PEG浸種對(duì)紫羅蘭種子萌發(fā)及生理特性的影響

彭 強(qiáng)，李曉慧，莫 珊，肇 瑾，胡小京

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，貴陽(yáng) 550006)

紫羅蘭(MatthiolaincanaL.)系十字花科紫羅蘭屬二年生或多年生草本花卉，是歐洲著名花卉之一，應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)價(jià)值較高，深受歡迎，供不應(yīng)求[1-2]。紫羅蘭以播種繁殖為主，但由于其種皮堅(jiān)硬、透水透氣性差等原因，生產(chǎn)中常存在發(fā)芽率低、發(fā)芽速度慢、出苗不整齊等問(wèn)題，而且紫羅蘭種子的價(jià)格相對(duì)較高，出苗差將會(huì)給種植者造成較大的損失。因此，紫羅蘭種子播種前進(jìn)行萌發(fā)處理，對(duì)提高其播種質(zhì)量具有重要意義[3-4]。

聚乙二醇(PEG)在種子吸脹過(guò)程中具有滲透調(diào)節(jié)作用，幫助種子修補(bǔ)膜系統(tǒng)，使種子內(nèi)自由基清除酶活性增強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于植物的水分脅迫和幼苗處理中，但在花卉方面研究較少[5-8]，目前，有關(guān)紫羅蘭種子萌發(fā)方面研究少見(jiàn)報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究不同濃度的PEG對(duì)紫羅蘭種子的發(fā)芽及生理生化指標(biāo)的影響，篩選出PEG浸種的最佳濃度，以期為PEG應(yīng)用于紫羅蘭種子萌發(fā)提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紫羅蘭種子為紫色“阿貝拉”，購(gòu)買于廣豐苑花卉種業(yè)(隸屬于江陰博遠(yuǎn)農(nóng)貿(mào)發(fā)展有限公司)，PEG由海安永勝化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)5個(gè)不同濃度的PEG處理，分別為3%(處理A)、6%(處理B)、9%(處理C)、12%(處理D)、15%(處理E)，蒸餾水為對(duì)照(ck)。將紫羅蘭種子經(jīng)不同濃度PEG處理24 h后用蒸餾水洗凈，置于光照培養(yǎng)箱中，溫度保持在25 ℃，每天噴一次水，保持發(fā)芽床濕潤(rùn)，于第3、5、7天測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等指標(biāo)；第5、7、9、11、13、15天測(cè)定其相對(duì)導(dǎo)電率、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、過(guò)氧化物酶(POD)活性及超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等生理生化指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1發(fā)芽指標(biāo)的測(cè)定

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽高峰期發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

1.3.2生理指標(biāo)的測(cè)定

參照《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》[9]的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG對(duì)紫羅蘭種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

從表1可見(jiàn)，經(jīng)不同濃度的PEG處理，紫羅蘭種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與ck呈極顯著差異。紫羅蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)隨PEG濃度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)；隨發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)而上升。第3天至第7天，9%PEG處理的紫羅蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均極顯著高于其他處理；第7天時(shí)，該處理下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)分別達(dá)67.00%、53.33%，分別較ck增加34.00%、36.74%。由此表明，經(jīng)一定濃度PEG處理的紫羅蘭種子，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均得到提高，以9%PEG預(yù)處理后效果顯著。

表1 不同PEG處理對(duì)紫羅蘭種子發(fā)芽的影響Table 1 Effects of different PEG treatments on seed germination of M.incana

2.2 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子細(xì)胞膜透性的影響

由圖1可知，ck的電導(dǎo)率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈先升后降的變化；當(dāng)PEG濃度為3%～12%時(shí)，電導(dǎo)率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)；PEG濃度為15%時(shí)，電導(dǎo)率則隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)。在處理7 d時(shí)，ck的電導(dǎo)率值最大，處理C最低，差值達(dá)35%，兩者呈極顯著差異。在7 d至11 d處理時(shí)間內(nèi)，經(jīng)PEG處理的紫羅蘭種子相對(duì)電導(dǎo)率都低于ck；處理達(dá)15 d時(shí)，處理E電導(dǎo)率值最高，處理C最低。在整個(gè)處理時(shí)間內(nèi)，處理C、D的電導(dǎo)率均較其他處理低，其中處理C最低。因此，一定濃度的PEG處理能降低其相對(duì)電導(dǎo)率，提高細(xì)胞膜透性，其中，PEG濃度為9%(處理C)處理效果最好；當(dāng)濃度達(dá)15%時(shí)，則呈現(xiàn)抑制作用。

