干旱脅迫對黃秋葵種子萌發(fā)的影響

付咪咪，李鮮花，李 強

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林 719000）

世界上干旱、半干旱地區(qū)占地球陸地面積的1/3，我國干旱及半干旱地區(qū)約占國土面積的1/2，同時其他半濕潤、濕潤地區(qū)也常發(fā)生周期性、季節(jié)性或臨時性的干旱[1]。這些地區(qū)的耕地大部分缺少灌溉，受干旱氣候的影響，即使是非干旱地區(qū)，由于季節(jié)變化，往往也會受到干旱影響。干旱是影響作物生長的三大因素之一，會降低作物的產(chǎn)量，全球范圍內(nèi)，由于受干旱影響造成的作物減產(chǎn)遠(yuǎn)大于其他因素造成的減產(chǎn)。通常，植物在生長過程中會遇到不良環(huán)境條件的影響，在所有的非生物脅迫當(dāng)中，干旱對農(nóng)作物造成的損失程度占首位，僅次于病蟲害及生物脅迫造成的損失。這些地區(qū)降水稀少且變化率大，特殊的地理位置導(dǎo)致地表蒸發(fā)量大，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展[2-3]。干旱直接導(dǎo)致植物水分虧缺，進而使得植物根系產(chǎn)生滲透脅迫，最終影響植物的生長以及發(fā)育，嚴(yán)重時往往會導(dǎo)致植物死亡。如何在現(xiàn)有的干旱和半干旱氣候條件下提高作物的產(chǎn)量意義重大。在植物的抗旱性研究中，往往采用室內(nèi)模擬干旱脅迫條件的方法，其優(yōu)勢在于可控性強，易操作，重復(fù)性好。

黃秋葵目前在國際上擁有很高的知名度及關(guān)注度。在美國，黃秋葵有著“植物黃金”的美稱[4]。黃秋葵種子含有豐富的微量元素，并且富含蛋白質(zhì)和氨基酸，營養(yǎng)價值較高。黃秋葵的種子除了可以榨油外，還可以用來作水凈化中鋁鹽的替代物；由于其含有1%左右的咖啡堿，可用來替換咖啡豆或作咖啡添加劑[1]。黃秋葵的食用價值較高，其中的嫩莢，具有香味獨特、口感滑潤不膩、脆嫩多汁等特點，是主要的可食用部分。近年來，隨著人們對黃秋葵的熟知和認(rèn)可，對于其藥用方面的研究越來越廣泛。黃秋葵還具有很高的藥用價值，其性寒、味淡，具有利咽、通淋、調(diào)經(jīng)、下乳等功效[5]。黃秋葵具有抗癌、抗疲勞和增強血管擴張力以及健胃保肝的作用，它的花、種子、根均可入藥。表明黃秋葵具有很好的研究和利用價值。

盡管關(guān)于植物抗旱性方面的研究方法有多種，但大多是在人為控制的干旱或人工模擬干旱條件下進行。聚乙二醇（PEG）作為一種高分子滲透劑，是一種親水性很強的大分子有機物，溶于水后能產(chǎn)生強大的滲透壓，但不能通過細(xì)胞壁進入細(xì)胞質(zhì)，因而不會引起質(zhì)壁分離，可以人為控制水分進入種子的速率，從而控制種子的吸水速率和發(fā)芽進程，使植物組織和細(xì)胞處于類似干旱的水分脅迫之中[6]。很多研究都表明，用聚乙二醇模擬植物干旱逆境是可行的。劉自剛等[7]在研究干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)的影響、郭鵬輝等[8]在研究干旱脅迫對紫蘇種子萌發(fā)的影響時，均采用的是聚乙二醇模擬干旱的方法。

目前，對水稻[9]、玉米[10]、大豆[11]等作物抗干旱脅迫機制的研究較多，也培育出一些抗旱作物，但有關(guān)蔬菜耐旱機制以及抗性育種的研究較少，黃秋葵具有耐旱、耐高溫、適應(yīng)性廣等特點[12]。目前，黃秋葵的研究大多集中在化學(xué)成分、生物活性、藥理作用以及栽培制種等方面[13]，而在黃秋葵種子萌發(fā)對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力方面的研究較少。模擬干旱脅迫對黃秋葵種子發(fā)芽的影響，可為黃秋葵生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實踐參考。

