外源海藻糖浸種對低溫脅迫油菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

張鈺欽，楊之帆，李越，李銀水，胡小加，秦璐*，廖星

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北 武漢， 430062；2.湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢， 430062）

油菜作為國產(chǎn)植物油第一大供給源，每年可提供的食用油量占國產(chǎn)植物油的47%[1]。我國油菜種植面積位居全球首位，特別是冬油菜，作為我國唯一的冬季油料作物，在不與其它糧食作物爭地的前提下，可有效利用冬季空閑耕地[2]。但是隨著國家糧食政策的調(diào)整，雙季稻的種植面積不斷擴(kuò)大，收獲期延長到10 月下旬甚至11 月上旬，影響了后茬作物冬油菜的種植[3]。氣象研究表明，湖北省10 月下旬氣溫常下降到15℃以下，11 月上旬甚至?xí)霈F(xiàn)4～10℃的低溫[4]。隨著播種時(shí)間的后移和氣溫的下降，油菜在種植過程中更容易遭遇低溫冷害[5]。油菜遲播還會(huì)造成苗期光合作用效率低，積累的生物量不足，難以應(yīng)對低溫脅迫，從而造成減產(chǎn)[6]。有研究表明，不同播期的油菜因光溫條件不同，生物量會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力明顯降低[7]。

植物體內(nèi)積累可溶性糖類物質(zhì)是一種較為常見的抗逆響應(yīng)。海藻糖（trehalose）是一種穩(wěn)定的非還原性二糖，由兩個(gè)葡萄糖分子以α-1,1-糖苷鍵構(gòu)成[8]。近年研究發(fā)現(xiàn)，海藻糖不僅存在于真菌、細(xì)菌和昆蟲中，同時(shí)存在于高等植物中。在逆境脅迫下，海藻糖通常作為能量或者信號分子，具有保護(hù)細(xì)胞內(nèi)活性物質(zhì)、調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、清除自由基、維持細(xì)胞器完整性等功能。研究表明，通過外源添加特定濃度的海藻糖，可以提高植物的抗逆性，已經(jīng)在黃瓜、小麥、玉米、西紅柿、生菜及煙草等作物中得到了驗(yàn)證[9～15]。

本試驗(yàn)探討外源施用海藻糖對低溫脅迫下油菜種子萌發(fā)、幼苗生長及相關(guān)能量物質(zhì)、酶活性等方面的影響，以期明確海藻糖的適宜濃度，為在低溫脅迫下施用提升油菜抗低溫脅迫能力提供有效措施和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

甘藍(lán)型油菜品種中油雜19，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所培育，是當(dāng)前我國冬油菜主產(chǎn)區(qū)的主推品種之一。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用智能人工氣候箱（寧波東南儀器，型號：RXZ-500D）進(jìn)行種子萌發(fā)及幼苗生長，培養(yǎng)參數(shù)為：晝16 h/夜8 h；光照強(qiáng)度12 000 Lux；相對濕度60%。

培養(yǎng)液為1/4 Hoagland 營養(yǎng)液，采用不同濃度海藻糖浸種，具體設(shè)置如下：常溫（24±1）℃空白組，不浸種，利用1/4 Hoagland 營養(yǎng)液培養(yǎng)（NT）；低溫（10±1）℃空白組，不浸種（LT）；低溫（10±1）℃對照組，蒸餾水浸種（LWT）；低溫（10±1）℃處理組，利用不同濃度海藻糖溶液浸種，濃度設(shè)置分別為：5 mmol/L（T5）、10 mmol/L（T10）、15 mmol/L（T15）、20 mmol/L（T20）和25 mmol/L（T25），不同濃度海藻糖溶液均用蒸餾水配制。

以H2O（蒸餾水）和不同濃度海藻糖溶液作為種子浸種液，在已滅菌的玻璃培養(yǎng)皿中放入種子500顆左右，倒入浸種液30 mL，常溫（24±1）℃避光浸種處理24 h。

1.3 指標(biāo)檢測

1.3.1 油菜種子發(fā)芽相關(guān)指標(biāo)測定 種子浸種結(jié)束后，從培養(yǎng)皿中挑選籽粒飽滿、大小一致的種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。將種子擺放于墊有3層濾紙的圓形培養(yǎng)皿（12 cm×2 cm）中，每皿50 粒，每個(gè)處理設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)，分別添加1/4 Hoagland 營養(yǎng)液10 mL，除常溫處理（NT）放入常溫培養(yǎng)箱（24±1）℃外，其余處理均置于低溫培養(yǎng)箱（10±1）℃內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。逐日統(tǒng)計(jì)其發(fā)芽種子數(shù)量，于第3 d 統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第7 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

