水楊酸浸種對高羊茅在干旱脅迫下萌發的影響

趙春旭，劉芳芳，趙 韋，劉 欣，柴 琦，劉照輝

(蘭州大學草地農業科技學院 農業部草地農業生態系統學重點開放實驗室，甘肅 蘭州 730020)

隨著我國國民經濟的快速發展，人們對城市綠化、生活環境有了更高的要求，對休閑運動、戶外旅游等的需求量也在加大，而在這些項目中，草坪扮演著重要的角色。草坪的種植通常有兩種方法：種子繁殖和營養繁殖。而在北方，大多數冷季型草坪草采用的是種子繁殖[1]。對于種子繁殖，其成坪后的草坪質量很大程度上取決于草坪種子的選取和草坪種子的萌發[2]。然而，我國西北地區屬于溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，降水量少但蒸發量很大，水資源十分缺乏。因此，在西北地區建植草坪，干旱成了制約因素之一。萌發階段，種子及幼苗十分脆弱，在干旱脅迫下，萌發受到嚴重影響導致草坪應用受到很大限制[3]，進而影響草坪的成坪質量，造成經濟損失。為了避免類似情況的發生，在播種前，對種子進行適當處理，可以節約成本，減少經濟損失，加快成坪速度和提高成坪質量。

水楊酸(鄰羥基苯甲酸)是一種簡單的酚類化合物。許多試驗證明水楊酸是重要的能夠激活植物過敏反應和系統獲得抗性的內源信號分子[4]。近些年來，有關水楊酸提高植物抗逆性的試驗很多[5-10]，水楊酸在植物抗逆性中所起的作用也越來越被人們所重視。但是，有關水楊酸浸種對草坪草在逆境條件下萌發影響的研究較少，而干旱脅迫又是在北方地區尤其是西北地區影響草坪草萌發的主要因素之一。

高羊茅(Festucaarundinacea)是禾本科羊茅屬多年生草本植物。在美國,高羊茅是應用最為廣泛的冷季型草[11]。目前，在我國已建植的大面積的高羊茅草坪，不僅用于公園、機關和住宅的綠化，也用于較高質量的運動場，是我國目前使用量增長最快的草種[12]。作為草坪草，高羊茅具有抗旱性強、耐踐踏、耐粗放管理、耐鹽堿和成坪速度快等特性，是我國北方重要的草坪草種。因此，通過PEG-6000溶液模擬干旱脅迫條件，研究6種不同濃度水楊酸對草坪草種在干旱條件下萌發的影響，尋找能夠提高高羊茅萌發時期抗旱性的最佳濃度，為在干旱地區直播草坪提供理論和生產依據具有重要意義。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗采用3個高羊茅常用品種為材料，分別是：盆景2000、獵狗5號、紅寶石，種子由蘭州綠景源草坪綠化工程有限公司提供。試驗前，選擇成熟、飽滿且大小適中、均勻一致的種子作為萌發試驗材料。PEG-6000由天津光復精細化工研究所提供。水楊酸由天津化學試劑三廠提供。

1.2試驗方法 種子發芽試驗參照國家標準[13]，采用紙上發芽(TP)方法[14]，將種子置于直徑為9 cm的培養皿中進行培養。試驗開始前，將種子用10 g/L的HgCl2溶液浸種15 min進行消毒[15]。

1.2.1浸種處理 用6個不同濃度水楊酸溶液在25 ℃下進行浸種處理，溶液濃度分別為0.12、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00 mmol/L，以蒸餾水浸種為對照(CK)，浸種時間均為24 h。浸種后，用蒸餾水沖洗3次備用。

1.2.2干旱脅迫萌發試驗 萌發試驗采用PEG-6000作為干旱脅迫的滲透調節劑，模擬土壤干旱脅迫條件。模擬干旱脅迫采用的PEG-6000溶液濃度為25%，其相對應的脅迫強度為-0.9 MPa[16]。PEG溶液的配制按照Michel和Kaufmann[17]的方法配制。用配制好的等量PEG-6000溶液浸透培養皿里的2層濾紙，然后放入經過處理的種子，每培養皿100粒，每處理3次重復。人工智能氣候培養箱的光照強度為5 500 lx，濕度50%，溫度25 ℃[15]。每天向濾紙中加等量PEG-6000溶液，每4 d換1次濾紙，以盡量減少水勢變動。每天記錄發芽種子的數量。

