茉莉酸甲酯和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子萌發(fā)的影響

牛冰潔，衛(wèi)昭君，佛芒芒，夏方山，趙 祥，王永新

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山西太谷030801）

干旱是限制植物生長發(fā)育的一個(gè)重要因素，是全球面臨的一個(gè)重大問題[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干旱和半干旱地區(qū)占全球面積的1/3 以上，我國的干旱和半干旱地區(qū)占全國總面積的47%[2]。水分供應(yīng)不足影響到植物的光合作用、物質(zhì)運(yùn)輸、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞伸長等生理過程[3]，使得這些地區(qū)植被稀疏，生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻繁。

達(dá)烏里胡枝子（Lespedeza davurica）為豆科胡枝子屬，屬多年生草本狀半灌木，其野生種分布于我國東北、華北、西北、西南以及華中等地區(qū)[4]。它具有抗旱、抗寒、耐瘠薄的特性；且適口性好，營養(yǎng)價(jià)值高；綠期長，枯黃晚、返青早，是改良干旱、半干旱區(qū)退化草地的優(yōu)良牧草[5]。

研究表明，引發(fā)處理對提高種子抗逆性十分有效[6]。諸多研究發(fā)現(xiàn)，植物生長調(diào)節(jié)劑如水楊酸[7]、赤霉素[8]、細(xì)胞分裂素[9]等能增強(qiáng)種子在逆境下的萌發(fā)能力。茉莉酸甲酯（MeJA）作為一種信號(hào)分子，廣泛參與植物生長發(fā)育和逆境響應(yīng)的諸多過程[10]，但以MeJA 作為引發(fā)劑對達(dá)烏里胡枝子在干旱脅迫下發(fā)芽特征的研究還很少。

本試驗(yàn)用茉莉酸甲酯（MeJA）、聚乙二醇（PEG）作為引發(fā)劑，研究MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子萌發(fā)的特性，旨在應(yīng)用種子引發(fā)技術(shù)為提高干旱條件下達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為晉農(nóng)1 號(hào)達(dá)烏里胡枝子，種子由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院牧站草學(xué)實(shí)驗(yàn)室種子資源庫提供，在-10 ℃保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 引發(fā)處理 試驗(yàn)于2018 年6 月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將達(dá)烏里胡枝子種子用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG-6000（5%，10%，15%，20%）和MeJA（0.025，0.250，2.500 μmol/L）分別在25 ℃黑暗條件下浸種處理18 h，以不做引發(fā)處理作為對照組。

1.2.2 發(fā)芽試驗(yàn) 引發(fā)結(jié)束后迅速用蒸餾水沖洗3 次，每個(gè)處理各取50 粒種子，分別鋪在直徑為9 cm 培養(yǎng)皿的2 層濾紙上，加入適量含有15%PEG溶液的蒸餾水模擬干旱條件，于25 ℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，設(shè)4 個(gè)重復(fù)，每天稱質(zhì)量補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

發(fā)芽期間每天記錄發(fā)芽數(shù)，試驗(yàn)開始后第5 天計(jì)算發(fā)芽勢（GE），第10 天計(jì)算發(fā)芽率（GP），發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，測定平均苗鮮質(zhì)量，并測量根長、苗高，計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)（GI）、平均發(fā)芽時(shí)間（MGT）及幼苗活力指數(shù)（SVI）。

式中，G10為第10 天發(fā)芽（胚根突破種皮2 mm）種子數(shù)；G5為第5 天發(fā)芽種子數(shù)；N 為發(fā)芽種子總數(shù)；Gt為第t 天種子發(fā)芽數(shù)；t 為發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 整理原始數(shù)據(jù)，SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由表1 可知，在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025～2.500 μmol/L 的MeJA 引發(fā)后，達(dá)烏里胡枝子發(fā)芽率均極顯著高于對照組（P＜0.01），且MeJA 濃度為0.25 μmol/L時(shí)發(fā)芽率最高，比對照組增加了20.5%，說明0.25 μmol/L MeJA 的引發(fā)處理能顯著促進(jìn)干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子的萌發(fā)。經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)處理后，達(dá)烏里胡枝子發(fā)芽率均顯著高于對照組（P＜0.05），且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高發(fā)芽率逐漸降低。PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，達(dá)烏里胡枝子發(fā)芽率比對照組增加了17.6%，說明5%PEG 的引發(fā)處理能提高干旱條件下達(dá)烏里胡枝子種子的萌發(fā)。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽率的差異不顯著（P＞0.05）。

