復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子萌發(fā)及幼苗生長的影響

裴帥帥，王玉國，尹美強(qiáng)，原向陽，黃明鏡，溫銀元，趙 娟

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030006）

干旱是影響糧食作物生產(chǎn)的最大逆境因子之一，在中國大約有1/2的國土面積受到干旱威脅，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。谷子是我國北方干旱地區(qū)的主要作物，而干旱常常導(dǎo)致谷子萌發(fā)率低、出苗不齊等，因此，開展谷子萌發(fā)的抗旱性研究、提高谷子的萌發(fā)率是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，解決干旱地區(qū)谷子出苗難、苗期缺苗斷壟的有效手段，可為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

赤霉素（GA）作為一種高效的植物激素，影響著高等植物生長的各個階段，如種子萌發(fā)、莖的伸長、花的誘導(dǎo)和發(fā)育、種子和果實的生長。鄭蔚虹等[1]研究表明，紫丁香種子在赤霉素中浸種后，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)都得到有效提高，還可使根加長，電導(dǎo)率值增加。烤煙種子經(jīng)過赤霉素浸種處理后，種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)提高，種子TTC（氯化三苯基四氮唑）還原力增強(qiáng)，POD酶活性提高，種子浸提液的電導(dǎo)率降低，煙苗高度增長，干物質(zhì)積累增多，種子活力顯著高于對照[2]。李海平等[3]研究表明，不同濃度的GA浸種均可提高苦蕎種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)。

稀土處理能提高種子活力，增加種子在吸脹和萌發(fā)初期的吸水量和細(xì)胞質(zhì)膜透性，提高細(xì)胞的吸氧能力，同時，施用稀土可增強(qiáng)植物對不良生長環(huán)境的適應(yīng)能力，或增加對逆境的抗性[4]。李丹等[5]研究表明，使用適當(dāng)濃度的硝酸鑭和硝酸鈰處理高羊茅種子，高羊茅種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都有所提高，且株高、地上生物產(chǎn)量和葉綠素含量都高于對照。劉鳳華等[6]用適宜濃度的GA溶液處理托魯巴姆種子，均可縮短其發(fā)芽天數(shù)，提高發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，使發(fā)芽較為整齊一致，其中，以1 000～2 000 mg/L的GA浸種36 h的處理效果較好。

鈣能增加植物葉片細(xì)胞膜的完整性和葉片的保水能力，從而有效地改善干旱條件下植物的水分狀況。毛俊娟等[7]研究表明，低濃度的CaCl2浸種可以提高麻瘋樹種子的發(fā)芽勢和萌發(fā)率，提高干旱脅迫下麻瘋樹葉片相對含水量和葉片脯氨酸含量，降低MDA含量，緩解干旱對麻瘋樹幼苗細(xì)胞的傷害，增強(qiáng)幼苗的抗旱能力。張俊花等[8]研究表明，CaCl2浸種提高了蘿卜幼苗葉片的保水能力，減少了水分的散失，降低了蒸騰速率，維持干旱情況下的水分平衡，從而增強(qiáng)了幼苗的抗旱性。

本試驗研究了赤霉素、稀土和氯化鈣3種藥劑復(fù)配浸種處理對晉谷21號種子發(fā)芽率以及幼苗抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等的影響，旨在探究最佳的浸種處理組合，提高谷子干旱條件下萌發(fā)率及幼苗的抗旱能力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為晉谷21號，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

挑選籽粒成熟且飽滿、大小均勻一致、谷殼完整無損傷、健康無病蟲害的種子，用0.1%的HgCl2溶液對種子進(jìn)行浸泡消毒10 min，然后用蒸餾水清洗種子5次，用濾紙吸干種子表面水分。待完全風(fēng)干后，將其浸泡于蒸餾水（對照）和不同質(zhì)量濃度的赤霉素（100，200，250，300 mg/L）、稀土（1，10，25，50 mg/L）、氯化鈣（277.5，555，1110，1665 mg/L）溶液中，浸泡5 min后再自然風(fēng)干。最后將準(zhǔn)備好的種子播種于土壤相對含水量為9%的發(fā)芽盒中，每盒100粒。用保鮮膜將發(fā)芽盒密封，以防止水分散失。發(fā)芽盒置于25℃光照培養(yǎng)架，每天光照12 h，第7天調(diào)查發(fā)芽率。每個處理設(shè)3次重復(fù)。先篩選出在干旱脅迫條件下3種試劑處理的最適萌發(fā)質(zhì)量濃度，然后再復(fù)配浸種。

1.3 測定指標(biāo)及方法

谷子萌發(fā)出土后的第7天取樣進(jìn)行生理指標(biāo)測定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原抑制法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸比色方法測定；脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測定；超氧陰離子自由基（O2-·）含量和過氧化氫（H2O2）活性采用文獻(xiàn)[9]的方法測定。

