PEG模擬干旱脅迫對亞麻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

劉風(fēng)，侯勤正

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.西北師范大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

PEG模擬干旱脅迫對亞麻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

劉風(fēng)1，侯勤正2

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.西北師范大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

采用不同PEG濃度模擬干旱條件，對亞麻品種隴亞8號種子萌發(fā)及幼苗進行脅迫。結(jié)果表明，在較低PEG濃度下（20%），亞麻種子萌發(fā)率、幼苗莖葉鮮重、主根長度、幼苗色素濃度顯著下降，葉片MDA積累量顯著升高，側(cè)根數(shù)目增多，葉片內(nèi)可溶性糖含量增加；隨著PEG濃度增加，亞麻種子萌發(fā)率、幼苗莖葉鮮重下降趨緩，葉片MDA積累量上升趨緩，主根長度、色素濃度下降，側(cè)根明顯增多，葉片可溶性糖含量提高。

PEG干旱脅迫；種子萌發(fā)；幼苗生長；亞麻

亞麻（Linum usitatissium L.）屬亞麻科，是古老且分布很廣的重要紡織纖維和油料作物，其種子是食用油和蛋白質(zhì)的重要來源［1］。目前，全球亞麻種植面積在53萬hm2左右，主要分布在俄羅斯、中國、法國等。隨著全球經(jīng)濟一體化步伐的加快，麻業(yè)種植業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇，我國亞麻種植面積和加工能力已位居世界第2位，亞麻生產(chǎn)將成為我國農(nóng)業(yè)重要支柱產(chǎn)業(yè)之一［2］。甘肅省是我國重要的亞麻種植基地，但種植區(qū)域主要局限在隴南、天水等較為濕潤地區(qū)，干旱是影響其擴大種植的重要影響因素之一［3］。近年來亞麻育種以及逆境脅迫下幼苗生長生理研究報導(dǎo)較多［4～7］，但干旱脅迫下亞麻種子萌發(fā)及幼苗生長的生理生化變化卻鮮有報道。聚乙二醇（PEG）脅迫是研究作物種子萌發(fā)抗旱性的一種簡便、有效的方法［8］，我們以隴亞8號為指示作物品種，通過不同濃度PEG溶液模擬干旱條件，研究水分脅迫對亞麻種子萌發(fā)率以及亞麻幼苗葉片鮮重、丙二醛（MDA）含量以及色素含量等指標變化，旨在了解亞麻在種子萌發(fā)及幼苗生長對干旱脅迫的響應(yīng)，為亞麻抗性育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示亞麻品種為隴亞8號，由甘肅省隴南市種子公司提供。供試聚乙二醇（PEG）為PEG-6000。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)3個PEG濃度梯度。處理1（CK）為雙蒸水，處理2為20%PEG溶液，處理3為25%PEG溶液，處理4為30%PEG溶液。3次重復(fù)，每重復(fù)的種子用量為50粒。將濾紙浸透不同溶液，放置在直徑為90 mm的培養(yǎng)皿中。精選供試亞麻種子，先用1 g/kg HgCl2溶液消毒15 min，再用50%H2SO4溶液處理1 h，然后用雙蒸水漂洗3次后置于培養(yǎng)皿中的濾紙上，將培養(yǎng)皿置于24℃恒溫箱中，光照、黑暗12 h/12 h培養(yǎng)。自培養(yǎng)之日起，每日為對照組加雙蒸水3 mL，各處理按試驗方案加不同濃度的PEG溶液3 mL，每4 d換1次濾紙。

1.3 測定與統(tǒng)計方法

從種子置床之日起觀察。以胚根與種子等長作為發(fā)芽標準，首粒種子發(fā)芽之日作為該處理的發(fā)芽始期，以后每天定時記錄發(fā)芽種子數(shù)，連續(xù)3 d不再有種子發(fā)芽時作為發(fā)芽結(jié)束期，統(tǒng)計種子萌發(fā)率。發(fā)芽率是正常發(fā)芽的種子數(shù)與供試種子總數(shù)的百分比，計算公式為：

式中GR為種子發(fā)芽率（%），SN1為供試種子發(fā)芽粒數(shù)，SN0為供試種子總粒數(shù)。

發(fā)芽始期10 d后，隨機從培養(yǎng)皿中取出10粒發(fā)芽種子，測量主根長度、側(cè)根數(shù)量、莖葉總鮮重、葉片MDA含量及葉片色素含量。主根長度為正常幼苗的胚根長度，測量時取出幼苗，在試驗臺上用游標卡尺測量胚根基部至頂部的直線距離。莖葉總鮮重為正常幼苗的全部地上部分總鮮重，測量時將幼苗去除根部，用0.0001 g電子天平測量鮮莖葉總質(zhì)量。

