外源激素與內生真菌互作對醉馬草低溫脅迫下種子萌發(fā)的影響

柳 莉，李秀璋，陳振江，郭長輝，呂 卉，李春杰

(蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院，草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730020)

外源激素與內生真菌互作對醉馬草低溫脅迫下種子萌發(fā)的影響

柳 莉，李秀璋，陳振江，郭長輝，呂 卉，李春杰

(蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院，草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730020)

低溫是限制種子萌發(fā)的一個關鍵因子，而外源激素和內生真菌分別通過外部介導和內部調控的途徑來提高低溫環(huán)境下種子的萌發(fā)能力.本研究以感染內生真菌(E＋)和未感染內生真菌(E-)醉馬草(Achnatherum inebrians)種子為材料，利用不同濃度的水楊酸(SA)或脫落酸(ABA)溶液浸泡種子，測定10℃條件下醉馬草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長、胚根長和幼苗含水量，探討外源激素與內生真菌互作對醉馬草種子低溫條件下萌發(fā)的影響.結果發(fā)現(xiàn)，SA 或ABA處理能促進醉馬草E＋、E-種子的萌發(fā)；高濃度SA或ABA處理下則表現(xiàn)出抑制作用，其中高濃度(0.2 mmol/ L)ABA對種子發(fā)芽抑制作用顯著(P＜0.05)；SA與內生真菌互作對種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和胚根長有顯著(P＜0.05)促進作用；ABA與內生真菌互作對種子發(fā)芽指數(shù)、胚芽長、胚根長和幼苗含水量有顯著(P＜0.05)的促進作用.表明一定濃度范圍的SA或ABA與內生真菌互作，能夠促進醉馬草種子在低溫脅迫條件下的萌發(fā)力.

醉馬草；內生真菌；低溫；外源激素；種子發(fā)芽

醉馬草(Achnatherum inebrians)是一種多年生草本植物，能產(chǎn)生劇毒物質，家畜誤食會引起中毒癥狀，主要分布在我國的新疆、青海、甘肅等西北地區(qū)[1].能與禾草共生各取所需，但這種寄生關系又不會影響宿主植物的生長，也不會造成宿主外部損傷的一大類真菌統(tǒng)稱為禾草內生真菌[2]，這類內生真菌主要包括有性態(tài)Epichlo?屬及其無性態(tài)Neotyohodium屬內生真菌，根據(jù)最新國際真菌命名規(guī)則，現(xiàn)統(tǒng)一稱為Epichlo?內生真菌[3].大量研究表明[4-9]，內生真菌的存在能顯著提高醉馬草的生物及非生物脅迫，如提高醉馬草的抗蟲、抗病、耐旱、耐鹽堿、耐寒、耐重金屬毒害、耐澇等抗逆性，其中，也有學者報道過內生真菌能夠提高宿主植物種子萌發(fā)和生長，主要集中在多年生黑麥草(Lolium perenne)[10]、高羊茅 (Festuca arundinacea)[11]、多花黑麥草(Lolium multiflorum)[12]、中華羊茅(Festuca sinensis)[13]和野大麥(Hordeum brevisubulatum)[14].有關在低溫脅迫下內生真菌提高禾草種子萌發(fā)的報道較少，國內陳娜[9]2008年報道了內生真菌的存在能夠提高醉馬草種子低溫萌發(fā)能力.

種子發(fā)芽與否與內源激素的平衡有關[15].研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素如鹽脅迫、酸脅迫、溫度和光照等能夠影響種子內源激素的平衡進而影響種子的萌發(fā)[16-17].脫落酸(ABA)是植物體內一種重要的內源激素，ABA含量的高低對種子萌發(fā)有重要的作用，種子解除休眠的重要誘導因子之一就是ABA[18].水楊酸(SA)是植物的一種內生性的生長調節(jié)劑，在植物體內能夠完成一系列的新陳代謝變化和生理響應，從而影響植物的生長和發(fā)育[19].研究表明，外源水楊酸能提高植物的非生物抗性，如重金屬脅迫[20-23]、鹽脅迫[24-29]、高溫脅迫[30-32]、低溫脅迫[33-39]、紫外輻射脅迫[40-43]和水分脅迫[35，44-47].而有關低溫條件下內生真菌和激素互作對種子萌發(fā)的影響尚未見報道.

