Na2CO3脅迫對(duì)喀斯特山區(qū)野生燕麥種子萌發(fā)的影響

蹇黎+劉中霞

摘要：為了解喀斯特山區(qū)野生燕麥對(duì)堿脅迫耐性的生理機(jī)制，利用不同濃度Na2CO3對(duì)喀斯特山區(qū)野生燕麥種子進(jìn)行處理。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，在不同濃度的Na2CO3脅迫條件下，野生燕麥種子的萌發(fā)受到顯著抑制，即隨著鹽堿濃度的增加，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)均有所下降。野生燕麥種子的極限耐堿度為200 mmol/L，耐堿臨界度為40 mmol/L，最適耐堿度為10 mmol/L。

關(guān)鍵詞：Na2CO3；野生燕麥；種子萌發(fā)；發(fā)芽率；發(fā)芽指數(shù)

中圖分類號(hào)：S512.601 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2014）08-0372-03

貴州喀斯特山區(qū)一年生野生燕麥?zhǔn)俏覈?guó)珍稀的野生種質(zhì)資源，由于長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)在各種惡劣環(huán)境中，形成了與生長(zhǎng)環(huán)境相適應(yīng)的遺傳控制體系，蘊(yùn)藏著多種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所急需的耐環(huán)境脅迫優(yōu)異基因資源。這些基因資源能高效改善喀斯特山區(qū)其他作物的環(huán)境適應(yīng)性，更為重要的是一年生野生燕麥與栽培燕麥無(wú)生殖隔離，是一種無(wú)需特殊技術(shù)和設(shè)施即可直接加以利用的初級(jí)基因。發(fā)掘和鑒定喀斯特山區(qū)一年生野生燕麥種質(zhì)資源，可為燕麥抗逆新品種的選育提供環(huán)境脅迫耐性的優(yōu)異種質(zhì)，同時(shí)，建立環(huán)境脅迫耐性鑒定的技術(shù)平臺(tái)對(duì)提高我國(guó)抗逆育種水平與育種效率將有極大的促進(jìn)作用^[1-3]。目前，除部分學(xué)者對(duì)野生燕麥的極少數(shù)優(yōu)異基因進(jìn)行過(guò)研究外（如美國(guó)農(nóng)業(yè)部科學(xué)家從野生燕麥中提取抗黃銹病基因），對(duì)于野生燕麥的抗環(huán)境脅迫等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所急需的多種優(yōu)異抗性基因還知之甚少^[4-7]，因此，本研究擬利用不同濃度Na2CO3對(duì)喀斯特山區(qū)野生燕麥種子進(jìn)行處理，對(duì)其鹽堿脅迫的耐性生理作用機(jī)制進(jìn)行分析，以期為野生燕麥種質(zhì)資源的耐環(huán)境脅迫特有基因深入研究和利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料分別采自貴州省12個(gè)不同喀斯特山區(qū)，其年平均氣溫11.8～13.8 ℃，年降水量848.6～1 394.4 mm，無(wú)霜期205～297 d，年均日照數(shù)1 101.8～1 780.2 h，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。采集的野生燕麥海拔高度在700～1 900 m之間，每個(gè)地方采集生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)好、抗性強(qiáng)及籽粒飽滿的植株樣本。

1.2 方法

1.2.1 種子處理 對(duì)野生燕麥種子進(jìn)行次氯酸鈣消毒后，選優(yōu)質(zhì)飽滿種子36份，每份300粒（3次重復(fù)）。其中一組為對(duì)照（蒸餾水培養(yǎng)）。

1.2.2 脅迫處理 在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿上放100粒優(yōu)質(zhì)野生燕麥種子，然后按設(shè)置的Na2CO3濃度梯度[0 mmol/L（1）、10 mmol/L（2）、20 mmol/L（3）、40 mmol/L（4）、60 mmol/L（5）、80 mmol/L（6）、100 mmol/L（7）、120 mmol/L（8）、140 mmol/L（9）、160 mmol/L（10）、180 mmol/L（11）、200 mmol/L（12）、220 mmol/L（13）]分別在20 ℃、25 ℃和 30 ℃ 條件下進(jìn)行培養(yǎng)，第1次加入溶液量是種子吸脹飽和為準(zhǔn)，在培養(yǎng)過(guò)程中，每天保持濾紙濕潤(rùn)。重復(fù)3次。

1.2.3 脅迫指標(biāo)測(cè)定 芽長(zhǎng)達(dá)0.2 cm為萌芽標(biāo)志。

發(fā)芽勢(shì)=（7 d的發(fā)芽種子總數(shù)/種子播種總粒數(shù)）×100%；

發(fā)芽率=（14 d的種子發(fā)芽粒數(shù)/種子播種總粒數(shù)）×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=Gt/t（Gt為t d種子發(fā)芽數(shù)，t為相應(yīng)種子發(fā)芽的天數(shù)）；