發(fā)芽率（Gr）＝n/N×100%（n為最終發(fā)芽數(shù)，N為種子總數(shù)）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件、SAS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下3種試劑對谷子發(fā)芽率的影響

從表1可以看出，經(jīng)不同質(zhì)量濃度的赤霉素、稀土和氯化鈣試劑處理晉谷21號種子，其發(fā)芽率呈先升高后降低的趨勢。其中，赤霉素、稀土和氯化鈣質(zhì)量濃度分別為250，25，1 110 mg/L時的發(fā)芽率較高，分別比CK提高13.26%，2.77%和22.11%。因此，3種試劑的最佳質(zhì)量濃度分別為250，25，1 110 mg/L，明顯提高了晉谷21號種子在干旱條件下的發(fā)芽率。

表1 干旱脅迫下3種試劑對谷子發(fā)芽率的影響

2.2 單一最佳質(zhì)量濃度浸種與復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗發(fā)芽率的影響

從圖1可以看出，經(jīng)3種復(fù)配試劑浸泡種子的發(fā)芽率高于3種試劑單一浸種的發(fā)芽率，其分別比CK、赤霉素、氯化鈣和稀土提高33.71%，18.06%，9.5%和30.11%。因此，復(fù)配浸種能夠明顯提高谷子在干旱條件下的發(fā)芽率。

2.3 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化酶活性的影響

植物體內(nèi)的抗氧化酶活性和抗氧化代謝水平是評價植物抗逆性的有效指標(biāo)之一。SOD，CAT和POD都是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，其共同組成了生物體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)，在清除超氧自由基、H202和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面發(fā)揮著重要作用[10]。由表2可知，在土壤含水量9%的模擬干旱脅迫條件下，復(fù)配浸種處理第7天時谷子幼苗葉片的CAT活性比對照略高，但二者間差異未達(dá)到顯著水平；谷子幼苗葉片中的SOD，POD活性比對照分別提高113.0%和27.3%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以提高谷子幼苗在干旱脅迫下抗氧化保護(hù)酶活性，有利于谷子及時清除活性氧，減輕干旱脅迫對谷子的傷害。

表2 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化保護(hù)酶活性的影響 U/g

2.4 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表3可知，谷子經(jīng)復(fù)配浸種后，在干旱脅迫第7天時，谷子幼苗葉片中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均比對照有所提高，其中，可溶性蛋白含量較對照提高102.44%，脯氨酸含量比對照提高53.81%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以促進(jìn)干旱脅迫下谷子幼苗中的脯氨酸的積累，通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累而降低滲透勢，促進(jìn)吸水并維持膨壓。杜錦等[11]研究發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白與調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助植物細(xì)胞維持較低的滲透勢，抵抗逆境帶來的脅迫。

表3 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響 μg/g

2.5 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及谷子膜脂過氧化產(chǎn)物的影響

植物幼苗在逆境下遭受傷害后，往往會發(fā)生膜脂過氧化作用。MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，其含量變化反映了膜脂過氧化程度及膜結(jié)構(gòu)損傷程度。由表4可知，經(jīng)復(fù)配浸種后，谷子幼苗葉片中的MDA，H2O2含量及O2-·產(chǎn)生速率均低于對照，其中，MDA含量比對照降低14.77%，但二者間差異未達(dá)顯著水平；H2O2含量及超氧陰離子產(chǎn)生速率分別比對照降低40.01%和13.38%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以降低干旱脅迫下谷子幼苗中膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的積累，減緩H2O2和超氧陰離子的產(chǎn)生速率，其機(jī)制可能是復(fù)配浸種后幼苗中抗氧化酶的活性增強(qiáng)，活性氧清除能力提高。

表4 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及谷子膜脂過氧化產(chǎn)物的影響

3 討論與結(jié)論

本研究表明，赤霉素、稀土、氯化鈣可以提高晉谷21號在干旱條件下的發(fā)芽率。在篩選出3種試劑單一的最佳質(zhì)量濃度后進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果表明，復(fù)配浸種比單一浸種的效果更好，發(fā)芽率分別比CK、赤霉素、氯化鈣和稀土提高33.71%，18.06%，9.5%和30.11%。

