多胺浸種對(duì)干旱脅迫下小麥周麥18種子萌發(fā)的影響

婁喜艷

摘要：以小麥品種周麥18種子為材料，在不同濃度多胺（精胺、亞精胺、腐胺）溶液浸種后，利用不同濃度梯度的聚乙二醇（PEG）溶液所造成的滲透脅迫來(lái)模擬干旱條件，觀察周麥18種子的萌發(fā)過(guò)程，分析生理指標(biāo)變化。結(jié)果表明，在10%、15% PEG滲透脅迫下，0.05 mmol/L多胺溶液浸種對(duì)種子抗逆以及萌發(fā)的促進(jìn)作用比0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果好；在20% PEG滲透脅迫下，0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果顯著好于0.05 mmol/L多胺溶液浸種；多胺浸種提高了植物的抗脅迫能力，這可能與多胺能維持原生質(zhì)膜在干旱條件下的穩(wěn)定性有關(guān)。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫；小麥；多胺；浸種；萌發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)： S512.104.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0073-03

水分缺失對(duì)植物生命活動(dòng)影響極大。干旱在世界范圍內(nèi)都是危害最為嚴(yán)重的災(zāi)害之一。干旱不僅會(huì)造成作物減產(chǎn)，而且對(duì)其品質(zhì)也會(huì)有影響。干旱作為植物生長(zhǎng)的主要環(huán)境脅迫因子之一，對(duì)原生質(zhì)膜透性的影響是干旱傷害的本質(zhì)之一[1]。這是由于在干旱脅迫下，植物積累的生物自由基及其誘導(dǎo)產(chǎn)生的過(guò)氧化氫等毒害物質(zhì)[2]，會(huì)直接或間接引起膜脂過(guò)氧化作用，導(dǎo)致原生質(zhì)膜損傷，電解質(zhì)大量外滲造成原生質(zhì)膜的透性增加[3]，最終導(dǎo)致植物死亡，農(nóng)作物減產(chǎn)。

多胺（polyamines）別稱(chēng)聚胺，包括尸胺（cadaverine，Cad）、腐胺（putyescine，Put）、亞精胺（spermidine，Spd）、精胺（spermine，Spm）等有機(jī)化合物。多胺是細(xì)胞中相對(duì)分子質(zhì)量較低的一類(lèi)脂肪族含氮堿[4]。多胺與環(huán)境脅迫下的植物生長(zhǎng)有密切關(guān)系。

研究表明，對(duì)于干旱脅迫下的植物，外源多胺處理可減輕干旱脅迫對(duì)植物的傷害。多胺處理可以降低葉片原生質(zhì)膜透性增加以及膜脂過(guò)氧化程度[5]，延緩可溶性蛋白質(zhì)含量下降，清除植物積累的自由基。多胺能和膜上的蛋白質(zhì)或磷脂結(jié)合，保持膜穩(wěn)定性[6]，起到維持原生質(zhì)膜正常的作用，同時(shí)提高受脅迫細(xì)胞中游離脯氨酸含量，從而提高抗逆性[7-8]。

探究干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響，一般采用聚乙二醇（PEG）來(lái)模擬干旱脅迫。PEG是一種惰性的非離子長(zhǎng)鏈多聚體，分子較大，不能進(jìn)入細(xì)胞，因此不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害。植物根系對(duì)水分的吸收主要依靠自由能和水勢(shì)，PEG親水性好，將其加入水中后會(huì)降低溶液水勢(shì)。溶液越濃，水勢(shì)越低，由于水勢(shì)降低，植物根系不易從周?chē)h(huán)境中吸收水分，便可模擬干旱脅迫。本研究分析了多胺（精胺、亞精胺、腐胺）溶液浸種對(duì)不同濃度梯度PEG模擬干旱脅迫下小麥種子萌發(fā)特性和幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為提高干旱脅迫下小麥種子的萌發(fā)能力和幼苗生長(zhǎng)提供有效的解決手段。

