不同植物生長調(diào)節(jié)劑對水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

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(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 長沙 410128; 2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖南 長沙 410128)

水稻是我國主要糧食作物之一，水稻種子活力對水稻生產(chǎn)具有重要意義。種子萌發(fā)和休眠是一個十分復(fù)雜的生理過程，受種子遺傳因素、萌發(fā)環(huán)境及種子貯藏條件等因素影響。激素在種子萌發(fā)時起重要作用，其濃度、種類和不同激素間的互作控制著種子萌發(fā)整個過程，其中，ABA和GA所起的作用尤為重要。ABA在種子發(fā)育和萌發(fā)過程中，抑制種胚細(xì)胞分裂，降低糖代謝速度和一些水解酶的活性，從而造成種子的休眠[1]。在水稻生產(chǎn)中，ABA常作為水稻萌發(fā)的抑制劑，應(yīng)用于水稻種子儲藏和防止穗發(fā)芽中[2]。GA能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，和ABA在種子萌發(fā)過程中具有拮抗作用，當(dāng)GA合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(ABA分解代謝)時，促使種子進(jìn)入萌發(fā)狀態(tài)；反之，當(dāng)種子內(nèi)源ABA的合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時，種子就轉(zhuǎn)變?yōu)樾菝郀顟B(tài)[3-4]。IBA作為一種生長素信號分子，在種子萌發(fā)中與其他激素協(xié)同或相互作用，提高發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)和促進(jìn)側(cè)根的產(chǎn)生和主根的伸長[5]。烯效唑被主要通過抑制GA的生物合成從而降低植物生長素的含量，進(jìn)而控制延緩植株生長，且對種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用[6]。本研究采用不同濃度的GA3、IBA、烯效唑和ABA對水稻品種中嘉早17和H優(yōu)518進(jìn)行浸種處理，調(diào)查種子萌發(fā)狀態(tài)，并對幼苗的生長情況和浸出液電導(dǎo)率進(jìn)行測定，同時，對不同植物生長調(diào)節(jié)劑下種子萌發(fā)特性的相關(guān)性進(jìn)行分析，以期為水稻種子萌發(fā)機(jī)理研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 種 子

供試的水稻種子中嘉早17和H優(yōu)518均由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供。

1.1.2 試 劑

試驗(yàn)所用脫落酸(abscisic acid，ABA)、 吲哚丁酸(indolebutyric acid，IBA)和赤霉素(gibberellin，GA3)購于Sigma公司。烯效唑?yàn)榻K七洲綠色化工股份有限公司生產(chǎn)，有效成分為5%可濕性粉劑。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)設(shè)置5個不同濃度的GA3、IBA、烯效唑和ABA處理(見表1)。分別選取供試品種飽滿種子，經(jīng)0.5%次氯酸鈉溶液滅菌后用去離子水反復(fù)沖洗，再置于不同處理溶液中浸泡24 h，取出后再用蒸餾水清洗數(shù)次，用濾紙吸干表面水分。放入墊有2層濾紙的發(fā)芽盒中，在恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽，培養(yǎng)箱光周期為光照12 h/黑暗12 h，溫度為25 ℃。每處理100粒種子，重復(fù)4次。

表1 植物生長調(diào)節(jié)劑的處理濃度

植物生長調(diào)節(jié)劑處理濃度(mg/L)GA3051050200IBA051050200烯效唑051050200ABA051050200

1.3 測定方法

1.3.1 萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的計算參照何俊瑜等[7]的方法。以幼芽達(dá)到種子長度一半，根長與種子等長作為發(fā)芽指標(biāo)，每天上午統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)。

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

發(fā)芽率(%)=(7 d內(nèi)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)；

活力指數(shù)=GI×S；

式中，Dt表示t日的發(fā)芽數(shù)；Gt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為發(fā)芽結(jié)束時單株芽的平均干質(zhì)量(mg)。

1.3.2 根、芽長度及干質(zhì)量

7 d發(fā)芽結(jié)束后，將幼苗用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干表面水分。每處理隨機(jī)取10株測量株高、根長，隨后將莖葉剪下在105 ℃殺青15 min后，置于80 ℃烘箱烘干至恒重，測定干質(zhì)量。

