引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子萌發(fā)與激素的影響

孫夢(mèng)遙， 付炳堃， 劉天麗， 李 曉， 王 倩

（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）

芹菜（Apium graveolens L.）為耐寒性蔬菜，喜冷涼，忌炎熱，已日趨成為國(guó)內(nèi)外主要蔬菜。種子內(nèi)含有揮發(fā)油，外皮革質(zhì)，透水性差，發(fā)芽慢。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，種子在15～20℃時(shí)發(fā)芽良好，25℃以上發(fā)芽率迅速降低，30℃以上幾乎不發(fā)芽［1］。這是芹菜夏季育苗栽培的重要限制因素。為了滿足市場(chǎng)需要，實(shí)現(xiàn)芹菜周年供應(yīng)，對(duì)芹菜種子進(jìn)行耐熱生理研究。

近年來(lái)，種子引發(fā)技術(shù)在蔬菜種子抗逆境生理研究上迅速發(fā)展，其中滲調(diào)引發(fā)的研究最多［2］，滲調(diào)引發(fā)（Osmopriming）是以溶質(zhì)為引發(fā)劑，通過(guò)控制溶液的水勢(shì)調(diào)節(jié)種子吸水，進(jìn)而達(dá)到引發(fā)目的的一種播前種子處理技術(shù)［3－5］。目前關(guān)于種子滲調(diào)引發(fā)的生理機(jī)制研究還不夠深入，未能完全解釋滲調(diào)引發(fā)對(duì)種子萌發(fā)的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，故而研究滲透引發(fā)與種子激素的關(guān)系具有重要的基礎(chǔ)研究意義。

1 材料和方法

1.1 材 料

供試種子為文圖拉芹菜種子。將芹菜種子按表1方法進(jìn)行引發(fā)處理。種子處理后用蒸餾水清洗3遍，再用濾紙吸干表面水分，在室內(nèi)回干，待種子的含水量恢復(fù)至最初種子含水量時(shí)將種子收起備用。對(duì)照處理（ck）不做任何預(yù)處理。

表1 種子引發(fā)處理

1.2 方 法

1.2.1 種子發(fā)芽試驗(yàn)

發(fā)芽試驗(yàn)按照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。將引發(fā)后的種子置于20cm×15cm×12cm的聚乙烯發(fā)芽盒中，發(fā)芽盒放入智能光照培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)，將培養(yǎng)條件設(shè)置為：日溫／夜溫（分別為22℃／12℃、26℃／16℃、30℃／20℃、34℃／24℃），光照強(qiáng)度6 000lx，光照12h／黑暗12h）。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)100粒種子。以胚根長(zhǎng)達(dá)0.2cm作為萌發(fā)標(biāo)志，統(tǒng)計(jì)每天萌發(fā)的種子數(shù)，連續(xù)統(tǒng)計(jì)14d，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10d的發(fā)芽數(shù)計(jì)算。

1.2.2 種子活力試驗(yàn)

幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)采用玻璃板生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)與掃描分析結(jié)合法：將種子置于玻璃板的濕濾紙上，將玻璃板直立使種子發(fā)芽孔朝下并同一水平線，置于透明收納箱中，倒入適量蒸餾水，將收納箱放入智能光照培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)，將培養(yǎng)條件設(shè)置為：日溫／夜溫（分別為22℃／12℃、26℃／16℃、30℃／20℃、34℃／24℃，光照強(qiáng)度6 000lx，光照12h／黑暗12h）。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)30粒種子。16d后使用掃描儀（Eperson perfec－tionV 700Photo）掃描萌發(fā)種子下胚軸長(zhǎng)與胚根長(zhǎng)并稱量種子鮮重與干重，計(jì)算種子的活力指數(shù)。

1.2.3 種子激素測(cè)定

將引發(fā)的種子按照上述發(fā)芽試驗(yàn)的方法進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng)，10d后將所有處理的種子取樣，采用植物激素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（ELISA）測(cè)定種子激素脫落酸（ABA）、生長(zhǎng)素（IAA）、赤霉素（GA）、油菜素內(nèi)酯（BR）和玉米素核苷（ZR）的含量［6］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

評(píng)價(jià)種子活力參數(shù)包括種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)，按以下公式計(jì)算。