種子發(fā)芽相關(guān)指標(biāo)包含：發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及平均發(fā)芽時(shí)間。

發(fā)芽率=M1/M×100%發(fā)芽勢=M2/M×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑(Gt/Dt)

活力指數(shù)（VI）=GI×S

平均發(fā)芽時(shí)間（MGT）=∑(Gt×Dt)/∑Gt

式中M1代表第7 d 正常發(fā)芽粒數(shù)；M2代表第3 d 的正常發(fā)芽粒數(shù)；M代表供試種子粒數(shù)；Dt代表發(fā)芽天數(shù)；Gt代表與Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)；S代表正常幼苗鮮重[16]。

1.3.2 油菜幼苗表型與生物量相關(guān)指標(biāo) 浸種處理后，將種子置于種子發(fā)芽袋（180 mm × 125 mm，PHYTOTC）中用于檢測幼苗生長情況。具體操作如下：將不同處理后的種子置于種子發(fā)芽袋中培養(yǎng)，每袋種植10 株油菜幼苗，每個(gè)處理設(shè)置4 次生物學(xué)重復(fù)。發(fā)芽袋中加入1/4 Hoagland 營養(yǎng)液30 mL，除常溫處理（NT）放入常溫培養(yǎng)箱（24±1）℃以外，其余低溫處理均置于低溫培養(yǎng)箱（10±1）℃內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，每隔2 d補(bǔ)充培養(yǎng)液。于第10 d，從不同處理中挑選大小一致且具有代表性的幼苗植株進(jìn)行拍照取樣，用于檢測營養(yǎng)指標(biāo)。

利用掃描儀（型號ScanMaker 1000XL plus）獲取植株形態(tài)圖像，然后將地上部與地下部分離。用濾紙吸干水分后，分別稱重并記錄，后用鋼尺（50 cm）測量長度（苗長為從莖頂端生長點(diǎn)到根頸之間的距離，根長為主根根尖到根頸之間的距離），后裝入牛皮紙105℃殺青20 min 后75℃烘至恒重，測定干重，后將干樣磨粉后進(jìn)行氮、磷、鉀檢測[17]。

1.3.3 油菜幼苗養(yǎng)分含量及累積量測定 稱取上述發(fā)芽袋中的油菜制作成干樣粉末0.1500 g，采用濃H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀（K9860，海能儀器）測定氮含量；ICP-OES（Optima 7000DV，Pekin Elmer）測定磷含量，火焰光度計(jì)（Model410，Sherwood）測定鉀含量[18]。油菜苗期養(yǎng)分累積量計(jì)算公式如下：

養(yǎng)分累積量= 幼苗植株干重×幼苗植株養(yǎng)分含量

1.3.4 異檸檬酸裂解酶活性、可溶性物質(zhì)及脯氨酸含量檢測 每個(gè)處理稱取15 份0.1 g 左右籽粒飽滿的油菜種子，置于10 mL離心管中，分別添加不同處理溶液6 mL，避光浸種24 h。后將浸種完畢的種子置于墊有3 層濾紙的培養(yǎng)皿中，加入10 mL 的1/4 Hoagland 營養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，NT 處理置于常溫培養(yǎng)箱（24±1℃），LT、LWT、T10 處理置于低溫培養(yǎng)箱（10±1℃）。分別于浸種前24 h，浸種后0 h、24 h、48 h、96 h，共計(jì)5 次（每次3 皿）檢測樣品的異檸檬酸裂解酶活性及可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量。

異檸檬酸裂解酶活性采用紫外分光光度法檢測（Solarbio-BC2030-異檸檬酸裂解酶活性檢測試劑盒，Solarbio公司）[19]。

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250 方法檢測[20]。可溶性糖采用可見分光光度法檢測（Solarbio-BC0030- 可溶性糖檢測試劑盒，Solarbio公司）[21]。

脯氨酸含量檢測采用磺基水楊酸法。利用磺基水楊酸從植物體內(nèi)提取游離脯氨酸，在酸性條件下與茚三酮反應(yīng)呈現(xiàn)紅色，甲苯萃取后在520 nm 處測定吸光度，其吸光度與脯氨酸含量成正比[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

種子發(fā)芽試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算均為3 次重復(fù)所得，種子幼苗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算均為4 次重復(fù)所得，采用SPASS Statistics 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件與R 4.03，ggpubr包進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和多重比較。