1.3.3 種子浸泡液電導(dǎo)率

每重復(fù)隨機(jī)選取100粒種子并稱重，用去離子水沖洗3次，濾紙吸干表面水分。將種子置于100 mL燒杯中，分別加入0，5，10，50，200 mg/L的GA3、IBA、烯效唑和ABA各50 mL，于恒溫(37 ℃)浸泡24 h，浸泡液搖勻后用上海雷磁儀器廠生產(chǎn)的DDSJ-308電導(dǎo)率儀測定浸泡液的電導(dǎo)率。

電導(dǎo)率(μS/cm)=(樣品電導(dǎo)率-對照電導(dǎo)率)/樣品種子重量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計及相關(guān)性分析使用Microsoft Office Excel 2010軟件，采用IBM SPSS Statistics 22.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行顯著性方差分析并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度GA3對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

由表2可知，不同水稻品種種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和莖葉平均干重隨著GA3濃度增加呈先增加后減少的趨勢。不同水稻品種對GA3的敏感程度不一致，中嘉早17和H優(yōu)518分別在10 mg/L 和50 mg/L時萌發(fā)能力最強(qiáng)，與對照相比，發(fā)芽勢分別提高了16.1%、5.0%，發(fā)芽率分別提高了11.7%、3.9%，發(fā)芽指數(shù)分別提高了16.2%、10.7%，活力指數(shù)分別提高了81.3%、55.1%，莖葉平均干重分別提高了6.6%、39.9%。株高隨著GA3濃度增加而增加，相比對照，200 mg/L GA3處理株高分別增加了7.5，7.6 cm，達(dá)極顯著水平。不同水稻品種種子根長/芽長和浸出液電導(dǎo)率分別均在GA3濃度為0 mg/L和5 mg/L時達(dá)到最大。

表2 不同濃度GA3對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

GA3(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)平均株高(cm)平均根長(cm)莖葉平均干重(mg)根長/芽長浸泡液電導(dǎo)率(μS/cm)中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518057.8ab80.3a61.8ab84.0a28.21b37.87b58.84b102.72d4.80c6.72c5.98b5.84c3.03a2.71c1.25a0.87a42.42b51.60a564.5ab80.5a69.6a81.5a31.35ab39.82ab95.81a124.88c10.32b10.57b8.05a7.21b3.27a3.14b0.59b0.68b45.99a57.75a1067.1a81.8a69.0a83.5a32.77a40.37ab106.67a131.20bc10.83b11.28b7.69a7.87ab3.23a3.25b0.71b0.70b33.96c58.80a5056.3b84.3a59.3b87.3a26.83b41.94a87.07a159.37a12.15a13.94a6.46b7.39ab3.16a3.79a0.53c0.53c29.82d50.49a20061.6ab82.2a64.9ab84.5a28.21ab40.06ab89.15a147.59ab12.29a14.36a6.37b8.25a2.13b3.68a0.52c0.57c14.45e33.40b

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母分別表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同。

表3 不同濃度IBA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

IBA(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)平均株高(cm)平均根長(cm)莖葉平均干重(mg)根長/芽長浸泡液電導(dǎo)率(μS/cm)中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518057.8b80.3a61.8b84.0a27.10a37.87a58.84a102.72a4.80ab6.72a5.98ab5.84a2.13a2.71a1.25a0.87a42.42a51.60c557.8b80.0a64.5b84.8a22.66b37.21a52.01a102.71a4.80ab6.68a5.11b5.81a2.29a2.76a1.08ab0.87a40.96b72.72a1065.8a79.8a73.3a83.5a23.60b32.88b57.59a88.78a5.30a6.96a6.51a5.89a2.44a2.70a1.23a0.70a43.25a72.29a504.0c63.2a61.3b89.0a13.89c27.85c29.84b73.50b4.06b6.69a3.91c5.22a2.17a2.64a0.99b0.78a34.81c63.61b2000c17.8b60.8b82.3a11.92c20.63d25.55b41.06c3.93b5.34b1.79d4.61a2.15a1.98b0.45c0.85a16.26d55.18c