表1 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響 %

在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025～2.500 μmol/L的MeJA 引發(fā)后，達(dá)烏里胡枝子的發(fā)芽勢均極顯著高于對照組（P＜0.01），且發(fā)芽勢先升高后降低，說明0.25 μmol/L MeJA 的引發(fā)處理對緩解干旱脅迫最有效。

經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)處理后，達(dá)烏里胡枝子的發(fā)芽勢均極顯著高于對照組（P＜0.01），且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，發(fā)芽勢逐漸降低，說明5%PEG 的引發(fā)處理最能緩解干旱對達(dá)烏里胡枝子的抑制作用。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽勢的差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間的影響

經(jīng)適宜濃度MeJA 引發(fā)后的達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)均顯著高于對照組（P＜0.05）。在干旱條件下，當(dāng)MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)最高，比對照組提高了57.5%；當(dāng)MeJA 濃度為0.025～2.500 μmol/L 時(shí)，各處理間發(fā)芽指數(shù)差異不顯著（P＞0.05）。在干旱條件下，隨著PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，種子發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，且均高于對照，當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)與對照差異極顯著（P＜0.01），當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)與對照差異顯著（P＜0.05）。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽指數(shù)的差異不顯著（P＞0.05）（表2）。

表2 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間的影響

在干旱條件下，經(jīng)不同濃度的MeJA 引發(fā)之后，達(dá)烏里胡枝子種子平均發(fā)芽時(shí)間隨著MeJA 濃度升高而增大。當(dāng)MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時(shí)，平均發(fā)芽時(shí)間最短，為7.28 d，比對照組加快了17.1%（P＜0.01）。經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG 引發(fā)處理后，5%PEG 引發(fā)處理達(dá)烏里胡枝子種子平均發(fā)芽時(shí)間最短，但與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）。當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%時(shí)，平均發(fā)芽時(shí)間均長于對照組（P＞0.05）（表2）。所有處理中，MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時(shí)，平均發(fā)芽時(shí)間最短，說明適宜濃度的引發(fā)劑能縮短達(dá)烏里胡枝子種子在干旱脅迫下的發(fā)芽時(shí)間。發(fā)芽時(shí)間低于對照組的處理排序?yàn)?.25 μmol/L MeJA＜0.025 μmol/L MeJA＜5%PEG＜2.5 μmol/L MeJA，所有處理中，MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時(shí)，平均發(fā)芽時(shí)間最短，說明0.25 μmol/L MeJA 引發(fā)處理對縮短種子萌發(fā)時(shí)間最有效。

2.3 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子幼苗生長的影響

從表3 可以看出，在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025 μmol/L 的MeJA 引發(fā)后，達(dá)烏里胡枝子幼苗高度與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）；當(dāng)MeJA濃度為0.25 μmol/L 時(shí)，幼苗高度比對照組提高了17.3%（P＞0.05）；濃度為2.5 μmol/L 時(shí)幼苗高度低于對照組，但差異不顯著（P＞0.05）。經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%PEG 引發(fā)處理后，達(dá)烏里胡枝子幼苗高度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小，但與對照組相比差異均不顯著（P＞0.05），只有PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，苗高大于對照組，比對照組提高19.1%。0.25 μmol/L MeJA 與5% PEG 引發(fā)處理間苗高的差異不顯著