活力指數(shù)（VI）=GI×S（S為胚根的平均長(zhǎng)度）；

堿害指數(shù)=[（對(duì)照發(fā)芽率-鹽處理發(fā)芽率）/對(duì)照發(fā)芽率]×100%；

耐堿度臨界值：種子在最適溫度條件下，發(fā)芽率大于50%時(shí)的Na2CO3濃度；

最適發(fā)芽值：種子在最適溫度條件下，發(fā)芽率大于75%時(shí)的Na2CO3濃度；

耐堿極限值：種子在最適溫度條件下，發(fā)芽率為0時(shí)的Na2CO3濃度。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析采用Excel和SPSS 13.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Na2CO3對(duì)野生燕麥種子發(fā)芽勢(shì)的影響

不同濃度Na2CO3對(duì)野生燕麥種子發(fā)芽勢(shì)均有不同的影響。從圖1可以看出，野生燕麥種子在不同脅迫條件下發(fā)芽勢(shì)均低于對(duì)照，并且隨著堿濃度的增加，發(fā)芽勢(shì)也逐漸降低，開(kāi)始發(fā)芽的時(shí)間也隨著延長(zhǎng)，表明Na2CO3對(duì)野生燕麥種子萌發(fā)產(chǎn)生了抑制作用。在不同溫度條件下，相同濃度的鹽堿對(duì)野生燕麥種子萌發(fā)脅迫程度依次為30 ℃>20 ℃>25 ℃，發(fā)芽勢(shì)為0的鹽濃度分別為140 mmol/L（20 ℃）、160 mmol/L（25 ℃）、120 mmol/L（30 ℃）；其中，在低堿脅迫下，發(fā)芽勢(shì)下降的幅度較小，高堿脅迫對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)影響較大。t測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明：20 ℃條件下，10 mmol/L的Na2CO3處理與對(duì)照（t=0.95）、10 mmol/L與20 mmol/L的Na2CO3處理野生燕麥種子發(fā)芽勢(shì)無(wú)顯著差異（t=2.02）；25 ℃ 條件下，20 mmol/L的Na2CO3處理與對(duì)照無(wú)顯著差異（t=0.60）、10 mmol/L與20 mmol/L和40 mmol/L Na2CO3處理無(wú)顯著差異（t=1.34、t=1.34）；其余堿濃度處理野生燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)均與對(duì)照存在顯著差異；30 ℃條件下，10 mmol/L 的Na2CO3處理與對(duì)照無(wú)顯著差異（t=1.34）。

3 討論

種子的萌發(fā)是指種子的胚從相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)樯砘钴S狀態(tài)，長(zhǎng)成幼苗的過(guò)程。在萌發(fā)的過(guò)程中，不僅受外界環(huán)境的影響，同時(shí)也受內(nèi)在因素的影響。鹽堿脅迫是影響植物生長(zhǎng)、降低植物產(chǎn)量的主要逆境因素之一。大量研究表明，堿脅迫可以破壞種子細(xì)胞結(jié)構(gòu)，致使細(xì)胞功能及代謝紊亂，種子的活力降低甚至萌發(fā)能力喪失。有關(guān)堿脅迫在麥類、結(jié)縷草、向日葵、高粱等植物上已作了相關(guān)研究，且大多數(shù)研究表明堿脅迫對(duì)種子的萌發(fā)有顯著的抑制作用^[8-12]。種子的發(fā)芽常用指標(biāo)有發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、活力指數(shù)及發(fā)芽指數(shù)，均能很好地反應(yīng)種子的萌發(fā)速度，因此，在不同堿濃度脅迫中，可以根據(jù)這些指標(biāo)進(jìn)行對(duì)種子萌發(fā)期間的耐堿性進(jìn)行鑒定。endprint

在不同溫度條件下，不同濃度的Na2CO3處理，種子萌發(fā)均受到不同程度影響，但都是隨著堿濃度的增大，堿脅迫不斷加大，抑制作用顯著，發(fā)芽率也在不斷降低，當(dāng)堿濃度達(dá)到一定高度時(shí)，種子萌發(fā)就會(huì)受到完全抑制。在 20 ℃ 條件下，濃度為10 mmol/L的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較??；在Na2CO3濃度為20～160 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～58.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 180 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在25 ℃條件下，濃度為10 mmol/L和 20 mmol/L 的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較??；在Na2CO3濃度為40～180 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～46.67%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力，受脅迫程度增強(qiáng)；當(dāng)Na2CO3濃度高于200 mmol/L時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在30 ℃條件下，Na2CO3脅迫處理對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)影響均顯著，受脅迫程度相對(duì)于其余兩種溫度較為明顯，在濃度為10～120 mmol/L的Na2CO3脅迫時(shí)，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為 0.66%～34.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 140 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。本研究中野生燕麥種子的極限耐鹽度為200 mmol/L，耐鹽臨界度為 40 mmol/L，最適耐鹽度為10 mmol/L。

