LA浸種對小麥種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

孫小玉，劉金娜,2，周 蒙，郭 杰，丁亭樂，張存莉

(1.西北農(nóng)林科技大學化學與藥學院，陜西楊凌 712100；2.楊凌職業(yè)技術學院藥物與化工分院，陜西楊凌 712100)

油菜素甾醇類化合物(brassinosteroids，簡稱BRs)是一類多羥基甾體類化合物，主要由A、B、C、D四個環(huán)和側(cè)鏈組成，其中B環(huán)可以是六元環(huán)或者是一個含氧內(nèi)酯環(huán)。至今已發(fā)現(xiàn)80余種BRs，可參與植物整個生長發(fā)育進程的調(diào)控[1]，促進細胞的伸長、葉的偏上性、木質(zhì)部的分化、光的形態(tài)學建成等，還調(diào)控其他五大激素的平衡[2]，對提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]、增強植物的抗逆性[4]、減緩重金屬對植物的毒害[5]、增強農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解和代謝[6]等具有一定作用。BRs還表現(xiàn)出一定的藥用效果，具有抗氧化、抗菌、抗癌及一定的神經(jīng)保護功能等，還可降低血液內(nèi)的膽固醇[7-9]。

目前，在作物上使用的BRs主要為八仙豐產(chǎn)素(24-表油菜素內(nèi)酯)和云大-120(28-表高油菜素內(nèi)酯)。兩者價格較高，且作用時間短，需要反復噴施才能產(chǎn)生一定效果。因此，探尋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、效果顯著且廉價的植物生長調(diào)節(jié)劑一直備受關注。

拉肖皂苷元(LA)是從藥用植物黑刺菝葜(Smilaxscobinicaulis)中分離得到的一種6-酮型的螺甾類化合物，其結(jié)構(gòu)與栗甾酮、茶甾酮等具有相同的3-羥基和6-羰基活性官能團[10]，并表現(xiàn)出類似BRs的活性，其相關的生理效應已在玉米、油菜等作物上得到證實[11-12]。目前，有關LA的研究多集中在其藥理活性和合成方法的研究上[13-15]，有關其對小麥的生理學效應研究較少。

本試驗以冬小麥品種小偃22為材料，研究LA浸種對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以明確LA的生物學效應，為其開發(fā)及在小麥上的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為小偃22，由國家小麥改良中心楊凌分中心提供；LA(純度≥99.6%)由本課題組按照張存莉等[10]方法制備。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理

選取大小均勻、籽粒飽滿的小麥種子置于10% H2O2中消毒5 min，用蒸餾水沖洗6次，濾紙吸干水后，將其避光浸在不同濃度的LA(0、0.001、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5 mg·L-1)溶液中，25 ℃下保持12 h；浸種結(jié)束后，用蒸餾水洗滌種子3次，多余水分用濾紙吸去。

1.2.2 發(fā)芽相關指標測定

將LA浸種處理后小麥種子每50粒均勻排放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿(9 cm)中，于25 ℃黑暗培養(yǎng)，相對濕度控制在80%以上，每個處理重復3次，用清水作為對照(CK)。

以種子胚根突破種皮記為種子發(fā)芽，每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)，連續(xù)記錄7 d，計算其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢。

發(fā)芽率(GP)=n/N(n為7 d內(nèi)能正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子總數(shù))

發(fā)芽勢(GE)=ni/N(ni為發(fā)芽高峰時期的發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子總數(shù))

發(fā)芽指數(shù)(GI)= ∑(Gt/Dt) (Gt是第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽時間)。

1.2.3 苗期相關指標測定

將不同濃度LA浸種處理的小麥種子于培養(yǎng)箱中25 ℃避光催芽，每個處理選擇露白一致的小麥種子60粒，放入盛有1/2 Hoagland培養(yǎng)液的塑料盤中，25 ℃、光暗比12/12、光照強度為400 μmol·m-2·s-1條件下培養(yǎng)，定期通氣。7 d后，每個處理隨機選取30株小麥幼苗，測定苗高、根長、第一片真葉長、干重和鮮重；待到幼苗生長至兩葉一心期時，隨機選出20株測定相關生理指標。

