電場對干旱脅迫下沙棘種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

， (河北省寬城滿族自治縣職業(yè)技術(shù)教育中心， 河北 寬城 067600)

電場對干旱脅迫下沙棘種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

何立榮，王英
(河北省寬城滿族自治縣職業(yè)技術(shù)教育中心， 河北 寬城 067600)

為探討電場提高沙棘種子抗旱性的相關(guān)生理機(jī)制，對受干旱脅迫的沙棘種子進(jìn)行不同電場強(qiáng)度、不同時間處理，并對沙棘種子萌發(fā)、幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及酶活性進(jìn)行研究。結(jié)果表明： 受干旱脅迫的沙棘種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)明顯降低，根長和苗高生長受抑，可溶性糖及可溶性蛋白含量降低；對比干旱脅迫，30 min的各電場處理萌發(fā)指標(biāo)升高，葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性增加，且隨電場強(qiáng)度增加均呈現(xiàn)先升后降的規(guī)律。綜合評價表明，電場處理30 min后，6～12.0 kv/cm的電場強(qiáng)度能緩解干旱脅迫對沙棘種子的影響，其中9.0 kv/cm緩解效果最為明顯。

電場； 沙棘； 干旱脅迫； 種子萌發(fā)； 生理特性

干旱是我國北方地區(qū)常見的氣象災(zāi)害，尤以春旱最為嚴(yán)重。春旱直接影響種子的萌發(fā)和出苗，所以提高種子萌發(fā)期抗旱性對北方地區(qū)的農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。靜電場是一種人工綜合效應(yīng)場，具有電磁輻射和恒定電場的效果，同時具有離子束的作用。利用電場處理能提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢，促進(jìn)根長、苗高，縮短萌發(fā)時間[1-2]。我國從20世紀(jì)90年代開始對這一領(lǐng)域做了大量的研究，并對小麥、玉米、水稻及大豆的處理效應(yīng)進(jìn)行了報道[3-4]。干旱脅迫條件下對種子進(jìn)行電場處理的報道也很多，方晶認(rèn)為，在適宜電場處理條件下，對受干旱脅迫的黃瓜種子萌發(fā)有明顯的促進(jìn)作用[5]；侯建華等認(rèn)為，通過電場處理能夠提高油葵種子吸水速率及在水分脅迫條件下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、降低水分脅迫對種子細(xì)胞膜的傷害，提高種子萌發(fā)期體內(nèi)抗氧化酶的活性，減少膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛的積累，有利于緩解水分脅迫對油葵種子的傷害，提高種子對水分脅迫的適應(yīng)性[6]。

沙棘(HipopopHaerhamnoidesL.)是生態(tài)適應(yīng)性極強(qiáng)的樹種，具有良好的改良土壤和水土保持功能[7-8]。沙棘具有茂密的枝葉及根系，是荒山荒坡造林的先鋒樹種。但沙棘種子存在抗性不強(qiáng)，自繁能力弱的缺點(diǎn)[9]。本試驗在人工模擬干旱脅迫條件下，通過研究電場處理對沙棘種子萌發(fā)及生理生化效應(yīng)的影響，探索提高沙棘種子萌發(fā)抗旱性的新途徑，為沙棘生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

供試材料：選自2015年新采集的中國沙棘種子(寬城縣林業(yè)局提供)。

試驗器材： ZGF直流高壓發(fā)生器 (揚(yáng)州市菲科特電氣有限公司)。

其他試劑及用品：聚乙二醇，分子量6000 ( 任丘市榮盛化工有限公司生產(chǎn))；硫代巴比妥酸(上海威方化工有限公司生產(chǎn))；牛血清蛋白；考馬斯亮藍(lán)G-250；無水乙醇；磷酸二氫鈉(濰坊晨陽化工有限公司生產(chǎn))；培養(yǎng)皿，11 cm濾紙。試驗在寬城縣職教中心農(nóng)林試驗室進(jìn)行。

表1 電場處理對干旱脅迫下沙棘種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

處理組發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)根長(cm)苗高(cm)ck135．56±2．50?77．78±5．36??42．53±5．18??2．15±0．01?2．18±0．14?ck223．14±1．2145．82±5．2317．07±1．361．35±0．071．29±0．2115minW129．03±1．0851．02±3．2119．21±2．211．52±0．031．54±0．14W230．25±2．1454．23±2．3623．15±1．251．56±0．151．62±0．18W328．56±2．3154．12±1．2526．24±3．56?1．67±0．171．71±0．16W429．25±2．4751．03±2．5831．25±3．20?1．72±0．161．80±0．1830minW128．63±3．1456．78±3．1423．57±2．131．90±0．091．95±0．17W241．25±1．23?64．21±2．01?21．13±4．15?2．01±0．15?2．00±0．09?W346．26±2．54??76．56±4．25??47．19±2．31??2．32±0．03?2．17±0．08?W439．23±3．24?59．12±5．21?29．35±1．36?1．94±0．12?1．96±0．08?