堿對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用，種子的相對(duì)萌發(fā)率與堿濃度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)性。3種溫度下，相同濃度的堿處理對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用為30 ℃>20 ℃>25 ℃?？芍?，種子的萌發(fā)均受內(nèi)在因素和外界壞境的影響，因此，野生燕麥種子若要在堿化土壤中萌發(fā)，不僅要保持外界環(huán)境的pH調(diào)節(jié)，同時(shí)也要保證細(xì)胞內(nèi)在的正常代謝及平衡。

參考文獻(xiàn)：

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[12]Shi D，Sheng Y. Effect of various salt-alkaline mixed stress conditions on sunflower seeds and analysis of their stress factors[J]. Environmental and Experimental Botany，2005，54：8-21.endprint

在不同溫度條件下，不同濃度的Na2CO3處理，種子萌發(fā)均受到不同程度影響，但都是隨著堿濃度的增大，堿脅迫不斷加大，抑制作用顯著，發(fā)芽率也在不斷降低，當(dāng)堿濃度達(dá)到一定高度時(shí)，種子萌發(fā)就會(huì)受到完全抑制。在 20 ℃ 條件下，濃度為10 mmol/L的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較??；在Na2CO3濃度為20～160 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～58.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 180 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在25 ℃條件下，濃度為10 mmol/L和 20 mmol/L 的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較小；在Na2CO3濃度為40～180 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～46.67%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力，受脅迫程度增強(qiáng)；當(dāng)Na2CO3濃度高于200 mmol/L時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在30 ℃條件下，Na2CO3脅迫處理對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)影響均顯著，受脅迫程度相對(duì)于其余兩種溫度較為明顯，在濃度為10～120 mmol/L的Na2CO3脅迫時(shí)，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為 0.66%～34.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 140 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。本研究中野生燕麥種子的極限耐鹽度為200 mmol/L，耐鹽臨界度為 40 mmol/L，最適耐鹽度為10 mmol/L。

堿對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用，種子的相對(duì)萌發(fā)率與堿濃度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)性。3種溫度下，相同濃度的堿處理對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用為30 ℃>20 ℃>25 ℃。可知，種子的萌發(fā)均受內(nèi)在因素和外界壞境的影響，因此，野生燕麥種子若要在堿化土壤中萌發(fā)，不僅要保持外界環(huán)境的pH調(diào)節(jié)，同時(shí)也要保證細(xì)胞內(nèi)在的正常代謝及平衡。

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[12]Shi D，Sheng Y. Effect of various salt-alkaline mixed stress conditions on sunflower seeds and analysis of their stress factors[J]. Environmental and Experimental Botany，2005，54：8-21.endprint

在不同溫度條件下，不同濃度的Na2CO3處理，種子萌發(fā)均受到不同程度影響，但都是隨著堿濃度的增大，堿脅迫不斷加大，抑制作用顯著，發(fā)芽率也在不斷降低，當(dāng)堿濃度達(dá)到一定高度時(shí)，種子萌發(fā)就會(huì)受到完全抑制。在 20 ℃ 條件下，濃度為10 mmol/L的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較??；在Na2CO3濃度為20～160 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～58.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 180 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在25 ℃條件下，濃度為10 mmol/L和 20 mmol/L 的Na2CO3對(duì)野生燕麥種子的發(fā)芽率影響相對(duì)較小；在Na2CO3濃度為40～180 mmol/L 脅迫下，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為0.33%～46.67%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力，受脅迫程度增強(qiáng)；當(dāng)Na2CO3濃度高于200 mmol/L時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。在30 ℃條件下，Na2CO3脅迫處理對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)影響均顯著，受脅迫程度相對(duì)于其余兩種溫度較為明顯，在濃度為10～120 mmol/L的Na2CO3脅迫時(shí)，野生燕麥種子的發(fā)芽率會(huì)急劇下降，變幅為 0.66%～34.33%，嚴(yán)重影響其發(fā)芽能力；當(dāng)Na2CO3濃度高于 140 mmol/L 時(shí)，種子就會(huì)完全喪失活性。本研究中野生燕麥種子的極限耐鹽度為200 mmol/L，耐鹽臨界度為 40 mmol/L，最適耐鹽度為10 mmol/L。

堿對(duì)野生燕麥種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用，種子的相對(duì)萌發(fā)率與堿濃度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)性。3種溫度下，相同濃度的堿處理對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用為30 ℃>20 ℃>25 ℃。可知，種子的萌發(fā)均受內(nèi)在因素和外界壞境的影響，因此，野生燕麥種子若要在堿化土壤中萌發(fā)，不僅要保持外界環(huán)境的pH調(diào)節(jié)，同時(shí)也要保證細(xì)胞內(nèi)在的正常代謝及平衡。

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