本文以E＋、E-醉馬草種子為供試材料，研究在低溫(10℃)條件下，用不同濃度外源激素浸泡種子24h后，醉馬草種子發(fā)芽率及其他發(fā)芽指標的變化，旨在探索在低溫脅迫下內生真菌和激素互作對醉馬草種子萌發(fā)的影響，為醉馬草在低溫條件下的萌發(fā)提供理論基礎.

1 材料方法

1.1 材料

醉馬草E＋、E-種子均采集于蘭州大學榆中校區(qū)田間實驗田(E104°08′，N35°56′，H1514 m).ABA由上海中秦化學試劑有限公司提供，SA由天津光復精細化工研究所提供.

1.2 方法

1)種帶內生真菌檢測將收集的E＋、E-醉馬草種子，參照李春杰[48]的方法進行檢測，驗證種子攜帶內生真菌情況.

2)浸種處理將E＋、E-醉馬草種子分別浸在不同濃度的ABA和SA中24h，以無菌水為對照(CK)，浸種后用無菌水沖洗3次.ABA的濃度分別為0.05mmol/L(ABA1)、0.1 mmol/L(ABA2)、0.15 mmol/L(ABA3)和0.2 mmol/L(ABA4)；SA的濃度分別為 0.5 mmol/L(SA1)、1.0 mmol/L(SA2)、1.5 mmol/L(SA3)、2.0 mmol/L(SA4).

3)發(fā)芽試驗參照衛(wèi)東等[49]的方法，采用紙上(TP)發(fā)芽法發(fā)芽，在10℃培養(yǎng)箱中黑暗發(fā)芽，發(fā)芽過程一直保持濾紙濕潤；將浸泡過的種子放于滅過菌的培養(yǎng)皿(直徑9cm)上，每皿50粒，每處理設4個重復.每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽結束后計算發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽指數(shù)(GI)，測量胚芽長、胚根長(每皿隨機選取5粒進行測量，取平均值)，幼苗含水量:

注:GT-T時間內的醉馬草種子發(fā)芽總數(shù)，DT-相應的發(fā)芽天數(shù).

4)數(shù)據(jù)處理與作圖所有數(shù)據(jù)均采用Microsof Excle 2013錄入并作圖，采用SPSS17.0對CK及不同濃度SA和ABA處理下發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、胚芽長(SL)、胚根長(RL)和幼苗含水量(WC)分別進行雙因素方差分析(ANOVA)，對不同處理下各發(fā)芽指標進行單因素方差分析.

2 結果與分析

2.1 不同濃度外源激素處理對E＋、E-發(fā)芽率的影響

一定濃度的SA或ABA處理對醉馬草E＋、E-種子萌發(fā)有不同程度的影響(圖1).

SA處理下，隨著濃度的增大，醉馬草種子的發(fā)芽率呈先上升后降低的趨勢.其中，1.0 mmol/L和1.5mmol/L處理下，種子發(fā)芽率顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異顯著(P＜0.05).在此5種處理下，E＋種子發(fā)芽率顯著(P＜0.05)高于E-(圖1a).

ABA處理下，隨著濃度的增大，醉馬草E-種子的發(fā)芽率呈先升后降的趨勢.其中，在0.1 mmol/L時種子發(fā)芽率達到最大；隨著濃度的繼續(xù)增大，ABA對種子發(fā)芽率表現(xiàn)出一定程度的抑制作用.在0.2 mmol/L時，E-的發(fā)芽率顯著(P＜0.05)低于CK；而不同濃度的處理對E＋種子發(fā)芽率的影響不顯著(P＞0.05).除0.1 mmol/L處理下E＋、E-發(fā)芽率差異不顯著(P＞0.05)外，其余均達到顯著水平(P＜0.05)(圖1b).