注：表中“±”號的前部分為平均值，后部分為標(biāo)準(zhǔn)差；同列“*”表示與ck 2有顯著差異(p<0.05)，“**”表示與ck 2有極顯著差異(p<0.01)，多重比較采用LSD法。

1.2 方 法

1.2.1 種子選取處理

選取大小均勻、顆粒飽滿的沙棘種子，先用0.5%的次氯酸鈉溶液表面消毒10 min，再用45 ℃溫水浸種12 h，取出用濾紙吸干種子表面水分，備用。

1.2.2 電場處理

把處理過的沙棘種子分成對照組ck 1(未干旱脅迫、未電場處理)、干旱脅迫組(不經(jīng)電場處理)ck 2和電場處理組。將電場處理組種子平均分成若干份，分別置于平行板電極形成的高壓場強(qiáng)中，用不同強(qiáng)度的電場分別處理15 min和30 min，電壓波形為50 Hz半波整流，處理組電場強(qiáng)度為3.0，6.0，9.0，12.0 kv/cm分別記為W 1、W 2、W 3、 W4組。另外，電場處理之后的種子，在萌發(fā)過程中用15%PEG進(jìn)行干旱脅迫。

1.2.3 種子發(fā)芽及測定

用常規(guī)方法進(jìn)行發(fā)芽試驗，將種子均勻地擺放在鋪有3層濕濾紙直徑為11 cm的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，3次重復(fù)，在25 ℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)8 d。培養(yǎng)期間每天加入15% PEG-6000溶液1次，用來保持脅迫滲透壓不變，并且統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽勢，第7天測根長和芽長，進(jìn)而計算發(fā)芽指數(shù)；發(fā)芽結(jié)束后，每處理隨機(jī)抽取20株幼苗，測量幼苗的根長和苗高；待沙棘幼苗長至一定程度后測SOD、POD、CAT、MDA、可溶性糖和可溶性蛋白，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

1.3 測定指標(biāo)及方法

發(fā)芽勢(%)=3 d正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率(%)=7 d正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt(式中：Gt為t日的發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù))。

POD的測定參照張志良的愈創(chuàng)木酚法；CAT的測定參考Bailly等的過氧化氫還原法；SOD的測定參照陳建勛的方法；MDA的測定參照高俊風(fēng)的硫代巴比妥酸法；可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法；可溶性糖測定采用蒽酮比色法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel表格和SPSS軟件處理試驗數(shù)據(jù)，用LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 電場處理對干旱脅迫下沙棘種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

由表1可以看出，干旱脅迫后，沙棘種子的萌發(fā)受到抑制，發(fā)芽率降低(41.09%)，萌發(fā)時間推遲(發(fā)芽勢由35.56%降低為23.14%)。經(jīng)電場處理后，沙棘種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)受到影響，萌發(fā)時間縮短，發(fā)芽率提高。當(dāng)處理時間為15 min時，雖然對沙棘種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率有所提高，但與ck 2未形成顯著性差異。當(dāng)處理時間為30 min時，強(qiáng)度在6.0～12.0 kv/cm的電場處理使沙棘種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率提高，其中電場強(qiáng)度為9.0 kv/cm時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)提高最為明顯，和ck 2形成極顯著差異。由表1還可以看出，受干旱脅迫后，沙棘幼苗的根長和苗高受到抑制，根長降低37.21%，苗高降低40.43%，經(jīng)15 min電場處理后，根長和苗高有所提高，但與ck 2未形成顯著性差異；經(jīng)30 min電場處理后，6.0～12.0 kV/cm的電場強(qiáng)度使沙棘幼苗的根長和苗高提高，與ck 2形成顯著性差異。因此，受干旱脅迫的沙棘種子經(jīng)6.0～12.0 kV/cm的電場強(qiáng)度處理30 min后，能有效緩解干旱脅迫對沙棘種子萌發(fā)的抑制作用，其中9.0 kv/cm的電場強(qiáng)度緩解作用最為明顯。