發(fā)芽率（%）＝∑Gt／N×100%；

發(fā)芽勢(shì)（%）＝Gn／N×100%；

發(fā)芽指數(shù)＝∑（Gt／Dt）；

活力指數(shù)＝S×GI；

式中：Gt為發(fā)芽開(kāi)始后t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)（末次統(tǒng)計(jì)）；N為種子總數(shù)；Gn為發(fā)芽開(kāi)始后n日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)（初次統(tǒng)計(jì)）；Gt為第t日的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；S為幼苗胚根長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)分析采用SPAS 19.0軟件進(jìn)行單因素ANOVA方差分析，多重比較檢驗(yàn)采用Duncan氏新復(fù)極差法（SSR法），在0.05顯著性水平上檢測(cè)，作圖采用Microsoft Excel 2010。

2 結(jié)果與分析

2.1 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子萌發(fā)的影響

由表2可知，各處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均隨著溫度的變化呈先升高后下降的趨勢(shì)，在30℃／20℃時(shí)最高，在34℃／24℃時(shí)顯著下降。其中，相比ck處理，PEG處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均在34℃／24℃時(shí)顯著提高。GA3處理、H2O2處理和CaCl2處理均可以在高溫時(shí)提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)。其中，在34℃／24℃時(shí)，H2O2處理和CaCl2處理對(duì)發(fā)芽率促進(jìn)作用最明顯，分別提高了17.73%和16.21%，GA3處理次之，提高了13.05%；GA3處理對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)促進(jìn)作用最明顯，提高了71.54%；H2O2處理和CaCl2處理次之，兩者平均提高了50.90%；GA3處理、H2O2處理和CaCl2處理對(duì)發(fā)芽指數(shù)的促進(jìn)作用無(wú)明顯差異，平均提高了24.40%。因此，30℃／20℃可促進(jìn)各處理種子的萌發(fā)，34℃／24℃會(huì)抑制各處理種子的萌發(fā)。

2.2 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子活力的影響

由表3可知，各處理的種子下胚軸長(zhǎng)、鮮重、干重和活力指數(shù)均隨著溫度的變化呈先升高后下降的趨勢(shì)，在30℃／20℃時(shí)最高，在34℃／24℃時(shí)顯著下降；各處理的種子胚根長(zhǎng)在30℃／20℃時(shí)即開(kāi)始下降。其中，相比ck處理，PEG處理的種子活力指數(shù)在34℃／24℃時(shí)顯著提高，胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、鮮重和干重均無(wú)明顯提高。GA3處理、H2O2處理和CaCl2處理均可以在高溫時(shí)提高種子胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、鮮重、干重和活力指數(shù)。其中，在34℃／24℃時(shí)，GA3處理對(duì)種子干重促進(jìn)作用最明顯，提高了30.77%，H2O2處理和CaCl2處理次之，平均提高了13.46%；GA3處理、H2O2處理和CaCl2處理對(duì)活力指數(shù)的促進(jìn)作用無(wú)明顯差異，平均提高了73.64%；CaCl2處理對(duì)胚根長(zhǎng)的促進(jìn)作用最明顯，提高了43.13%，GA3處理和H2O2處理次之，分別提高了38.13%和37.81%。GA3處理和CaCl2處理對(duì)下胚軸長(zhǎng)和鮮重的促進(jìn)作用最明顯，平均分別提高了48.96%和36.77%，H2O2處理次之，分別提高了39.19%和11.28%。因此，GA3處理和CaCl2處理對(duì)種子活力的促進(jìn)作用最為明顯，H2O2處理次之。

