水楊酸和脫落酸對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子萌發(fā)的影響

孫玉婷，劉麗杰，王璐瑤，丁美云，于夢(mèng)迪，李珊珊，金忠民，張東向

（齊齊哈爾大學(xué) 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

旱災(zāi)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的主要自然災(zāi)害，據(jù)調(diào)查，平均每年我國(guó)各糧食主產(chǎn)省份受旱面積約200 萬(wàn)hm2，導(dǎo)致我國(guó)每年糧食損失嚴(yán)重[1].根據(jù)1951—2010 年統(tǒng)計(jì)，旱災(zāi)每年導(dǎo)致我國(guó)糧食損失達(dá)70～80 萬(wàn)t，約占糧食總產(chǎn)量的17%[2-3]，可見(jiàn)旱災(zāi)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食穩(wěn)產(chǎn)造成了巨大的影響[4-5].小麥（Triticum aestivumL.）是世界上主要的糧食作物之一，廣泛分布于國(guó)內(nèi)各農(nóng)作區(qū)，季節(jié)性干旱會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的生理脅迫，對(duì)產(chǎn)量造成嚴(yán)重影響[6-7]，因而干旱對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響受到了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注.

脫落酸（Abscisic acid，ABA）是一種廣泛分布于高等植物體內(nèi)的植物激素.研究發(fā)現(xiàn)，ABA 不僅有抑制植株生長(zhǎng)的功能，也有增強(qiáng)植物綜合抗性的能力[8].相關(guān)研究表明，ABA 可有效提高植物的抗旱、抗熱性和種子的抗脫水性[9-11].抗旱性方面，在茶樹(shù)[9]、玉米[1]、谷子[12]、蘋果幼苗[13]等植物上已有相關(guān)報(bào)道.水楊酸（Salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)重要的內(nèi)源信號(hào)，可以提高植株的抗干旱、抗鹽害以及抗重金屬等逆境的能力[14-16].國(guó)外有研究表明，SA 在低水平濃度時(shí)可減少種子的萌發(fā)時(shí)間和發(fā)芽率，在干旱脅迫水平較低時(shí)獲得最好結(jié)果[17-19].在干旱脅迫下，一定濃度的水楊酸處理可促進(jìn)茉莉[20]、棉花[21]、番茄[22]等種子的萌發(fā).但關(guān)于ABA 和SA 復(fù)合處理對(duì)干旱脅迫下種子萌發(fā)的影響還少有研究.

本實(shí)驗(yàn)以冬小麥東農(nóng)冬麥1 號(hào)[23]為實(shí)驗(yàn)材料，PEG 模擬干旱脅迫環(huán)境，用不同濃度的植物激素ABA 和SA 進(jìn)行處理，通過(guò)測(cè)定種子的萌發(fā)指標(biāo)，研究干旱脅迫下ABA 和SA 對(duì)冬小麥種子萌發(fā)的影響，并篩選出ABA 和SA 提高抗旱性能的最適復(fù)配濃度，為減輕干旱脅迫對(duì)冬小麥種子萌發(fā)的影響以及提高冬小麥抗旱性研究提供基礎(chǔ)材料和科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

冬小麥——東農(nóng)冬麥1 號(hào)（齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院植物代謝生理實(shí)驗(yàn)室）.

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分別配制10-3，10-4，10-5，10-6mol·L-1的ABA 和10-2，10-3，10-4，10-5mol·L-1的SA 溶液，ABA 和SA 的濃度配比見(jiàn)表1.

表1 ABA 和SA 的濃度配比組合 mol·L-1

挑選適量胚完整、飽滿、大小形狀一致且均勻的冬小麥種子，用相應(yīng)的ABA 和SA 濃度配比液對(duì)冬小麥進(jìn)行浸種，在室溫下浸泡8～10 h.