1.2.3測定項目與方法 參照國家標準，高羊茅在第7天、第14天分別統計發芽勢、發芽率，發芽試驗的最后一天，測量胚芽長和胚根長[13]。

1.3數據分析 所有數據均用Microsoft Excel錄入，采用SPSS 15.0 統計分析軟件進行差異顯著性分析。其中發芽勢和發芽率的數據均采用反正弦轉換后再進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下萌發的影響 不同濃度水楊酸浸種處理對高羊茅3個品種在PEG模擬干旱脅迫下的種子萌發均有一定影響(表1)。盆景2000在模擬干旱條件下，0.12～1.00 mmol/L水楊酸濃度處理相比對照提高或顯著(P<0.05)提高了種子的發芽勢和發芽率，其中以0.50 mmol/L濃度處理效果最好，發芽勢和發芽率分別比對照(34.0%、60.7%)高26.3和22.6百分點；而高濃度的2.00、3.00 mmol/L水楊酸處理對盆景2000種子的萌發有抑制作用，其中3.00 mmol/L有顯著抑制(P<0.05)。獵狗5號在模擬干旱條件下，0.12～2.00 mmol/L水楊酸濃度處理相比對照均提高或顯著提高了種子的發芽率和發芽勢，仍以0.50 mmol/L濃度處理效果最好，發芽勢和發芽率分別比對照(12.7%、57.0%)高30.6和22.0百分點；其中3.00 mmol/L對種子發芽率有顯著抑制(P<0.05)。紅寶石在模擬干旱下，0.12～1.00 mmol/L濃度處理比對照提高或顯著(P<0.05)提高了種子的發芽勢和發芽率，發芽勢最高的處理濃度為0.50 mmol/L，比對照(18.0%)高9.3百分點；發芽率最高的處理濃度為0.25 mmol/L，比對照(57.3%)高23.4百分點；其中2.00、3.00 mmol/L濃度處理相比對照抑制或顯著抑制(P<0.05)了種子的萌發(表1)。

試驗結果表明，高羊茅3個品種，除紅寶石的發芽率在0.25 mmol/L濃度處理下呈現最高以外，其他在水楊酸0.12、0.25、0.50 mmol/L濃度浸種后，發芽勢和發芽率均隨著水楊酸濃度的增大而提高，而在1.00、2.00、3.00 mmol/L濃度浸種后，發芽勢和發芽率隨水楊酸濃度增大呈逐漸下降趨勢，高濃度2.00、3.00 mmol/L水楊酸浸種處理反而對高羊茅種子的萌發產生了抑制作用，其中3.00 mmol/L相比對照呈顯著抑制作用(P<0.05)。因此，在干旱條件下，低濃度水楊酸處理能促進種子萌發，尤以0.50 mmol/L效果好。

表1 不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下萌發的影響 %

2.2不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下胚芽的影響 高羊茅3個品種在干旱脅迫條件下，水楊酸0.12～1.00 mmol/L濃度處理，胚芽長度均高于對照，其中0.25、0.50、1.00 mmol/L 3個濃度處理顯著高于對照(P<0.05)，所有處理當中0.50 mmol/L濃度處理效果最好(表2)。水楊酸2.00 mmol/L濃度處理下，盆景2000胚芽長低于對照，但差異不顯著(P>0.05)。水楊酸3.00 mmol/L濃度處理均顯著抑制了胚芽的生長(P<0.05)，胚芽長度顯著低于對照(P<0.05)。由此可見，在干旱脅迫條件下，低濃度水楊酸處理促進胚芽生長，高濃度水楊酸處理對幼苗的生長產生了抑制作用。

表2 不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下胚芽長的影響 cm

2.3不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下胚根的影響 由表3可以看出，在模擬干旱脅迫條件下，0.12～1.00 mmol/L水楊酸濃度處理比對照均能促進胚根的生長，其中0.25、0.50和1.00 mmol/L 3個濃度處理下的胚根長度顯著高于對照(P<0.05)。3個品種在干旱條件下促進胚根生長的最佳濃度分別是：盆景2000和獵狗5號均為0.50 mmol/L，但盆景2000與1.00 mmol/L處理差異不顯著(P>0.05)；紅寶石為1.00 mmol/L，與0.50 mmol/L濃度處理差異不顯著(P>0.05)。高濃度水楊酸處理也同樣呈現出抑制作用，3.00 mmol/L處理的胚根長度均顯著低于對照(P<0.05)。因此，不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下胚根的生長有一定影響，綜合分析，其中0.50 mmol/L濃度處理效果最好，能顯著促進高羊茅在干旱脅迫條件下根的生長(P<0.05)，有利于幼苗根系深扎，提高抗旱性。

