 d 的种子（CKA1、CKA2）相比都有不同程度提高，以17W306低温处理3 d后发芽率与对照相比，提高程度最大，约为32%。整体看来，低温处理中以低温处理3 d的发芽率平均值最高，并且处理后结果与完成后熟的种子发芽率结果相比无极显著差异。因此，在低温处理方式下对大叶芥菜自交系17W170与分蘖芥菜自交系17W306进行发芽试验，虽然低温处理3 d与5 d均可提高种子发芽率，但以低温处理3 d结果为优（表2）。

2.3 17W170与17W306变温处理下的发芽率

对休眠明显的大叶芥菜自交系17W170与分蘖芥菜自交系17W306进行了干燥种子与吸湿种子变温处理下的发芽率检测，并进行双因素方差分析，利用新复极差法进行多重比较。结果显示，2种芥菜种子在干燥状态下进行变温3 d处理后其发芽率与常温处理的2018年采收后30 d的种子（CKB1、CKB2）相比有所提高，以 17W306 低温处理3 d后发芽率与对照相比，提高程度最大可达约34%，并且处理后结果与完成后熟的种子发芽率结果相比无极显著差异。因此，在变温处理方式下对大叶芥菜自交系17W170与分蘖芥菜自交系17W306进行发芽试验，对干燥种子进行3 d变温处理得到的结果为优（表3）。

3 讨论与结论

3.1 芥菜变种类型与发芽率

表1 完成后熟种子与采收30 d种子发芽率对比

表2 17W170与17W306低温处理下种子发芽率的双因素方差分析

表3 17W170与17W306变温处理下种子发芽率的双因素方差分析

芥菜种子良种繁育时，大部分芥菜变种的后熟时间一般为3个月左右[10]，国家种质资源库要求入库保存种子的初始发芽率一般应高于90%，用于农业生产的种子发芽率一般要求高于80%，由于芥菜在我国不同季节均可栽培，因此为了确保芥菜种子的播种质量和实时播种，应该对具有休眠特性的芥菜变种进行破除休眠处理。本研究基于芥菜不同变种材料的开花期和采收期相同的情况下，以上1个生产周期采收的完成后熟的各对应类型芥菜种子为对照。发芽试验显示，大叶芥菜自交系17W170与其对照，分蘖芥菜自交系17W306与其对照均有极显著的差异。大叶芥菜自交系17W170与龙芥1号同为大叶芥菜变种，在研究中发现对龙芥1号采用吸湿后低温保存1～3 d可明显提高发芽率[9]，对大叶芥菜自交系17W170干种子在4℃低温下处理3 d可明显提高发芽率，由此可以推测，低温处理可以较好地破除大叶芥菜的休眠状态。雪里蕻属于分蘖芥菜变种，采收1个月后小叶雪里蕻有明显的休眠特性，对其干燥种子进行变温处理可明显提高发芽率；北移茎用芥菜在北方自繁过程中休眠期延长[7]，同为茎用芥菜的常规茎瘤芥菜品种17W64却不存在休眠现象。综上可以推测,在芥菜不同变种进化过程中，产生了不同的基因型，其中部分为适应生存环境保留了休眠特性，但也有部分芥菜变种产生了完全不同于原品种的体内调节机制，在生产中体现出完全不同的种子发芽状态。

3.2 不同因素处理与发芽率

本研究结果证实了2种处理（低温处理中的低温3 d处理及变温处理中的干燥种子变温处理）可明显提高芥菜类种子发芽率。低温处理为破除种子休眠的普遍方法，以烟草种子为例，前人研究证实在干种子状态下对种子进行低温破除休眠与种子吸湿状态下进行低温破除休眠相比，所需的时间更长[11]。利用变温处理提高种子发芽率在很多植物上取得成功，如烟草、黄瓜和番茄等，但在芥菜破除休眠研究中，利用变温处理的试验较少，变温处理又分为吸湿种子变温处理和干燥种子变温处理[11，12]，就本研究而言，干燥状态下的变温处理明显优于对吸湿种子进行变温处理。通常认为，种子经过变温处理后能使胚芽的原生质黏度发生适应低温的变化，原生质的持水力增强，能增强喜温蔬菜秧苗的抗寒力，使种子发芽粗壮，并可加快生长发育速度，使生育期提早[12]，而对喜冷凉的十字花科作物也可以起到提高种子发芽率的作用，其内在机理还有待于进一步挖掘，调节机制仍待探索。

3.3 芥菜休眠机制的研究与芥菜产业发展

造成种子休眠的原因比较复杂，一般有种胚尚未成熟、种被、抑制物质、不适宜条件的影响等[13]。芥菜种子的休眠经一段时间的后熟可破除，而使用一些处理手段，如改变温度或激素浸种等，可以提前破除种子休眠。由破除休眠的现象难以判断芥菜种子所属的休眠类型及造成休眠的体内调节机制，故需进一步探索。目前研究中已知miRNA作为生物体内一类重要基因调控因子，参与植物生长发育的各个方面，可以通过转录因子调控介导种子休眠与萌发[14]，但其调控机理也仍有待进一步探究。

本研究中，体现休眠特性的芥菜均属于叶用芥菜，叶用芥菜是十字花科芸薹属芥菜种中以叶或叶球为产品的变种，其中包含大叶芥菜与分蘖芥菜等[15]。大叶芥菜以发达的叶片及其叶柄供食用，是我国重要的加工和鲜食蔬菜，以其独特的风味深受广大消费者的喜爱[16]，而叶用芥菜种子休眠使得芥菜播种受阻，盲目播种会造成生产资源的浪费及巨大的经济损失。芥菜自古以来便是人们必不可少的家常菜，现今更是成为我国出口的名特产品，体现了芥菜市场广大、经济价值高。因此，探索芥菜种子休眠机制，从而打破种子休眠，提高种子发芽率与种子活力，提高成苗率，增加种子的实际种用价值，保证种子的质量，进而减少种子质量事故的发生，保证农业生产的安全[17]，为芥菜类蔬菜种子产业发展提供了重要技术保障和研究基础。