將不同處理液浸泡的冬小麥種子以50 個(gè)為一組，均勻地?cái)[放在鋪有2 層濾紙的培養(yǎng)皿上，并用10%的PEG-6000 溶液將濾紙浸濕，依次做好標(biāo)記，用蒸餾水處理的種子作為對(duì)照，每組處理均進(jìn)行3 次重復(fù)，將培養(yǎng)皿放在室溫下培養(yǎng)7 d[24-25].從冬小麥種子放入培養(yǎng)皿中開(kāi)始記為培養(yǎng)的第1 天，培養(yǎng)4 d 后測(cè)定種子的發(fā)芽勢(shì)，培養(yǎng)7 d 后測(cè)定種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)，芽和根的長(zhǎng)度，種子的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，以及種子的丙二醛含量[26-28].期間需每天觀察冬小麥種子的萌發(fā)情況，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并定期向培養(yǎng)皿中加入10%的PEG 溶液模擬干旱環(huán)境.發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）.其中：Gt為當(dāng)天的發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽日數(shù).采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛含量[26]258.

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel，SPSS16.0，LSD 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行比較和分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽率的影響

不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽率的影響見(jiàn)圖1.由圖1可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA處理時(shí)，處理1～3均顯著提高了冬小麥種子的發(fā)芽率（P＜0.05），且處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最高值，處理4則降低了種子發(fā)芽率，但差異不顯著.單獨(dú)使用SA處理時(shí)，處理5雖然提高了冬小麥種子的發(fā)芽率，但與對(duì)照相比差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平，處理6和處理7顯著提高了冬小麥種子的發(fā)芽率（P＜0.05），其中處理7（10-3mol·L-1SA）達(dá)到峰值，而處理8則降低了種子發(fā)芽率.ABA和SA復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，13～15，17～23均顯著提高了冬小麥種子的發(fā)芽率（P＜0.05），且處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）的效果最好，該處理高于ABA與SA單獨(dú)處理時(shí)的最高值.處理24則顯著低于對(duì)照，其它各組處理則與對(duì)照相比差異不顯著.

圖1 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽率的影響

2.2 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽勢(shì)的影響

不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽勢(shì)的影響見(jiàn)圖2.由圖2可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA處理時(shí)，處理1～3均提高了冬小麥種子的發(fā)芽勢(shì)，其中處理2和處理3與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05），處理4則使種子發(fā)芽勢(shì)降低，但差異未達(dá)到顯著水平.單獨(dú)使用SA處理時(shí)，處理5～7均提高了冬小麥的發(fā)芽勢(shì)，但與對(duì)照相比差異不顯著，處理8則降低了發(fā)芽勢(shì)，且差異不顯著.ABA和SA復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，13～15，17～19，22～23均提高了種子的發(fā)芽勢(shì)，其中處理14，15，18，19，22與對(duì)照相比差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）.處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）的效果最好，并且該處理高于ABA和SA單獨(dú)處理時(shí)的最高值，而處理24則降低了其發(fā)芽勢(shì)，且差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）.

圖2 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽勢(shì)的影響

2.3 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)影響

不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)的影響見(jiàn)圖3.由圖3可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA處理時(shí)，處理2～3均顯著提高了冬小麥的發(fā)芽指數(shù)（P＜0.05），且處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最高值，處理1和處理4與對(duì)照相比差異未達(dá)到顯著水平.單獨(dú)使用SA處理時(shí)，處理5～7均提高了冬小麥的發(fā)芽指數(shù)（P＜0.05），其中處理6和處理7與對(duì)照相比差異達(dá)到顯著水平，處理7（10-3mol·L-1SA）效果最好，而處理8降低了冬小麥的發(fā)芽指數(shù)，且差異不明顯.ABA和SA復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，14～15，17～19均顯著提高了冬小麥種子的發(fā)芽指數(shù)（P＜0.05），處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）效果最好，并且該處理高于ABA和SA單獨(dú)處理時(shí)的最高值，處理24則顯著降低了發(fā)芽指數(shù)（P＜0.05），其它處理與對(duì)照相比差異均不顯著.