表2 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子萌發(fā)的影響

表3 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子活力的影響

2.3 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子激素含量的影響

由圖1、圖2可知，不同溫度下，不同引發(fā)處理對(duì)種子激素含量及其比例的影響極其復(fù)雜。在高溫脅迫下，所有處理的種子各類激素含量都有所下降，但不同引發(fā)處理各類激素下降水平不同以及不同激素比例的變化不同。在30℃／20℃時(shí)，ck處理、PEG處理、GA3處理與H2O2處理的ABA、IAA、GA、BR和ZR含量以及IAA／ABA、GA／ABA、BR／ABA與ZA／ABA都有所提高，并且GA3處理各項(xiàng)激素含量與激素比例均處于最高水平或較高水平，PEG處理和H2O2處理依次降低，ck處理最低；CaCl2處理的各種激素含量及激素比例均在30℃／20℃時(shí)有所下降。在34℃／24℃時(shí)，ck處理、PEG處理、GA3處理與 H2O2處理的ABA、IAA、GA、BR和ZR含量以及IAA／ABA、GA／ABA、BR／ABA與ZA／ABA都有所下降，并且不同處理的各種激素含量下降幅度不同而使各項(xiàng)激素比例處于不同水平；CaCl2處理的各激素含量與激素比例變化不大或有提高。其中，H2O2處理的IAA／ABA處于最高水平，PEG處理、CaCl2處理與ck處理依次降低，GA3處理最低；GA3處理的GA／ABA處于最高水平，ck處理與H2O2處理次之，PEG處理與CaCl2處理最低；CaCl2處理的BR／ABA處于最高水平，H2O2處理、PEG處理與GA3處理依次降低，ck處理最低；CaCl2處理的ZR／ABA處于最高水平，PEG處理、ck處理與H2O2處理依次降低，GA3處理最低。結(jié)合2.1和2.2的結(jié)果分析可知，ck處理、PEG處理、GA3處理與H2O2處理的激素比例隨溫度的變化規(guī)律與其種子活力隨溫度變化的規(guī)律一致；此外，不同引發(fā)處理對(duì)不同激素比例的調(diào)節(jié)與引發(fā)處理對(duì)種子活力的影響有一定聯(lián)系，GA／ABA處于最高水平的GA3處理和BR／ABA與ZR／ABA處于最高水平的CaCl2處理的種子活力都處于較高水平，IAA／ABA處于最高水平而其他激素比例處于較低水平的H2O2處理的種子活力次之。

圖1 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子激素含量的影響

圖2 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子激素含量比例的影響

3 討 論

3.1 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子萌發(fā)和種子活力具有促進(jìn)作用

溫度是影響種子萌發(fā)的關(guān)鍵因素，在實(shí)際生產(chǎn)中難以達(dá)到種子萌發(fā)的適溫條件，因此人們開(kāi)始探索各種方法使種子具備抗低溫或高溫的能力，種子引發(fā)則是一種廣為應(yīng)用與研究的方法。本試驗(yàn)結(jié)果表明，30℃／20℃可一定程度促進(jìn)芹菜種子的萌發(fā)，這與前人總結(jié)的種子萌發(fā)適溫不一致，有可能是品種更具耐熱性且萌發(fā)適溫不低于16℃的緣故。34℃／24℃明顯抑制各處理種子的萌發(fā)，同時(shí)相比ck處理，GA3處理和CaCl2處理對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等種子活力指標(biāo)促進(jìn)作用最為明顯，H2O2處理和PEG處理次之，說(shuō)明各引發(fā)處理均可以在一定程度上維持種子活力，有效減輕高溫脅迫對(duì)種子萌發(fā)的危害，這與前人在萵苣種子、香菜種子、芹菜種子的研究結(jié)果相近［7－10］，說(shuō)明引發(fā)處理在芹菜種子抗高溫萌發(fā)方面亦適用。至于不同引發(fā)方法處理效果不同，有可能是引發(fā)方法對(duì)種子的膜透性、酶活性及激素水平等方面產(chǎn)生差異影響的原因，有待進(jìn)一步探討。