葉片MDA含量采用硫代巴比妥法計算，公式為：

式中A532、 A600和A450分布表示3，5，5-三甲基惡唑-2，4-二酮在532 nm、600 nm和450 nm下的光吸收度。

可溶性糖含量采用硫代巴比妥法計算，公式為

式中SS表示可溶性糖含量，A450表示可溶性糖與TBA反應(yīng)產(chǎn)物在450 nm下的光吸收度。

色素采用乙醇浸提法提取，用分光光度法測定，按Lichtenthaler公式計算其含量。

式中Ca、Cb、Ct、Cx-c分別表示葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量，A665、A649和A470分別表示色素提取液在665 nm、649 nm和470 nm下的光吸收度。

試驗所有指標均測定3次，結(jié)果取3次平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對種子萌發(fā)的影響

通過圖1可以看出，PEG模擬干旱條件下，亞麻種子萌發(fā)率顯著下降。PEG濃度為20%時，亞麻種子萌發(fā)率相對CK下降明顯，說明亞麻種子萌發(fā)對干旱條件較為敏感。而PEG濃度為25%～30%時，亞麻種子萌發(fā)率下降幅度減緩，這一方面可能因為20%～30%區(qū)間的PEG濃度對亞麻種子萌發(fā)率影響不大，另一方面可能因為亞麻種子隨著干旱脅迫程度的加大，其抗干旱能力也得到提高，這種抗干旱能力的提高顯然是亞麻種子對干旱脅迫條件的有效適應(yīng)。

圖1 PEG模擬干旱脅迫對種子萌發(fā)率的影響

2.2 干旱脅迫對幼苗總鮮重的影響

莖葉鮮重可以體現(xiàn)幼苗光合能力的高低，是其生產(chǎn)能力的體現(xiàn)。從圖2可以看出，在干旱脅迫下，亞麻幼苗莖葉鮮重顯著下降，并且隨著脅迫程度加大，幼苗鮮重下降趨勢相對減緩。說明亞麻幼苗在生長過程中對干旱脅迫敏感度較高。在干旱條件下，植物會通過降低幼苗生產(chǎn)能力為代價來應(yīng)對干旱脅迫，較小的幼苗為適應(yīng)干旱脅迫，其蒸騰能力同時也會下降，這種蒸騰量的降低有利于其個體水平適合度的提高。

圖2 PEG模擬干旱脅迫對莖葉總鮮重的影響

2.3 干旱脅迫對丙二醛（MDA）含量的影響

丙二醛含量與植物細胞膜透性之間極顯著相關(guān)，當植物遭受滲透脅迫，造成生理性缺水時，植物體內(nèi)丙二醛大量積累，因此植物體內(nèi)丙二醛含量在一定程度上反映了植株體內(nèi)的水分狀況，進而成為植株缺水的重要參考指標。通過圖3可以看出，當PEG脅迫濃度為20%時，亞麻幼苗葉片內(nèi)MDA積累量相對CK顯著增加，而在PEG濃度由20%增加到30%時，亞麻幼苗MDA積累量上升趨緩。這說明PEG濃度為20%條件下，亞麻幼苗相對雙蒸水處理缺水嚴重，處于較為嚴重缺水狀態(tài)，當PEG濃度增加時，亞麻缺水響應(yīng)不夠明顯。

圖3 PEG模擬干旱脅迫對MDA含量的影響

2.4 干旱脅迫對主根長的影響

根系大小代表其吸水能力高低，因此根系大小對水分條件也較為敏感。通常認為，在一定程度（即較低程度）干旱脅迫下，植物會通過增加根系大小以應(yīng)對這種干旱條件，這是對干旱的有效適應(yīng)，而在較高程度干旱脅迫下（超出根系對干旱脅迫的應(yīng)答能力范圍）根系大小則會下降。圖4表明，在PEG濃度為20%～30%時，亞麻主根長度隨著PEG濃度加大而急劇下降，說明亞麻幼苗根系對干旱脅迫敏感，較低濃度（20%）的PEG脅迫即已超出其對干旱脅迫的應(yīng)答能力。但另一方面，隨著PEG濃度加大，亞麻幼苗側(cè)根數(shù)目增多（圖5），這說明亞麻在高強度干旱脅迫下（PEG濃度＞20%）會通過增加其側(cè)根數(shù)目來減緩干旱對根系系統(tǒng)的損傷。

2.5 干旱脅迫對色素含量的影響

葉片葉綠素含量與光合作用密切相關(guān)，是作物有機營養(yǎng)的基礎(chǔ)。植物缺水會抑制葉綠素的生物合成，嚴重缺水會加速原有葉綠素的分解。從圖6可以看出，隨著PEG濃度增加，亞麻幼苗色素濃度呈顯著下降趨勢，這說明干旱脅迫使亞麻葉片的色素含量降低，進而可能降低亞麻葉片光合能力。