本試驗采用聚乙二醇作為水分脅迫劑進行模擬不同程度的干旱脅迫，并且分析干旱脅迫下黃秋葵種子的萌發(fā)狀況，從而為了解黃秋葵種子對干旱生境的適應(yīng)機制提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為臺灣五福黃秋葵品種，購自蒲城縣種子站。

1.2 試驗方法

采用沉水法選取完好無損、籽粒飽滿、大小均勻一致的黃秋葵種子。將選好的黃秋葵種子用0.3%的高錳酸鉀溶液消毒處理0.5 h，然后用蒸餾水沖洗3次，最后將種子撈出，用濾紙吸干種子表面水分。以鋪有雙層定性濾紙的培養(yǎng)皿為發(fā)芽床，每個培養(yǎng)皿中放入50粒黃秋葵種子，然后分別加入10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，10%，15%，20%，25%的PEG-6000溶液，以蒸餾水為對照，每個處理3次重復(fù)。設(shè)置培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為（25±1）℃，然后將培養(yǎng)皿置于光照恒溫培養(yǎng)箱進行培養(yǎng)。試驗開始次日起每天定時觀察種子發(fā)芽情況（種子胚根長約2 mm視為發(fā)芽）并記錄統(tǒng)計，觀察時向培養(yǎng)皿中添加一定量的蒸餾水，每3 d更換一次濾紙，以保持溶液滲透勢恒定。連續(xù)進行10 d跟蹤觀察，記錄發(fā)芽狀態(tài)并計算種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)。

式中，Gt為t日的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

種子萌發(fā)試驗結(jié)束后，從每個處理的每個重復(fù)中隨機選取5株幼苗植株，用直尺測量其胚根長。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2010統(tǒng)計，再通過SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對不同處理下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長等各項生長指標(biāo)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱處理對黃秋葵種子發(fā)芽率的影響

從表1可以看出，對照組和經(jīng)5%，10%，15%PEG-6000處理的黃秋葵種子均于著床后第2天開始發(fā)芽，經(jīng)15%的PEG-6000處理的種子于第3天開始發(fā)芽，經(jīng)20%的PEG-6000及25%的PEG-6000處理的種子在整個試驗過程中均未見萌發(fā)。

表1 干旱脅迫條件下黃秋葵種子的萌發(fā)情況

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理顯著影響黃秋葵種子萌發(fā)的發(fā)芽率，隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黃秋葵種子的發(fā)芽率呈先升高后降低的變化趨勢。5%的PEG-6000處理高于對照組且差異較明顯，與對照相比，發(fā)芽率上升了20.67百分點，10%的PEG-6000和15%的PEG-6000處理低于對照且差異顯著，與對照相比，發(fā)芽率分別下降了13.33，42.67百分點。20%的PEG-6000和25%的PEG-6000處理的種子發(fā)芽率均為0。

2.2 不同干旱處理對黃秋葵種子發(fā)芽勢和胚根長的影響

由表1可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理顯著影響黃秋葵種子萌發(fā)的發(fā)芽勢。隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，種子發(fā)芽勢均呈降低趨勢，且PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其發(fā)芽勢與對照組的差異越顯著，與對照組相比，5%的PEG-6000處理發(fā)芽勢下降了8百分點；10%的PEG-6000和15%的PEG-6000處理發(fā)芽勢分別下降了31.34，38百分點；20%的PEG-6000及25%的PEG-6000處理的發(fā)芽勢均為0。

隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黃秋葵種子的胚根長呈先升高后降低的變化趨勢。在5%的PEG-6000處理下黃秋葵種子胚根最長，為5.67 cm，比對照組增加了0.15 cm；10%的PEG-6000和15%的PEG-6000處理下胚根長顯著降低，與對照組相比，胚根長分別降低了2.2，3.35 cm；20%的PEG-6000和25%的PEG-6000處理時，由于種子均未萌發(fā)，故其胚根長為0。

