不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子萌發(fā)抗旱性的影響

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(內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 呼和浩特 010021)

·研究報告·

不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子萌發(fā)抗旱性的影響

李偉，楊體強(qiáng)，趙清春，王文星

(內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 呼和浩特 010021)

采用平行板電場，研究不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子萌發(fā)抗旱性的影響。結(jié)果表明，在干旱脅迫條件下，糜子種子發(fā)芽率下降，胚根長與胚芽長顯著下降，胚根質(zhì)量與胚芽質(zhì)量顯著上升。而經(jīng)過電場處理后的糜子種子在干旱脅迫下發(fā)芽率整體呈上升趨勢，胚根長與胚芽長下降趨勢減緩，同時胚根質(zhì)量與胚芽質(zhì)量相對脅迫對照組有所增加。綜合評價結(jié)果顯示，電場處理糜子種子可以增強(qiáng)種子對干旱的耐受性。

電場； 糜子種子； 抗旱性

干旱是影響植物生長發(fā)育的逆境因子之一，已經(jīng)成為制約糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。糜子廣泛種植于我國北方，具有生長周期短，耐旱和耐鹽堿等優(yōu)點(diǎn)，是重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物[1-2]。在一些地區(qū)，糜子是不可替代的作物，其生長面積平穩(wěn)且有小幅增長趨勢。但糜子多種植在丘陵旱地，種植條件較差，受年度間自然降雨量的制約，平均單產(chǎn)較低[3]。因而探索提高糜子的抗旱特性有重要戰(zhàn)略意義。

大量研究表明，電場處理植物種子可以使其產(chǎn)生顯著的抗逆性[4-6]，因此這種省時、無污染的技術(shù)手段在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中具有重要的開發(fā)利用價值。在植物生命周期中，種子萌發(fā)和初期生長階段對周圍環(huán)境最為敏感，同時種子的發(fā)芽率和萌發(fā)情況影響著苗期的生長發(fā)育和產(chǎn)量，因此常用種子這一時期的生長狀況來評價植物的抗逆性[7]。本實(shí)驗(yàn)用不同電場條件處理糜子種子，測定種子萌發(fā)期與抗旱性顯著相關(guān)的性狀指標(biāo)，比較不同電場條件對種子萌發(fā)抗旱性的影響程度。 旨在篩選出有效穩(wěn)定的提高糜子抗旱能力的電場條件，促進(jìn)電場生物技術(shù)的開發(fā)與利用。同時為提高糜子的抗旱性，緩解和減輕干旱對糜子種植區(qū)的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)材料為糜子(PanicummiliaceumL.)種子(JM 28)，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.2 方 法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)定，挑選飽滿均勻的糜子種子若干份待用，每份100粒。

1.2.1 電場處理?xiàng)l件

電場由平行板電極形成，調(diào)節(jié)兩極板間的電場頻率和電壓,設(shè)置電場處理?xiàng)l件。本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的電場處理?xiàng)l件參數(shù)：電場頻率(f)=(n+3)kHz(n=1,2,3),電場強(qiáng)度(E)=(1+n)kV/cm(n=1…4)，處理時間(T)=(5n)min(n=1,2)。

1.2.2 種子的處理?xiàng)l件

種子單層置于平行板電場中進(jìn)行電場處理。用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫。將電場處理后的種子放入盛有20 mL，濃度為16%(w/v)的PEG-6000溶液的小錐形瓶中，置于25 ℃人工氣候室。吸脹24 h后，用純凈水清洗3次，將100粒種子均勻平鋪在發(fā)芽床上(發(fā)芽床為直徑為14.5 cm，鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿)，分別加入10 mL相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液。蓋上培養(yǎng)皿蓋子，置于人工氣候室中恒溫培養(yǎng)。從置床之日起每天統(tǒng)計發(fā)芽個數(shù)，計算發(fā)芽率。

實(shí)驗(yàn)設(shè)2個對照組，不經(jīng)電場處理的種子用純水浸泡，并在培養(yǎng)皿中加入純水，此自然對照組記為ck，不經(jīng)電場處理的種子用相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液浸泡，且發(fā)芽床加入的為相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液，此脅迫對照組記為Sck。電場處理組記為ES。

每天定時定量對ck組補(bǔ)充純水，對Sck組和ES組補(bǔ)充PEG-6000溶液，以保持水勢不變。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