表3 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達(dá)烏里胡枝子種子幼苗生長活力的影響

在干旱條件下，經(jīng)不同濃度MeJA 引發(fā)處理后，只有濃度為0.25 μmol/L 時(shí)引發(fā)達(dá)烏里胡枝子的根長顯著長于對照組（P＜0.05），比對照組提高了30.6%。經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG 引發(fā)處理后，達(dá)烏里胡枝子的根長隨著PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈降低趨勢，且差異均不顯著（P＞0.05）。所以，0.25 μmol/L MeJA 浸種能夠更有效地促進(jìn)種子根長的增長。

在干旱條件下，只有濃度為0.25 μmol/L的MeJA引發(fā)達(dá)烏里胡枝子種子后，幼苗活力指數(shù)顯著大于對照組（P＜0.05），比對照組提高了72.7%。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)后，幼苗活力指數(shù)與對照組相比差異均不顯著（P＞0.05）。所以，0.25 μmol/L MeJA 浸種能夠更有效地提高幼苗活力指數(shù)。

3 結(jié)論與討論

種子引發(fā)技術(shù)在發(fā)達(dá)國家作為蔬菜、花卉、作物種子的常用播種前處理技術(shù)，其作用機(jī)制是當(dāng)種子吸水速率受到限制時(shí)，修復(fù)種子細(xì)胞膜，并提前準(zhǔn)備種子萌發(fā)所需要的代謝物質(zhì)，從而提高種子的萌發(fā)能力和抗逆性[14]。本研究表明，應(yīng)用0.25 μmol/L MeJA 和5%PEG 浸種能顯著提高達(dá)烏里胡枝子種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢（P＜0.05），這與前人的研究結(jié)果一致。杜錦等[15]研究表明，玉米（Zea mays L.）種子經(jīng)5%的PEG 引發(fā)處理之后，可以提高玉米幼苗期的抗旱性，緩解水分脅迫，促進(jìn)幼苗生長，提高種子的發(fā)芽率。孫園園等[16]研究結(jié)果表明，PEG 引發(fā)處理能顯著提高在干旱脅迫下水稻（Oryza sativa）種子的發(fā)芽率和幼苗的抗旱性。王彥榮等[14]研究表明，PEG 對沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）引發(fā)后，在干旱條件下萌發(fā)，PEG 更顯示出引發(fā)作用的優(yōu)勢。李兆舉等[17]研究表明，低濃度的外源MeJA 浸種能促進(jìn)干旱條件下玉米種子的萌芽和幼苗生長。李小玲等[18]研究干旱條件下的茉莉酸甲酯有助于商洛黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的生長。楊藝等[19]研究表明，干旱條件下，棉花（Gossypium spp.）種子萌發(fā)及幼苗生長的最適Me-JA 濃度為2.5 μmol/L。所以，0.25 μmol/L MeJA 和5%PEG 浸種均能促進(jìn)達(dá)烏里胡枝子種子的萌發(fā)。

但在多數(shù)情況下，田間出苗率與常規(guī)發(fā)芽試驗(yàn)所得發(fā)芽率不相符，也無法標(biāo)志種子的真實(shí)質(zhì)量水平。而根系作為植物重要的吸收器官和合成器官，較強(qiáng)的根系活力在干旱脅迫下更為重要。本試驗(yàn)中，0.25 μmol/L MeJA 浸種可以顯著促進(jìn)干旱條件下達(dá)烏里胡枝子幼苗根系和苗高的伸長（P＜0.05），由于根系伸長，進(jìn)而提高了幼苗的吸水能力，增加了幼苗鮮質(zhì)量，提高了幼苗活力，有效緩解了干旱脅迫的抑制作用，而5%PEG 的引發(fā)對幼苗苗高和根長的促進(jìn)效果不明顯，表明只有適宜濃度MeJA引發(fā)才能緩解干旱的抑制作用。

綜上所述，用0.25 μmol/L MeJA 對達(dá)烏里胡枝子種子進(jìn)行引發(fā)處理可以有效促進(jìn)種子的萌發(fā)，提高達(dá)烏里胡枝子幼苗的抗旱性，緩解干旱脅迫，提高胡枝子幼苗活力，促進(jìn)幼苗生長。