圖3 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.4 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響見(jiàn)圖4.由圖4 可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA 處理時(shí)，處理1～3 均增加了冬小麥的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最高值，但與對(duì)照相比芽長(zhǎng)的差異并不顯著，處理1～2 使根長(zhǎng)顯著增加（P＜0.05），處理4則降低了冬小麥的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，但差異未達(dá)到顯著水平.單獨(dú)使用SA 處理時(shí)，處理5～7 均增加了芽和根的長(zhǎng)度，處理7（10-3mol·L-1SA）達(dá)到最高值，處理5～7 與對(duì)照相比芽長(zhǎng)的變化均不顯著，處理7使根長(zhǎng)顯著增加（P＜0.05），處理8則降低了冬小麥的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，但未達(dá)到顯著水平.ABA 和SA 復(fù)合處理時(shí)，僅處理18 使芽長(zhǎng)顯著增加（P＜0.05），處理9～10，13～14，17～19 使根長(zhǎng)顯著高于對(duì)照（P＜0.05），其余處理與對(duì)照相比差異均不顯著，其中處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）使芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)均達(dá)到最高值，并且該處理高于ABA 和SA 單獨(dú)處理時(shí)的最高值.

圖4 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

2.5 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子鮮質(zhì)量的影響

不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子鮮質(zhì)量的影響見(jiàn)圖5.由圖5可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA處理時(shí)，處理1～3 均增加了冬小麥種子的鮮質(zhì)量，處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最高值，與對(duì)照相比具有顯著差異（P＜0.05），處理4 則降低了種子鮮質(zhì)量，但與對(duì)照相比差異不顯著.單獨(dú)SA 處理時(shí)，處理5～7 增加了種子的鮮質(zhì)量，處理7（10-3mol·L-1SA）達(dá)到最高值，處理8 則降低了種子的鮮質(zhì)量，但與對(duì)照相比差異均不顯著.ABA 和SA 復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，13～15，17～19 的種子鮮質(zhì)量都高于對(duì)照，其中處理10，14，17～19 與對(duì)照相比差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）使冬小麥種子鮮質(zhì)量增加最多，并且該處理高于ABA 和SA 單獨(dú)處理時(shí)的最高值，處理12，21，23～24則降低了種子的鮮質(zhì)量，處理24 與對(duì)照相比，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）.

圖5 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子鮮質(zhì)量的影響

2.6 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子干質(zhì)量的影響

不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子干質(zhì)量的影響見(jiàn)圖6.由圖6 可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA處理時(shí)，處理1～3 增加了冬小麥種子的干質(zhì)量，處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最高值，與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05），處理4 降低了種子的干質(zhì)量，但與對(duì)照相比差異不顯著.單獨(dú)使用SA 處理時(shí)，處理5～7增加了種子干質(zhì)量，處理7（10-3mol·L-1SA）達(dá)到最高值，與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05），處理8 則降低了種子的干質(zhì)量，但差異不顯著.在使用ABA 和SA 復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，13～20，22 均增加了種子的干質(zhì)量，處理10，14，17～20，22 種子干質(zhì)量的增加與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05），其中處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）達(dá)到最高值，并且該處理高于ABA 和SA 單獨(dú)處理時(shí)的最高值，處理24則降低了種子的干質(zhì)量，但差異不顯著.

圖6 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子干質(zhì)量的影響

2.7 不同濃度ABA和SA浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子MDA含量的影響

不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子MDA 含量的影響見(jiàn)圖7.由圖7 可見(jiàn)，單獨(dú)使用ABA 處理時(shí)，處理1～3 均降低了MDA 的含量，處理2（10-5mol·L-1ABA）達(dá)到最低值，與對(duì)照相比差異顯著，處理4 則使MDA 含量增加，但與對(duì)照相比差異不顯著.單獨(dú)使用SA 處理時(shí)，處理5～7 均降低了MDA 含量，但差異不顯著，其中處理7（10-3mol·L-1SA）達(dá)到最低值.在ABA 和SA 復(fù)合處理時(shí)，處理9～11，13～15，17～19，21～23 的MDA 含量均低于對(duì)照，其中處理9～11，13～15，17～19 與對(duì)照相比均差異顯著（P＜0.05），處理18（10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA）的MDA 值最低，并且該處理低于ABA和SA 單獨(dú)處理時(shí)的最低值，處理12，16，20，24 使MDA 含量增加，處理24 與對(duì)照比較差異顯著（P＜0.05）.由此可見(jiàn)，適宜濃度的ABA，SA 和ABA+SA 處理能降低膜脂過(guò)氧化的程度，維持膜結(jié)構(gòu)的完整性，有效提高種子的抗氧化能力，從而有利于冬小麥種子萌發(fā).

