赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻種子萌發(fā)初期幼苗生理的影響

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(云南大學(xué)農(nóng)學(xué)院，　昆明 650500)

干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常見的自然災(zāi)害之一，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害極大，是導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降最主要的環(huán)境脅迫因子。大麻(CannabissativaL.)是大麻科(Cannabaceae)大麻屬(Cannabis)的一年生草本植物[1]，是世界公認(rèn)的綜合利用價(jià)值極高的經(jīng)濟(jì)作物。目前，干旱嚴(yán)重限制了大麻的種植推廣，因此，在改善大麻栽培環(huán)境的同時(shí)，提高大麻抗旱能力成為亟待解決的關(guān)鍵問題。

種子的萌發(fā)以及幼苗的生長(zhǎng)是植物整個(gè)生命活動(dòng)的起點(diǎn)，也是植物適應(yīng)外部環(huán)境的端點(diǎn)，更是植物生長(zhǎng)的最敏感時(shí)期[2]，這一時(shí)期干旱脅迫會(huì)嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。據(jù)報(bào)道，施用某些外源物質(zhì)(如鈣、水楊酸、赤霉素等[3-9])是增強(qiáng)植物抗旱能力的有效手段。赤霉素作為一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，在種子萌發(fā)過程中，能破除種子休眠，促進(jìn)淀粉酶和其他水解酶的合成，并對(duì)受損的細(xì)胞膜起一定的修復(fù)作用[10]。楊麗文等研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素可以增加干旱脅迫下番茄幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和氧化酶活性，提高抗旱能力[11]。赤霉素還可以增加干旱脅迫下苜蓿的SOD活性和POD活性[12]。維生素C(Vc)又稱抗壞血酸，在植物的生長(zhǎng)和生理功能上具有很重要的調(diào)節(jié)作用，可以在一定的生理范圍內(nèi)很好地清除活性氧自由基，并防止自由基對(duì)細(xì)胞的破壞，使植物免受活性氧的傷害，提高植物的抗逆性[13]。已有研究表明，外源Vc可明顯提高海水脅迫下油菜種子的SOD活性和POD活性[14]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于應(yīng)用外源物質(zhì)緩解大麻萌發(fā)初期干旱脅迫的研究鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)以云南工業(yè)大麻品種云麻1號(hào)和廣西地方工業(yè)大麻品種巴馬火麻種子為試驗(yàn)材料，研究不同濃度的赤霉素和Vc浸種處理對(duì)20% PEG-6000模擬干旱脅迫的大麻種子萌發(fā)及幼苗生理指標(biāo)的影響，探索赤霉素和Vc緩解干旱的濃度，并應(yīng)用隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)其效果，為解決大麻在生產(chǎn)中遇到的干旱脅迫問題提供參考。

1　材料與方法

1.1　材　料

供試材料為云南工業(yè)大麻品種云麻1號(hào)和廣西地方工業(yè)大麻品種巴馬火麻種子。其中云麻1號(hào)由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供，巴馬火麻由廣西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。

注：ck1為不干旱處理(不添加PEG)，ck2為干旱處理(添加PEG不浸種)。下同。圖1　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

1.2　方　法

1.2.1試驗(yàn)方法

浸種處理：選取顆粒飽滿、大小一致的云麻1號(hào)和巴馬火麻種子，70%酒精消毒，蒸餾水沖洗干凈后，分別用赤霉素和Vc室溫下進(jìn)行浸種處理。2種物質(zhì)均設(shè)置4個(gè)濃度(200，400，600，800 mg/L)浸種8 h。浸種完成后，取出種子，晾干24 h。

萌發(fā)試驗(yàn)：在洗凈、烘干鋪好濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中加入20%PEG-6000溶液15 mL，待濾紙被充分浸潤(rùn)后，隨機(jī)挑選浸種回干后的種子，均勻擺放30粒于培養(yǎng)皿中，置于恒溫恒濕光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，以不干旱處理(不添加PEG)為對(duì)照1(ck1)，干旱處理(添加PEG不浸種)為對(duì)照2(ck2)。培養(yǎng)條件：暗培養(yǎng)3 d后；光照12 h，溫度為25 ℃；黑暗12 h，溫度為20 ℃。各處理均設(shè)3次重復(fù)。

1.2.2指標(biāo)測(cè)定

采用稱重法，每天定期向培養(yǎng)皿中添加20%PEG-6000，保持培養(yǎng)皿內(nèi)適宜水分。培養(yǎng)第13天取幼苗(整株)測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、過氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性。以上指標(biāo)的測(cè)定均3次重復(fù)。

可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[15]；可溶性糖含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[15]；過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[15]；超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[16]。

1.3　數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行整理、分析和制圖。利用隸屬函數(shù)法分別對(duì)赤霉素和Vc浸種處理對(duì)干旱脅迫下云麻1號(hào)和巴馬火麻種子萌發(fā)初期幼苗生理的緩減效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[12]。每個(gè)樣品各項(xiàng)指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為：

Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X為參試樣品某一抗旱指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax、Xmin分別為所有試樣中該指標(biāo)的最大值和最小值。最后把每個(gè)試樣各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值累加，取其平均值。平均值越大，抗旱性越強(qiáng)，反之，抗旱性越弱。

2　結(jié)果與分析

2.1　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫的大麻萌發(fā)初期幼苗生理生化指標(biāo)的影響

2.1.1赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

從圖1可看出，與不干旱處理(ck1)相比，干旱脅迫(ck2)時(shí)，大麻幼苗中可溶性蛋白含量明顯下降，而赤霉素和Vc浸種處理均可以不同程度地提高可溶性蛋白質(zhì)含量。其中，赤霉素浸種處理，大麻幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量呈先減少后增加再減少的趨勢(shì)，而Vc浸種處理，云麻1號(hào)和巴馬火麻幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量均呈先增加后減少的趨勢(shì)。除800 mg/L赤霉素和200 mg/L Vc處理外，赤霉素和Vc浸種處理均提高了云麻1號(hào)幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量，且高于不干旱處理，在600 mg/L時(shí)最高。赤霉素和Vc浸種處理同樣增加了巴馬火麻幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量，在600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc時(shí)達(dá)到最高。

2.1.2赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗可溶性糖含量的影響

從圖2可看出，干旱脅迫(ck2)時(shí)，大麻幼苗中的可溶性糖含量下降，赤霉素和Vc浸種處理顯著提高了大麻幼苗中可溶性糖含量，且可溶性糖含量隨著赤霉素和Vc濃度的增加呈先增后減的趨勢(shì)。其中，赤霉素浸種處理，除巴馬火麻在200 mg/L時(shí)可溶性糖含量低于干旱脅迫(ck2)外，云麻1號(hào)和巴馬火麻幼苗可溶性糖含量均顯著增加，并在600 mg/L時(shí)最高。而不同濃度Vc浸種處理下，云麻1號(hào)和巴馬火麻幼苗的可溶性糖含量均有顯著提高，并在濃度為400 mg/L時(shí)可溶性糖含量達(dá)到最高。

圖2　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗可溶性糖含量的影響

圖3　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗POD活性的影響

圖4　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗SOD活性的影響

2.1.3赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗POD活性的影響

從圖3可看出，與不干旱處理(ck1)相比，干旱脅迫(ck2)時(shí)大麻幼苗POD活性顯著降低，而赤霉素和Vc浸種處理均增加了大麻幼苗內(nèi)POD活性，并呈先增后減的趨勢(shì)。在赤霉素浸種處理下，云麻1號(hào)和巴馬火麻幼苗POD活性均在600 mg/L時(shí)最高，而Vc浸種處理時(shí)，POD活性在濃度為400 mg/L時(shí)達(dá)到最高值。

2.1.4赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗SOD活性的影響

從圖4可看出，干旱脅迫下(ck2)，大麻幼苗內(nèi)SOD活性下降，赤霉素和Vc浸種處理后SOD活性均增高。其中，云麻1號(hào)幼苗SOD活性均高于不干旱處理(ck1)，在600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc處理時(shí)SOD活性最高。赤霉素和Vc浸種也不同程度地提高了巴馬火麻幼苗SOD活性，并在600 mg/L赤霉素和600 mg/L Vc時(shí)SOD活性最高。

表1赤霉素和Vc浸種處理對(duì)干旱脅迫下云麻1號(hào)萌發(fā)初期幼苗抗旱性影響的綜合評(píng)價(jià)

處理(mg/L)隸屬函數(shù)值可溶性蛋白質(zhì)含量可溶性糖含量POD活性SOD活性平均值排序ck10.3552 0.6025 0.2152 0.1462 0.3298 5ck20.0559 0.0000 0.0000 0.0000 0.0140 6GA32000.7641 0.2944 0.3425 0.9146 0.5789 3GA34000.6754 0.7809 0.7242 0.8525 0.7583 2GA36001.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1GA38000.0000 0.7414 0.3220 0.6560 0.4298 4ck10.2452 0.5835 0.4014 0.1765 0.3517 5ck20.0670 0.0000 0.0000 0.0000 0.0167 6Vc2000.0000 0.7439 0.7304 0.8461 0.5801 4Vc4000.4746 1.0000 1.0000 1.0000 0.8686 1Vc6001.0000 0.7663 0.8165 0.7657 0.8371 2Vc8000.6940 0.6399 0.5872 0.6341 0.6388 3

表2赤霉素和Vc浸種處理對(duì)干旱脅迫下巴馬火麻萌發(fā)初期幼苗抗旱性影響的綜合評(píng)價(jià)

處理(mg/L)隸屬函數(shù)值可溶性蛋白質(zhì)含量可溶性糖含量POD活性SOD活性平均值排序ck10.3117 0.7694 0.7265 1.0000 0.7019 2ck20.0000 0.0868 0.0000 0.0000 0.0217 6GA32000.4395 0.0000 0.1757 0.9190 0.3835 4GA34000.1970 0.2619 0.2753 0.6465 0.3452 5GA36001.0000 1.0000 1.0000 0.9195 0.9799 1GA38000.5585 0.1858 0.2866 0.7181 0.4372 3ck10.3249 1.0000 1.0000 1.0000 0.8312 1ck20.0000 0.0000 0.0000 0.2766 0.0691 6Vc2000.5441 0.1027 0.0143 0.7206 0.3454 4Vc4001.0000 0.9003 0.2435 0.4079 0.6379 3Vc6000.7594 0.7563 0.2409 0.9225 0.6698 2Vc8000.2068 0.2573 0.1253 0.0000 0.1474 5

