干旱脅迫下種子引發對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響

孟衡玲，盧丙越，蘇一蘭，王田濤，張 薇

(紅河學院/云南省高校農作物優質高效栽培與安全控制重點實驗室，云南 紅河 661100)

板藍根為十字花科菘藍屬植物，含有總生物堿、有機酸、多糖、苯丙素類等多種活性成分[1-4]，廣泛用于治療流行性感冒、腮腺炎、流腦等病毒性、細菌性疾病[5]。板藍根為大宗藥材，市場需求量大，在我國大部分地區均可種植。我國1/2以上的耕地處于水資源緊缺的干旱、半干旱地區，因此，干旱在所有的非生物脅迫中占首位，對作物的生長發育及產量影響最大[6]。有研究表明，干旱脅迫導致板藍根種子萌發延遲，發芽勢、發芽指數下降[7]，并導致根系活力降低[8]、丙二醛含量升高、葉綠素含量及凈光合速率降低[9]。種子引發是控制種子緩慢吸收水分，促進細胞膜、DNA的修復和酶的活化，使其處于準備發芽狀態的一項技術，現已有許多關于種子引發的相關報道，種子引發可提高種子在逆境脅迫下的種子活力及抗性[10-12]，增加光合色素含量[13]，降低種子浸出液中的核苷酸含量[14]。目前，關于板藍根種子引發的報道較少，且是關于磁力引發的[15]。鑒于此，采用滲調引發、激素引發和水引發3種方法(4種引發劑)對板藍根種子進行研究，探討板藍根種子在干旱脅迫下的發芽特性和幼苗形態變化，為板藍根在干旱地區種植提供理論指導。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

板藍根種子通過網絡購買，由張薇副教授鑒定。

1.2 試驗方法

1.2.1 PEG-6000模擬干旱脅迫的質量分數篩選 用PEG-6000模擬干旱脅迫，分別設置0(CK)、5%、10%、15%、20%、25% 6個處理。在培養皿底部鋪上雙層濾紙，分別在濾紙上噴對應質量分數的PEG-6000溶液4 mL，CK噴4 mL蒸餾水，每個培養皿中30粒種子，3次重復，每天更換濾紙，并統計1次發芽數(以露白為準)。

1.2.2 種子引發處理 選取籽粒飽滿健康的板藍根種子放入大燒杯中，用70%乙醇浸泡5 min，期間不斷攪動，用自來水沖洗數次，瀝干水分。選用PEG-6000、CaCl2、GA3、水4種試劑作為引發劑，每種引發劑設置4個處理，其中，PEG-6000引發設置15%、20%、25%、30% 4個質量分數；CaCl2引發設置0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 4 個質量分數；GA3引發設置50、100、150、200 mg/L 4個質量濃度；水引發設置6、12、18、24 h 4個引發時間。每個處理3次重復，每個重復30粒種子。引發劑完全浸沒種子，置于28 ℃恒溫培養箱內，PEG-6000、CaCl2、GA33種引發劑處理的種子，在引發24 h后取出(水引發處理按照試驗設計的對應時間段取出)，用清水沖洗干凈，在室溫下回干24 h。

1.2.3 干旱脅迫下不同引發劑處理的發芽試驗 將引發處理后的板藍根種子用蒸餾水浸泡24 h后，放入含有4 mL 20% PEG-6000(干旱脅迫處理)的培養皿中培養，同時以蒸餾水培養為對照1(CK1)，以20% PEG-6000脅迫但未引發培養為對照2(CK2)，每皿50粒，每個處理3次重復，將培養皿置于28 ℃恒溫培養箱中培養，之后每天更換濾紙，定量加入4 mL 20% PEG-6000溶液(CK1用蒸餾水代替)，將種子一一對應換到新的培養皿中。每天統計1次發芽數(以露白為準)，第8天統計發芽勢，第15天統計發芽率。