圖1 不同濃度外源激素對醉馬草種子發(fā)芽率的影響注:不同字母表示各處理間發(fā)芽指標差異顯著(P＜0.05)，下同F(xiàn)ig.1 Effects of exogenous hormone concentrations on germination rate of drunken horse grassNote:Different letters indicate significant(P＜0.05)difference of the germination vitality among different treatments，the same below

2.2 不同濃度外源激素處理對E＋、E-發(fā)芽指數(shù)的影響

一定濃度的SA或ABA處理對醉馬草E＋、E-種子發(fā)芽指數(shù)有不同程度的影響(圖2).

SA處理下，隨著濃度的增大，種子發(fā)芽指數(shù)呈先升高后降低的趨勢.其中，1.0 mmol/L和1.5 mmol/L處理下，種子發(fā)芽指數(shù)顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異顯著(P＜0.05).在此5種處理下，E＋種子發(fā)芽指數(shù)均顯著(P＜0.05)高于E-(圖2a).

ABA處理下，隨著濃度的增大，種子發(fā)芽指數(shù)呈先升后降的趨勢.其中，0.1 mmol/L處理下，種子發(fā)芽指數(shù)顯著(P＜0.05)高于其他處理，0.15 mmol/L 和0.2 mmol/L處理下，種子發(fā)芽指數(shù)顯著(P＜0.05)低于其他處理.在這5種處理下，E＋種子發(fā)芽指數(shù)均顯著(P＜0.05)高于E-(圖2b).

圖2 不同濃度外源激素對醉馬草種子發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.2 Effects of exogenous hormone concentrations on germination index of drunken horse grass

內生真菌單獨作用，對醉馬草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、幼苗含水量、胚芽長及胚根長均有顯著性(P ＜0.05)的影響；不同濃度的SA和ABA單獨作用也對上述指標有顯著性(P＜0.05)影響；SA和內生真菌互作對醉馬草種子幼苗含水量和胚芽長無顯著(P＞0.05)影響；ABA和內生真菌互作對醉馬草種子發(fā)芽率無顯著(P＞0.05)作用，但對其他各發(fā)芽指標均有顯著(P＜0.05)影響(表1).

表1 內生真菌(E)與SA濃度(C)、ABA濃度(C)對醉馬草種子10℃條件下的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、幼苗含水量、胚芽長和胚根長的影響的雙因素分析結果Table 1 Results of two-way ANOVA for the effects of endophyte(E)，SA concentrations(C)and ABA concentrations(C) on germination rate，germination index，water content of seedling，shoot length and root length ofA.inebrians seed at 10℃

2.3 不同濃度外源激素處理對E＋、E-胚芽長的影響

一定濃度的SA或ABA處理對醉馬草E＋、E-種子胚芽長有不同程度的影響(圖3).

SA處理下，隨著濃度的增大，種子胚芽長呈先升高后降低的趨勢.其中，1.0 mmol/L和1.5 mmol/L處理下，種子胚芽長顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異不顯著(P＞0.05).在這5種處理下，E＋種子胚芽長均顯著(P＜0.05)高于E-(圖3a).

ABA處理下，隨著濃度的增大，種子胚芽長呈先升后降的趨勢.其中，0.05 mmol/L和0.1 mmol/L處理下，種子胚芽長顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異不顯著(P＞0.05).0.2 mmol/L處理下，種子胚芽長顯著(P＜0.05)低于其他處理.在這5種處理下，E＋種子胚芽長均顯著(P＜0.05)高于E-(圖3b).

圖3 不同濃度外源激素對醉馬草種子胚芽長的影響Fig.3 Effects of exogenous hormone concentrations on shoot length of drunken horse grass

2.4 不同濃度外源激素處理對E＋、E-胚根長的影響

一定濃度的SA或ABA處理對醉馬草E＋、E-種子胚根長有不同程度的影響(圖4).

SA處理下，隨著濃度的增大，種子胚根長呈先升高后降低的趨勢.其中，1.0 mmol/L和1.5 mmol/L處理下，種子胚根長顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異不顯著(P＞0.05).在此5種處理下，E＋種子胚根長均顯著(P＜0.05)高于E-(圖4a).