1.3 測定內(nèi)容和方法

1.3.1 萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽率(%)=GI/G×100%，式中，GI為7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)，G為供試種子總數(shù)。

1.3.2 芽期形態(tài)指標(biāo)

種子萌發(fā)第8天，從100粒實(shí)驗(yàn)種子中隨機(jī)取20粒正常發(fā)芽的種子，測量胚芽長(包括胚芽鞘和上胚軸)和根長。分別取下根、芽，在105 ℃烘箱內(nèi)殺青1 h,80 ℃烘干后分別稱量干重[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果為4次實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計結(jié)果。利用SPSS 19.0中LSD法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同電場處理?xiàng)l件對干旱脅迫下糜子種子發(fā)芽率的影響

電場條件包括處理時間T(min)、電場頻率

f(kHz)和電場強(qiáng)度E(kV/cm)，將其記為(T-f-E)。發(fā)芽率可以反映植物種子發(fā)芽整齊度和幼苗健壯的趨勢，作為評價種子發(fā)芽的指標(biāo)。種子發(fā)芽率高，則表示有生命活力種子多，播種后出苗數(shù)多[9-10]。比較ck組與Sck組可以看出，干旱脅迫導(dǎo)致了糜子種子發(fā)芽數(shù)量減少(圖1)。ES組相對于Sck組，經(jīng)電場處理的種子在干旱脅迫下，發(fā)芽率整體呈增加趨勢，變化率在1.38%～15.60%之間。其中，處理?xiàng)l件(5-5-5)對種子發(fā)芽率的影響達(dá)到極顯著(plt;0.01),(5-5-4)、(5-6-4)、(10-5-3)、(10-5-5)及(10-6-5)對種子發(fā)芽率的影響達(dá)到顯著(plt;0.05)。

圖1 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子發(fā)芽率的影響

圖2 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚芽長度的影響

2.2 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚芽長度的影響

比較自然對照組(ck)與脅迫對照組(Sck)可以發(fā)現(xiàn)，在PEG作用下，胚芽長度極顯著減小，干旱脅迫顯著影響胚芽生長(圖2)。電場處理?xiàng)l件(5-4-5)、(10-6-3)、(10-6-4)及(10-6-5)可降低PEG-6000對胚芽長度的抑制。電場處理組(ES)與脅迫對照組(Sck)比較，胚芽長度顯著增加，增加幅度最高可達(dá)到17.03%。但是(5-4-2)和(5-4-3)處理?xiàng)l件，胚芽長度顯著減少。說明適當(dāng)?shù)碾妶鎏幚項(xiàng)l件可以刺激胚芽的生長，而較短時間的與較低的電場強(qiáng)度，電場頻率組合的電場條件會抑制胚芽的生長。

2.3 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚根長度的影響

比較自然對照組(ck)與脅迫對照組(Sck)可知，干旱脅迫極顯著抑制胚根生長(圖3)。經(jīng)過電場處理，在干旱脅迫條件下，萌發(fā)的種子胚根長度整體呈現(xiàn)增長的趨勢，其中(5-4-4)及(5-5-4)處理?xiàng)l件的影響達(dá)到極顯著，增長率分別為17.85%、18.87%。

圖3 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚根長度的影響

2.4 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚芽質(zhì)量的影響

在干旱脅迫條件下,芽干重反映了植物對干旱的敏感程度[11]。從自然對照組(ck)與脅迫對照組(Sck)測定值可知，干旱脅迫作用使萌發(fā)種子的胚芽質(zhì)量顯著增加(圖4)。當(dāng)處理時間為5 min時，胚芽質(zhì)量在(5-4-2)、(5-4-3)與(5-6-3)處理?xiàng)l件下與(Sck)比較顯著降低，下降幅度最大，為15.6%，但仍然高于ck組。而當(dāng)處理時間為10 min時，各電場處理?xiàng)l件促進(jìn)胚芽質(zhì)量的增加，變化率在0.62%～14.77%之間，個別條件達(dá)到顯著。

圖4 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚芽質(zhì)量的影響

2.5 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚根質(zhì)量的影響

從自然對照組(ck)與脅迫對照組(Sck)的差異可知，在干旱脅迫下，胚根質(zhì)量會顯著增加(圖5)。當(dāng)電場處理時間為5 min時，電場處理后的種子的胚根質(zhì)量相對于Sck沒有顯著變化。當(dāng)處理時間增加為10 min時，在(10-4-5)、(10-6-2)與(10-6-3)條件下，差異達(dá)到顯著，電場處理增長幅度分別為10.00%、13.2%和21.60%。