2.3 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子脯氨酸含量的影響

由圖2可看出，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，ck呈逐漸升高的趨勢(shì)；處理A、處理B、處理C均呈先升高再下降的趨勢(shì)；處理D則為逐漸升高的趨勢(shì)；處理E為逐漸下降的趨勢(shì)。在整個(gè)處理時(shí)間內(nèi)，處理C均較其他處理的脯氨酸含量高，在處理9 d時(shí)，處理C脯氨酸含量達(dá)最高，較ck高6.9%；處理B、D的脯氨酸含量低于處理C，高于處理A、E和ck；處理E在第5天時(shí)的脯氨酸含量低于處理C、D，高于處理A、B、ck，之后則呈下降趨勢(shì)，15 d時(shí)，達(dá)最低。因此，較低濃度的PEG處理對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子脯氨酸含量影響作用較??；較高的濃度對(duì)其具有抑制作用；6%～12%的PEG濃度處理效果相對(duì)較好，其中9%濃度處理效果最佳。

2.4 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子可溶性糖含量的影響

由圖3可看出，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，處理A、B、C、D和ck等的可溶性糖含量呈逐漸上升趨勢(shì)；處理E則呈逐漸下降的趨勢(shì)。在5～13 d時(shí)，處理B、C、D、E均高于處理A、ck。在15 d時(shí)，處理A、B、C、D均高于ck，其中處理C最高，較ck顯著高35.6%；處理E則低于ck，較ck低2.6%。處理C在13 d時(shí)，可溶性糖含量達(dá)到最大值(0.54 mg·g-1)，較ck極顯著高42.1%，到第15天時(shí)則略出現(xiàn)下降。結(jié)果表明，較低濃度的PEG處理(≤12%)可明顯提高其可溶性糖含量，而高濃度的PEG處理(≥15%)則降低可溶性糖含量，以處理C(9%)的效果最佳。

2.5 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子可溶性蛋白含量的影響

由圖4得出，ck及處理A、B、C、D均呈逐漸上升的趨勢(shì)，其中處理C含量高于其他處理。不同處理時(shí)間中，處理A、B、C、D均較ck高；處理E在5～9 d時(shí)均較ck高，在11～15 d時(shí)，則較ck低；處理C在11 d時(shí)，其可溶性蛋白含量達(dá)最高，較ck高50.7%，較處理E高58.0%，在15 d時(shí)，處理C較ck和處理E分別高32.0%和59.8%。結(jié)果表明，當(dāng)PEG濃度在3%～12%時(shí)，可提高可溶性蛋白含量，處理C(9%)的效果最佳，其次依次為處理B、處理D、處理A；當(dāng)濃度達(dá)到15%時(shí)，則降低可溶性蛋白含量。

2.6 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子POD酶活性的影響

由圖5可看出，ck及處理A、C、D隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸上升的趨勢(shì)，而處理B、E則是表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)。其中，處理C的POD酶活性一直呈現(xiàn)最高，到15 d時(shí)達(dá)最高值，為2.16 U·(g·min)-1，較ck顯著提高32.5%。在第5天時(shí)，POD酶活性依次為處理C>處理D>處理E>處理B>處理A>ck；在7 d時(shí)，POD酶活性依次為處理C>處理E>處理D>處理A>處理B>ck；于9 d、11 d時(shí)，POD酶活性依次為處理C>處理E>處理D>處理B>處理A=ck；在13 d、15 d時(shí)，POD酶活性依次為處理C>處理D>處理A>ck>處理B>處理E。結(jié)果表明，處理C的POD酶活性最高，其次為處理D。

2.7 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子SOD酶活性的影響

由圖6可以看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，ck及處理A、B、C、D的SOD酶活性呈上升趨勢(shì)；處理E則為先升后降的趨勢(shì)。整個(gè)處理時(shí)間內(nèi)，處理C的SOD酶活性均高于其他處理，在15 d時(shí)達(dá)最大值(0.46 U·g-1)。在13～15 d時(shí)處理E的SOD酶活性呈下降趨勢(shì)，而處理D則較處理A低，但處理A在5～11 d時(shí)的SOD酶活性均較其他處理低，綜合認(rèn)為，處理C的處理效果最佳，其次為處理D。

2.8 PEG對(duì)紫羅蘭萌發(fā)種子MDA含量的影響

由圖7可以看出，處理A、B、C隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì)；處理D呈先略微上升后下降趨勢(shì)；處理E呈先下降后上升趨勢(shì)，在5～13 d時(shí)，為下降趨勢(shì)，13～15 d時(shí)，呈上升趨勢(shì)；ck則隨時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)。在9～15 d時(shí)，ck的MDA含量均高于其他處理，其次處理E的MDA含量均高于處理A、B、C、D；在11～15 d時(shí)，處理C的MDA含量均較其他處理的含量低。結(jié)果表明，處理C的處理效果最佳，其次為處理B。