3.2 引發(fā)處理對(duì)高溫脅迫下芹菜種子激素水平有調(diào)節(jié)作用

植物激素是種子發(fā)育過(guò)程中胚產(chǎn)生的重要物質(zhì)，其中ABA誘導(dǎo)種子休眠，GA促進(jìn)種子萌發(fā)，細(xì)胞分裂素（CTK）和BR是種子萌發(fā)過(guò)程中GA生物學(xué)功能的促進(jìn)因子，同時(shí)也是 ABA 的拮抗因子［11－12］，本試驗(yàn)用ZR作為CTK作用的參考。IAA具有促進(jìn)細(xì)胞分裂和植物生長(zhǎng)的作用，但其是否調(diào)控種子萌發(fā)尚未有確切報(bào)道。植物激素在植物內(nèi)部的含量是極微小的，并且各類激素含量之間的比例平衡是影響植物細(xì)胞生理生化活動(dòng)的推動(dòng)因素［13］。因此，單獨(dú)考慮激素含量的變化是片面的，應(yīng)根據(jù)各類激素含量之間的比例來(lái)分析激素對(duì)種子萌發(fā)的影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度與引發(fā)處理都會(huì)影響芹菜種子激素含量與激素比例。在高溫脅迫下，所有處理的種子各類激素含量都有所下降且不同處理的激素比例變化不同，ck處理、PEG處理、GA3處理與H2O2處理的激素比例隨溫度的變化規(guī)律與其種子活力隨溫度變化的規(guī)律一致，這說(shuō)明引發(fā)處理有可能通過(guò)調(diào)節(jié)種子激素水平來(lái)調(diào)節(jié)種子萌發(fā)與生長(zhǎng)以適應(yīng)溫度變化，并且IAA、GA、BR與ZR有助于種子萌發(fā)。此外，GA、BR和ZR是目前公認(rèn)的促進(jìn)種子萌發(fā)的主導(dǎo)激素，在一定范圍內(nèi)其與ABA的比值越大越能促進(jìn)種子萌發(fā)。不同引發(fā)處理對(duì)不同激素比例的調(diào)節(jié)與引發(fā)處理對(duì)種子活力的影響兩者之間的聯(lián)系，一定程度上驗(yàn)證了上述結(jié)論，同時(shí)更肯定了引發(fā)處理有可能通過(guò)調(diào)節(jié)種子激素水平來(lái)影響種子萌發(fā)與生長(zhǎng)的推測(cè)，相信這可以作為種子引發(fā)調(diào)控機(jī)制的研究依據(jù)。至于不同引發(fā)處理如何調(diào)節(jié)種子激素水平以及激素水平如何調(diào)控種子萌發(fā)生長(zhǎng)，有待進(jìn)一步研究。

［1］楊妙賢，鄭慧明.芹菜種子反季節(jié)發(fā)芽技術(shù)研究［J］.種子，2005，24（9）：85.

［2］李皓，李傳中，曾瑞珍，等.種子引發(fā)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.熱帶農(nóng)業(yè)工程，2012，36（3）：20－23.

［3］Amooaghaie R.The effect of hydro and osmoprimingon alfalfa seeds germination and antioxidant defenses under salt stress［J］.African journal of biotechnology，2011，10（33）：6 268－6 275.

［4］Chen K T，Rajeev A.Dynamics of the antioxidant system during seeds osmopriming，post－priming germination，and seedsling establishment in spinach （Spinacia oleracea）［J］.Plant Science，2011，180（2）：212－220.

［5］Dorota S.Enhancement of zinnia seeds by osmopriming and grapefruit extract treatment［J］.Acta Scientiarum Polonorum－Hortorum Cultus，2011，10（2）：33－47.

［6］尹燕枰，董學(xué)會(huì).種子學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2008：89－93，216－217.

［7］王艷芳.引發(fā)對(duì)高溫脅迫下萵苣種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響［D］.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生論文，2014：12.

［8］魏萍.聚乙二醇、青霉素、雙氧水對(duì)香菜陳種子發(fā)芽及田間成苗的影響［J］.青海農(nóng)林科技，2013（3）：9－12.

［9］錢森和，楊超英，薛正蓮，等.PEG引發(fā)對(duì)芹菜種子活力影響的研究［J］.生物學(xué)雜志，2009（1）：76－78，86.

［10］尤亞偉，王玉珍，李霞.GA3對(duì)于芹菜種子休眠打破及TDZ對(duì)芹菜分化的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，22（增刊）：61－63.

［11］Birgit K，Marc A C，Leubner－Metzger G.Plant hormone interactions during seeds dormancy release and germination［J］.Seeds Science Research，2005，15：281－307.

［12］Kim T W，Wang Z Y.Brassinosteroid signal transductionfrom receptor kinases to transcription factors［J］.Annual Review Plant Biology，2010，61：681－704.

［13］楊榮超，張海軍，王倩，等.植物激素對(duì)種子休眠和萌發(fā)調(diào)控機(jī)理的研究進(jìn)展［J］.草地學(xué)報(bào)，2012（1）：1－9.