低溫脅迫下水楊酸對(duì)茄子種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

樊清清，王英英，馮曉東，2*

(1.延安大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院；2.陜西省紅棗重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(延安大學(xué))，陜西 延安 716000)

茄子(Solanummelongena(L.))是陜北地區(qū)常見的反季節(jié)蔬菜作物之一，苗木移栽是主要的生產(chǎn)方式。茄子種皮有一層厚厚的角質(zhì)層，導(dǎo)致茄子種子發(fā)芽困難，發(fā)芽所需時(shí)間更長，尤其是在惡劣環(huán)境下茄子種子質(zhì)量容易遭受影響，致使種子發(fā)芽能力明顯降低。所以在冬春比較寒冷的季節(jié)，茄子出苗率低，成苗率不高的問題更突出，茄子的生產(chǎn)量不足，形成市場短缺問題。研究表明，茄子種子活力指數(shù)隨著溫度的降低而降低，種子質(zhì)量直接影響茄子的產(chǎn)量[1]，因此，恢復(fù)低溫條件下茄子種子活力，就能克服低溫催芽問題從而大大提高茄子產(chǎn)量和質(zhì)量。國內(nèi)外已經(jīng)有很多專家研究過外源物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽的影響，項(xiàng)萱[2]在研究不同藥劑浸種對(duì)茄子種子發(fā)芽的影響中表明，各種濃度的藥劑浸種都可以增強(qiáng)種子活力促使發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)均顯著提高，王利英[3]等利用不同濃度赤霉素和適樂時(shí)處理茄子種子，結(jié)果表明，用濃度200 mg/L赤霉素溶液對(duì)茄子種子萌發(fā)效果好。大批的研究表明經(jīng)過滲透調(diào)節(jié)處理可能使茄子種子活力得以恢復(fù)和提高[4]，可是，選擇哪種種子滲透調(diào)節(jié)劑，種子調(diào)節(jié)劑濃度也需要討論和研究，因?yàn)椴煌瑵B透調(diào)節(jié)劑對(duì)同一種植物作用有差別，即便是一種類型的滲透調(diào)節(jié)劑，不同濃度調(diào)節(jié)劑也決定了不同的調(diào)節(jié)效果。

水楊酸別名鄰苯羥基苯甲酸(SA)，是一種簡單的酚類化合物，它普遍存在于高等植物的細(xì)胞體內(nèi)，參與植物的種子發(fā)芽、開花和生理生化離子吸收的生命進(jìn)程，是植物主要的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子[5]。SA可以促使植物產(chǎn)生熱量，它是植物抗病性和誘導(dǎo)植物對(duì)非生物脅迫響應(yīng)的抗脅迫信號(hào)分子[6]。近年來，人們對(duì)植物抗逆性、耐鹽性、抗寒性、耐熱性以及減少重金屬對(duì)細(xì)胞膜的損傷等方面進(jìn)行了大量的研究[7]。武麗麗[8]的研究表明，幾種濃度SA處理均能催化種子萌發(fā)，也證明特定濃度的水楊酸可以致使辣椒葉片的某些生理性質(zhì)發(fā)生改變。這些都說明了水楊酸作為信號(hào)分子參與合成了滲透物質(zhì)來調(diào)節(jié)辣椒幼苗的抗寒過程。除此之外，用SA處理低溫條件下黃瓜[9]、番茄[10]、高粱[11]和玉米[12]的研究也證明SA能提高植物幼苗的抗寒性。

根據(jù)以往的研究成果，我們預(yù)測(cè)用SA浸泡茄子種子可以恢復(fù)種子活力有助于提高低溫環(huán)境下種子發(fā)芽率，以及給茄子幼苗葉片噴施SA可能使低溫下茄子幼苗的生理性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高茄子幼苗的抗寒性。因而，本實(shí)驗(yàn)分別以茄子種子和幼苗為研究對(duì)象，SA為外源物質(zhì)，在低溫環(huán)境下，初步探討茄子種子的萌發(fā)狀況和幼苗的生理性質(zhì)變化，旨在了解植物對(duì)低溫的耐性機(jī)理，找到低溫條件下最適的SA浸種濃度和能夠提高茄子幼苗耐寒性的最適濃度。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為天津二苠茄(Solanummelongena(L.))。

1.2 研究方法

1.2.1 種子萌發(fā)