ABA處理下，隨著濃度的增大，種子胚根長呈逐漸降低趨勢.其中，0.15 mmol/L和0.2 mmol/L處理下，種子胚根長顯著(P＜0.05)低于其他處理，且二者之間差異顯著(P＜0.05).0.05 mmol/L處理下，E＋種子胚根長與CK差異不顯著(P＞0.05).在此5種處理下，E＋種子胚根長均顯著(P＜0.05)高于E-(圖4b).

圖4 不同濃度外源激素對醉馬草胚根長的影響Fig.4 Effects of exogenous hormone concentrations on radical length of drunken horse grass

2.5 不同濃度外源激素處理對E＋、E-幼苗含水量的影響

一定濃度的SA或ABA處理對醉馬草E＋、E-種子幼苗含水量有不同程度的影響(圖5).

SA處理下，隨著濃度的增大，種子幼苗含水量呈先升高后降低的趨勢.其中，1.0 mmol/L和 1.5 mmol/L處理下，種子幼苗含水量顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異不顯著(P＞0.05).在此5種處理下，E＋種子幼苗含水量均顯著(P＜0.05)高于E-(圖5a).

ABA處理下，隨著濃度的增大，種子幼苗含水量呈先升后降的趨勢.其中，0.05 mmol/L和0.1 mmol/ L處理下，種子幼苗含水量顯著(P＜0.05)高于其他處理，且二者之間差異不顯著(P＞0.05).0.2 mmol/L處理下，種子幼苗含水量顯著(P＜0.05)低于其他處理.在此5種處理下，E＋種子幼苗含水量均顯著(P＜0.05)高于E-(圖5b).

圖5 不同濃度外源激素對醉馬草幼苗含水量的影響Fig.5 Effects of exogenous hormone concentrations on water content of seedlings of drunken horse grass

3 討論

種子萌發(fā)和幼苗生長是植物建群的關鍵階段，種子的萌發(fā)除了與種子自身的遺傳因素有關外，還受外界環(huán)境，如溫度、水分、光照、滲透脅迫等的影響[50-53].本研究中，SA濃度增大，醉馬草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，除了0.5 mmol/L 和2 mmol/L的SA處理下的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對照無顯著性差異外，其他濃度下的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均大于對照，并且在1.5 mmol/L時的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)最大，表明1.5 mmol/L是促進醉馬草種子低溫萌發(fā)的最適濃度.不過物種不同，低溫脅迫下SA促進種子萌發(fā)的最適濃度也不同，17℃脅迫下提高黑麥草種子萌發(fā)的最適 SA濃度為 1.5 mmol/L[54].0.5 mmol/L的SA能夠提高水稻種子的發(fā)芽率[55].研究表明，低濃度ABA促進種子萌發(fā)，高濃度ABA抑制種子的萌發(fā)[56-58].本研究中發(fā)現(xiàn)，無論是低濃度的ABA還是高濃度的ABA對醉馬草E＋種子的發(fā)芽率都沒有起到顯著性的促進作用，但是低濃度的ABA對醉馬草E＋、E-種子的發(fā)芽指數(shù)均有促進作用.原因一方面可能是E＋醉馬草本身含有生物堿，生物堿的存在抑制了低濃度的ABA對醉馬草種子萌發(fā)的促進作用，也有可能是因為內生真菌和外源ABA互作對醉馬草種子內源ABA含量有影響，因為內源ABA越低越利于種子打破休眠[59]，但是具體原因還需進一步驗證.而發(fā)芽指數(shù)是一個反映種子發(fā)芽快慢的指標，低濃度的ABA對E＋、E-種子發(fā)芽指數(shù)均有促進作用，說明種子在初期發(fā)芽過程中低濃度ABA促進作用明顯，這與前人研究結果一致[60-61].

