赤霉素（GA3）對(duì)干旱脅迫下雞冠花種子萌發(fā)的影響

毛永成

（杭州蕭山技師學(xué)院 浙江杭州 311200）

雞冠花（Celosia cristataL.）為莧科青葙屬草本植物，花形美觀，花色艷麗，具有較高的觀賞價(jià)值，廣泛應(yīng)用于城市園林綠化中。雞冠花多以種子為繁殖材料，種子萌發(fā)是其生活史中一個(gè)非常關(guān)鍵的階段。對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)反映了種子適應(yīng)環(huán)境的生態(tài)機(jī)制，并且種子萌發(fā)時(shí)期的耐旱程度在一定程度上是其抗旱性研究的重要內(nèi)容[1]。利用聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱成為研究種子萌發(fā)的重要方法[1]。赤霉素（GA3）是一種重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)激素，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用，能夠解除種子休眠，提高種子活力，促進(jìn)種子發(fā)芽[2]。目前關(guān)于赤霉素緩解干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響已經(jīng)在沙冬青[1]、煙草[3]等植物上有報(bào)道。本試驗(yàn)采用不同濃度的PEG-6000模擬干旱環(huán)境，研究3種不同濃度（10%、20%、40%）的PEG-6000（簡(jiǎn)稱PEG）對(duì)雞冠花種子萌發(fā)的影響，從而了解雞冠花種子萌發(fā)過(guò)程中的耐旱性，揭示其抗旱機(jī)理。在模擬干旱環(huán)境中加入不同濃度的赤霉素，探討赤霉素在雞冠花種子萌發(fā)過(guò)程中對(duì)干旱脅迫緩解機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料

雞冠花種子由海寧虹越花卉有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)挑選飽滿大小均勻的雞冠花種子，進(jìn)行3遍蒸餾水清洗，用3%的次氯酸鈉浸種消毒15 min，然后用蒸餾水沖洗5遍，減少消毒液對(duì)試驗(yàn)的干擾。將種子放入帶有兩層濾紙的培養(yǎng)皿（d=9 cm）中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放置50粒種子，每個(gè)處理重復(fù)3次。各組分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0（CK蒸餾水對(duì)照）、5%（T1輕度脅迫）、10%（T2中度脅迫）、20%（T3重度脅迫），40%（T4嚴(yán)重脅迫）的PEG-6000溶液進(jìn)行干旱脅迫處理，處理后每組分別再用濃度為0、50、100、200 mg/L赤霉素在第0天進(jìn)行干旱脅迫緩解處理，直至濾紙浸透并微量溢出為宜。將培養(yǎng)皿放入25℃恒溫培養(yǎng)箱中，每2天分別向培養(yǎng)皿中加入一定量的赤霉素溶液。

1.2.2 項(xiàng)目測(cè)定處理第5天計(jì)算各組種子發(fā)芽勢(shì)，第8天計(jì)算發(fā)芽率，第13天測(cè)定鮮重、胚軸胚根長(zhǎng)度。第15天取一定量發(fā)芽種子胚根測(cè)定丙二醛（MDA）、可溶性蛋白含量以及保護(hù)酶活性[4]。MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定[5]；脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮顯色法[6]；過(guò)氧化物酶POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法[6]測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)結(jié)果采用Excel 2007繪圖及制表，用SPSS 16.0分析和檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3對(duì)干旱脅迫下雞冠花種子萌發(fā)形態(tài)指標(biāo)的影響

GA3對(duì)干旱脅迫下雞冠花種子萌發(fā)形態(tài)指標(biāo)的影響見(jiàn)表1。如表1所示，在輕度干旱處理下，外源GA3濃度為200 mg/L時(shí)，雞冠花種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、鮮重最高，胚軸胚根長(zhǎng)度最長(zhǎng)，分別是對(duì)照的4.03、3.29、1.64、1.58、2.24倍。GA3濃度為0的中度和重度干旱處理下，種子各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)與對(duì)照相比表現(xiàn)出不同程度的下降；相同濃度GA3處理下，種子在10%PEG處理中的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等5項(xiàng)指標(biāo)均最高，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)有一定的抑制作用，低濃度的PEG處理會(huì)促進(jìn)雞冠花種子的萌發(fā)。在相同干旱水平下，GA3不同濃度處理，發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)出顯著性差異（p<0.05）。在重度干旱處理中，不同濃度外源GA3處理，種子的發(fā)芽率、胚根胚軸長(zhǎng)度以及鮮重?cái)?shù)值基本相似，無(wú)顯著性差異，說(shuō)明隨著干旱強(qiáng)度的增加會(huì)嚴(yán)重抑制種子的正常萌發(fā)，而在輕中程度干旱處理下，GA3可較好的促進(jìn)雞冠花種子萌發(fā)。