2.2 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中滲透物質(zhì)含量的影響

由圖1可知， 沙棘種子受到干旱脅迫后，葉片中可溶性糖含量明顯降低(ck 2)，經(jīng)電場處理后，沙棘葉片中可溶性糖含量和ck 2相比，都有不同程度的提高。電場處理15 min后，各場強(qiáng)處理雖然能提高沙棘葉片中可溶性糖含量，但提高幅度僅為5.51%～16.80%，與ck 2均未形成顯著性差異；電場處理30 min后，沙棘葉片中可溶性糖含量提高22.46%～54.41%，均與ck 2形成顯著性差異，且表現(xiàn)出隨電場強(qiáng)度增大，可溶性糖含量呈先增高后降低的趨勢，其中電場強(qiáng)度為9.0 kV/cm的增加幅度最大。

圖1 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中可溶性糖含量的影響

由圖2可以看出，沙棘幼苗葉片中可溶性蛋白含量的變化和可溶性糖含量的變化基本一致，即干旱脅迫使沙棘幼苗葉片中可溶性蛋白含量明顯低于ck 1，但電場處理后，葉片中可溶性蛋白含量提高，其中在電場強(qiáng)度為9.0 kV/cm、經(jīng)30 min處理后提高效果最為明顯。

圖2 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中可溶性蛋白含量的影響

2.3 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中酶活性的影響

經(jīng)電場處理的受干旱脅迫的沙棘種子，不僅萌發(fā)時間大大縮短，發(fā)芽率提高，而且其幼苗葉片的酶活性也發(fā)生了相應(yīng)的變化。由圖3、圖4和圖5可以看出，當(dāng)電場處理15 min時，各強(qiáng)度處理使沙棘幼苗葉片中的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性都有所提高，但提高幅度很小，與ck 2未形成顯著性差異；電場處理30 min時，6.0～12.0.0 kV/cm電場處理使沙棘幼苗葉片中的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性明顯提高，提高最為明顯的是9.0 kV/cm處理，均與ck 2形成顯著性差異，這與電場對沙棘種子萌發(fā)指標(biāo)的提高趨勢相一致，說明適宜的電場強(qiáng)度和處理時間均能提高沙棘幼苗中的SOD、POD和CAT活性，有效地提高了其對沙棘幼苗的保護(hù)作用。

圖3 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中SOD活性的影響

圖4 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中POD活性的影響

2.4 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗細(xì)胞質(zhì)膜的影響

MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，其含量是衡量干旱脅迫下細(xì)胞膜脂過氧化及膜損傷程度的重要指標(biāo)[10]。由圖6可以看出，干旱脅迫后，沙棘幼苗中MDA含量大幅升高，ck 2比ck 1升高了61.81%。經(jīng)電場處理后，沙棘幼苗中MDA含量有所降低，其中15 min電場處理降低幅度為9.81%～19.23%，但與ck 2差異不顯著；電場處理30 min后，沙棘幼苗中MDA含量降低了21.41%～35.78%，其中降低最多的為9.0 kV/cm處理，與ck 2差異顯著。

圖5 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中CAT活性的影響

圖6 電場處理對干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中MDA含量的影響

3 討 論

干旱脅迫造成植物細(xì)胞缺水，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和透性改變，植物正常代謝受阻。本試驗中，PEG-6000模擬干旱脅迫明顯對沙棘幼苗葉片滲透物質(zhì)、MDA含量及抗氧化酶活性都產(chǎn)生影響。關(guān)于PEG模擬干旱脅迫對植物生長發(fā)育的影響，在多種植物中均有報道[10-12]。本試驗在干旱脅迫下沙棘幼苗可溶性蛋白、可溶性糖含量及SOD、POD和CAT活性均有所降低，表明所設(shè)置的15%的PEG-6000干旱脅迫對沙棘幼苗均造成了傷害。在適宜電場處理下，受干旱脅迫的沙棘幼苗MDA含量降低，萌發(fā)指標(biāo)和抗氧化酶活性均有不同程度的提高，根長和苗高也有不同程度的增長。因此，電場對沙棘種子萌發(fā)期遭受的干旱脅迫具有明顯緩解作用。

4 結(jié) 論

綜上所述，電場處理可以緩解干旱脅迫下沙棘幼苗葉片中蛋白質(zhì)及可溶性糖含量，提高SOD、POD和CAT活性，通過3種酶協(xié)同作用，有效地緩解膜脂過氧化作用，從而降低MDA的含量。其中以電場處理30 min，場強(qiáng)9.0 kv/cm的處理緩解效果最佳。

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Effect of Electric Field on Seed Germination and Seedling Physiological Characteristics of Seabuckthorn under Drought Stress

HELirong，WANGYing

2017-02-27

何立榮(1971—)，女，河北省承德市寬城滿族自治縣人；高級講師，主要從事果樹栽培與技術(shù)研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.07.095

S 793.6

A

1001-4705(2017)07-0095-04