復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子萌發(fā)及幼苗生長的影響

田敬園，王玉國，尹美強(qiáng)，原向陽，黃明鏡，溫銀元，趙娟

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷030801；2.山西省農(nóng)科院 旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西 太原030031）

我國谷子主要分布在北方干旱半干旱地區(qū)，其中2／3分布在干旱最嚴(yán)重的華北地區(qū)。由于干旱的頻繁發(fā)生，直接影響谷子的萌發(fā)和幼苗生長，造成出苗不全、幼苗生長勢弱，嚴(yán)重影響谷子的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。就目前情況來看，水資源的短缺和干旱的威脅將是長期存在的問題，要提高谷子的生產(chǎn)水平，必須尋求科學(xué)、高效的節(jié)水栽培途徑。提高種子抗旱性的方法除了選用抗旱性品種外，浸種是抗旱鍛煉的常用方法。

赤霉素（GA3）作為一種高效的植物激素，在調(diào)控植物生長發(fā)育中起著重要作用，它可以解除種子的休眠，促進(jìn)基因表達(dá)，增加植物內(nèi)部水解酶的合成，并對完整性受到破壞的細(xì)胞膜進(jìn)行一定程度的修復(fù)［1］。楊俊興等［2］報道，GA與鈣離子混合處理過的冬小麥種子MDA含量降低，Pro積累速度加快，抗氧化酶活性增強(qiáng)，能夠提高冬小麥的抗旱能力。

許多研究表明，一定濃度的稀土元素及其化合物對植物生長具有刺激促進(jìn)作用。唐家紅等［3］研究認(rèn)為，鑭處理的小麥幼苗，其過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的活性升高，可溶性蛋白和脯氨酸含量提高，從而提高了幼苗的抗旱能力。趙依杰等［4］采用不同質(zhì)量濃度的硝酸鑭溶液處理甜瓜幼苗，硝酸鑭可提高甜瓜葉片中SOD、POD的活性，降低MDA的含量，并能促進(jìn)可溶性糖的累積，顯著增強(qiáng)了植株的抗逆性。史東平等［5］認(rèn)為，低質(zhì)量濃度稀土可促進(jìn)水稻種子萌發(fā)、生根及植株生長。

脯氨酸（Pr o）是植物蛋白質(zhì)的組分之一，并可以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中。在干旱、鹽漬等脅迫條件下，許多植物體內(nèi)脯氨酸大量積累。積累的脯氨酸除了作為植物細(xì)胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還在穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、解除氨毒害以及作為能量庫調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢等方面起重要作用［6］。朱虹等［7］報道，在逆境條件下（旱、鹽堿、熱、冷、凍），植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加。植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性強(qiáng)的品種往往積累較多的脯氨酸。

已有不少試驗證明上述3種試劑單獨(dú)處理種子后，可以提高作物的抗旱能力，然而由于田間生產(chǎn)因素復(fù)雜，單一的藥劑處理已不能滿足生產(chǎn)的需求。本試驗將赤霉素、脯氨酸和稀土3種藥劑混合后對谷子種子進(jìn)行浸種處理，研究在干旱脅迫下混合藥劑浸種對谷子種子萌發(fā)及幼苗的生理生化效應(yīng)，以期為抗旱劑的開發(fā)應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為晉谷21號，由山西省農(nóng)科院提供。

1.2 試劑配制

250 mg·L－1赤霉素，460.4 mg·L－1脯氨酸，25 mg·L－1稀土，按體積比1∶1∶1混合。

1.3 試驗方法

試驗時種子先用0.1%Hg Cl2溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗5次并用干燥濾紙吸干，再將種子分別用蒸餾水（對照）和混合藥劑浸泡10 min，然后將種子置于通風(fēng)處使其自然風(fēng)干。將種子播種于發(fā)芽盒中，每盒100粒，播種基質(zhì)為試驗地耕種土，每盒900 g（上部450 g，下部450 g），模擬輕度干旱的土壤含水量為9%。用保鮮膜將發(fā)芽盒密封防止水分散失，發(fā)芽盒置于25℃光照培養(yǎng)架，光照12 h·d－1，培養(yǎng)7 d后測定幼苗的各項指標(biāo)。每個處理設(shè)計重復(fù)5次。

1.4 測定指標(biāo)

發(fā)芽率（Gr）＝n／N＊100%（n：最終發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù)）

發(fā)芽勢（Ge）＝n／N＊100%（n：第36 h發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù)）

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性分別采用氮藍(lán)四唑光化還原抑制法、紫外吸收法和愈創(chuàng)木酚法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TAB）法測定；脯氨酸含量采用茚三酮法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮蘭染色法測定；超氧陰離子（O－2·）產(chǎn)生速率和過氧化氫（H2O2）含量采用高俊鳳［8］方法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計

采用Excel和DPS7.5統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)，各表中的數(shù)據(jù)為平均數(shù)±SD，＊ 表示在0.05水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合浸種對干旱脅迫下谷子萌發(fā)及株高的影響

由表1可看出，干旱脅迫下混合藥劑處理過的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和株高均高于對照。處理過的種子發(fā)芽率和株高分別比對照提高了12.40%和43.97%，差異顯著；發(fā)芽勢較對照提高12.53%，差異不顯著。說明混合藥劑處理谷子后可以顯著提高谷子在干旱脅迫下的發(fā)芽率和幼苗株高。

表1 混合浸種對干旱脅迫下谷子萌發(fā)及幼苗的影響Table 1 Effects of mixed seed soaking on the seed germination and seeding under drought stress