2.2 GA3對(duì)干旱脅迫下雞冠花種子萌發(fā)過(guò)程MDA和可溶性蛋白含量的影響

種子在干旱脅迫下細(xì)胞中的活性氧逐漸得到積累，最終發(fā)生膜脂過(guò)氧化和膜脂脫氧化反應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)氧化物丙二醛（MDA）的產(chǎn)生和積累[6]。如圖1所示，在同濃度GA3處理下，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，雞冠花種子中MDA含量出現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)；同強(qiáng)度干旱處理，隨著GA3濃度的增加，種子中MDA含量也出現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。說(shuō)明GA3和PEG都會(huì)對(duì)細(xì)胞膜氧化系統(tǒng)造成不同程度的破壞，產(chǎn)生過(guò)氧化物MDA，隨著二者濃度的增加，對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)破壞的程度會(huì)加重。40%PEG+200 mg/L GA3處理下MDA含量最高，比0 PEG+0 GA3處理增加了2.39倍。在同一干旱水平下，200 mg/L GA3處理MDA含量均最高，分別是同一干旱水平0 GA3處理的1.73、1.58、1.32、1.21倍。

由圖2還可知，相同GA3濃度處理下，可溶性蛋白含量隨著干旱強(qiáng)度的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在10%PEG+200 mg/L GA3處理下可溶性蛋白含量最高，是0 PEG+0 GA3處理的4.65倍。同一水平干旱處理，可溶性蛋白含量隨著GA3濃度的增加表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì)，在200 mg/L GA3處理下數(shù)值最大，比同一干旱水平0 GA3處理相應(yīng)增加了3.32、2.10、3.31、4.23倍。說(shuō)明一定濃度的GA3可促進(jìn)可溶性蛋白的積累，低濃度PEG也可促進(jìn)可溶性蛋白的積累；在10% PEG處理下，PEG與GA3有一定的協(xié)同效應(yīng)，且隨著GA3濃度的增加，可溶性蛋白含量也隨之增加。

2.3 赤霉素對(duì)干旱脅迫下雞冠花種子萌發(fā)過(guò)程SOD和POD活性的影響

SOD作為可清除植物體內(nèi)具有強(qiáng)烈毒性的超氧陰離子自由基的活性酶之一，其活性與植物抗逆性有密切關(guān)系[7]。如圖3所示，在同一干旱處理下，隨著外源GA3濃度的增減，SOD活性也隨之增加，并在200 mg/L GA3處理下達(dá)到最大值。相同濃度GA3處理下，種子中SOD活性隨著干旱強(qiáng)度的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在中度干旱環(huán)境中，不同濃度的GA3處理下，SOD活性均達(dá)到最大值。在重度干旱處理下，不同濃度GA3處理SOD活性均最低，SOD保護(hù)酶活性在遭到逆境破壞導(dǎo)致其含量不斷下降。同一干旱水平，不同濃度GA3處理，SOD活性具有顯著性差異。

圖3 赤霉素對(duì)干干早脅迫下雞冠花種子葫發(fā)SOD活性的影響

由圖4還可看出，同一濃度GA3處理，雞冠花種子中POD酶活性會(huì)隨著干旱脅迫程度的增加而增加，20% PEG+200 mg/L GA3處理下POD活性最大，是對(duì)照的2.37倍。在40% PEG處理下，不同濃度GA3處理種子POD酶活性出現(xiàn)不同程度的下降，差異性并不顯著。0 PEG、10%PEG、20% PEG三個(gè)干旱處理，每個(gè)處理POD酶活性均隨外源GA3濃度的增加表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，在200 mg/L GA3處理下POD活性達(dá)到峰值，且各處理GA3不同濃度之間POD活性差異性顯著（p<0.05）。

