引發(fā)對(duì)干旱脅迫下菠菜種子萌發(fā)的影響

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(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；2.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京100029)

菠菜(SpinaciaoleraceaL.)屬于黎科綠葉蔬菜，營(yíng)養(yǎng)豐富，栽培廣泛，是我國(guó)重要的出口創(chuàng)匯蔬菜[1]。菠菜種子的外果皮是一層透氣、吸水的薄壁組織，內(nèi)果皮是通氣、透水性差的厚壁組織，造成種子機(jī)械休眠，使得菠菜種子發(fā)芽緩慢且不整齊[1]。種子引發(fā)是一項(xiàng)控制種子緩慢吸水和逐漸回干的種子處理技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，用GA3處理煙草種子能顯著提高種子發(fā)芽率等指標(biāo)，且這種促進(jìn)效果在干旱脅迫下尤為明顯[2]，陳子敬等發(fā)現(xiàn)，種子引發(fā)不僅能提高種子發(fā)芽率，還能提高其幼苗抗逆性[4]。但在菠菜種子上相關(guān)研究和報(bào)道仍然較少。因此，本試驗(yàn)運(yùn)用大分子有機(jī)物、無機(jī)鹽、激素對(duì)菠菜種子進(jìn)行引發(fā)處理，探討聚乙二醇(PEG)、谷氨酸鈉(MSG)、赤霉素(GA3)3種引發(fā)方法對(duì)干旱脅迫下菠菜種子萌發(fā)的影響，為種子引發(fā)在生產(chǎn)上應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

菠菜品種選用“宏福(F1)”，按表1方法引發(fā)處理后，將種子用去離子水沖洗干凈，室溫條件下回干至初始含水量后進(jìn)行干旱脅迫下各項(xiàng)試驗(yàn)。干旱脅迫采用PEG模擬，處理濃度分別為0%，5%，10%，15%，20%(滲透勢(shì)分別為0.00，-0.10，-0.20，-0.40，-0.60 MPa)[5]。

表1 種子引發(fā)處理方法

1) 種子發(fā)芽力測(cè)定。種子發(fā)芽按照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。隨機(jī)選取各處理種子100粒，置于20 cm×15 cm×12 cm發(fā)芽盒中，加入上述濃度的PEG溶液60 mL，每處理3次重復(fù)，以未引發(fā)處理的種子做對(duì)照(未引發(fā)，NP)。發(fā)芽盒置于光照培養(yǎng)箱中15 ℃恒溫培養(yǎng)，以胚根長(zhǎng)達(dá)0.2 cm作為萌發(fā)標(biāo)志，每天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)的種子數(shù)，連續(xù)統(tǒng)計(jì)14 d，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)，其中發(fā)芽勢(shì)以前9 d的發(fā)芽數(shù)計(jì)算。

2) 種子活力測(cè)定。種子活力測(cè)定采用玻璃板培養(yǎng)法。將菠菜種子發(fā)芽孔向下、間隔1 cm置于玻璃板濕潤(rùn)濾紙上，每處理20粒種子，重復(fù)3次。玻璃板傾斜70度置于裝有上述濃度PEG溶液的塑料箱中[6]，塑料箱置于光照培養(yǎng)箱中15 ℃恒溫培養(yǎng)，光照強(qiáng)度6 000 lx，每日光照12 h，每天稱重補(bǔ)充各塑料箱失去的水分。培養(yǎng)15 d使用掃描儀(Eperson perfection 700 Photo)掃描幼苗下胚軸長(zhǎng)與胚根長(zhǎng)并稱量幼苗干、鮮重，計(jì)算種子活力指數(shù)[6]。

3) 種子激素測(cè)定。將各種子按上述發(fā)芽試驗(yàn)方法培養(yǎng)4 d后取樣，采用植物激素酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測(cè)定種子激素含量[6]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用SPAS 18.0軟件進(jìn)行ANOVA處理，LSD顯著性在0.05水平上檢測(cè)，作圖采用Excel2007軟件。