通過單樣本柯爾莫可洛夫-斯米洛夫檢驗(yàn)（Kolmogorov-Smirnov test，K-S test）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，服從則采用單因素方差分析（ANOVA），多重比較采用鄧肯檢驗(yàn)（Duncan’s test），不同的字母表示組間差異顯著（p＜0.05）；不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，則不適合使用ANOVA，檢驗(yàn)方式將采用的獨(dú)立樣本克魯斯卡爾-沃利斯檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis test），分析（post hoc analysis）采用t 檢驗(yàn)（t-student），不同的字母表示組間差異顯著（p＜0.05）。

能量代謝及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與發(fā)芽指標(biāo)的相關(guān)性，采用雙變量相關(guān)分析，先使用皮爾遜（Pearson）的積矩相關(guān)系數(shù)來測量連續(xù)變量之間的相關(guān)大小和方向，后利用顯著性檢驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源海藻糖浸種對低溫脅迫下種子萌發(fā)的影響

在適宜萌發(fā)的溫度（24±1）℃下，油菜種子24 h開始萌發(fā)，萌發(fā)率為90.7%。低溫（10±1）℃脅迫時(shí)，萌發(fā)率及發(fā)芽勢急劇下降，不浸種對照第3 d 才開始萌發(fā)，第5 d 后才趨于穩(wěn)定，萌發(fā)率僅為49.3%（圖1）。根據(jù)發(fā)芽曲線圖顯示，不同濃度海藻糖浸種后，種子萌發(fā)時(shí)間縮短，萌發(fā)率顯著提升，種子第2 d 便可陸續(xù)萌發(fā)，在第3 d 達(dá)到峰值。隨著海藻糖濃度的不斷提升，油菜種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。不同濃度海藻糖浸種處理的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均顯著高于LT 組，且當(dāng)海藻糖濃度為10 mmol/L 時(shí)發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，較LWT 處理分別提升19.4%和61.8%，發(fā)芽時(shí)間也顯著降低了21.7%（表1）。其中當(dāng)海藻糖濃度為10 mmol/L 時(shí)，種子第2 d 便開始萌發(fā)，并于第5 d 后趨于穩(wěn)定，于第7 d 發(fā)芽率可高達(dá)86.7%，同時(shí)該濃度海藻糖處理下油菜種子發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)顯著高于其它低溫處理，平均發(fā)芽時(shí)間也顯著低于其余低溫處理（表1）。

表1 外源添加不同濃度海藻糖對低溫脅迫下油菜發(fā)芽率的影響Table 1 Effect of different concentrations of exogenous trehalose on the germination rate of rapeseed under low temperature stress

圖1 不同處理對油菜種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of different treatments on rapeseed seed germination rate

2.2 外源海藻糖浸種對低溫脅迫下幼苗生長的影響

低溫脅迫會(huì)造成種子萌發(fā)后幼苗長勢相對較弱，尤其是對根系生長發(fā)育的抑制作用較為明顯（圖2）。

圖2 不同處理下油菜種子萌發(fā)10 d后幼苗表型Fig.2 Phenotype of rape seedlings under different exogenous trehalose soaking at the 10th day of germination

低溫脅迫時(shí)，LT 組油菜苗長、根長、全苗長以及干鮮重指標(biāo)均顯著低于NT 組（表2）。經(jīng)過海藻糖浸種處理后，T5～T25 5 個(gè)處理組的根長、全苗長均顯著高于LWT 組，但對于苗長指標(biāo)，僅T10 處理顯著高于LWT 組。T5～T25 海藻糖處理組中，T10 組的苗長指標(biāo)僅顯著高于T25 組，T10 組根長與全苗長及干、鮮重等指標(biāo)高于T15、T20、T25組，表現(xiàn)出一定的生長優(yōu)勢。

表2 外源添加不同濃度海藻糖對低溫脅迫下油菜幼苗生長的影響Table 2 Effect of exogenous trehalose soaking on growth of rapeseed seedlings under low temperature stress