低溫脅迫對植物萌發(fā)的影響，除了發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)外，還有胚芽長、胚根長和幼苗含水量.本研究中，隨著ABA濃度的升高，醉馬草E＋種子的胚芽長、胚根長和幼苗含水量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，與發(fā)芽率一樣，1.5 mmol/L的SA對這3個指標的影響最明顯.說明適宜濃度的SA對植物種子在逆境下的萌發(fā)有促進作用，王玉萍等[62]對鹽脅迫下SA對花椰菜(Brassica oleracea)種子的萌發(fā)中得到了相似的結果.張鳳銀等[63]在研究低溫脅迫下SA對藜豆(Stizolobium capitaum)種子萌發(fā)中也得到了同樣的結果.對E-種子而言，胚芽長和幼苗含水量也是隨著SA濃度的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢.值得一提的是，不同濃度SA處理下E-種子的胚根長隨著SA濃度的升高逐漸降低，除了2.0 mmol/L時，其他濃度SA處理下的E＋胚根長都大于(P＜0.05)E-.原因可能是較低濃度的SA對未攜帶內生真菌的醉馬草種子胚根的生長更適宜.不同濃度的ABA對醉馬草E＋、E-種子的胚芽長、胚根長和幼苗含水量的影響均表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度抑制，這與前人的研究結果一致[60-61].

眾多研究表明，Epichlo?內生真菌能夠提高禾草種子逆境條件下的萌發(fā)[13，64-65].本研究中，10℃條件下，未經(jīng)激素處理的醉馬草E＋種子的發(fā)芽率為49.5%，顯著高于(P＜0.05)E-的28%，說明內生真菌的存在能夠促進種子低溫條件下的萌發(fā)，這與陳娜[9]10℃條件下醉馬草種子萌發(fā)的結果一致.宋梅玲[14]對野大麥種子的發(fā)芽試驗也表明，內生真菌顯著提高了10℃，15℃低溫脅迫和30℃高溫脅迫下的野大麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等.

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(責任編輯：李建忠，付強，張陽，羅敏；英文編輯：周序林，鄭玉才)

Effects of interaction between exogenous hormones and Epichlo? on germination of drunken horse grass(Achnatherum inebrians)under low temperature stress

LIU Li，LI Xiu-zhang，CHEN Zhen-jiang，GUO Chang-hui，Lv Hui，LI Chun-jie

(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，P.R.C.)

Temperature is a crucial abiotic factor impacting the germination of plant seeds.However，accumulating evidences suggest exogenous hormones and endophyte as important regulators to alleviate the damage of seed germination and seedling growth in low temperature environment.In this study，endophyte-infected(E＋)and endophyte-free(E-)seeds of A.inebrians were tested under cold stress.Under 10℃，seed germination，seedling growth，embryo length，radical length and seeding moisture content of E＋and E-A.inebrians were examined when salicylic acid(SA)or abscisic acid(ABA)were applied，to explore the effects of endophytic fungi and exogenous hormones interaction on the germination of A.inebrians at low temperature.The results showed that SA or ABA treatment could promote the germination of E＋and E-A.inebrians，however，higher concentrations of SA or ABA showed inhibition(P＜0.05)，and the highest concentrations of ABA showed the strongest(P＜0.05)inhibition.The interactions between SA and Epichlo? endophyte had significant(P＜0.05)effects on germination rate，germination index and root length.The interactions between ABA and Epichlo? endophyte had significant(P＜0.05)effects on germination index，seedling water content，shoot and root lengths.In conclusion，the interactions between a certain concentrations of SA or ABA and Epichlo? endophyte could promote the germination of A.inebrians under cold stress.

drunken horse grass(Achnatherum inebrians)；Epichlo?；low temperature；exogenous hormone；seed germination

Q948；S812

A

2095-4271(2016)04-0373-10

10.11920/xnmdzk.2016.04.003

2016-05-13

柳莉(1987-)，女，漢族，甘肅白銀市人，碩士研究生，研究方向:禾草內生真菌共生體研究.E-mail:lliu13＠lzu.edu.cn

李春杰(1968-)，男，甘肅鎮(zhèn)原人，教授，博士，研究方向:禾草內生真菌共生體研究.E-mail:chunjie＠lzu.edu.cn

國家973計劃課題(2014CB138702)；國家自然科學基金項目(31372366)；教育部創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目(IRT13019)