1材料與方法

1.1材料

供試材料是小麥品種周麥18種子。

1.2方法

1.2.1材料處理

消毒[6]：隨機(jī)選取成熟、顆粒飽滿(mǎn)、健康的周麥18種子，用5%次氯酸鈉消毒10 min，然后用無(wú)菌水清洗3次。

浸種[6]：在避光條件下，將消毒后的周麥18種子用無(wú)菌水浸泡1 h后，分成7個(gè)處理。其中，A、B處理分別用0.05、0.2 mmol/L腐胺溶液浸種；C、D處理分別用0.05、0.2 mmol/L 精胺溶液浸種；E、F處理分別用0.05、0.2 mmol/L 亞精胺溶液浸種；G處理為對(duì)照，直接用無(wú)菌水浸種。試驗(yàn)組的多胺浸種和對(duì)照組的無(wú)菌水浸種均浸種2 h。

催芽[9]：取上述浸種后的種子，分別置于滅菌后的有3層濾紙的潔凈培養(yǎng)皿中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。培養(yǎng)皿中分別盛放0%、10%、15%、20% PEG溶液。每個(gè)處理重復(fù)4次。每個(gè)培養(yǎng)皿放置30粒種子。

1.2.2指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算方法

連續(xù)培養(yǎng)7 d，每日統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)，以第7天所得數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)芽率。

發(fā)芽指數(shù)（GI）計(jì)算方法如下：

式中：Gt為種子萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)[10]。本研究測(cè)定的是種子萌發(fā)7 d的發(fā)芽指數(shù)。

根長(zhǎng)：發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后（第7天）隨機(jī)選取10株幼苗，測(cè)量從基部至根系最尖端長(zhǎng)度。

鮮質(zhì)量：選取第7天幼苗胚根直接稱(chēng)質(zhì)量。

干質(zhì)量：將選取稱(chēng)完鮮質(zhì)量的幼苗胚根放置烘干箱 105 ℃ 殺青15 min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)量其干質(zhì)量[2]。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003、SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1亞精胺浸種對(duì)干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

如圖1所示，與對(duì)照相比，在10%、15%、20%的PEG干旱脅迫下，經(jīng)0.05 mmol/L亞精胺處理后，周麥18種子的發(fā)芽率分別提高了21.37、9.15、2.59百分點(diǎn)，發(fā)芽勢(shì)分別提高了13.33、23.34、3.33百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)分別提高了0.64、1.33、2.59；經(jīng)0.2 mmol/L亞精胺處理后，周麥18種子的發(fā)芽率分別提高了16.00、16.15、5.19百分點(diǎn)，發(fā)芽勢(shì)分別提高了10.00、23.34、6.67百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)分別提高了0.49、2.35、5.19。說(shuō)明亞精胺浸種可促進(jìn)種子在干旱脅迫下萌發(fā)。

如圖2所示，在15%、20% PEG脅迫下，周麥18胚根幾乎沒(méi)有生長(zhǎng)，而在10% PEG脅迫下，經(jīng)過(guò)0.2 mmol/L亞精胺浸種后的周麥18種子胚根的長(zhǎng)度、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量都得到了明顯提高，說(shuō)明亞精胺浸種對(duì)10% PEG干旱脅迫下的周麥18種子生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用。

2.2精胺浸種對(duì)干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

如圖3所示，與對(duì)照相比，在15%、20% PEG干旱脅迫下，經(jīng)0.05 mmol/L精胺溶液處理后，周麥18種子的發(fā)芽率分別提高6.66、13.33百分點(diǎn)，發(fā)芽勢(shì)分別顯著提高6.67、13.33百分點(diǎn)；發(fā)芽指數(shù)分別提高13.69、9.37。與對(duì)照相比，在15%、20% PEG干旱脅迫下，經(jīng)0.2 mmol/L精胺溶液處理后，周麥18發(fā)芽率分別提高9.99、20.00百分點(diǎn)；發(fā)芽勢(shì)分別提高6.67、20.00百分點(diǎn)；發(fā)芽指數(shù)分別提高17.95、13.56。精胺處理對(duì)周麥18種子萌發(fā)的促進(jìn)作用在15%、20% PEG脅迫下最為明顯。

