無機鹽溶液引發(fā)對紫花苜蓿種子活力及幼苗抗逆性的影響

梁帥克,樊 宏,張文明,姚大年

(安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,安徽合肥 230036)

紫花苜蓿(Medicago sativa)是種植面積最廣的多年生豆科牧草,具有適應性強、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點,素有“牧草之王”的美稱。由于紫花苜蓿種子細小,萌發(fā)速度慢,萌發(fā)期不一致,幼芽細弱,苗期生長緩慢,易受各種不良逆境和雜草的影響,給人工草地建植帶來了極大的不便。因此,提高紫花苜蓿種子活力和幼苗抗逆性是牧草生產(chǎn)中亟待解決的問題[1,2]。

種子引發(fā)也稱為滲透調(diào)節(jié),是提高種子活力的處理技術。早在1973年Heydecker等人提出,它是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸脹的第2階段,讓種子進行預發(fā)芽的生理生化代謝和修復作用,促進細胞膜、細胞器、DNA的修復和酶的活化,使其處于準備發(fā)芽的代謝狀態(tài),但防止胚根的伸長[3,4]。目前,常用的種子引發(fā)方法有滲透引發(fā)、滾筒引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)和生物引發(fā)等[5,6]。大量研究表明,經(jīng)引發(fā)的種子活力增強、抗逆性強、耐低溫、出苗快而齊、成苗率高,可節(jié)約種子用量,減少成本[7]。該技術已應用于多種蔬菜和農(nóng)作物種子,但關于紫花苜蓿種子的引發(fā)研究報道較少[6-8]。通過研究無機鹽引發(fā)對紫花苜蓿種子活力及幼苗抗逆性的影響,探討無機鹽引發(fā)提高種子活力的生理生化機理,為紫花苜蓿種子引發(fā)技術的研究與應用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及方法

供試紫花苜蓿種子,是2007年收獲由合肥安美園林種業(yè)公司提供,試驗于2008年10～2009年6月在安徽農(nóng)業(yè)大學種子科學與工程實驗室進行。

采用3種無機鹽溶液KNO3、CaCl2、K2HPO4浸種保濕進行引發(fā)。每種溶液設2%、4%2種濃度,浸種時間均為5 min,將浸過的種子放入封閉的種子袋中進行保濕,保濕時間設12,24和36 h。引發(fā)處理后的種子,用自來水沖洗30 s,再用吸水紙吸干種子表面水分,溫室回干24 h,即用于實驗。

1.2 各項指標測定

對各引發(fā)處理種子及對照進行幼苗生長測定、加速老化試驗、抗冷測定和模擬田間出苗率測定,設干種子(種子不做任何處理)和水引發(fā)處理為對照。每種無機鹽溶液選擇一種效果較好的引發(fā)處理,進行幼苗的抗鹽性、抗酸性和抗旱性測定,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性測定,丙二醛(MDA)和葉綠素含量測定。

1.2.1 幼苗生長測定 參照GB/T 2930-2001牧草種子檢驗規(guī)程[9]進行,采用紙床進行發(fā)芽試驗。每處理100粒種子,3次重復,置床后放入智能人工氣候箱中培養(yǎng)(25℃恒溫、光照8 h)。各處理均于第4 d統(tǒng)計發(fā)芽勢,于第10 d統(tǒng)計發(fā)芽率,同時隨機取10株正常幼苗測定芽長(下胚軸+子葉)、芽鮮重、芽干重,并計算簡化活力指數(shù)(簡化活力指數(shù)=發(fā)芽率×芽干重)。

1.2.2 加速老化試驗 取不同處理的種子500粒平鋪在塑料紗網(wǎng)袋里,放入智能人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi),用41℃、100%相對濕度條件老化處理72 h,然后隨機數(shù)取300粒種子進行發(fā)芽試驗,測定發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

1.2.3 抗冷測定 參照文獻[10]方法,每處理100粒凈種子,置于濕潤紙床,5℃低溫下處理7 d,后轉(zhuǎn)入標準發(fā)芽溫度下發(fā)芽,3次重復,測定發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

1.2.4 模擬田間測定出苗率 參照文獻[6]方法進行。每處理100粒種子,土壤與砂(各一半)混合發(fā)芽床,3次重復,室溫下第10 d統(tǒng)計出苗率。

1.2.5 幼苗抗逆性測定 抗鹽性測定 參照文獻[11]方法。設置 4個 Na2CO3濃度梯度:0.0% 、0.1%、0.3%、0.5%。用不同濃度的Na2CO3溶液代替水,對引發(fā)種子進行沙床發(fā)芽試驗,3次重復;抗酸性測定 參照[12]的方法。以自來水為母液,將給定濃度的H2SO4和HNO3混合液分別調(diào)成pH值為2.0、3.0、4.0、5.0和6.0的酸溶液,進行紙床發(fā)芽試驗,3次重復;抗旱性測定 參照[13]的方法,用分子量為6 000的 PEG 配制成0%、5%、10%、15%和 20%5種濃度PEG溶液,進行紙床發(fā)芽試驗,3次重復。

1.2.6 酶活性,丙二醛和葉綠素含量測定 SOD活性測定參照文獻[14]的方法;POD活性測定參照文獻[15]方法;CAT活性測定參照文獻[16]的方法;MDA含量測定參照文獻[17]的方法;葉綠素含量測定參照文獻[18]的方法進行。