表4 不同濃度烯效唑?qū)λ痉N子萌發(fā)和幼苗生長的影響

烯效唑(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)平均株高(cm)平均根長(cm)莖葉平均干重(mg)根長/芽長浸泡液電導(dǎo)率(μS/cm)中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518057.8a80.3a61.8a84.0a27.10a37.87a58.84a102.72a4.80a6.72a5.98b5.84a2.13a2.71a1.25b0.87b42.42d51.60e557.0a79.5a62.0a83.8a26.43a33.20b52.41ab60.07b4.49ab4.62b7.02a5.71a1.99ab1.99b1.71a1.25a45.84d83.28d1060.0a81.0a64.8a85.5a26.22a33.02b42.29ab61.99b3.36ab4.09bc6.09ab5.14a1.60b1.88b1.83a1.28a63.79c119.50c5057.3a77.5a64.0a85.0a25.56ab28.52c45.69ab45.65c3.12b3.61c2.29c3.35b1.80ab1.60c0.77c0.93b100.55b203.34b20056.5a80.3a61.0a84.0a22.63b28.69c34.69b43.51c3.06b3.18c2.10c3.44b1.54b1.51c0.69c1.10ab113.00a244.12a

2.2 不同濃度IBA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

由表3可知，不同濃度IBA處理對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育產(chǎn)生的影響不同，不同品種水稻種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、平均株高、根長/芽長和浸泡液電導(dǎo)率隨著IBA濃度增加均先增加后減少，活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)隨著ABA濃度增加而降低。10 mg/L IBA處理對中嘉早17的萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育促進(jìn)最為明顯，發(fā)芽勢和發(fā)芽率顯著高于對照，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、平均株高、平均根長、莖葉平均干重和浸泡液電導(dǎo)率比對照分別提高13.8%、18.6%、10.4%、8.9%、16.4%和2.0%。低濃度IBA處理對H優(yōu)518各項(xiàng)測定指標(biāo)促進(jìn)作用不明顯。

2.3 不同濃度烯效唑?qū)λ痉N子萌發(fā)和幼苗生長的影響

由表4可知，不同水稻品種種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和根長/芽長隨著烯效唑浸種濃度的增加先增加后減少，均在10 mg/L時達(dá)到最大。但不同處理間發(fā)芽勢和發(fā)芽率差異不顯著，10 mg/L烯效唑處理根長/芽長顯著高于對照。發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、平均株高和平均芽干重隨著烯效唑濃度增加顯著降低，浸泡液電導(dǎo)率隨著烯效唑濃度增加而顯著增加，200 mg/L烯效唑處理達(dá)到最大，中嘉早17和H優(yōu)518相比對照分別增加了166.4%、373.1%。

2.4 不同濃度ABA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

由表5可知，ABA浸種對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長具有較大影響，除根長/芽長和浸泡液電導(dǎo)率之外，各項(xiàng)指標(biāo)測定值隨著ABA濃度增加而減少。當(dāng)ABA濃度為200 mg/L時，水稻種子的萌發(fā)及幼苗生長被完全抑制，5～10 mg/L ABA處理對發(fā)芽率影響不顯著，50 mg/L能提高根長/芽長，但差異不顯著。

表5 不同濃度ABA對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

ABA(mg/L)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)平均株高(cm)平均根長(cm)莖葉平均干重(mg)根長/芽長浸泡液電導(dǎo)率(μS/cm)中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518中嘉早17H優(yōu)518057.8a80.3a61.8a84.0a27.1a37.9a58.84a102.72a4.80a6.72a5.98a5.84a2.13a2.71a1.21a0.87ab42.42ab51.60b525.3b29.0b58.0a82.0a15.7b22.8b22.02b40.50b3.71b4.74b4.10b4.50b1.41b1.78b1.10a0.94ab43.47a50.03b1016.0c14.0c54.8a75.3a14.2b18.4c15.45b27.08b3.61b3.53c3.80b4.06b1.08b1.38b1.05a1.17a37.42c59.83a500d0d8.0b23.0b1.3c43.59d0.30c1.48c2.75c1.10d3.05b1.50c0.25c0.36c1.25a1.87a41.29b53.92ab2000d0d0b0c0c0d0c0c0d0d0c0d0c0c0b0b32.54d32.03c