表3 不同濃度水楊酸浸種對高羊茅在模擬干旱脅迫下胚根長的影響 cm

3 討論

水楊酸是中等脂溶性的酚類化合物，可以在細胞膜的疏水區積累，從而影響與膜相關的一系列生理生化反應[18]。池春玉等[19]研究認為，通過水楊酸浸種可以增加細胞中脯氨酸的含量，丙二醛含量增幅減小，膜脂過氧化程度降低，減弱了對細胞膜的傷害。本研究，在PEG模擬干旱條件下，高羊茅3個品種的萌發指標均隨著水楊酸處理濃度的增大先呈現出逐漸增高，后下降并且抑制的趨勢。在適宜濃度水楊酸處理下能提高高羊茅種子萌發期的抗旱性，緩解干旱脅迫產生的影響，然而在高濃度水楊酸處理下，反倒產生了抑制作用。

綜合本研究結論，低濃度0.12～1.00 mmol/L水楊酸處理能促進了高羊茅種子在模擬干旱脅迫下的萌發，這與何亞麗等[20]的研究結果類似。朱偉等[21]通過對抗蟲棉(Gossypiumspp.)種子的研究也認為低濃度水楊酸處理能提高發芽勢和發芽率。0.25和0.50 mmol/L的水楊酸顯著提高了高羊茅種子在干旱條件下的發芽勢、發芽率(P<0.05)，從而提高種子的利用率，節約建坪成本。其中，以水楊酸濃度為0.50 mmol/L的處理效果最好，這與崔瑋等[22]、楊江山等[23]的研究結果部分一致。并且低濃度水楊酸處理有利于胚芽生長，促進了根系深扎，提高了高羊茅幼苗期的抗旱能力。王曉多等[24]的研究也得出相似結論。許耀照等[25]研究結果表明，通過不同溫度和不同濃度水楊酸處理，黃瓜(Cucumissativus)的根系具有顯著差異，水楊酸具有促進黃瓜種子生根的作用。高夕全等[26]認為，適宜濃度的水楊酸可以誘導硝酸還原酶的活性，同時顯著提高幼苗的內源細胞分裂素和生長素水平，降低脫落酸水平，從而促進根系的生長發育，因此，水楊酸具有促根壯苗的作用。有關生理機制方面的研究中，黃清泉等[7]研究水楊酸對水分脅迫下黃瓜葉片生理機制的影響得出，適量外源水楊酸與水楊酸結合蛋白(SABP)即過氧化氫酶結合，抑制過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶活性使H2O2含量上升，一方面引起輕度氧化脅迫誘導增強幼苗的抗氧化能力，另一方面降低光合色素破壞程度和緩解了暗反應相關酶類的降解，從而提高植株對水分脅迫的抗性。孫艷和王鵬[27]研究表明水楊酸是植物在脅迫反應后的信號分子，可在細胞膜的疏水區積累，影響與膜有關的一系列生理生化反應。王曉多等[24]通過對豌豆(Pisumsatium)進行水楊酸浸種試驗得出，一定濃度水楊酸處理能降低幼苗電導率，有利于膜破損后的修復，并且有利于促進豌豆種子的呼吸，從而提高萌動種子呼吸釋放能量，供給幼苗生長。同時，水楊酸預浸種能提高在水分脅迫下幼苗超氧化物歧化酶、過氧化物酶等保護酶的活性，從而使清除活性氧的能力增強，減輕質膜過氧化的損傷；研究結果還表明水楊酸預處理極顯著地增加了幼苗葉綠素含量[28]。高羊茅經水楊酸誘導之后可以提高抗性，表明高羊茅體內可能存在有效的水楊酸信號感知和傳導機制[29]，這方面有待更進一步研究。

高濃度的水楊酸處理(2.00、3.00 mmol/L)則抑制了種子的萌發，3.00 mmol/L處理均達到顯著抑制(P<0.05)水平，說明水楊酸溶液濃度過高，滲透脅迫嚴重，反倒對萌發前的種子產生了破壞作用，影響了種子吸水和一些酶的活性，導致高羊茅種子在模擬干旱脅迫下發芽勢、發芽率低，幼苗生長緩慢。這與朱偉等[21]的研究結果一致。穆瑞霞等[30]采用水楊酸浸種預處理大蔥(Alliumfistulosum)種子,結果也表明高濃度則抑制發芽率和發芽勢。種培芳和楊江山[31]通過對甜瓜(C.melo)幼苗的研究認為高濃度的水楊酸處理能極顯著提高脯氨酸的含量，但甜瓜幼苗中葉綠素含量逐漸降低，相對電導率增加，丙二醛含量的積累等說明更高濃度的水楊酸所產生的保護性應激反應趨于極限，逐漸失去了保護作用。由于植物的種類不同，水楊酸的濃度、處理方式及作用時間的不同，有可能對種子萌發產生的影響不同，具體原因還有待于進一步研究。因此，對于提高不同草坪草抗旱性的水楊酸有效濃度與最佳濃度應該作詳細具體的研究，才能更好的為節約草坪建坪成本、提高草坪建坪質量服務。

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