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)的活性參照孫 群[16]的方法測定，其中，POD以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為一個酶活性單位，CAT以每分鐘內(nèi)A240減少0.01為一個酶活性單位。丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法[17]；根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法；葉片含水量的測定采用烘干法；葉綠素含量的測定采用分光光度法[18]；可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量的測定參考高俊峰[17]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 LA對小麥種子萌發(fā)的影響

由表1可知，隨著LA濃度的升高，小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢均呈逐漸降低趨勢；0.5 mg·L-1LA浸種處理較對照(CK)顯著降低了小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，其他濃度LA處理均較CK顯著提高了小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(0.1 mg·L-1LA浸種的發(fā)芽指數(shù)除外)，其中，以0.001 mg·L-1處理的小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最高，分別較CK提高了13.13%、214.81%和55.17%，且顯著高于其他處理，說明適宜濃度LA浸種可促進小麥種子的萌發(fā)，過高濃度則產(chǎn)生抑制作用。

表1 不同濃度LA浸種對小麥種子萌發(fā)的影響Table 1 Effect of different LA concentration on seed germination

同列數(shù)值后不同字母表示處理間差異在0.05水平上顯著。下表同。

Different letters after the values in the same columns mean significant differences among the treatments at the 0.05 level.The same in other tables.

2.2 LA對小麥幼苗生長的影響

由表2可知，與CK相比，0.001～0.05 mg·L-1LA浸種處理可顯著增加小麥的株高、根長、真葉長和苗干重。本試驗條件下，0.001 mg·L-1LA浸種，小麥幼苗的株高、苗鮮重和苗干重最高，分別為9.80±0.35 cm、1.05±0.06 g和0.20±0.002 g，比CK提高了26.53%，32.91%和122.22%；0.005 mg·L-1LA浸種后，小麥幼苗的根長和真葉長最大，可達16.53±0.12 cm和5.87±0.29 cm，分別比CK提高了92.21%和46.75%。

2.3 LA對小麥幼苗生理指標的影響

2.3.1 LA浸種對小麥幼苗根系活力、葉片含水量和葉綠素含量的影響

由表3可知，隨著LA浸種濃度的提高，小麥幼苗的根系活力、葉片含水量以及葉綠素含量呈先增后降的趨勢；0.01 mg·L-1LA浸種處理下根活力和葉片含水量顯著高于其他處理，分別較CK提高了58.92%和9.21%；葉綠素在0.005 mg·L-1LA浸種處理下含量最高，為2.49 mg·g-1FW，比CK提高了39.11%，差異顯著，但與0.01 mg·L-1LA處理差異不顯著。

表2 不同濃度LA浸種對小麥幼苗生長的影響Table 2 Effects of different LA concentration treatments on growth of wheat seedlings

2.3.2 LA對抗氧化酶活性和MDA含量的影響

從表4可見，與CK比較，0.01～0.05 mg·L-1LA浸種可使小麥幼苗葉片的SOD、POD、CAT活性顯著增加(0.01和0.05 mg·L-1處理POD除外)，MDA含量顯著降低；但當LA濃度為0.5 mg·L-1時，抗氧化物酶活性降低，MDA含量升高。7個處理中，以0.001 mg·L-1LA浸種處理的小麥葉片抗氧化物酶活性以及MDA含量降低程度最大，其中，SOD、POD和CAT活性分別較CK提高了39.43%、136.62%和60.42%，與其他處理差異顯著，MDA含量降低60.49%。

表3 不同濃度LA浸種對小麥幼苗根系活力、葉片含水量和葉綠素含量的影響Table 3 Effect of different LA concentration on root vigor,leaf water content,chlorophyll content of wheat seedlings

表4 不同濃度LA浸種對小麥幼苗葉片抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響Table 4 Effect of different LA concentration on antioxidant enzyme activity and MDA content in leaves of wheat seedling

表5 不同濃度LA浸種對小麥幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Table 5 Effect of different LA concentration on the content of osmotic regulation substances in leaves of wheat seedling

