引發(fā)對高溫脅迫下萵苣種子萌發(fā)及生理生化特性的影響

盛 偉， 王艷芳， 于 茜， 陳子敬， 陸靜雯， 曹之富， 王 倩

（1．中國農(nóng)業(yè)大學，園藝學院，設施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室， 北京100193；2．北京市農(nóng)業(yè)技術推廣站， 北京100029）

種子引發(fā)（seed priming）是眾多提高種子活力的處理方法之一，研究表明，引發(fā)不僅可以提高種子抵抗逆境的能力，還可以提高種子的整齊度和萌發(fā)速率［4－5］。本試驗選取“大速生”和“射手101”2種萵苣種子為試驗材料，研究高溫對2個萵苣品種種子發(fā)芽的影響，以及 H2O2、PEG和GA33種引發(fā)處理后，在32℃高溫脅迫下萵苣種子發(fā)芽特性、幼苗生長、抗氧化酶、MDA含量、內(nèi)源激素、種子滲出液電導率及相對電導率的變化，篩選出能提高萵苣耐高溫能力的最佳種子引發(fā)方法，為利用引發(fā)處理減輕萵苣種子熱休眠提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 高溫對萵苣種子發(fā)芽影響試驗

萵苣品種選用“大速生”和“射手101”，按照《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》進行種子發(fā)芽試驗，將種子置于20 cm×15 cm×12 cm的聚乙烯發(fā)芽盒中，每處理100粒種子，重復3次。發(fā)芽盒放入光照培養(yǎng)箱中，溫度設20，23，26，28，32，35℃共6個處理，光照強度6 000 lx。當胚根長為0．2 cm時，即作為種子萌動的標志，并統(tǒng)計每天萌動的種子數(shù)，并連續(xù)統(tǒng)計5 d，計算發(fā)芽率（以下引發(fā)處理后發(fā)芽試驗方法與此相同）。

1．2 種子引發(fā)處理及種子萌發(fā)和幼苗生長試驗

分別稱取10 g萵苣種子，分別放入0．2%H2O2、20%PEG和100 mg／L GA3的500 m L溶液中，黑暗處理，H2O2引發(fā)處理為溫度4℃、時間4 h，PEG引發(fā)處理為溫度15℃、時間12 h，GA3引發(fā)處理為溫度15℃、時間18 h。處理后用去離子水沖洗干凈，置于室溫條件下回干至原始含水量后，進行高溫下種子發(fā)芽試驗和幼苗生長試驗。

種子發(fā)芽試驗：以未經(jīng)處理的種子為對照，在32℃的光照培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽試驗，并計算發(fā)芽勢（以第1天發(fā)芽種子數(shù)）、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。

幼苗生長試驗采用平板玻璃法：將種子發(fā)芽孔向下、間隔1 cm布置在18 cm×20 cm玻璃板上，每處理30粒種子，重復3次。玻璃板放入32℃光照培養(yǎng)箱進行培養(yǎng)，5 d后測定種子下胚軸長、胚根長、鮮重、干重，計算種子的活力指數(shù)。

發(fā)芽勢（GE）（%）＝Gn／N×100%；

發(fā)芽率（GP）（%）＝∑GT／N×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑（G t／D t）；

活力指數(shù)（VI）＝S×GI。

式中，GT為發(fā)芽開始后第t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)；Gn為n日內(nèi)種子發(fā)芽總數(shù)；N為種子總數(shù)；G t為第t日的發(fā)芽數(shù)；D t為相應的發(fā)芽日數(shù)；S為幼苗胚根長［6］。

1．3 種子生理生化特性的測定

將引發(fā)處理后種子和未經(jīng)處理的種子置于32℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)12 h，取出，吸干表面浮水，于液氮中速凍。SOD活性采用氮藍四唑法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，CAT活性采用過氧化氫法測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定［7］；種子內(nèi)激素含量采用植物激素酶聯(lián)免疫測定方法測定［8］；種子膜透性參照尹燕枰等［9］的方法測定。

2 結果與分析

2．1 高溫對萵苣種子發(fā)芽的影響

由圖1可知，品種之間對溫度的適應性有差別，2品種萵苣種子在20℃到23℃發(fā)芽率隨溫度升高而增加，當溫度超過26℃，2品種發(fā)芽率都顯著下降，35℃時發(fā)芽率為0。說明當溫度超過26℃時萵苣種子開始休眠，35℃時萵苣種子完全休眠。“射手101”種子發(fā)芽率隨溫度的增加下降速率高于“大速生”，表明“大速生”比“射手101”對高溫的適應性更強。

圖1 不同溫度處理對萵苣發(fā)芽的影響

2．2 不同引發(fā)處理對高溫脅迫下萵苣種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

由表1可知，不同引發(fā)處理都可以顯著提高，高溫脅迫下萵苣種子的萌發(fā)能力。2品種萵苣種子的引發(fā)處理效果都表現(xiàn)為GA3＞PEG＞H2O2，“大速生”經(jīng)GA3引發(fā)處理后發(fā)芽率為83．45%而“射手101”經(jīng)GA3引發(fā)處理后發(fā)芽率為44．54%，表明引發(fā)處理的效果存在品種差異性；由表2可知，引發(fā)處理能顯著提高高溫脅迫下萵苣幼苗的胚根、下胚軸、鮮重，經(jīng)GA3處理效果最顯著，GA3處理還顯著性的提高了2品種萵苣幼苗的干重，分別比對照高39．13%、16．67%而H2O2和PEG處理對幼苗干重無顯著差異，綜合比較表明品種“大速生”經(jīng)引發(fā)處理后效果更佳。