2.2 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化酶活性的影響

由表2可見，谷子經(jīng)混合藥劑浸種后，在9%的土壤含水量模擬干旱脅迫條件下，第7天時谷子幼苗葉片的POD、CAT活性比對照略高，分別提高了13.48%和15.48%，但未達(dá)到顯著水平。谷子幼苗葉片中的SOD比對照提高了204.76%，差異顯著。說明混合藥劑浸種可以提高谷子幼苗在干旱脅迫下抗氧化保護(hù)酶活性，有利于谷子及時清除活性氧，減輕干旱脅迫對谷子的傷害。

表2 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化保護(hù)酶活性的影響Table 2 Effects of mixed seed soaking on activity of antioxidant enzymes under drought stress

2.3 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表3可看出，谷子經(jīng)混合藥劑浸種后，在干旱脅迫第7天時谷子幼苗葉片中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均比對照高。處理后的谷子葉片中可溶性蛋白含量較對照提高了2.23%，差異不顯著；谷子葉片中的脯氨酸含量比對照提高了63.44%，差異達(dá)到顯著水平。說明混合藥劑浸種可以促進(jìn)干旱脅迫下谷子幼苗中的脯氨酸的積累，脯氨酸積累可能與干旱脅迫下降低谷子幼苗葉片的滲透勢，促進(jìn)幼苗吸水有關(guān)。

表3 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Table 3 Effect of mixed seed soaking on content of praline and protein under drought stress

2.4 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及膜脂過氧化的影響

由表4可以看出，谷子經(jīng)混合藥劑浸種后，在干旱脅迫第7天時谷子幼苗葉片中的MDA、H2O2含量及O－2·產(chǎn)生速率均低于對照。處理過的葉片中MDA含量比對照降低了20.51%，但差異未達(dá)顯著水平；處理過的葉片中H2O2含量及O－2·產(chǎn)生速率分別比對照降低47.61%和14.81%，達(dá)顯著水平。說明混合藥劑浸種可以降低干旱脅迫下谷子幼苗中膜脂過氧化產(chǎn)物MDA和H2O2的積累，減緩O－2·的產(chǎn)生速率。

表4 混合浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及MDA含量的影響Table 4 Effects of mixed seed soaking on production rate of superoxide radicals and MDA content of seeding under drought stress

3 討論與結(jié)論

植物在正常的代謝過程中產(chǎn)生少量的活性氧會被植物體內(nèi)的多種抗氧化機(jī)制及時清除，使得活性氧的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)。植物細(xì)胞主要有兩種清除活性氧的系統(tǒng)：抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)。抗氧化酶系統(tǒng)主要包括SOD、POD和CAT等，它們在清除超氧自由基、過氧化氫和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起著重要作用［7］。SOD的主要功能是清除·，即其產(chǎn)物H2O2也是一種自由基，細(xì)胞中的 H2O2可以通過 Haber－Weiss反應(yīng)：或Fenton反應(yīng)產(chǎn)生更多的自由基。因此，及時消除細(xì)胞中H2O2，使其維持在一個較低水平，對防止自由基傷害也是非常重要的。而POD、CAT具有分解H2O2的作用。因此這三種保護(hù)酶的活性是衡量植物自身活性氧清除能力的重要指標(biāo)［9，10］。本試驗表明，混合藥劑處理后谷子幼苗在干旱脅迫下的POD和CAT活性分別比對照提高了13.48%和15.48%，SOD活性比對照提高了204.76%，達(dá)顯著水平；此外混合藥劑處理谷子可以顯著降低幼苗中的H2O2的含量和O－2·的產(chǎn)生速率，分別比對照降低了47.61%和14.81%，達(dá)顯著水平。說明混合藥劑浸泡處理種子可以提高谷子幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶SOD、POD和CAT的活性，同時可以降低葉片中H2O2的累積，減緩O－2·的產(chǎn)生速率；在干旱條件下加快細(xì)胞內(nèi)活性氧的代謝速率，使膜脂過氧化處于較低水平，增強(qiáng)了幼苗對逆境的抵抗能力。

干旱脅迫可以打破活性氧產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡而導(dǎo)致活性氧過量產(chǎn)生，從而引發(fā)膜脂過氧化反應(yīng)。MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量是反映膜脂過氧化強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。郝福順等［11］證實(shí)了滲透脅迫下活性氧大量產(chǎn)生從而加劇了MDA的累積。本試驗中經(jīng)過混合藥劑處理后的谷子幼苗葉片在干旱脅迫下MDA的含量比對照降低了20.51%。說明了混合藥劑浸種可以降低膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的含量，減輕膜脂過氧化程度，緩解了谷子在干旱脅迫下細(xì)胞膜的損傷。

滲透調(diào)節(jié)作用也是植物適應(yīng)水分脅迫的主要生理機(jī)制，植物在干旱時會主動積累大量的可溶性滲透物質(zhì)，來維持滲透平衡，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)［12］。這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要包括可溶性蛋白，可溶性糖和脯氨酸。本試驗中經(jīng)過混合藥劑處理后的谷子幼苗葉片在干旱脅迫下可溶性蛋白比對照提高了2.23%，脯氨酸含量比對照提高了63.44%。說明用混合藥劑處理谷子后，在干旱脅迫下谷子幼苗葉片會大量積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，改善了幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，提高了對干旱的適應(yīng)能力，緩解了干旱對谷子萌發(fā)和生長的抑制作用。

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