3 討論與結(jié)論

3.1 PEG對(duì)紫羅蘭種子發(fā)芽的影響

PEG具有調(diào)節(jié)滲透水勢(shì)的作用，可促進(jìn)糖原和貯存蛋白的代謝及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的水平，并且在促進(jìn)種子吸脹時(shí)的膜相轉(zhuǎn)變和膜損傷修復(fù)方面有顯著作用，在一定程度上抑制羥自由基的產(chǎn)生，進(jìn)而減輕膜脂質(zhì)過(guò)氧化對(duì)種子的傷害作用，從而提高種子抗性和活力[10-14]。因此，根據(jù)PEG可以打破種子休眠，促進(jìn)種子發(fā)芽的依據(jù)，常用于對(duì)種子萌發(fā)特性影響的研究，包括模擬干旱脅迫、水分脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響等，如PEG對(duì)苦瓜、翅果油等種子萌發(fā)及相關(guān)生理指標(biāo)的影響[5,11-13]。本研究表明，紫羅蘭種子經(jīng)不同濃度的PEG處理后，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均有所提升，其中以9%濃度處理效果最佳。

3.2 PEG對(duì)紫羅蘭種子萌發(fā)生理特性的影響

在紫羅蘭種子萌發(fā)生長(zhǎng)過(guò)程中，因不同濃度的PEG處理其生理指標(biāo)也隨之發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)表明，一定濃度處理過(guò)的種子細(xì)胞膜透性有所升高，且以9%濃度PEG處理效果最佳，可能是此濃度能較好地修復(fù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，從而提高種子活力；當(dāng)PEG濃度高達(dá)15%時(shí)反而使電導(dǎo)率上升，種子的萌發(fā)率也下降，可能是過(guò)高濃度PEG會(huì)損傷種子細(xì)胞膜系統(tǒng)，致使細(xì)胞膜通透性降低，阻礙種子的萌發(fā)生長(zhǎng)[15-16]。

脯氨酸為植物體內(nèi)的一種滲透調(diào)劑物質(zhì)，反映植物水分的虧缺程度?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍鬃鳛橹参锷L(zhǎng)發(fā)育中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，參與各種物質(zhì)代謝，還與呼吸作用密切相關(guān)。有研究指出，聚乙二醇影響高粱幼苗生長(zhǎng)，及煙草、臭椿、谷稗等種子萌發(fā)的生理生化指標(biāo)；不同濃度PEG對(duì)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)影響不同，最適濃度PEG能提高脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量[17-21]。本實(shí)驗(yàn)中，一定濃度范圍內(nèi)的PEG可使紫羅蘭脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加，以9%濃度PEG為最佳。當(dāng)PEG濃度到達(dá)15%時(shí)，紫羅蘭脯氨酸、可溶性蛋白的含量略有下降，說(shuō)明當(dāng)PEG濃度大時(shí)會(huì)抑制了紫羅蘭種子萌發(fā)過(guò)程中的可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量的增加，并阻礙了種子的生長(zhǎng)發(fā)育。

本研究中，3%、6%、9%、12%PEG能降低紫羅蘭種子中的MDA含量，其中9%PEG處理的紫羅蘭種子MDA含量最低，而15%PEG處理的紫羅蘭種子的MDA含量上升，且該濃度下種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)較低，可能高濃度PEG加劇了紫羅蘭種子的膜脂過(guò)氧化作用，不利于其萌發(fā)。在很多研究種子萌發(fā)生長(zhǎng)中，常用SOD、POD等酶類物質(zhì)來(lái)表現(xiàn)種子萌發(fā)生長(zhǎng)狀態(tài)，酶活性升高，表明種子萌發(fā)良好，生長(zhǎng)迅速[16-21]。本研究中，3%～12%PEG能使POD和SOD酶活性升高，而增加最為顯著的是9%PEG處理。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一定濃度的PEG能提高紫羅蘭種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，使其相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量降低，增加脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量，促進(jìn)POD、SOD酶活性。經(jīng)3%～12%PEG浸種24 h后紫羅蘭種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都顯著高于蒸餾水浸種的，其中以濃度為9%PEG浸種的效果最好，能有效促進(jìn)紫羅蘭種子的快速萌發(fā)，提高其發(fā)芽率。當(dāng)PEG濃度為15%時(shí)，紫羅蘭種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率則降低。因此認(rèn)為，9%PEG浸種處理的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率明顯高于對(duì)照，且萌發(fā)效果最好。