綜上所述，低溫脅迫下海藻糖處理可以顯著促進(jìn)幼苗的全苗長，其中海藻糖浸種濃度為10 mmol/L效果相對較好。

2.3 外源海藻糖浸種對低溫脅迫下種子異檸檬酸裂解酶活性的影響

由圖3 可得，在常溫條件下，異檸檬酸裂解酶（ICL）活性在96 h 內(nèi)隨著時(shí)間呈現(xiàn)上升的趨勢。而在低溫脅迫下，油菜種子內(nèi)ICL 活性一直保持在一個(gè)較低的水平。10 mmol/L 海藻糖浸種后ICL 活性先降低，24 h處開始上升，浸種后培養(yǎng)48 h后酶活性高于LT 組；96 h時(shí)，顯著高于LWT 組（圖3），表明10 mmol/L 海藻糖處理在浸種后可以提升油菜ICL 活性，加快油菜種子中脂肪轉(zhuǎn)換成碳水化合物，增加油菜種子中可利用物質(zhì)的含量，促進(jìn)油菜種子萌發(fā)和幼苗生長。

圖3 不同處理對油菜種子異檸檬酸裂解酶活性的影響Fig.3 Effect of different treatments on isocitrate lyase ac?tivity of rape seeds

2.4 外源海藻糖浸種對低溫脅迫下種子能量代謝及滲透調(diào)節(jié)的影響

圖4A 顯示，隨著種子萌發(fā)時(shí)間的延長，種子中可溶性蛋白的含量不斷降低，表明種子萌發(fā)伴隨著可溶性蛋白不斷消耗的過程。當(dāng)種子發(fā)芽過程面臨低溫脅迫時(shí)，其生理活動(dòng)受到抑制，可溶性蛋白的消耗速率減慢。而海藻糖浸種后可有效提高油菜種子可溶性蛋白的消耗量（圖4A）。相關(guān)性分析結(jié)果表明，種子萌發(fā)過程中可溶性蛋白的含量與各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)之間存在顯著或者極顯著相關(guān)（表3），其中浸種后24 h、48 h、96 h 含量與發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)，其中浸種后培養(yǎng)24 h與平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（0.695），浸種后48 h、96 h與平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（分別為0.738 和0.861），這些數(shù)據(jù)表明油菜種子浸種后24 h、48 h 及96 h 后可溶性蛋白含量與種子萌發(fā)存在關(guān)聯(lián)。

從圖4B可以看出，作為種子萌發(fā)后48 h內(nèi)的主要能量，可溶性糖含量隨著種子萌發(fā)過程減少。低溫脅迫時(shí)種子自身活力減弱，降低了其體內(nèi)糖分的分解利用速率。海藻糖浸種后油菜種子在低溫處理下可溶性糖的分解能力強(qiáng)于LT 與LWT 對照組（圖4B），這表明海藻糖浸種可以促進(jìn)低溫脅迫下種子中可溶性糖的分解與利用。浸種48 h 后，種子內(nèi)可溶性糖含量與發(fā)芽指標(biāo)之間呈現(xiàn)顯著或極顯著相關(guān)（表3），其中浸種48 h 后，可溶性糖含量與發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)（-0.876），與平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)出極顯著正相關(guān)（0.897）。但是之后，結(jié)果則正好相反，這可能與幼苗生長后進(jìn)行光合作用有關(guān)。該結(jié)果表明油菜種子浸種后48 h、96 h 后可溶性糖含量與種子萌發(fā)存在緊密的相關(guān)性。

圖4C 可見，正常萌發(fā)時(shí)，種子體內(nèi)的脯氨酸含量先增加后減少，48 h 達(dá)到最高。低溫處理會(huì)造成種子體內(nèi)脯氨酸含量保持在一個(gè)較低的水平，脯氨酸含量提升減慢。24 h 后T10 處理脯氨酸含量開始增加，48 h后增速加快。而LT與LWT處理則在24 h時(shí)反而略有下降，直到48 h 后才開始增加。低溫下，T10 處理可以使脯氨酸迅速累積，有效提高脯氨酸的含量，可見其作用在于以這種方式增加種子的抗寒能力。24 h、48 h、96 h 后，脯氨酸含量與發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長和苗鮮重均存在極顯著正相關(guān)，與平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，表明油菜種子萌發(fā)過程中，脯氨酸含量與種子萌發(fā)存在相關(guān)性（表3）。

表3 不同時(shí)間段能量代謝及滲透調(diào)節(jié)相關(guān)物質(zhì)與發(fā)芽指標(biāo)間的相關(guān)性Table 3 Correlation between energy metabolism and osmotic adjustment related substances and germination indexes at dif?ferent time points

圖4 不同處理下對油菜種子能量代謝及滲透調(diào)節(jié)相關(guān)指標(biāo)的影響Fig.4 Effect of different treatments on energy metabolism and osmotic adjustment related indexes of rape seeds