圖5 不同電場處理?xiàng)l件對糜子種子胚根質(zhì)量的影響

3 結(jié)果與討論

若僅用單項(xiàng)指標(biāo)評價電場處理對糜子種子萌發(fā)期抗旱性的影響，可能會存在評價結(jié)果的局限性，因此本實(shí)驗(yàn)選擇了在干旱條件下與抗旱性顯著相關(guān)的5個性狀指標(biāo)。王賀正研究表明,根系生長的深度、廣度和數(shù)量與水稻品種的抗旱性關(guān)系密切[12]。而張盼盼等在糜子芽期抗旱性指標(biāo)鑒選與利用研究中指出，用發(fā)芽率、芽干重和胚根長作為綜合指標(biāo)較好[11]。

本研究結(jié)果表明，PEG-6000溶液對糜子種子萌發(fā)期胚根胚芽長度等形態(tài)指標(biāo)有顯著抑制作用，這與張美俊等[13]的研究結(jié)果一致。也有研究結(jié)果表明，除個別品種外,PEG-6000處理的糜子根干重普遍較對照增加,只是增加的幅度不同，即PEG-6000脅迫后促進(jìn)糜子根系的生長[11]，與本研究結(jié)果相符。經(jīng)不同電場條件處理后的糜子種子在干旱脅迫下指標(biāo)的變化各不相同，表明不同電場處理?xiàng)l件對植物種子抗旱性的影響并不相同。而經(jīng)過電場處理，糜子種子發(fā)芽率整體呈上升趨勢，胚根胚芽長度降低程度減弱，即降低了糜子在干旱條件下的敏感度。使胚根胚芽質(zhì)量繼續(xù)增加，增強(qiáng)了種子對干旱的耐受性。恰當(dāng)?shù)碾妶鰲l件可以促進(jìn)種子萌發(fā)的整齊度以及胚根胚芽的生長，提高其出苗率，可以為實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的穩(wěn)產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)，也為加速糜子抗旱研究方法的工作提供理論依據(jù)。

電場可以對植物產(chǎn)生顯著的作用[14-15]，劉翔宇等報道，電場處理檸條種子增強(qiáng)了其萌發(fā)能力的原因，在于種子萌發(fā)過程中的多種生理生化過程的綜合效果[16]。而趙清春研究顯示，恰當(dāng)?shù)碾妶鰲l件處理糜子種子可以促進(jìn)糜子種子萌發(fā)且影響其植株幼葉的基因表達(dá)[17]。綜上所述，電場處理糜子種子對其萌發(fā)期與抗旱有關(guān)的性狀有促進(jìn)作用，但是糜子整個生育期會受很多因素的影響，要從形態(tài)指標(biāo)，生理生化指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，同時電場是否對糜子苗期、后熟期以及產(chǎn)量有積極影響還需要進(jìn)一步研究。

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Effect of Different Electricfield Treatments on Drought-resistance of theGermination of Broomcorn Millet (PanicummiliaceumL.)Seeds

LIWei,YANGTiqiang,ZHAOQingchun,WANGWenxing

(Physical Science and Technology College of Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China)

Broomcorn millet seeds were placed in parallel plate electricfield,the drought resistance indexes of germ of broomcorn millet in different conditions of electric fields were studied.The results indicated,under drought stress,there was a significant reduction in germination rate,radicle length and germ length.Dry weight of germ and dry weight of radicle considerably increased at the same time.When the seeds were treated by electricfield,compared with stress group,germination rate of seeds increase on the whole,and radicle length and germ length downward trend had slowed,at the same time,electricfield promote the quality of radicle and embryo quality.The above results indicated that electric field deal with corn millet seeds can strengthen seeds to drought tolerance.

electricfield; broomcorn millet; drought resistance

2017-02-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51067005)。

李 偉(1992—)，女，內(nèi)蒙古赤峰市人；碩士研究生，研究方向：環(huán)境生物物理；E-mail：liwei1521913@163.com。

通迅作者：楊體強(qiáng)，教授，主要從事電場和低能離子束對植物影響的研究；E-mail:yangtq@imu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.001

S 516

A

1001-4705(2017)06-0001-04