2.3.3 LA浸種對小麥幼苗葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表5可知，隨著LA濃度的增加，小麥幼苗葉片可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量呈先增后減的趨勢，其中0.005 mg·L-1LA浸種效果最佳，可分別使可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量較CK提高70.74%、32.12%和34.47%，差異顯著。

3 討 論

3.1 LA浸種處理對小麥種子萌發(fā)的影響

出苗速度快、整齊，有利于作物增產(chǎn)。種子的萌發(fā)除了受到光、溫、水等外界環(huán)境的影響，還受種子活力、種子壽命以及激素水平等內(nèi)在因素的影響。本試驗結(jié)果顯示，適宜濃度LA浸種可顯著提高小麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。Anuradha等[19]報道，24-BR顯著提高干旱脅迫下蘿卜種子的發(fā)芽率，解除鹽脅迫對水稻發(fā)芽的抑制。研究表明，BR促進萌發(fā)的原因是其可以調(diào)控種子內(nèi)ABA的降解[20]。LA是一種具有類似BRs生理效應的螺甾類化合物，其促進小麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長可能是由于LA也能通過影響植物體內(nèi)激素水平進而影響植物的萌發(fā)和生長。

3.2 LA浸種處理對小麥幼苗的生長及生理特性的影響

植物幼苗的生長狀況與產(chǎn)量密切相關。植物根系作為吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)并進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化與運輸?shù)闹匾鞴?，其生長狀況直接影響地上部物質(zhì)積累和形態(tài)建成。鞏文秀等[21]報道，LA的糖衍生物浸種可以促進小麥根的生長，提高根系活力，進而增強小麥幼苗對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，提高葉片的相對含水量與葉綠素含量。有研究表明，BRs可以提高小麥葉片的葉綠素含量和光合速率，從而提高小麥苗干重[22]。葉綠素是光合作用的光敏催化劑，在一定程度上可以反映植物利用光能的程度，其含量的增加可以增強植物的光合作用，促進植物生長和物質(zhì)積累。本研究顯示，0.001～0.005 mg·L-1LA浸種處理下小麥葉片的葉綠素含量、根長、苗鮮重和干重顯著增加。結(jié)合鞏文秀等[21]的結(jié)果表明，LA及其糖的衍生物浸種都能夠改善小麥幼苗生長狀況。

SOD、POD和CAT是植物體中普遍存在的重要的抗氧化酶，三者共同維系自由基生成與消除的動態(tài)平衡；可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物體內(nèi)重要的保護物質(zhì)，在某種程度上，其含量的高低與植物的抗逆性呈正相關[21]。研究表明，0.2 mg L-1的BRs處理可以通過提高干旱脅迫下刺槐葉片中的含水量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性來增強植物的抗逆能力[23]；在低溫脅迫下噴施0.1 μmol·L-1BRs，辣椒幼苗根系的抗氧化酶活性顯著提高[24]。Aghdam等[25]報道，低溫脅迫下噴施BRs可以增加西紅柿中多酚、脯氨酸的含量，降低MDA的含量以維持細胞膜的完整性，從而提高了其耐寒性。鞏文秀等[26]報道，噴施LA糖的衍生物可通過提高抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來增強黃瓜幼苗的抗旱能力。本研究表明，0.001～0.005 mg·L-1LA浸種可以維持小麥幼苗中SOD、POD和CAT較高的活性，減緩MDA的積累，減輕自由基引發(fā)的過氧化作用，保持細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的相對穩(wěn)定，從而增強植物的代謝活力。此外，0.001～0.005 mg·L-1LA浸種還可以提高小麥幼苗中脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累量，提高了植物的滲透調(diào)節(jié)能力?？偟膩砜?，小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)、小麥幼苗的株高、苗鮮重和苗干重、小麥葉片中SOD、POD和CAT活性以0.001 mg·L-1LA處理最高。0.005 mg·L-1LA浸種處理小麥幼苗的根長和真葉長、可溶性糖、可溶性蛋白以及游離脯氨酸的含量最佳。小麥苗期常受天氣影響形成苗期干旱脅迫。LA浸種可提高小麥抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，這種防御機制有利于小麥安全度過干旱時期，其大田調(diào)控效果還有待進一步驗證。

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