如圖4所示，在15% PEG滲透脅迫下0.05 mmol/L精胺溶液對(duì)促進(jìn)周麥18種子的胚根生長(zhǎng)，以及對(duì)根長(zhǎng)、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量的提高效果最為明顯。0.05 mmol/L精胺溶液對(duì)處于10% PEG滲透脅迫下的種子胚根生長(zhǎng)無(wú)明顯影響。在15%、20% PEG滲透脅迫下，0.2 mmol/L精胺溶液浸種對(duì)促進(jìn)周麥18種子胚根生長(zhǎng)沒(méi)有明顯作用。整體來(lái)說(shuō)，精胺溶液浸種對(duì)促進(jìn)周麥18生長(zhǎng)有明顯作用。

2.3腐胺浸種對(duì)干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

如圖5所示，與對(duì)照相比，15%、20% PEG滲透脅迫下的試驗(yàn)組經(jīng)0.05 mmol/L腐胺溶液處理后，周麥18種子的發(fā)芽率分別提高3.34、46.67百分點(diǎn)；發(fā)芽勢(shì)分別提高6.66、40.00百分點(diǎn)；發(fā)芽指數(shù)分別提高10.72、24.13。經(jīng) 0.2 mmol/L 腐胺溶液處理后，15%、20% PEG滲透脅迫下發(fā)芽率分別提高6.67、63.33百分點(diǎn)；發(fā)芽勢(shì)分別提高10.00、60.00百分點(diǎn)；發(fā)芽指數(shù)分別提高13.02、24.43。2個(gè)濃度的腐胺浸種對(duì)10% PEG脅迫種子的萌發(fā)促進(jìn)作用不明顯，但對(duì)20% PEG脅迫下種子萌發(fā)都具有明顯的促進(jìn)作用。

如圖6所示，0.05 mmol/L腐胺溶液浸種對(duì)提高10%、15% PEG脅迫下的周麥18種子胚根長(zhǎng)度有明顯作用，0.2 mmol/L 腐胺溶液浸種明顯提高了20% PEG脅迫下周麥18種子胚根鮮質(zhì)量。說(shuō)明腐胺浸種對(duì)干旱脅迫下周麥18種子生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

本研究表明，在未受干旱脅迫的情況下，多胺浸種對(duì)周麥18種子萌發(fā)無(wú)明顯影響。在PEG干旱脅迫下，隨著PEG濃度提高，周麥18種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚根長(zhǎng)度以及胚根的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量都明顯降低。對(duì)照種子萌發(fā)極少甚至不萌發(fā)，而試驗(yàn)組在受干旱脅迫的情況下，多胺浸種對(duì)種子萌發(fā)有明顯促進(jìn)作用。

3.2討論

3.2.1PEG處理對(duì)周麥18種子萌發(fā)的影響

通過(guò)不同濃度的PEG處理，可以模擬不同程度的干旱脅迫，從而使試驗(yàn)在一個(gè)較真實(shí)的干旱環(huán)境下進(jìn)行，不僅節(jié)省了場(chǎng)地與時(shí)間，而且還避免了其他因素的影響（如土壤微生物等），得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

3.2.2多胺處理對(duì)提高周麥18抗逆性的思考

多胺是細(xì)胞中的一類(lèi)具有很強(qiáng)生物活性的代謝產(chǎn)物，可以延緩衰老，參與細(xì)胞分裂。本研究證明了外源多胺可以提高植物對(duì)逆境脅迫的能力。運(yùn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，多胺浸種可以提高由干旱影響造成的減產(chǎn)，明顯促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。

3.2.3多胺浸種處理濃度的思考

本研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度多胺浸種對(duì)小麥種子萌發(fā)有不同程度的促進(jìn)作用。大體上看， 在10%、15% PEG滲透脅迫下，0.05 mmol/L多胺溶液浸種后對(duì)種子抗逆以及萌發(fā)的促進(jìn)作用比0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果好。而在20% PEG滲透脅迫下，0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果明顯好于0.05 mmol/L多胺溶液浸種。可能在一定程度的逆境脅迫下，多胺浸種的濃度與其促進(jìn)效果呈反比；超過(guò)逆境脅迫臨界值以后，多胺浸種的濃度與其促進(jìn)效果呈正比。

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