2.5 外源海藻糖浸種對低溫脅迫下幼苗養(yǎng)分累積的影響

低溫脅迫時(shí)，油菜生長與代謝速度減慢，養(yǎng)分累積量下降。通過比較不同處理下油菜幼苗中氮磷鉀含量和累積量發(fā)現(xiàn)（圖5），低溫脅迫時(shí)，LT（低溫空白）與NT（常溫空白）相比，氮、磷、鉀含量分別下降38.94%、39.17%、81.83%；氮、磷、鉀累積量也分別降低75.60%、75.76%、92.74%，其中低溫對鉀元素的影響最大。

外源施用海藻糖對油菜植株的氮、磷、鉀含量與累積量有一定的影響，與LT（低溫空白）相比，T10處理下油菜氮、磷、鉀含量增加，分別提高9.02%、11.94%、19.37%；而T10 處理下油菜氮、磷、鉀累積量也分別提升了1.9%、3.5%和10.67%。綜上所述，T10 處理的植株氮、磷、鉀含量與累積量均呈現(xiàn)出上升的趨勢，外源添加10 mmol/L 海藻糖對低溫脅迫下油菜幼苗養(yǎng)分含量的影響較為顯著，而對幼苗養(yǎng)分的累積量也有一定的促進(jìn)作用（圖5）。

圖5 不同處理對油菜幼苗養(yǎng)分含量及累積量的影響Fig.5 Effect of different treatments on nutrient(N,P,K)contents and accumulation of rape seedlings

3 討論

溫度是影響植物生長發(fā)育的重要因素之一。在全球氣候整體變暖的情況下，初霜與末霜的日期變化加大并且變得不易預(yù)測，區(qū)域性的低溫冷害活動(dòng)增加[23]。在面臨低溫脅迫時(shí)，種子作為生命起點(diǎn)，對低溫環(huán)境最為敏感[24]，不適宜的低溫環(huán)境將延長萌發(fā)時(shí)間，影響發(fā)芽率和幼苗活力，以至于使幼苗產(chǎn)生低溫?fù)p傷，最終直接導(dǎo)致減產(chǎn)[25]。本試驗(yàn)通過測定油菜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、平均發(fā)芽時(shí)間及幼苗苗長、根長、干鮮重等指標(biāo)，明確了低溫脅迫（10±1）℃顯著抑制油菜種子萌發(fā)及幼苗生長，影響了油菜壯苗基礎(chǔ)，這與前人研究報(bào)道一致[26]。

海藻糖作為植物適應(yīng)非生物脅迫的應(yīng)激代謝產(chǎn)物，可以幫助植物在逆境環(huán)境中保護(hù)細(xì)胞完整性，因此被廣泛應(yīng)用于植物抗逆研究[27]。本研究結(jié)果表明，油菜面臨低溫脅迫時(shí)，10～15 mmol/L海藻糖浸種可以顯著提升油菜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，縮短平均發(fā)芽時(shí)間，并且以10 mmol/L海藻糖處理效果最優(yōu)，濃度過高（25 mmol/L）效果反而下降。這可能由于高濃度的海藻糖造成植物根系細(xì)胞脫水情況加劇，不利于其正常的生理活動(dòng)。這與謝東微等人[10]研究結(jié)果相似，10 mmol/L海藻糖處理的東農(nóng)冬麥1 號分蘗結(jié)相對含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及返青率相對較高，MDA含量降低，表明外源施加一定濃度的海藻糖可以提高冬小麥抗低溫能力。

前人研究表明，在油菜萌發(fā)與成苗階段，低溫脅迫會(huì)造成油菜種子萌發(fā)率降低，油菜幼苗根苗比降低，說明在這個(gè)階段，低溫主要抑制了根的發(fā)育；而在成苗階段遭遇低溫脅迫，則會(huì)造成根苗比偏大，說明在成苗階段，低溫對苗的影響更大[28]。油菜幼苗遭遇低溫脅迫，其干鮮重均下降，但是干鮮比卻普遍高于正常幼苗，這表明油菜幼苗在低溫下，植株出現(xiàn)脫水狀況，呼吸作用減弱，營養(yǎng)吸收減慢[29]。植物根系不僅為植物提供養(yǎng)分及水分，同時(shí)也參與各類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與合成，植物根系生長發(fā)育水平直接決定了植株個(gè)體的生長發(fā)育、品質(zhì)含量。低溫會(huì)導(dǎo)致植株根系活力降低，造成其生長緩慢甚至停止生長。本試驗(yàn)通過對低溫脅迫下海藻糖浸種后種子萌發(fā)指標(biāo)和幼苗地上部長、主根長、干鮮重等指標(biāo)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)10 mmol/L 海藻糖浸種處理可以顯著增加油菜種子萌發(fā)各項(xiàng)指標(biāo)，降低平均萌發(fā)時(shí)間，顯著增加幼苗主根長及其鮮重，減弱低溫脅迫對油菜幼苗的傷害。