2.2　赤霉素和Vc浸種對(duì)干旱脅迫下大麻幼苗抗旱性影響的綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)法分別對(duì)干旱脅迫下不同濃度赤霉素和Vc處理對(duì)大麻萌發(fā)初期幼苗4個(gè)生理生化指標(biāo)的影響進(jìn)行全面、綜合的評(píng)價(jià)，比較不同濃度赤霉素和Vc處理對(duì)大麻萌發(fā)初期幼苗抗旱性影響的大小。隸屬函數(shù)分析結(jié)果(表1和表2)表明，云麻1號(hào)和巴馬火麻均為600 mg/L赤霉素處理時(shí)生理特性最好，而在Vc處理中，云麻1號(hào)在400 mg/L時(shí)效果最好，巴馬火麻在600 mg/L時(shí)效果最好，且赤霉素處理的綜合評(píng)價(jià)效果優(yōu)于Vc。

3　討　論

滲透調(diào)節(jié)是植物抵御干旱脅迫的重要機(jī)制，可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的一種，是逆境條件下植物抗逆形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[17]。植物體細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量對(duì)于維持植物細(xì)胞滲透勢(shì)有重要作用，有效積累可溶性蛋白質(zhì)有利于植物抵抗逆境的傷害[18]。而植物細(xì)胞可以通過積累大量的可溶性糖，使細(xì)胞原生質(zhì)濃度增大，進(jìn)而引起抗脫水作用，增強(qiáng)植物的抗旱性[19]。許多研究表明，外源物質(zhì)可以增加植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量，從而緩解了干旱脅迫對(duì)植物的傷害[20-21]。在本研究中，干旱脅迫導(dǎo)致大麻萌發(fā)初期幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量降低，而經(jīng)過不同濃度赤霉素和Vc浸種處理后，云麻1號(hào)和巴馬火麻可溶性蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量均有不同程度的增加，并且云麻1號(hào)和巴馬火麻在600 mg/L赤霉素時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量達(dá)到最高，而適宜的Vc濃度為400 mg/L。說明適宜濃度赤霉素和Vc浸種增加了大麻萌發(fā)初期幼苗體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的量，提高了大麻自身的滲透調(diào)節(jié)能力，從而進(jìn)一步提高抗旱能力。

干旱脅迫能夠破壞活性氧的產(chǎn)生和消除之間的動(dòng)態(tài)平衡，使植物細(xì)胞受到傷害，從而影響植物的正常生長(zhǎng)代謝[22]。當(dāng)植物遭受干旱脅迫時(shí)，首先細(xì)胞膜會(huì)受到破壞，使細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基增加，使細(xì)胞遭受氧化危害[23]，SOD和POD是植物細(xì)胞內(nèi)清除活性氧的保護(hù)酶系統(tǒng)的重要組成部分。其中，SOD能夠清除植物體內(nèi)過量的活性氧，減少活性氧對(duì)細(xì)胞膜的傷害，POD能夠分解植物體內(nèi)氧化酶的毒性產(chǎn)物，抑制其對(duì)膜脂的攻擊[22]。已有研究表明，一些外源物質(zhì)處理能夠增加植物的氧化酶活性，從而提高植物的抗逆性[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，大麻幼苗POD和SOD活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不同濃度赤霉素和Vc浸種處理后，云麻1號(hào)和巴馬火麻SOD和POD活性均高于不干旱處理。對(duì)云麻1號(hào)而言，600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc浸種SOD和POD活性最高，巴馬火麻在600 mg/L赤霉素和Vc時(shí)活性最好，說明適宜濃度的赤霉素和Vc能夠誘導(dǎo)抗氧化酶的生成，清除自由基從而減輕干旱脅迫對(duì)大麻萌發(fā)初期幼苗的傷害。

綜上所述，赤霉素和Vc浸種可有效地提高干旱脅迫下大麻萌發(fā)初期幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，也能增加大麻萌發(fā)初期幼苗的抗氧化物酶活性，且適宜的浸種濃度下對(duì)干旱脅迫的緩解能力更強(qiáng)。由隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)得出，緩解大麻萌發(fā)期干旱的效果為600 mg/L赤霉素或400～600 mg/L Vc處理時(shí)較好，且赤霉素處理能更好地提高大麻萌發(fā)初期的抗旱能力。本研究只選擇大麻的萌發(fā)階段，對(duì)于外源物質(zhì)在其他生長(zhǎng)時(shí)期的干旱是否有緩解作用及適宜濃度都有待于進(jìn)一步研究，且對(duì)其他大麻品種的效果需要更進(jìn)一步探索。