圖4 PEG模擬干旱脅迫對主根長的影響

圖5 PEG模擬干旱脅迫對側(cè)根數(shù)目的影響

圖6 PEG模擬干旱脅迫對色素含量的影響

2.6 干旱脅迫對可溶性糖的影響

可溶性糖是干旱脅迫誘導(dǎo)的小分子溶質(zhì)之一，可參與滲透調(diào)節(jié)。逆境下植物會通過增加體內(nèi)可溶性糖含量以降低植株體內(nèi)的滲透勢，以利于植物體在干旱逆境中維持體內(nèi)正常的所需水分，保證植物植株各種代謝的正常進行，進而提高植物的抗逆性。從圖7可以看出，隨著PEG濃度增加，亞麻葉片內(nèi)可溶性糖含量迅速增加，表明在干旱脅迫下，亞麻會通過增加體內(nèi)可溶性糖含量來增強其抗旱能力。

圖7 PEG模擬干旱脅迫對可溶性糖的影響

3 小結(jié)與討論

1）干旱脅迫對亞麻種子萌發(fā)以及幼苗生長影響較大。在較低PEG濃度下（20%），亞麻種子萌發(fā)率、幼苗莖葉鮮重、主根長度、幼苗色素濃度顯著下降，葉片MDA積累量顯著升高，側(cè)根數(shù)目增多，葉片內(nèi)可溶性糖含量增加。隨著PEG濃度增加，亞麻種子萌發(fā)率、幼苗莖葉鮮重下降趨緩，葉片MDA積累量上升趨緩，主根長度、色素濃度下降，側(cè)根明顯增多，葉片可溶性糖含量增加。

2）PEG濃度為20%的干旱脅迫下，干旱已對亞麻種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生了較大影響，而隨著干旱脅迫程度增加，亞麻對干旱脅迫的響應(yīng)減弱，其耐受程度增加。隨著PEG濃度加大，亞麻會通過增加側(cè)根數(shù)目以及增加葉片可溶性糖含量以應(yīng)對逆境，進而提高了其應(yīng)對干旱脅迫的能力。

［1］SALAJ J，PETROVSKU B，OBMT B，et al.Histologicalstudyofembryo-likestructuresinitiatedfrom hypocotyl segments of flax（Linum usitatissimum L.）［J］. Plant CelI Rep，2005，24：590-595.

［2］王玉富.我國亞麻生物技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.中國麻業(yè)，2005，27（2）：60-65.

［3］張運暉，趙瑛，羅俊杰.甘肅胡麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展淺議［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（7）：54-55.

［4］王玉富，周思君，劉燕，等.亞麻轉(zhuǎn)基因植株的再生及生根培養(yǎng)的研究［J］.中國麻業(yè)，2000，22（3）：25-27.

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［6］徐云遠，牛炳韜，賈敬芬.衛(wèi)星搭載亞麻后代中PEG和NaC1抗性系的初步篩選［J］.西北植物學(xué)報，2000，20（2）：159-163.

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［8］胡新元，周義龍.PEG脅迫對胡麻種子萌發(fā)的影響［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2011（7）：22-23.

（本文責(zé)編：陳偉）

Effects of PEG-simulated Drought Stress on Seed Germination and Seedling Growth of Linum usitatissium L.

LIU Feng1，HOU Qin-zheng2
（1.GansuAcademy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China；2.Northwest Normal University，Lanzhou Gansu 730070，China）

Three PEG-6000 concentrations（20%，25%and 30%）simulated drought stress were used in this study to test its influence on the seed germination and seedling growth characters of Linum usitatissium L.（Longya-8）.The results showed that the seed germination rate declined rapidly at the 20%PEG concentration，and as well as the seedling total weight of stems and leaves，taproot length and the pigment concentrations，and the MDA concentration increased rapidly，indicating a serious adverse effect of drought stress at 20%PEG concentration to Linum usitatissium L.seed germination and seedling growth.Along with the rising PEG concentration，the lateral root numbers and the soluble sugar contents increased.The results indicated that Linum usitatissium L.may enhance its drought resisting ability by increasing the lateral root numbers and leaf soluble sugar contents at drought stress.

PEG drought stress；Seed germination；Seedling growth；Linum usitatissium

S563.2

A

1001-1463（2014）08-0025-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.08.010

2014-05-07

國家自然科學(xué)基金（31360044）部分內(nèi)容

劉風(fēng)（1986—），女，甘肅寧縣人，主要從事農(nóng)業(yè)科研管理工作。聯(lián)系電話：（0931）7611511。

侯勤正（1984—），男，山東菏澤人，副教授，主要從事植物病理學(xué)研究工作。E-mail：hou_qzh@163.com