2.3 不同干旱處理對黃秋葵種子發(fā)芽指數(shù)的影響

如圖1所示，5%的PEG-6000處理可以提高黃秋葵種子的發(fā)芽指數(shù)，與對照組相比，發(fā)芽指數(shù)提高了 0.51；10%的 PEG-6000和 15%的 PEG-6000處理對黃秋葵種子的發(fā)芽指數(shù)有抑制作用，與對照組相比，分別降低了5.57和9.12，說明輕度干旱可以適量提高黃秋葵種子的發(fā)芽指數(shù)，隨著干旱脅迫的加強，發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。20%的PEG-6000和25%的PEG-6000處理對黃秋葵種子的發(fā)芽完全抑制，其發(fā)芽指數(shù)為0。

3 結(jié)論與討論

楊旭東等[14]研究認(rèn)為，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG處理對向日葵自交系種子的萌發(fā)有明顯的促進作用。高雪芹[15]研究認(rèn)為，低濃度的PEG對沙蘆草的相對幼根長具有一定的促進作用。陳寶悅等[16]研究結(jié)果表明，PEG-6000處理可顯著提高芹菜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，使得芹菜種子的發(fā)芽更加快速和整齊。本試驗研究結(jié)果表明，在5%的PEG-6000脅迫處理下，黃秋葵種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和胚根長均高于對照組，說明輕度脅迫促進了黃秋葵種子的萌發(fā)，這與陳寶悅等[16]對芹菜種子的研究結(jié)果一致。

隨著干旱脅迫程度的增加，黃秋葵種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及胚根長總體呈下降趨勢。5%的PEG-6000處理下，黃秋葵的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和胚根長均高于對照組，分別為82.67%，11.93 cm和5.67 cm；10%的PEG-6000和15%的PEG-6000脅迫處理后，與對照組相比，其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及胚根長均顯著降低；當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%和25%時，種子未萌發(fā)。

干旱脅迫對黃秋葵種子萌發(fā)階段的影響不同，5%的PEG-6000脅迫處理下，黃秋葵種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及胚根長均高于對照組，表明黃秋葵幼苗對輕度干旱脅迫具有耐受性，反而會適當(dāng)?shù)卮龠M萌發(fā)。輕度干旱脅迫下仍能維持較強的光合作用以確保植物正常的生長，這與厲廣輝等[17]的研究結(jié)果類似。高質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10%～25%）的PEG會對其萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，并且其危害程度也會隨干旱脅迫程度的增加而增加，這與劉志媛等[18]的研究結(jié)果相似。抑制作用會隨干旱脅迫程度的加深而顯著增強，當(dāng)干旱脅迫達(dá)到一定程度時，黃秋葵種子的萌發(fā)會完全受到抑制，不能萌發(fā)。

當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時，黃秋葵種子的初始發(fā)芽時間均有所延遲。其中，對照組、5%，10%的PEG-6000處理均于第2天開始發(fā)芽，15%的 PEG-6000于第 3天開始發(fā)芽，20%，25%的PEG-6000處理始終未能發(fā)芽，這一結(jié)果與呂美婷等[19]研究的不同強度干旱脅迫對紅砂種子萌發(fā)的影響結(jié)果相似。這可能是由于種子萌發(fā)時抵抗干旱脅迫而延緩了發(fā)芽準(zhǔn)備時間導(dǎo)致的。

種子是植物最重要的繁殖材料，在發(fā)芽階段的耐旱狀況一定程度上反映了該種子的耐旱能力，種子的發(fā)芽狀況也是判斷種子質(zhì)量、確定播種量的一項重要指標(biāo)[4]。因此，種子萌發(fā)過程中的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)等均可以作為判定其耐旱能力的指標(biāo)。

不同品種對干旱脅迫的響應(yīng)能力不同，任瑞芬等[20]研究結(jié)果表明，干旱脅迫對3種羅勒種子萌發(fā)的影響結(jié)果不同，不同品種羅勒對干旱脅迫呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)機制。因此，需要用不同品種的黃秋葵進行試驗，從而得出更為科學(xué)的結(jié)論。

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