表2 引發(fā)處理對(duì)干旱脅迫下菠菜種子萌發(fā)和活力的影響

注：不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2 結(jié)果與分析

2.1 引發(fā)對(duì)干旱脅迫下菠菜種子萌發(fā)和活力的影響

由表2可知，干旱脅迫會(huì)抑制種子萌發(fā)、降低種子的發(fā)芽力和活力，而種子引發(fā)可延緩干旱對(duì)種子萌發(fā)和活力的抑制作用。隨著干旱脅迫強(qiáng)度的升高，菠菜種子發(fā)芽力逐漸下降，對(duì)照組菠菜種子各干旱處理的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)差異顯著。PEG引發(fā)的菠菜種子一直保持較高的發(fā)芽能力，只有當(dāng)滲透勢(shì)達(dá)到-0.40 MPa時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)開始顯著下降。赤霉素引發(fā)的菠菜種子，在沒有干旱脅迫時(shí)引發(fā)效果優(yōu)于PEG引發(fā)，滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)顯著下降；當(dāng)滲透勢(shì)達(dá)到-0.40 MPa時(shí)，種子的發(fā)芽率顯著下降。谷氨酸鈉引發(fā)效果與赤霉素類似。

干旱脅迫下菠菜種子活力的變化趨勢(shì)與發(fā)芽指標(biāo)變化趨勢(shì)類似，當(dāng)滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)，谷氨酸鈉和PEG引發(fā)處理的鮮重顯著下降，而赤霉素引發(fā)在滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)鮮重顯著下降，當(dāng)滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)，對(duì)照組下胚軸長(zhǎng)顯著減小，而PEG、赤霉素、谷氨酸鈉處理的下胚軸長(zhǎng)在滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)顯著減小(表2)。

2.2 引發(fā)對(duì)干旱脅迫下菠菜種子中激素含量的影響

由表3可知， NP處理中，激素含量隨干旱脅迫程度的增加而呈現(xiàn)不同的規(guī)律，生長(zhǎng)素(IAA)含量隨干旱脅迫程度的增加基本無顯著變化，赤霉素(GA3)含量隨干旱脅迫程度加深無顯著變化，滲透勢(shì)達(dá)到-0.60 MPa時(shí)顯著下降，脫落酸(ABA)含量隨干旱脅迫程度增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)達(dá)到最高，玉米素核苷(ZR)含量變化趨勢(shì)與之相反，油菜素內(nèi)酯(BR)含量呈下降趨勢(shì)； PEG處理中，GA3含量無顯著變化，IAA含量與ZR含量變化趨勢(shì)一致，均在滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)達(dá)到最大值，ABA含量呈下降趨勢(shì)，BR含量呈先增加后減少的趨勢(shì)，但滲透勢(shì)為-0.40 MPa時(shí)才有了顯著升高，滲透勢(shì)為-0.60 MPa時(shí)又顯著下降，含量達(dá)最低；赤霉素處理中，IAA含量在滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)有了顯著增加，后隨干旱脅迫程度加深無顯著變化，BR和ZR含量均呈先增加后減少的趨勢(shì)，在滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)達(dá)到最大，ABA和GA3含量變化趨勢(shì)相反，滲透勢(shì)在0.00～0.20 MPa時(shí)，ABA含量不斷減少，GA3含量不斷增加，滲透勢(shì)為-0.40 MPa時(shí)，ABA含量顯著增加，GA3含量顯著下降，滲透勢(shì)為-0.60 MPa時(shí)ABA含量顯著下降并達(dá)最低，GA3含量顯著增加達(dá)到最高; 谷氨酸鈉處理中，種子激素含量對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)較NP有所不同，IAA含量在滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)顯著下降，后期干旱脅迫程度加深生長(zhǎng)素含量無顯著變化，GA3含量隨干旱脅迫程度加深無顯著變化，滲透勢(shì)達(dá)到-0.60 MPa時(shí)顯著上升，ABA含量隨干旱脅迫程度增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)即達(dá)到最高，BR含量變化趨勢(shì)與之相反，ZR含量無明顯變化趨勢(shì)，總體呈下降趨勢(shì)。