圖7 不同濃度ABA 和SA 浸種對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子MDA 含量的影響

3 討論

種子萌發(fā)需要充足的水分，干旱則會(huì)出現(xiàn)出苗率下降，幼苗生長(zhǎng)較弱，種子不飽滿等現(xiàn)象.種子的發(fā)芽率可以反映種子的品質(zhì)好壞；發(fā)芽勢(shì)可以反映種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣，發(fā)芽勢(shì)越高，種子生命力越強(qiáng)；發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標(biāo)，可以衡量種子的發(fā)芽能力，發(fā)芽指數(shù)越高，表明種子發(fā)芽越迅速，整齊度越高.發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)是反映種子活力大小的重要指標(biāo)[29].

從本實(shí)驗(yàn)看，單獨(dú)使用ABA 處理時(shí)，隨著ABA 濃度的增加，冬小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)都呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢(shì)，在ABA 濃度為10-5mol·L-1時(shí)達(dá)到最大值，各指標(biāo)分別為80%，72%，28%；MDA 含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在ABA 濃度為10-5mol·L-1時(shí)達(dá)到最小值，為0.27 μmol·g-1.以上各指標(biāo)與對(duì)照相比差異顯著，說(shuō)明ABA 也可促進(jìn)冬小麥種子在干旱條件下的萌發(fā).單獨(dú)使用SA 處理時(shí)，干旱脅迫下隨SA 濃度的增加，冬小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)都呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，在SA 濃度為10-3mol·L-1時(shí)達(dá)到最大值，各指標(biāo)分別為65%，50%，26%；MDA 含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在SA 濃度為10-3mol·L-1時(shí)達(dá)到最小值，為0.29 μmol·g-1.以上各指標(biāo)與對(duì)照相比差異顯著，說(shuō)明適宜濃度的SA 可有效促進(jìn)干旱脅迫下冬小麥種子的萌發(fā)，但濃度過(guò)高則會(huì)對(duì)種子萌發(fā)及生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用.用ABA，SA 浸種處理可有效減輕干旱脅迫對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的抑制，降低MAD 含量，提高幼苗抗旱能力，這與馮敬濤[13]、覃楠楠[30]、陳思奕[31]等的研究結(jié)果一致.從結(jié)果中也可以看出，在使用ABA 和SA 協(xié)同處理過(guò)程中，在一定的濃度范圍內(nèi)，隨著二者濃度的增高，對(duì)種子的萌發(fā)有一定的促進(jìn)效果，但當(dāng)ABA 和SA 的濃度超過(guò)最佳濃度時(shí)，則會(huì)起反作用，隨著二者濃度的增高，種子萌發(fā)的抑制效果也越明顯.總體來(lái)說(shuō)，在單獨(dú)處理時(shí)，ABA 對(duì)干旱脅迫下冬小麥種子的處理效果優(yōu)于SA，但在ABA+SA 復(fù)合處理時(shí)，10-5mol·L-1ABA+10-3mol·L-1SA 為促進(jìn)冬小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的最佳濃度配比組合，各指標(biāo)分別為88%，78%，37%，MAD 含量為0.08 μmol·g-1，促進(jìn)效果顯著，較單獨(dú)處理更有優(yōu)勢(shì)，這也說(shuō)明ABA 與SA 在提高植物抗旱方面具有相互促進(jìn)的效果.適宜濃度的ABA 對(duì)植株葉片水勢(shì)的降低有一定的抑制作用，在ABA 和SA 協(xié)同作用的調(diào)節(jié)下，使種子具有明顯的抗旱鎖水能力[32]；SA 可增加種子中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，增強(qiáng)其吸水能力，提高種子的代謝活力[33].這也可能是由于二者均是通過(guò)提高可溶性蛋白的表達(dá)和抗氧化酶活性來(lái)增強(qiáng)植物抗旱性的結(jié)果[24-25].