氯化鈣浸種對干旱脅迫下花生種子萌發及幼苗生理特性的影響

范小玉 陳雷 劉衛星 張楓葉 賀群嶺 李可 吳繼華

摘要：為探明鈣肥在干旱脅迫下對花生種子萌發及幼苗生長發育的調控效應，以商花30號為試驗材料，在10%聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫條件下，研究不同濃度的氯化鈣（CaCl2）浸種處理對花生種子萌發、幼苗生物量、膜脂過氧化作用及抗氧化酶活性的影響。結果表明，干旱脅迫條件下，CaCl2浸種處理顯著提高了花生種子的發芽率、發芽勢、發芽指數，促進了種子的萌發;CaCl2浸種處理顯著增加了花生幼芽胚根長、胚軸長、根數量及幼苗株高、鮮質量、干質量，促進了根系的生長、構建了健壯的植株形態;CaCl2浸種處理顯著降低了幼苗葉片丙二醛（MDA）含量，增強了幼苗葉片SOD和POD活性。由此表明，本試驗條件下，CaCl2浸種處理對干旱脅迫具有一定的緩解作用，其中40 mmol/L CaCl2對干旱脅迫的緩解效果最佳，可以有效地促進干旱脅迫下花生種子萌發和幼苗生長。

關鍵詞：氯化鈣;干旱脅迫;種子萌發;幼苗;生理特性

中圖分類號：S565.201 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）08-0101-04

花生（Arachis hypogaea L.）是我國重要的油料作物和經濟作物，隨著全球氣候變暖，干旱化的威脅越來越嚴重，我國作為花生的主產國之一，種植面積的2/3常年受到不同程度的干旱影響[1-2]。高國慶等統計表明，干旱常年造成的花生減產占全國總產量的20%以上[3]。姚君平等認為，干旱除引起減產外，還降低了花生品質，加重了黃曲霉毒素污染和病蟲害發生頻率[4]。花生是喜鈣作物，對鈣極度敏感，對鈣肥的需求量次于氮，高于磷，與鉀相當[5]。相關研究表明，適宜的外源鈣具有提高干旱脅迫下作物幼苗根系活力、植物體內超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、脯氨酸含量，降低丙二醛（MDA）含量，調節激素和一些重要的生化物質代謝等作用，從而減緩干旱脅迫對花生造成的傷害，提高花生的抗旱性[6-7]。

農用氯化鈣是一種由氯元素和鈣元素構成的鹽，化學式為CaCl2，可以為作物提供微肥，具有穩定和保護細胞質膜結構與功能、參與干旱信號的傳遞、調節保護酶活性等作用，從而緩解干旱脅迫對作物造成的傷害。目前，關于氯化鈣浸種提高作物抗旱性等研究可見于玉米[8]、銀杏[9]、小麥[10]、苜蓿[11]、大豆[12]、亞麻[13]等作物上。但鮮有報道氯化鈣浸種對干旱脅迫條件下花生種子萌發及幼苗生理指標的影響，本研究通過在10%聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫條件下，研究不同濃度的CaCl2浸種對花生種子萌發及幼苗生理指標的影響，探討CaCl2浸種緩解干旱脅迫對花生種子萌發及幼苗生長發育造成傷害的機理及篩選最佳浸種濃度，以期為提高花生抗旱性提供重要理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年5月在河南省商丘市農林科學院生理實驗室內進行。供試花生品種為商花30號，是商丘市農林科學院新育高油酸花生品種。氯化鈣（CaCl2含量≥96%），白色粉末狀，天津市致遠化學試劑有限公司生產。用10 %聚乙二醇（PEG-6000，分析純）模擬干旱處理。

1.2 試驗設計

試驗設4個CaCl2濃度處理，分別為 20 mmol/L（CA20）、40 mmol/L（CA40）、60 mmol/L（CA60）、80 mmol/L（CA80），蒸餾水浸種作為對照（CK）。選取籽粒飽滿、大小一致的花生種子，用1%次氯酸鈉溶液消毒5 min，無菌水沖洗3遍，用不同濃度的CaCl2溶液浸種12 h，CK采用蒸餾水浸種12 h。將浸好的種子分別置于培養皿內，每皿放20粒種子，加入10%PEG溶液，每處理重復3次，然后置于 28 ℃ 光照培養箱進行發芽培養。每24 h更換1次濾紙和脅迫液。每天觀察記錄種子發芽情況，用于種子萌發指標的測定。于處理第15天時測定幼苗的相關生長指標及生理指標。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 種子萌發指標的測定項目和方法 以胚根長度等于種子長度作為發芽標準，每天觀察記錄發芽情況并統計發芽數。參照《種子生物學研究指南》[14]計算種子的露白率、發芽勢、發芽率、發芽指數。處理第7天采用游標卡尺測量幼芽的幼根長、胚軸長，統計根數量。