圖1 引發(fā)處理對(duì)干旱脅迫下菠菜種子激素含量比例的影響

表3 引發(fā)處理對(duì)干旱脅迫下菠菜種子激素含量(ng/g FW)的影響

由圖1可知，各引發(fā)處理對(duì)種子激素比例的影響不同。NP處理中，IAA/ABA、BR/ABA、ZR/ABA的數(shù)值隨干旱脅迫程度的加深呈先下降后上升的趨勢(shì)，且均在滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)達(dá)到最低，而GA3/ABA的數(shù)值隨干旱脅迫程度加深變化幅度不大，無明顯升降規(guī)律。PEG引發(fā)后的種子，IAA/ABA和ZR/ABA的數(shù)值變化規(guī)律相似，均在滲透勢(shì)為-0.40 MPa時(shí)達(dá)到最大，GA3/ABA和BR/ABA的數(shù)值隨干旱脅迫程度加深呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。赤霉素引發(fā)后的種子，GA3/ABA數(shù)值顯著增大，IAA/ABA、GA3/ABA數(shù)值變化規(guī)律相似，在滲透勢(shì)為-0.60 MPa時(shí)達(dá)到最大，BR/ABA、ZR/ABA數(shù)值變化規(guī)律相似，在滲透勢(shì)為-0.40 MPa時(shí)達(dá)到最大。谷氨酸鈉引發(fā)后的種子，滲透勢(shì)達(dá)到-0.10 MPa后IAA/ABA數(shù)值再無明顯變化，BR/ABA的數(shù)值隨干旱脅迫程度加深變化幅度不大，無明顯升降規(guī)律，BR/ABA和ZR/ABA數(shù)值變化呈先下降后上升趨勢(shì)，ZR/ABA數(shù)值在滲透勢(shì)達(dá)到-0.20 MPa后再無顯著變化。

3 結(jié)論與討論

3.1 引發(fā)對(duì)干旱脅迫下菠菜種子萌發(fā)及活力有促進(jìn)作用

研究發(fā)現(xiàn)，低滲透勢(shì)促進(jìn)水分進(jìn)入種子，隨著滲透壓不斷加大，導(dǎo)致種子活力下降，進(jìn)而影響幼苗的生長(zhǎng)[7]。本試驗(yàn)在干旱脅迫下菠菜種子的萌發(fā)受到了顯著的抑制，抑制作用隨滲透勢(shì)的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，對(duì)胚根長(zhǎng)則有促進(jìn)和抑制雙重作用，滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)提高菠菜種子根的生長(zhǎng)，并且顯著提高菠菜種子活力。前人用20%PEG處理黃芪種子，發(fā)現(xiàn)可有效促進(jìn)黃芪種子萌發(fā)和提高幼苗的抗旱性[8]；用GA3引發(fā)夏枯草種子，發(fā)現(xiàn)可提高干旱脅迫下種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)[9]；用鈉鹽處理芥菜種子，可減小干旱對(duì)其造成的傷害進(jìn)而提高其發(fā)芽率[10]，1%鈉鹽引發(fā)可以促進(jìn)洋蔥下胚軸及根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)[11]。本試驗(yàn)中，PEG、谷氨酸鈉、赤霉素均能使菠菜種子在發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等方面具有較強(qiáng)耐旱性，且引發(fā)處理過的菠菜種子在干旱脅迫下較未引發(fā)種子具有更高的種子活力，這與前人研究結(jié)果一致。至于不同引發(fā)方法對(duì)提高菠菜種子耐旱性效果不同，可能是引發(fā)方法對(duì)種子膜透性、酶活性等的影響差異造成的，有待進(jìn)一步研究。

3.2 引發(fā)對(duì)干旱脅迫下菠菜種子激素水平有調(diào)節(jié)作用

種子的休眠和萌發(fā)受種子內(nèi)源信號(hào)分子(激素)的影響，其中脫落酸在植物受到逆行脅迫時(shí)其含量會(huì)升高；赤霉素和玉米素會(huì)促進(jìn)種子萌發(fā)；生長(zhǎng)素有促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)的作用；油菜素內(nèi)酯可促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)和分裂，增強(qiáng)抗逆性的作用[12-14]。本試驗(yàn)中不同引發(fā)處理對(duì)不同PEG濃度下種子激素含量及比例的影響不同，且PEG濃度及引發(fā)處理都會(huì)對(duì)激素含量及比例產(chǎn)生影響。整體來看，引發(fā)后ABA含量隨干旱脅迫程度加深而升高，但耐旱性增強(qiáng)，這可能是因?yàn)锳BA誘導(dǎo)生物膜系統(tǒng)保護(hù)酶形成，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)的完整性，增強(qiáng)干旱脅迫下抗氧化能力，進(jìn)而提高耐旱性[14]。此外，該試驗(yàn)赤霉素引發(fā)后種子的GA3/ABA含量顯著上升，高GA3/ABA比值可使種子休眠解除[14]。