采用全尺寸的均勻大小的茄子種子進(jìn)行消毒20 min，在50～60 ℃的溫水中，然后用蒸餾水不斷地漂洗，直到種子表面的黏膜被去掉，之后晾干備用；分別配制差別濃度的水楊酸溶液(0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mmol/L)并將各溶液放置于6個(gè)小燒杯中，將挑選好的茄子種子均勻等分的浸泡在上述溶液中，浸種時(shí)間為12 h，在常溫(25℃)下浸泡茄子種子。用蒸餾水屢次沖洗浸泡好的茄子種子，然后晾干備用。取三張濾紙，2張鋪在底層，將種子均勻撒在這2層濾紙上，另外1張濾紙蓋在種子表面，最終放入恒溫培養(yǎng)箱催芽(溫度為18±1℃，黑暗條件)。每一個(gè)培養(yǎng)皿中放30粒茄子種子，一個(gè)浸種濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)項(xiàng)。天天察看記錄，種子萌生過程當(dāng)中適當(dāng)加水避免濾紙變干。

1.2.2 材料培養(yǎng)

種子發(fā)芽1 cm后選擇胚根長勢(shì)良好的種子放入光照培養(yǎng)箱進(jìn)行盆栽，栽培基質(zhì)為沙粒，等種子出土5 cm左右時(shí)用Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)，待長至六七片葉時(shí)，分別用不同濃度的水楊酸溶液(0、2、4、6、8 mmol/L)進(jìn)行葉面噴布，隔5 d噴一次，噴施2天后低溫(15℃/5℃)脅迫處理，在低溫脅迫2 d后測(cè)定幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性含糖量，脯氨酸和丙二醛含量等，比較其生長情況，剖析不同濃度的水楊酸對(duì)茄子幼苗的作用效果。

1.3 測(cè)量方法

相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定參照王學(xué)奎[13]等的方法；可溶性糖含量測(cè)定采用苯酚法進(jìn)行可溶性糖含量的測(cè)定[13]；丙二醛(MDA)含量的測(cè)定參照王學(xué)奎等的方法[13]；脯氨酸(Pro)含量測(cè)定參照張志良等的方法[13]。

種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定：

發(fā)芽勢(shì)=7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率=14 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)=不同時(shí)間的發(fā)芽數(shù)/相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果以測(cè)定的平均值表示。用SPSS 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD檢驗(yàn)和Duncan法進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子種子萌發(fā)的影響

由表1可知，在低溫條件下，用4種不同濃度SA浸泡茄子種子，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)有顯著差異(P<0.05)，且隨著SA濃度不斷增大，種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)都是先增高后降低；當(dāng)SA濃度在0.2-0.6 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均高于空白對(duì)照組，說明在這個(gè)濃度范圍內(nèi)，隨著SA濃度升高，SA可以促進(jìn)種子的萌發(fā)，且在濃度為0.6 mmol/L時(shí)，效果最好，茄子種子的發(fā)芽率達(dá)到最大，為92.22%；而當(dāng)SA濃度高于0.8 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均低于對(duì)照組，說明高于這個(gè)濃度的SA對(duì)茄子種子有毒害作用，抑制了茄子種子發(fā)芽；所以用0.6 mmol/L的SA浸種，更有利于促進(jìn)低溫環(huán)境中茄子種子的萌發(fā)。

表1 SA對(duì)低溫脅迫下茄子種子萌發(fā)的影響

2.2 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

由圖1可知，用不同濃度的SA噴施茄子幼苗葉片，再將其低溫脅迫處理后，茄子幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率平均值存在極顯著差異(P<0.01)。幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率隨著SA濃度的升高先降低后增大，SA濃度為4 mmol/L時(shí)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率降到最低，為29.94%。沒噴施SA的對(duì)照組與4個(gè)SA濃度處理間存在極顯著差異(P<0.01)，4 mmol/L SA與2 mmol/L、8 mmol/L處理存在極顯著差異(P<0.01)，4 mmol/L與6 mmol/L具有顯著差異(P<0.05)，說明4種濃度SA均能降低茄子幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率，且用4 mmol/L SA處理效果最好。

注：圖中大寫字母表示極顯著性差異，下同。

圖1低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.3 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可知，用不同濃度的SA處理低溫環(huán)境下的茄子幼苗，葉片中可溶性糖含量存在極顯著差異，隨SA濃度的升高，可溶性糖含量先增加后降低，當(dāng)SA濃度為4 mmol/L時(shí)，葉片中可溶性糖含量達(dá)到最高，為3.998%。無SA處理的對(duì)照組和4個(gè)SA濃度處理的葉片可溶性糖含量間存在極顯著差異(P<0.01)，4 mmol/L SA與2、6、8 mmol/L SA處理下可溶性糖含量存在極顯著差異(P<0.01)，說明4個(gè)濃度SA都可以提高茄子幼苗葉片的可溶性糖含量，給葉片噴施4 mmol/LSA，更有利于葉片積累可溶性糖。