1.3.2 幼苗生長指標的測定 每處理選取長勢均勻一致的植株10株，沖洗干凈，吸干表面水分，分別稱其鮮質量;將選取的材料立即置入恒溫干燥箱內，先殺青（105 ℃、30 min），后烘干（80 ℃）至恒質量，稱其干質量。試驗均重復3次，取其平均值。

1.3.3 幼苗生理指標的測定項目和方法 每處理取同等部位的葉片部分，用于以下生理指標的測定。丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸法;過氧化物酶活性采用愈傷木酚法測定;超氧化物歧化酶活性采用氮藍四唑光還原法測定，具體測定方法參照文獻[15]，每次測定均重復3次。

1.4 數據處理及分析

采用Microsoft Excel 2007軟件對數據進行編輯處理。采用DPS軟件對數據進行方差顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 CaCl2浸種對干旱脅迫下花生種子萌發的影響

種子萌發狀況的好壞直接關系到后期幼苗的建立、植株密度以及最終產量的形成[16]。由表1可知，經CaCl2浸種處理的花生種子的露白率、發芽勢、發芽率、發芽指數均高于對照，隨著CaCl2浸種濃度的升高，各項萌發指標值均呈先上升后下降趨勢。4個CaCl2浸種處理中，CA20處理花生種子露白率、發芽率、發芽指數、幼根長測定值最低，但均高于CK;CA40處理的種子發芽率最高，達78.60%，為CK的1.21倍，CA60處理的種子的露白率、發芽勢、發芽指數均最高，分別為CK的1.03、1.10、1.43倍，2個處理間無顯著差異;當浸種濃度達到 80 mmol/L 時，各萌發指標值均下降明顯，對花生種子的萌發促進作用逐漸減弱。說明適宜濃度的CaCl2浸種可以有效地緩解干旱脅迫對種子萌發的抑制作用，從而保證苗全苗齊，提高幼苗的整齊度。

花生萌發后幼根長、胚軸長和根數量可以很好地反映出幼苗生長初期的形態構建狀況。由表1可知，CaCl2浸種對提高種子的幼根長度、胚軸長度及根的數量有明顯的促進作用。花生種子幼根長、胚軸長和根數量均隨著CaCl2浸種濃度的增加呈先上升后下降趨勢，且各處理值均大于CK;其中CA40處理的幼根長、胚軸長及根數均最大，分別是CK的1.40、2.02、2.29倍;CA20、CA80處理花生種子的幼根長、胚軸長和根數均低于其他2個處理，但均顯著高于CK。說明適宜濃度的CaCl2浸種處理能夠顯著增加幼根、胚軸長和根數，促進根系生長，為構建健壯的花生植株打下良好的基礎。

2.2 CaCl2浸種對干旱脅迫下花生幼苗株高及生物量的影響

由圖1可以看出，CaCl2浸種處理后，在干旱脅迫條件下，各處理幼苗株高、鮮質量和干質量值均高于CK，花生幼苗的株高、鮮質量和干質量在CaCl2浸種濃度為0～40mmol/L范圍內隨浸種濃度的升高而增高，并在40 mmol/L時達最大值，當CaCl2浸種濃度高于40 mmol/L時，則呈降低趨勢。其中CA40處理幼苗株高、鮮質量、干質量比對照增加40.04%、67.50%、102.22%，對花生幼苗的生長具有明顯的促進作用;隨著CaCl2浸種濃度的增加，當到達80 mmol/L時，與CA40處理相比，其幼苗株高、鮮質量、干質量分別降低10.15%、21.64%、18.68%。說明適宜濃度的CaCl2浸種處理能夠較好地促進幼苗生長，而較高濃度的CaCl2浸種對幼苗生長有明顯的抑制作用。

2.3 CaCl2浸種對干旱脅迫下花生幼苗葉片MDA含量的影響

當植物受到逆境脅迫時，往往會發生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，其含量可以直接反映出逆境脅迫對植物細胞膜的傷害程度[17]。由圖2可知，在干旱脅迫下，CaCl2浸種處理可以有效降低葉片MDA含量，且隨浸種濃度的增加呈先下降后上升的趨勢。與CK相比，CA40處理葉片MDA含量大幅下降，說明40 mmol/L CaCl2浸種濃度可以明顯抑制花生幼苗葉片MDA的合成與積累，減輕干旱脅迫對幼苗葉片造成的傷害;CA20、CA60、CA80處理也能有效降低葉片內MDA含量，與CK相比，其值分別下降20.09%、27.72%、9.81%。說明CaCl2浸種能有效降低幼苗葉片MDA積累量，從而減輕膜脂過氧化作用對細胞造成的傷害，其中40 mmol/L CaCl2浸種效果最好。