1.2.4 種子發芽特性測定 種子發芽勢=初期(第8天)發芽種子數/供試種子數×100%；

種子發芽率=終期(第15天)發芽種子數/供試種子數×100%；

發芽指數(GI)=∑Gt/Dt,其中Gt為當天的發芽種子數,Dt為相應發芽天數。

1.2.5 幼苗形態指標和生理指標測定 發芽試驗結束后，將幼苗移栽到18 cm(上口徑)×16 cm(高)的營養袋中，每個營養袋3株幼苗，并做好標記，進行正常的水肥管理。40 d后測量株高、根長、葉綠素含量及相對電導率等指標。從每個處理營養袋中取出10株幼苗，用自來水沖洗干凈后，用卷尺測量其根長、株高。其中，根長為初生根著生部位到根尖的距離(cm)，精確到0.1 cm；株高為莖基部到幼苗頂端的距離(cm)，精確到0.1 cm。葉綠素含量測定采用95%乙醇浸提法，相對電導率測定采用電導儀法[16]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2007軟件對數據進行處理，采用SPSS 17.0軟件對數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同質量分數PEG-6000模擬干旱脅迫對板藍根種子萌發的影響

由表1可知，隨著PEG-6000質量分數的增加，板藍根種子的發芽率、發芽勢以及發芽指數均呈下降趨勢。與CK相比，5%、10% PEG-6000脅迫處理的發芽率和發芽勢無顯著差異，但發芽指數差異顯著。當PEG-6000質量分數為20%時，板藍根種子的發芽率僅為60.00%，發芽勢僅為45.56%，與其他處理均差異顯著。當PEG-6000質量分數為25%時，板藍根種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均為0，因此，本研究選擇20% PEG-6000模擬干旱脅迫。

2.2 不同質量分數PEG-6000引發對干旱脅迫下板藍根種子萌發及幼苗生長的影響

由表2可知，在20% PEG-6000脅迫下，25% PEG-6000引發處理的種子發芽率最高，顯著高于其他質量分數引發處理，發芽率、發芽勢、發芽指數較CK2分別提高了35.2%、51.2%、32.8%。采用不同質量分數PEG-6000對板藍根種子進行引發后，各生長指標均有不同程度提高，其中，25% PEG-6000引發處理幼苗的生長指標與CK1無顯著差異。因此，采用25% PEG-6000對板藍根種子進行引發處理，可有效提高干旱脅迫下板藍根種子的發芽指標及幼苗的生長勢。

表1 不同質量分數PEG-6000模擬干旱脅迫對板藍根種子萌發的影響Tab.1 Effects of different mass fraction of PEG-6000 on seed germination of Radix Isatidis

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments (P<0.05)，the same below.

表2 干旱脅迫下不同質量分數PEG-6000引發處理對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響Tab.2 Effects of different mass fraction of PEG-6000 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.3 不同時間水引發對干旱脅迫下板藍根種子萌發及幼苗生長的影響

從表3可以看出，20% PEG-6000脅迫下，4個不同時間水引發處理的板藍根種子發芽率均顯著高于CK2。12、18 h水引發處理效果相當，2個處理的發芽率、發芽勢和發芽指數均無顯著差異。其中，18 h水引發處理的發芽率、發芽勢和發芽指數較CK2分別提高了33.3%、36.6%和106.4%。從后期幼苗的生長來看，18 h水引發處理幼苗的株高、根長和葉綠素含量均顯著高于CK2，其相對電導率顯著低于CK2。因此，18 h水引發處理能夠顯著提高板藍根種子在干旱脅迫下的發芽率、發芽勢及發芽指數，對后期幼苗的生長也有明顯的促進作用。

表3 干旱脅迫下不同時間水引發處理對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響Tab.3 Effects of different time of water priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.4 不同質量濃度GA3引發對干旱脅迫下板藍根種子萌發及幼苗生長的影響

從表4可以看出， 在20% PEG-6000脅迫下，板藍根種子經不同質量濃度GA3引發后，可顯著提高發芽率。其中以50 mg/L GA3引發處理效果最好，發芽率、發芽勢和發芽指數較CK2分別提高了25.9%、21.9%和171.1%。從幼苗的生長狀況來看，50 mg/L GA3引發處理的板藍根幼苗根長和葉綠素含量與CK2無顯著差異，但株高、相對電導率均與CK2存在顯著差異。因此，結合各指標綜合分析來看，50 mg/L GA3對板藍根種子的引發效果最好，可有效緩解干旱脅迫對板藍根的抑制作用。

表4 干旱脅迫下不同質量濃度GA3引發處理對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響 Tab.4 Effects of different mass concentration of GA3 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.5 不同質量分數CaCl2引發對干旱脅迫下板藍根種子萌發及幼苗生長的影響