圖4 赤霉素對(duì)干早脅迫下雞冠花種子萌發(fā)POD活性的影響

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫是植物生長(zhǎng)和種子萌發(fā)的主要逆境之一[8]。PEG-6000為大分子聚合物，水溶性較好，能夠奪取水分但不會(huì)引起質(zhì)壁分離從而使植物組織和細(xì)胞處于類似于干旱水分脅迫之中[9]。本試驗(yàn)利用PEG-6000模擬干旱脅迫，研究其對(duì)雞冠花種子萌發(fā)的影響，結(jié)果表明：10%濃度的PEG可以促進(jìn)雞冠花種子的萌發(fā)，20%PEG處理，只有少許種子可以繼續(xù)萌發(fā)，40%PEG處理種子的萌發(fā)受到干旱脅迫的嚴(yán)重抑制，隨著干旱脅迫程度的增加會(huì)抑制種子胚根、胚軸的生長(zhǎng)，破壞細(xì)胞膜過(guò)氧化物系統(tǒng)，降低SOD和POD的活性，減少可溶性蛋白的積累。赤霉素等外源激素不僅對(duì)植物的代謝調(diào)控及生長(zhǎng)發(fā)育有重要的影響，對(duì)植物種子的萌發(fā)也有一定促進(jìn)或抑制作用[10]。結(jié)果表明，同一干旱強(qiáng)度下，隨著外源GA3處理濃度的增加，對(duì)雞冠花種子萌發(fā)促進(jìn)作用越明顯。0~200 mg /L濃度的外源赤霉素處理雞冠花種子，可以顯著提高輕度和中度干旱脅迫環(huán)境中種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)以及SOD、POD保護(hù)酶的活性，在一定程度上減緩MDA含量的增加速率，促進(jìn)可溶性蛋白的積累，有效緩解干旱脅迫對(duì)雞冠花種子萌發(fā)的抑制作用。

發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率是影響種子出苗的重要指標(biāo)之一，胚根胚軸長(zhǎng)可以評(píng)價(jià)種子萌發(fā)過(guò)程中吸收水分的能力[11]。與對(duì)照相比加入外源GA3可以顯著提高雞冠花種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，緩解干旱脅迫，提高種子萌發(fā)過(guò)程中的吸水能力，促進(jìn)種子正常出苗?？扇苄缘鞍拙哂休^強(qiáng)的親水性，參與植物體內(nèi)眾多酶代謝，是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。逆境環(huán)境中可溶性蛋白含量增加，可增強(qiáng)細(xì)胞的持水力，其含量的變化是衡量植物抗逆性的重要指標(biāo)[12]。試驗(yàn)表明，干旱脅迫會(huì)促使種子內(nèi)部可溶性蛋白含量增加，但隨著干旱強(qiáng)度的增加會(huì)抑制蛋白質(zhì)的合成，促使其分解，參與滲透調(diào)節(jié)，緩解逆境傷害。

SOD和POD酶是植物體內(nèi)參與活性氧代謝的主要酶，可清除植物體內(nèi)積累的活性氧，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)功能，緩解逆境脅迫對(duì)植物的損傷，其活性變化能夠較好地反映植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力[13]。MDA是膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，與保護(hù)酶活性存在一定的相關(guān)性[13]。在輕度和中度干旱脅迫處理下，同一濃度外源處理，SOD和POD酶活性總體呈大幅度升高趨勢(shì)，可能是雞冠花種子內(nèi)部通過(guò)保護(hù)酶活性來(lái)抵御干旱逆境對(duì)其造成的傷害，表現(xiàn)出一定的抗旱能力。輕度和中度干旱處理，MDA含量有所增加，但升幅較小，說(shuō)明干旱初期種子內(nèi)部保護(hù)酶系統(tǒng)可清除活性氧，促使膜脂過(guò)氧化物含量維持較低水平，減少逆境對(duì)種子自身的傷害。同一干旱水平，隨著加入外源GA3濃度的升高，MDA含量也會(huì)升高，高濃度的外源GA3會(huì)破壞細(xì)胞膜保護(hù)系統(tǒng)。在重度干旱脅迫下，同一外源處理種子中的MDA含量出現(xiàn)大幅升高，SOD和POD酶活性出現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能是種子內(nèi)部保護(hù)酶系統(tǒng)遭到破壞，外源GA3處理不能有效緩解重度干旱對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用。保護(hù)酶活性和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物存在一定協(xié)同作用，這與高詩(shī)文[14]、金龍飛等[15]研究結(jié)果一致。

綜上所述，不同濃度的赤霉素和低濃度的PEG-6000對(duì)雞冠花種子萌發(fā)均具有促進(jìn)作用，適當(dāng)濃度的PEG-6000和GA3浸種可以有效緩解中低強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)雞冠花種子萌發(fā)的抑制影響。