2.4 CaCl2浸種對干旱脅迫下幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

SOD、POD是種子萌發過程中重要的代謝酶，也是保護氧自由基對細胞膜系統傷害的保護酶[18]。由圖3可知，CaCl2浸種處理后，在干旱脅迫下，花生幼苗葉片的SOD、POD活性變化趨勢基本一致，均隨CaCl2濃度的增加先大幅升高后小幅降低。各濃度處理幼苗葉片SOD、POD活性均高于CK，其中CA40處理幼苗葉片SOD、POD活性最高，與CK相比，分別增加32.53%、44.01%;CA20、CA60、CA80處理后幼苗葉片SOD活性分別為CK的1.15、1.45、1.37倍，POD活性分別為CK的1.34、1.76、1.57倍。說明CaCl2浸種可以有效促進SOD、POD活性的提高，從而有助于消除氧自由基對細胞膜系統的傷害，緩解干旱脅迫對幼苗葉片的傷害，且 40 mmol/L CaCl2為提高花生幼苗抗氧化能力的最佳濃度。

3 結論與討論

種子萌發是植株正常生長發育和形態建成的基礎，是植物體生命周期的起點。本研究結果表明，在干旱脅迫條件下，花生種子萌發受到顯著抑制，而采用CaCl2浸種預處理則能明顯促進干旱脅迫下花生種子萌發和幼芽的生長，主要表現在花生種子發芽率、發芽勢和發芽指數與對照相比均顯著提高，且幼根長、胚軸長和根的數量均較對照顯著增加，這與代海芳等的研究結果[12，19]一致。從本試驗可以看出，CA60處理對于種子的露白率、發芽勢、發芽指數有明顯的提高作用，與CA40處理無顯著差異，但對于提高種子發芽率及后期促進幼芽生長效果則低于CA40處理，說明 40 mmol/L CaCl2處理對于種子萌發和幼芽的生長為最佳浸種濃度。在干旱脅迫條件下，CaCl2浸種之所以能夠提高花生種子的發芽能力，可能是由于外源Ca2+存在時，種子細胞內能迅速產生O2+和H2O2等活性氧分子，進而啟動機體內其他信號，引起一系列保護性的生理反應，從而緩解干旱脅迫下對花生種子萌發造成的傷害。

鈣是植物生長的營養元素與第二信使，能調控植物生長發育[20-22]。本研究結果表明，CaCl2浸種預處理可以顯著提高干旱脅迫下幼苗株高、干質量和鮮質量，且均高于對照，各項幼苗生長指標隨浸種濃度增加呈先上升后下降趨勢，這與羅永華等的研究結果[13]一致。CaCl2浸種預處理能夠顯著提高干旱脅迫下幼苗株高、干質量和鮮質量，可能是由于通過CaCl2浸種預處理能促使花生種子萌發和幼芽生長上升，增強一些種子在物質代謝水平上的相關酶活性，一旦種子體內的代謝水平加強、酶活性增加，外在的幼苗株高、干質量和鮮質量會相應提高，從而可以構建健壯花生植株，提高幼苗抗旱能力，這是一個由內而外的過程。其中 40 mmol/L CaCl2浸種處理幼苗株高、鮮質量、干質量比對照增加40.04%、67.50%、102.22%，為最佳浸種濃度。

當植物受到逆境脅迫時，其體內活性氧防御系統就會對其形成相應適應逆境的生理生化代謝反應，而SOD、POD是植物活性氧防御系統中的關鍵酶[20]。CaCl2浸種能夠有效提高干旱脅迫條件下幼苗葉片SOD、POD活性，且活性均顯著高于對照，說明干旱脅迫破壞了活性氧防御系統及自由基產生和消除的平衡，通過CaCl2浸種，提高了保護酶活性，增強了活性氧防御系統能力，維持了細胞結構和功能的穩定性，提高了花生幼苗的干旱性，從而緩解了花生幼苗葉片在逆境下造成的傷害，這與周錄英等的研究結果[21]一致。同時CaCl2浸種可在一定濃度范圍內提高幼苗葉片MDA含量，說明適宜濃度的CaCl2對穩定雙脂層的膜結構、防止膜損傷和膜滲透、維持膜的完整性起著積極的作用，這與李永勝等的研究結果[22-25]一致。從本試驗可以看出，干旱脅迫下，40 mmol/L CaCl2浸種濃度在降低幼苗葉片MDA含量，提高SOD和POD活性效果最好，為最佳浸種濃度。

綜上所述，干旱脅迫條件下，采用40 mmol/L CaCl2浸種預處理，能有效促進干旱脅迫下種子萌發和幼苗生長，抑制膜脂過氧化產物MDA含量，誘導SOD、POD活性提高，從而減輕干旱脅迫對花生幼苗帶來的傷害，獲得較好的植株構建，為培育健壯幼苗打下基礎。然而，關于CaCl2浸種預處理提高花生抗旱性的具體作用機制還要進一步研究。

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