圖2 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片可溶性糖含量的影響

2.4 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片MDA含量的影響

由圖3可知，不同濃度SA處理低溫環(huán)境下的茄子幼苗，葉片中MDA含量存在極顯著差異，隨SA濃度的升高，MDA含量先降低后增加，當(dāng)SA濃度為4 mmol/L時(shí)，葉片中，MDA含量降至最低，含量為2.05 mmol/g?？瞻讓?duì)照和其他SA濃度處理下的葉片MDA含量有極顯著差異(P<0.01)，4 mmol/L SA與2、6、8 mmol/L SA處理下MDA含量存在極顯著差異(P<0.01)，說明本實(shí)驗(yàn)中不同濃度SA都可以降低茄子幼苗葉片的MDA含量，且SA濃度為4 mmol/L時(shí)，能更有效降低葉片中MDA的累積。

圖3 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片MDA含量的影響

2.5 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片Pro含量的影響

由圖4可知，不同濃度SA處理低溫環(huán)境下的茄子幼苗，葉片中Pro含量存在極顯著差異，隨SA濃度的升高，Pro含量先增加后降低，當(dāng)SA濃度為4 mmol/L時(shí)，葉片中，Pro含量升至最高，含量為3.33 mg/g?？瞻讓?duì)照和其他SA濃度處理下的葉片Pro含量有極顯著差異(P<0.01)，4 mmol/L SA與2、6、8 mmol/L SA處理下Pro含量存在極顯著差異(P<0.01)，說明本實(shí)驗(yàn)中不同濃度SA都可以增加茄子幼苗葉片的Pro含量，且SA濃度為4 mmol/L時(shí)，能更有效提高葉片中Pro的含量。

圖4 低溫脅迫下不同濃度SA對(duì)茄子幼苗葉片Pro含量的影響

3 討論與結(jié)論

人們常用來評(píng)估種子發(fā)芽潛力的指標(biāo)包括發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)等，這些指標(biāo)能夠反映種子的發(fā)芽的數(shù)量、質(zhì)量和出苗的潛力；許多研究證明SA可以參與誘導(dǎo)合成與植物抗病性有關(guān)的蛋白，清除病原體，預(yù)防微生物的侵襲，這些反應(yīng)都可能增強(qiáng)了種子的活力，更有利于種子在低溫條件下發(fā)芽[14，15]。植物在惡劣環(huán)境中的正常生長發(fā)育會(huì)受到損害，可以通過改變代謝來阻斷、緩和甚至修理恢復(fù)。植物可以通過滲透調(diào)節(jié)作用對(duì)逆境的形成一種適應(yīng)性，可溶性糖和Pro是植物細(xì)胞內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物受到低溫冷害時(shí)，可溶性糖和Pro含量會(huì)升高，使得細(xì)胞液濃度升高，水勢(shì)降低，細(xì)胞能夠從外界吸水，保證植株健康生長。同時(shí)植物在逆境條件下，會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是其產(chǎn)物之一，其含量越低說明膜脂過氧化程度越嚴(yán)重，葉片相對(duì)電導(dǎo)率也能夠反映葉片細(xì)胞膜受損傷程度。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示：低溫脅迫下用不同濃度SA浸泡茄子種子，茄子種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與空白對(duì)照相比有顯著差異(0.01

Horvath[16]等研究表明水楊酸能夠結(jié)合水楊酸結(jié)合蛋白，提高植物細(xì)胞內(nèi)過氧化氫含量，從而激活抗氧化酶活性，使細(xì)胞膜透性降低和膜脂過氧化作用減弱，植物抵抗逆境的性質(zhì)得到提高。而Dat[17]等研究表明SA濃度過高會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生一定程度的毒害作用。馬麗[18]等研究認(rèn)為二色胡枝子、達(dá)烏里胡枝子、西農(nóng)889、西農(nóng)979、小堰6號(hào)和小堰22等6種植物種子在-5℃低溫脅迫后，萌發(fā)所需的最適SA處理濃度也各有差異。說明在相同的逆境脅迫下，不同的植物種子所需的最適SA濃度不同[19，22]。

綜上所述，試驗(yàn)結(jié)果表明，茄子種子在(18±1℃)低溫環(huán)境中，萌發(fā)所需的最適濃度是0.6 mmol/L。在(15℃/5℃)低溫條件，給茄子幼苗噴施濃度為4 mmol/L SA，能有效降低幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量，此時(shí)可溶性糖含量和Pro含量也將保持在最高的水平，能有效的緩解低溫對(duì)茄子幼苗的毒害，顯著促進(jìn)幼苗生長和代謝。