2 結果與分析

2.1 無機鹽溶液引發(fā)對紫花苜蓿種子幼苗的生長

試驗中不同的引發(fā)處理對紫花苜蓿種子幼苗生長的影響差異較大,低濃度的無機鹽溶液,較短的保濕時間,引發(fā)效果較好。通過發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、鮮重、干重和簡化活力指數(shù)6項活力指標的綜合評價來分析,2%KNO312 h和2%KNO324 h;2%CaCl212 h和2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h和2%K2HPO4 24 h這6種引發(fā)處理效果較好(表1)。

2.2 無機鹽溶液引發(fā)對紫花苜蓿種子抗老化、抗低溫能力、模擬田間出苗率及相對電導率的影響

無機鹽溶液引發(fā)后,紫花苜蓿種子的抗老化能力、抗低溫能力及田間出苗率均有所提高。通過對加速老化試驗、抗冷測定以及模擬田間出苗率試驗數(shù)據(jù)綜合分析來看,2%KNO312 h和2%CaCl224 h 2個處理效果最好,各項考察指標均高于對照,大部分差異達顯著或極顯著水平。以K2HPO4為引發(fā)劑的各處理效果較差,部分指標甚至低于對照(表2)。

結果表明,紫花苜蓿種子3種無機鹽引發(fā)的適宜濃度為:2%KNO312 h;2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h。

表1 無機鹽引發(fā)紫花苜蓿種子幼苗生長測定結果及比較Table 1 The growth index of alfalfa seedling under inorganic salt processing

續(xù)表1

表2 無機鹽引發(fā)紫花苜蓿加速老化、抗冷測定和模擬田間出苗率測定結果比較Table 2 Aging,cold resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing %

2.3 無機鹽溶液引發(fā)對紫花苜蓿幼苗抗逆性的影響

隨著Na2CO3濃度的增加,各處理種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢,但引發(fā)處理的種子發(fā)芽率均明顯高于干種子對照,Na2CO3濃度越高,效果越明顯。說明適宜的無機鹽引發(fā)能有效地提高紫花苜蓿幼苗的抗鹽性(圖 1)。

圖1 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗鹽性測定結果Fig.1 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

隨著pH值的降低,各處理種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢,當pH降到2時,各處理的發(fā)芽率均為0。但引發(fā)處理的紫花苜蓿種子發(fā)芽率均明顯高于對照,pH越低,效果越明顯。說明適宜的無機鹽引發(fā)能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗酸性(圖2)。

圖2 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗酸性測定結果Fig.2 Acidity resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

在PEG溶液模擬的不同干旱梯度下,無機鹽溶液引發(fā)處理的紫花苜蓿種子發(fā)芽率均明顯高于對照,PEG溶液濃度越高,效果越明顯。說明適宜的無機鹽溶液引發(fā)能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗旱性,其中,2%K2HPO412 h處理效果更好(圖3)。

2.4 無機鹽溶液引發(fā)對紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及葉綠素含量的影響

經(jīng)無機鹽引發(fā)的紫花苜蓿種子,其幼苗 SOD、POD、CAT活性、丙二醛及葉綠素含量均與對照有明顯差異。3種引發(fā)處理的SOD、POD活性均顯著高于對照,其中,2%CaCl224 h的處理效果更好;3種引發(fā)處理的CAT活性均高于對照,其中,2%KNO312 h處理CAT活性顯著高于對照,2%CaCl224 h和2%K2HPO412 h處理均與對照差異不顯著。3種引發(fā)處理的丙二醛含量均顯著低于對照,其中,2%CaCl224h處理效果更好。3種引發(fā)處理的葉綠素含量均顯著高于對照,2%KNO312 h的效果更好(表3)。

圖3 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗鹽性測定結果Fig.3 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

3 討論

眾多研究表明,種子引發(fā)技術能有效提高種子活力、在低溫、高溫、干旱、鹽漬或低氧等逆境條件下能加速發(fā)芽,提高發(fā)芽一致性以及出苗速率、出苗率和成苗率[19,20],其機理在于種子在引發(fā)過程中發(fā)生各種生理生化變化,不僅RNA、蛋白質(zhì)合成發(fā)生變化,而且還能誘導細胞膜的修復,提高萌發(fā)種子的某些酶的活性,增加萌發(fā)種子ATP含量[21]。對紫花苜蓿種子進行PEG引發(fā)試驗,結果表明PEG引發(fā)可提高紫花苜蓿種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù),并能提高對逆境的抵抗力。對紫花苜蓿進行砂引發(fā)試驗,結果表明適宜的砂引發(fā)處理能有效提高紫花苜蓿種子的活力,對與活力相關酶的活性也有一定的提高。劉慧霞等[2]對紫花苜蓿進行水引發(fā)試驗,結果表明水引發(fā)處理對種子活力也有一定的促進作用。

以往對紫花苜蓿的引發(fā)處理均有一定缺陷。如PEG引發(fā)成本較高,不利于推廣;砂引發(fā)處理相對繁瑣,對砂的含水量難以控制;水引發(fā)處理的效果則不太明顯。試驗研究表明,適宜的無機鹽溶液引發(fā)能有效提高紫花苜蓿種子的活力及幼苗的抗逆性。因此,作者認為,無機鹽溶液引發(fā)技術簡便易行,成本低廉,引發(fā)效果明顯,具有較好的生產(chǎn)應用價值。無機鹽溶液引發(fā)的機理,尚需要進一步深入研究。

表3 無機鹽引發(fā)紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及葉綠素含量測定結果及比較Table 3 Enzyme activity,MDA content and Chl content of alfalfa seedling under inorganic salt processing

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