為了使細(xì)胞免受活性氧的毒害，保證細(xì)胞正常生理功能，植物細(xì)胞內(nèi)存在著有防御活性氧毒害的保護(hù)酶系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT），它們的協(xié)調(diào)作用可以清除過剩的氧自由基，防止細(xì)胞受到傷害。本試驗對浸種后萌發(fā)幼苗的抗氧化系統(tǒng)進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，復(fù)配處理后，干旱脅迫下的谷子幼苗葉片中SOD，POD和CAT活性比對照分別提高了113.0%，27.3%和14.9%，且差異顯著；復(fù)配處理谷子可以顯著降低幼苗中的H2O2的含量和O2-·的產(chǎn)生速率，分別比對照降低了40.01%和13.38%，且差異達(dá)顯著水平。說明復(fù)配浸泡處理種子可以提高谷子幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶（SOD，POD和CAT）的活性，同時降低葉片中H2O2的累積，減緩O2-·的產(chǎn)生速率。

植物在逆境下遭受傷害，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是植物細(xì)胞膜質(zhì)中不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化作用的最終產(chǎn)物之一，其含量的多少在一定程度上代表了細(xì)胞膜的損傷程度和植物對逆境反應(yīng)的強(qiáng)弱[12]。譚艷玲等[13]研究表明，在低溫脅迫下鐵皮石斛內(nèi)MDA的含量增加。鞏巧玲等[14]試驗表明，蕎麥苗期不同程度脅迫明顯提高了幼苗中MDA的含量，且隨著脅迫程度的加重，4個甜蕎品種的MDA含量均逐漸升高?？梢姼珊得{迫能加劇蕎麥幼苗膜脂過氧化從而引起膜的損傷，且膜脂過氧化的程度隨干旱脅迫的加大而加大。本試驗結(jié)果表明，在干旱脅迫下，復(fù)配浸種后谷子幼苗葉片丙二醛含量顯著低于對照。

滲透調(diào)節(jié)作用也是植物適應(yīng)水分脅迫的主要生理機(jī)制，植物在干旱時會主動積累大量的可溶性滲透物質(zhì)來維持滲透平衡，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)[15]。本試驗經(jīng)過復(fù)配處理后，谷子葉片中可溶性蛋白含量較對照提高102.44%，脯氨酸含量比對照提高53.81%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以促進(jìn)干旱脅迫下谷子幼苗中脯氨酸的積累，改善幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，提高其對干旱的適應(yīng)能力，從而減緩干旱對谷子萌發(fā)和生長的抑制作用。

綜上所述，赤霉素、稀土和氯化鈣3種試劑復(fù)配浸種可有效提高干旱條件下谷子的發(fā)芽率，并可緩解干旱脅迫對谷子幼苗造成的傷害、促進(jìn)幼苗的生長。

[1]鄭蔚虹，齊恒玉，何俊莉.赤霉素對紫丁香種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].林業(yè)科技，2004，29（4）：4-6.

[2]劉啟彤，聶榮邦，黃一蘭，等.赤霉素提高烤煙種子活力的研究[J].種子，2008，27（3）:75-77.

[3]李海平，任彩文.赤霉素浸種對苦蕎種子萌發(fā)生理特性的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（2）：19-21.

[4]邱琳，周青.稀土對種子萌發(fā)影響的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報，2008，16（2）：529-533.

[5]李丹，趙樹蘭，多立安.施加稀土和保水劑對高羊茅初期生長的影響[J].中國草地學(xué)報，2012，34（3）：88-93.

[6]劉鳳華，李蕾，云興福.化學(xué)物質(zhì)對野生茄子托魯巴姆種子萌發(fā)的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2011（2）：43-47.

[7]毛俊娟，倪婷，王勝華，等.干旱脅迫下外源鈣對麻瘋樹相關(guān)生理指標(biāo)的影響 [J].四川大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，45（3）：669-673.

[8]張俊花，黃偉，張立峰，等.土壤干旱條件下CaCl2浸種對蘿卜幼苗生理指標(biāo)的影響[J].中國蔬菜，2006（6）：13-15.

[9]高俊鳳.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo) [M].北京：高等教育出版社，2006：210-221.

[10]張亞宏，孫萬倉，魏文慧，等.自交對甘藍(lán)型油菜葉片SOD，CAT，APX 活性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2008，23（1）：105-108.

[11]杜錦，向春陽.NaCl脅迫對玉米幼苗脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（8）：72-74，83.

[12]張自坤，劉世琦，王忠全，等.低溫脅迫對不同砧木黃瓜嫁接苗生理生化指標(biāo)的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（5）：36-40.

[13]譚艷玲，張艷嫣，高冬冬，等.低溫脅迫對鐵皮石斛抗壞血酸過氧化物酶活性及丙二醛和脯氨酸含量的影響 [J].浙江大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2012，38（4）：400-406.

[14]鞏巧玲，馮佰利，高金鋒，等.干旱脅迫對蕎麥幼苗活性氧代謝的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2009，24（4）：153-157.

[15]時麗冉，劉志華.干旱脅迫對苣荬菜抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].草地學(xué)報，2010，18（5）：673-677.