表6 不同植物生長調(diào)節(jié)劑萌發(fā)特性與幼苗特性的相關(guān)關(guān)系(n=40)

相關(guān)系數(shù)發(fā)芽勢發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)平均株高平均根長莖葉平均干重根長/芽長浸泡液電導(dǎo)率發(fā)芽勢0.97**0.80**0.47**0.260.040.17-0.15-0.51**發(fā)芽率0.99**0.77**0.43**0.22-0.020.13-0.19-0.47**發(fā)芽指數(shù)0.99**0.98**0.86**0.66**0.39*0.63**-0.07-0.69**活力指數(shù)0.85**0.83**0.89**0.80**0.48**0.93**-0.09-0.63**平均株高0.31*0.290.36*0.68**0.56**0.76**-0.19-0.62**平均根長0.34*0.35*0.40**0.51**0.56**0.51**-0.04-0.77**莖葉平均干重0.45**0.43**0.52**0.84**0.87**0.50**-0.04-0.52**根長/芽長-0.19-0.16-0.24-0.47**-0.90**-0.67**-0.67**-0.40**浸泡液電導(dǎo)率-0.50**-0.52**-0.50**-0.55**-0.50**-0.21-0.41**0.23發(fā)芽勢0.72**0.94**0.96**0.85**0.79**0.91**0.240.19發(fā)芽率0.55**0.91**0.75**0.87**0.83**0.88**0.42**0.26發(fā)芽指數(shù)0.90**0.70**0.94**0.92**0.87**0.97**0.34*0.22活力指數(shù)0.86**0.68**0.96**0.86**0.78**0.93**0.220.08平均株高0.75**0.83**0.84**0.88**0.96**0.94**0.27.0.47**平均根長0.76**0.39*0.67**0.59**0.53**0.90**0.36*0.54**莖葉平均干重0.60**0.48**0.63**0.81**0.75**0.35*0.36*0.27根長/芽長0.32*-0.180.150.02-0.15-0.19-0.190.20浸泡液電導(dǎo)率-0.06-0.62**-0.33*-0.31*-0.46**0.02-0.110.38*

注：左下角由上到下分別表示不同濃度GA3、IBA處理下各指標(biāo)間的相關(guān)性，右上角由上到下分別表示不同濃度烯效唑、ABA處理下各指標(biāo)間的相關(guān)性；*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

2.5 萌發(fā)與幼苗生長特性的相關(guān)關(guān)系

由表6可知，不同植物生長調(diào)節(jié)劑處理下，2個品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)之間均呈極顯著正相關(guān)；根長、芽長、莖葉平均干重之間顯著或極顯著正相關(guān)；發(fā)芽指數(shù)和根長、芽長、莖葉平均干重呈顯著正相關(guān)，平均相關(guān)系數(shù)分別為0.70、0.58和0.69；活力指數(shù)和根長、芽長、莖葉平均干重呈顯著正相關(guān)，平均相關(guān)系數(shù)分別為0.81、0.59和0.88；浸泡液電導(dǎo)率和株高極顯著正相關(guān)。烯效唑處理下，浸泡液電導(dǎo)率和其他各項(xiàng)指標(biāo)均呈極顯著負(fù)相關(guān)；GA3處理下，除根長，浸泡液電導(dǎo)率與其他各指標(biāo)極顯著負(fù)相關(guān)，根長/芽長與活力指數(shù)、平均株高、平均根長莖葉平均干重極顯著負(fù)相關(guān)；IBA處理下，浸泡液電導(dǎo)率和發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、平均株高顯著負(fù)相關(guān)；ABA處理下，浸泡液電導(dǎo)率和平均株高與根長顯著正相關(guān)。烯效唑浸種處理，發(fā)芽勢和發(fā)芽率與根長、芽長、莖葉平均干重呈顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