從表5可以看出， 在20% PEG-6000脅迫下，1.5% CaCl2溶液對板藍根種子的引發效果最好，其發芽率、發芽勢和發芽指數較CK2分別提高了16.7%、19.5%和23.9%。其余3個質量分數CaCl2引發下的種子發芽率與CK2無顯著差異。從幼苗生長來看，CaCl2引發處理對幼苗的長勢影響較小，葉綠素含量低、相對電導率較高，幼苗生長勢較弱。

表5 干旱脅迫下不同質量分數CaCl2引發處理對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響Tab.5 Effects of different mass fraction of CaCl2 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.6 干旱脅迫下4種引發劑最佳處理對板藍根種子萌發及幼苗生長的影響比較

對4種引發劑中的最佳引發處理進行綜合比較，從表6可以看出，25% PEG-6000、50 mg/L GA3和18 h水引發處理下的板藍根種子發芽率無顯著差異，1.5% CaCl2引發處理的發芽率最低，但均顯著高于CK2。從發芽勢來看，25% PEG-6000和18 h水引發處理最好，說明這2種引發處理有利于提高種子的發芽勢。50 mg/L GA3處理下的發芽指數顯著高于其他3個引發處理，可有效提高種子的發芽速率。從板藍根幼苗的生長指標來看，18 h水引發可促進板藍根根系生長，顯著高于其他處理。1.5% CaCl2引發處理幼苗的葉綠素含量最低、相對電導率最高，與其余3個引發處理存在較大差異。綜合分析表明，4個引發劑處理中，引發效果優劣依次為18 h水>25% PEG-6000>50 mg/L GA3>1.5% CaCl2。

表6 干旱脅迫下4種引發劑最佳引發處理對板藍根種子萌發及幼苗生長影響的比較Tab.6 Effect comparison of the four best priming treatments on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

3 結論與討論

本試驗采用20% PEG-6000模擬干旱脅迫進行板藍根種子萌發試驗，結果表明，板藍根種子在干旱脅迫下萌發受阻，發芽率、發芽勢和發芽指數降低，株高、根長及葉綠素含量降低，相對電導率升高，這與前人的研究結果一致[7,9,17]。種子引發是目前提升種子發芽率和整齊度的簡便有效方法，可以顯著增加逆境防御蛋白質類、能量相關蛋白質類以及蛋白質合成和目標類蛋白質豐度[18]。種子引發主要包括水引發、滾筒引發、膜引發、滲調引發、激素引發、固體基質引發等[19]。本研究選取了水引發、滲調引發和激素引發3種方式對板藍根種子進行引發。

滲調引發是以溶質為引發劑，通過調節細胞滲透勢，阻止細胞內容物滲出的一種方法，本研究以不同濃度PEG-6000和CaCl2作為引發劑對板藍根種子進行引發，結果發現，25% PEG-6000引發效果遠優于1.5% CaCl2，與孟靜靜等[17]的研究結果基本一致。楊小環等[20]研究也發現，25% PEG-6000可以促進甘藍種子迅速萌發，提高甘藍種子的發芽勢、發芽率和發芽指數。但在老化南瓜種子的引發中發現，1% CaCl2引發效果好于PEG-6000和GA3引發[21]，這可能與作物種類不同有關。

植物的發芽特性可以通過植物生長調節劑來改善，特別是在逆境條件下可以促進植物萌芽和生長。本研究發現，采用50 mg/L GA3進行種子引發在干旱脅迫下可大大提高板藍根種子的發芽指數，但其發芽率和發芽勢低于25% PEG-6000和18 h水引發。馬文廣等[22]報道，適宜的GA3引發處理可使MS云煙87和MSK326丸化種子的發芽指數和活力指數顯著提高，但對發芽率和發芽勢效果不明顯，與本研究結果基本一致。

水引發是先將種子放在水中預浸，然后將其放于相對濕度為100%的密閉容器中進行種子引發處理的一種方法，在植物中的應用較多[8]。在本研究中，水引發對板藍根種子的引發效果最明顯，種子的發芽率和發芽勢均得到了較大提高，且幼苗的生長指標相對較好。這與劉慧霞等[23]對紫花苜蓿和張澤旭等[24]對甜菜的研究結果一致。