異檸檬酸裂解酶（ICL）作為油菜種子進(jìn)行乙醛酸循環(huán)的一種關(guān)鍵酶，其在種子萌發(fā)過程中，可以將脂肪轉(zhuǎn)換為碳水化合物[30]。龔動(dòng)庭等人研究證明在種子萌發(fā)過程中ICL 隨著浸種時(shí)間延長呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，低溫會(huì)造成油菜ICL 活性始終保持在較低水平，其活性與種子萌發(fā)指標(biāo)具有較高的相關(guān)性[31]。在本研究中，低溫脅迫確實(shí)造成油菜ICL 保持在一個(gè)較低的水平，但浸種處理后，ICL 酶活性會(huì)有一個(gè)小幅度的降低，之后活性緩慢提高。10 mmol/L 海藻糖浸種處理后的48 h 后可以顯著提升油菜種子ICL活性。

根據(jù)上述研究表明，面臨低溫脅迫時(shí)，油菜種子能量代謝速度減緩，其中可溶性糖、可溶性蛋白消耗量減少，脯氨酸累積量受到抑制。脯氨酸主要用于調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲，降低凝固點(diǎn)，可以有效防止細(xì)胞脫水，穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)。10 mmol/L海藻糖處理可以顯著增加種子萌發(fā)過程中可溶性糖及可溶性蛋白的消耗，增加脯氨酸累積，提高幼苗抗寒性。該研究結(jié)果與張曼[18]等人研究H2O2浸種對低溫脅迫下油菜種子萌發(fā)的影響結(jié)果相似，30% H2O2浸種8 h可以顯著增加萌發(fā)過程中對淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白的消耗量，增加脯氨酸的累積量。低溫環(huán)境下，海藻糖處理可以幫助種子萌發(fā)中所需物質(zhì)的順利分解和利用，增加脯氨酸累積，提高抗冷能力，促進(jìn)其低溫萌發(fā)。

從本研究結(jié)果可以進(jìn)一步看出，低溫脅迫很大程度上抑制了植株對氮、磷、鉀的吸收。而外源海藻糖處理可以顯著增加低溫脅迫下油菜植株養(yǎng)分含量。氮元素不僅是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸以及葉綠素的重要組成部分,而且也是植物體內(nèi)多種酶的組成部分。磷元素則是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的成分，并參與植物體內(nèi)的生理、生化反應(yīng)，對植物生長發(fā)育及新陳代謝均有重要作用[32]。鉀元素可以促進(jìn)植株葉片水分保存，減少細(xì)胞中離子及水分的外滲，從而提高植物的抗性。在面臨低溫脅迫時(shí)，低鉀植株細(xì)胞質(zhì)膜通透性增大，生理代謝速率減慢，易受到低溫冷害；而高鉀植株則能使原生質(zhì)膠體保持較高的水化度和粘滯性，保證植株的正常生理活動(dòng)[33]。因此，外源海藻糖處理可通過增加低溫脅迫下油菜植株養(yǎng)分含量，增強(qiáng)植株滲透調(diào)節(jié)能力、抗氧化能力，進(jìn)而降低植株受到的傷害。

4 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)油菜種子萌發(fā)面臨低溫脅迫時(shí)，相關(guān)酶活受抑制，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的分解，減少了萌發(fā)可利用的物質(zhì)和能量來源，造成種子萌發(fā)受阻，萌發(fā)時(shí)間延長，幼苗長勢弱，主根短小。10 mmol/L海藻糖浸種處理24 h 則可有效提高酶活，促進(jìn)貯藏物質(zhì)分解，提高抗氧化脯氨酸含量的累積，提高種子萌發(fā)過程中可以直接利用物質(zhì)的含量，促進(jìn)其在低溫下的萌發(fā)及幼苗根系生長，一定程度上提升養(yǎng)分含量及累積量。因此，可以在油菜遲播的情況下，應(yīng)用10mmol/L 的海藻糖溶液進(jìn)行浸種處理，可提高其種子萌發(fā)效果及幼苗抗冷能力。