表1 引發(fā)處理對高溫下萵苣種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

圖2 引發(fā)對高溫下萵苣種子膜透性的影響

2．3 不同引發(fā)處理對高溫下萵苣種子膜透性的影響

由圖2可知，萵苣種子經(jīng)引發(fā)處理后電導率和相對電導率都顯著性的低于對照，其中GA3處理效果最佳，PEG次之，H2O2效果最弱，GA3處理與其它2個處理間有顯著差異，GA3處理2品種的相對電導率分別降低了25．55%、34．80%。由此可知，H2O2、PEG和GA3引發(fā)處理均有助于修復種子膜系統(tǒng)，保護質(zhì)膜的完整性，2個品種間存在差異。

2．4 高溫脅迫下引發(fā)對萵苣種子抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

由表2可知，32℃高溫下2品種萵苣種子經(jīng)引發(fā)處理后SOD、POD、CAT活性都顯著性的高于對照；MDA含量都顯著的低于對照。處理之間的效果都表現(xiàn)為GA3＞PEG＞ H2O2；對于品種“大速生”，經(jīng)GA3處理SOD、POD、CAT活性分別比對照提高了66．53%、83．20%、97．60%，MDA 含量比對照降低了59．59%；對于品種“射手101”，經(jīng) GA3處理 SOD、POD、CAT活性分別比對照提高了31．85%、81．13%、85．61%，MDA含量比對照降低了51．89%，表明引發(fā)處理能提高萵苣種子抗氧化酶活性，具有更穩(wěn)定的活性氧清除系統(tǒng)，比對照更耐高溫。2品種經(jīng)引發(fā)處理后MDA含量都顯著性的低于對照，表明經(jīng)引發(fā)處理后，萵苣種子抗氧化活性較高，能抵抗高溫脅迫下細胞膜過氧化，從而減輕休眠。

表2 高溫脅迫下引發(fā)對萵苣種子抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

2．5 高溫脅迫下引發(fā)對萵苣種子內(nèi)源激素水平的影響

由表3可知，引發(fā)處理均能顯著性的降低ABA的水平，提高IAA、GA、ZR水平，BR水平?jīng)]有明顯的變化。種子發(fā)育過程中胚產(chǎn)生的激素對種子萌發(fā)有重要的作用，其中ABA和GA是影響種子發(fā)育的重要因子，ABA主要功能是參與誘導和維持種子休眠，而IAA、GA、ZR在種子萌發(fā)中有破除休眠和促進萌發(fā)等的作用［10］，ABA／GA比值差異決定了種子是否萌發(fā)。由表3可知，引發(fā)處理顯著性降低了ABA／GA的比值。2品種3種引發(fā)處理降低萌發(fā)抑制物，提高萌發(fā)促進物質(zhì)的效果都表現(xiàn)為GA3＞PEG＞H2O2。

表3 高溫脅迫下引發(fā)對萵苣種子內(nèi)激素水平（ng／g）（FW）的影響

3 討論與結論

種子萌發(fā)是植物幼苗形成及生長的基礎，溫度則是影響種子是否萌發(fā)的一個關鍵的因素［11］。本試驗對2種萵苣品種的研究表明，當溫度超過26℃時，發(fā)芽受到抑制，當高于32℃時種子發(fā)芽急劇降低，溫度高于35℃種子完全休眠。而經(jīng)過H2O2、PEG和GA 3引發(fā)處理后，在32℃高溫下與對照相比種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均得到顯著提高，其中經(jīng)過引發(fā)處理幼苗的胚根長、下胚軸長、鮮重也顯著性的高于對照，有效減輕了高溫脅迫對種子萌發(fā)及幼苗生長造成的傷害。這與前人在生菜、茄子、白菜等的研究結果一致［12－14］。

種子受到高溫脅迫時，活力下降是普遍存在的自然現(xiàn)象，在此過程中，種子內(nèi)部發(fā)生劇烈的生理生化變化，種子內(nèi)膜系統(tǒng)遭到破壞，導致種子膜透性增大，內(nèi)含物外滲，種子浸出液電導率增大［15］，膜脂過氧化物MDA含量的升高，抗氧化酶系統(tǒng)被激活，酶活性升高［16］。本試驗中，H2O2、PEG和 GA3引發(fā)處理后種子滲透液電導率和相對電導率均顯著低于未處理種子，引發(fā)處理有效提高了種子內(nèi)抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性，這些酶都與種子發(fā)芽、活力和抗劣變相關［17］，且MDA含量顯著低于對照，表明引發(fā)處理能抵抗高溫脅迫下細胞膜脂過氧化程度，增強種子耐高溫脅迫能力。

植物內(nèi)源激素是指植物在新陳代謝過程中產(chǎn)生的一系列化合物，能以極微量的濃度影響植物細胞的生理生化活動，種子的休眠與萌發(fā)與內(nèi)源激素的含量密切相關［18］。本試驗也具有相似的結果，在32℃高溫逆境脅迫下，3種引發(fā)處理的萵苣種子GA含量顯著升高，ABA含量及ABA／GA比值顯著降低，這也是促進了種子的萌發(fā)的原因之一。

綜上所述，引發(fā)處理具有促進萵苣種子萌發(fā)、提高種子活力、膜完整性、酶活性，降低萌發(fā)抑制物水平，其中GA3效果最佳，PEG次之，H2O2最弱，大速生”比“射手101”更耐高溫，引發(fā)處理效果更佳。

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