种子对农业和生态系统的可持续性至关重要。在农学中,高质量的种子对于确保储存效果和成功建立田间植株至关重要,这通常体现在种子能够快速、均匀且高比例地发芽[1,2]。然而,许多作物存在种子质量问题,如深度休眠、发芽率低以及出苗不均匀[3,4],这些问题会阻碍田间种植并增加作物对环境压力的敏感性[5]。因此,人们开始研究成本效益高、可扩展且非基因改造的方法,以增强种子活力并在不利条件下促进均匀出苗[6,7]。
种子激发已被证明是一种有效的播种前处理技术,能够改善种子的发芽率和幼苗的早期生长状况[8],[9],[10]。该技术通过控制水分渗透来激活种子代谢,而不会导致根系伸出;处理后的种子经过干燥后进行播种,从而保留了诸如膜修复、抗氧化酶激活等生理优势[11,12]。在各种激发方法(生物、化学和物理方法)中,水激发(Hydropriming)是最简单且应用最广泛的一种。相比之下,盐激发(Halopriming)使用盐溶液或离子溶液,通常能在胁迫条件下提高种子表现[13],[14],[15]。这些传统方法为评估其他激发方法提供了参考。
除了这些传统方法外,电激发作为一种新的物理处理技术也逐渐受到关注,它通过在发芽前将种子暴露在电场中来实现种子活力的提升[16]。具体的操作方法多种多样,例如,高强度脉冲电场(PEF;1–200 kV cm−1)常以恒定或脉冲模式使用相距几厘米的两个电极施加,通常不需要将种子浸入液体介质中[17,18]。研究表明,PEF处理能够加速小麦、卷心菜、大麦和拟南芥等作物的水分吸收、发芽和早期生长[19],[20],[21],[22],[23]。
低强度直流电(DC)电场也能提高大豆和苜蓿等作物的种子活力、发芽率和幼苗生长[24,25]。类似地在湿润土壤中进行的低电压处理也改善了黄瓜、玉米、拟南芥和黑麦草的发芽和早期生长[26,29]。最近,水电激发(Hydroelectropriming)结合了水分渗透和电场作用,但通常不使用导电介质[30,31]。
只有少数研究在导电或盐溶液中探讨了电激发的效果,因为在这些条件下,电化学相互作用(如离子流动、氧化还原活性和膜扰动)可能直接影响种子生理[32]。在本研究中,电激发特指将番茄(Solanum lycopersicum)种子置于导电介质中的直流电场中。我们评估了这些处理对种子发芽动态、膜完整性、水分吸收以及与氧化还原相关的生理反应的影响,以深入了解电化学因素对种子早期行为的调控作用。