3.1 植物生長調(diào)節(jié)劑處理對種子活力的影響

采用植物生長調(diào)節(jié)劑浸種是影響水稻種子發(fā)芽及幼苗生長效率的一種簡單易行辦法，不同類型的浸種劑對水稻種子浸種作用各不相同。

GA3主要在種子萌發(fā)起始和胚根突出時發(fā)生作用，解除種子休眠，誘導(dǎo)α-淀粉酶的表達(dá)并提高其活性，使細(xì)胞分裂分化，促進(jìn)種子胚的發(fā)育和種子的發(fā)芽[8]；本研究表明，5～200 mg/L GA3浸種處理能促進(jìn)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長，但降低了根長與芽長的比值，隨著GA3濃度的增加各項(xiàng)測定指標(biāo)呈先增加后減少的趨勢，中嘉早17和H優(yōu)518種子在GA3濃度分別為10，50mg/L處理下萌發(fā)和幼苗生長達(dá)到最佳，這與周述波等[9]的研究結(jié)論不一致，可能是水稻種子對GA3的敏感程度所導(dǎo)致。

ABA幾乎參與調(diào)控種子萌發(fā)的全部過程，通過抑制淀粉或蛋白質(zhì)水解酶的活性而不利于種子的萌發(fā)[10]。有研究表明，低濃度的外源ABA能降低內(nèi)源ABA含量，促進(jìn)種子發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)[11]。本研究表明，5～200 mg/L外源ABA浸種處理均抑制中嘉早17和H優(yōu)518種子的萌發(fā)和幼苗生長，但對根長/芽長影響不顯著，說明外源ABA對同步抑制根和芽的生長，隨著浸種濃度增加抑制效果最為明顯，200 mg/L ABA處理完全抑制了種子萌發(fā)，5～10 mg/L ABA處理對發(fā)芽率影響不顯著，這與丁君輝等[12]和張翔[13]等的研究結(jié)果一致。

適宜濃度的IBA處理能提高苦瓜[14]、烤煙[15]、韭菜[16]種子萌發(fā)特性，高濃度處理會抑制種子萌發(fā)。本研究表明，低濃度(5～10 mg/L)IBA促進(jìn)種子的萌發(fā)和幼苗生長，高濃度(50～200 mg/ L)對水稻種子起抑制作用，10 mg/L IBA最能促進(jìn)水稻根系和幼苗的生長、提高發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)、浸泡液電導(dǎo)率。這與李旭等[14]研究結(jié)論一致，表明適宜濃度IBA對種子萌發(fā)有促進(jìn)作用。

烯效唑是一種高效低毒、廣泛應(yīng)用于延緩植物生長的三唑類化合物，可以用于培育壯秧及提高植物的抗旱性[17-18]。本研究表明，0～200 mg/L烯效唑浸種對水稻種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)無明顯差異，隨著烯效唑濃度增加，對幼苗的根和芽抑制作用增加；10 mg/L烯效唑處理能提高水稻種子活力，根長/芽長顯著增加，表明烯效唑主要抑制芽的生長，對根系的影響差異不顯著。

3.2 種子萌發(fā)特性和幼苗生長特性的相關(guān)性

本研究表明，除烯效唑處理下發(fā)芽勢和發(fā)芽率與幼苗生長特性相關(guān)性不顯著，其他處理下萌發(fā)特性與幼苗生長各指標(biāo)顯著或極顯著正相關(guān)，這可能是由于烯效唑提高了發(fā)芽勢與發(fā)芽率，但抑制了幼苗的生長。作物種子浸出液的電導(dǎo)率和根長/芽長一般和種子活力指標(biāo)負(fù)相關(guān)[19]，這與本研究結(jié)果基本一致。ABA處理下種子浸出液電導(dǎo)率與幼苗株高、根長，根長/芽長與發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、平均根長和平均干重顯著正相關(guān)，這可能與ABA處理時間、濃度以及品種特性相關(guān)。