低溫脅迫下油菜素內(nèi)酯對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

張愛敏 周國順 付麗軍 李娟 陸晴 任瑞星

摘 要：以耐冷型黃瓜品種‘RT-5和冷敏型黃瓜品種‘W-108種子為試驗材料，采用2，4-表油菜素內(nèi)酯（EBR）浸泡法和添加法處理，研究了15 ℃低溫脅迫下不同質(zhì)量濃度（0.001、0.010、0.100、1.000 mg·L-1）EBR對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明，適當(dāng)質(zhì)量濃度的（0.001～0.100 mg·L-1）EBR處理可以提高黃瓜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚軸長、軸根比和側(cè)根數(shù)，減輕種子萌發(fā)和幼苗受到的低溫傷害，且冷敏品種‘W-108的低溫緩解效應(yīng)大于耐冷品種‘RT-5。高質(zhì)量濃度（1.000 mg·L-1）EBR則顯著抑制黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長。各濃度EBR處理均不同程度降低了黃瓜幼苗的胚根長，隨EBR濃度升高，抑制作用加強。運用隸屬函數(shù)法對EBR各處理進行綜合評價，結(jié)果表明EBR浸泡法處理效果優(yōu)于添加法，其中以浸泡法0.010 mg·L-1 EBR處理對低溫脅迫下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的促進效果最好。

關(guān)鍵詞：黃瓜;油菜素內(nèi)酯;低溫脅迫;種子萌發(fā);幼苗生長

Effects of brassinosteroids on seed germination and seedling growth of cucumber under low temperature stress

ZHANG Aimin， ZHOU Guoshun， FU Lijun， LI Juan， LU Qing， REN Ruixing

（Tangshan Research Institute of Agricultural Sciences， Tangshan 063001， Hebei， China）

Abstract： Two cucumber seed of different varieties were used as experimental materials， one was cold-resistant varieties ‘RT-5 and the other was cold-sensitive varieties ‘W-108. The experiment was designed to study the effects of different concentrations of ?2， 4- Epibrassinolide （EBR） （0.000、0.001、0.010、0.100、1.000 mg·L-1）on seed germination and seedling growth of cucumbe under 15 ℃ low temperature stress by EBR immersion. The results showed that in a certain range of concentration of EBR， the treatment could improve the germination potential， germination rate， root length， hypocotyl ratio and the number of lateral roots of cucumber， reduce the risk of low temperature on seed germination and seedling， and the effect on cold sensitive cultivar ‘W-108 was greater than the cold resistant variety ‘RT-5. High concentration EBR （1.000 mg·L-1） significantly inhibited cucumber seed germination and seedling growth. The length of cucumber seedlings was reduced in all concentrations of EBR treatment. With the increasing of concentration of EBR， the inhibition was strengthened. The membership function method was used to evaluate the treatment of EBR. The results showed that EBR soaking method was better than adding method， and 0.010 mg·L-1 EBR soaking treatment had the best effect on seed germination and seedling growth of cucumber under low temperature stress.

Key words： Cucumber; Brassinolide; Low temperature stress; Seed germination; Seedling growth

低溫脅迫是常見的非生物脅迫之一，是限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素[1]。黃瓜（Cucumis sativus L.）起源于亞熱帶地區(qū)，屬喜溫作物，對低溫反應(yīng)敏感[2] ，生長期間特別是種子發(fā)芽期間對溫度要求較高。研究表明，黃瓜種子萌發(fā)適宜溫度為25～32 ℃，低于15 ℃發(fā)芽率顯著降低[3-4]，低于10～12 ℃幼苗生長緩慢或停止發(fā)育[5] 。然而在我國冬季和早春保護地栽培中，黃瓜常遭受0～15 ℃低溫傷害，低溫逆境下黃瓜種子萌發(fā)受阻、幼苗生長停滯、葉片萎蔫黃化，嚴重時可導(dǎo)致整株死亡[6]。如何提高低溫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗期耐冷性，對解決冬春季黃瓜生產(chǎn)有著重要的現(xiàn)實意義。

油菜素內(nèi)酯（brassinosteroid，BR）是20世紀70年代首次從油菜花粉中分離鑒定出的一種甾醇類化合物[7]，其廣泛存在于植物體內(nèi)，對植物的生長發(fā)育有重要影響[8]，能有效緩解多種不良因素對植物造成的傷害，增強植株抗性[9-12]。近年來研究表明，油菜素內(nèi)酯在提高黃瓜耐冷性方面發(fā)揮了重要作用。外源噴施油菜素內(nèi)酯可顯著提高亞低溫弱光環(huán)境下黃瓜幼苗的抗氧化酶活性，降低H2O2 含量及膜透性，有效促進了亞低溫弱光環(huán)境下黃瓜幼苗的生長[13]。丁錦新等[14]研究發(fā)現(xiàn)，表油菜素內(nèi)酯處理能夠減緩黃瓜幼苗葉綠素的降解和電解質(zhì)的外滲，從而延緩黃瓜幼苗冷害癥狀的出現(xiàn)以及生長的恢復(fù)。程群柱[15]利用不同濃度的表油菜素內(nèi)酯誘導(dǎo)黃瓜幼苗，結(jié)果表明，無論在低溫脅迫處理前和處理后施用表油菜素內(nèi)酯，均可以提高黃瓜幼苗抗氧化酶活性，提高葉綠素含量，降低丙二醛含量，從而減輕黃瓜在低溫弱光脅迫中所受的傷害。綜上所述，外源噴施油菜素內(nèi)酯（EBR）為緩解黃瓜低溫脅迫提供了新方法，但目前有關(guān)油菜素內(nèi)酯對低溫脅迫下黃瓜種子萌發(fā)影響的研究較少，油菜素內(nèi)酯對不同耐冷型黃瓜品種種子萌發(fā)、幼苗生長影響差異的研究尚未見報道。為此，筆者以2個耐冷性不同的黃瓜品種為材料，采用2，4-表油菜素內(nèi)酯浸泡法和添加法處理，在15 ℃低溫條件下探討2，4-表油菜素內(nèi)酯對黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的促進作用，以期為黃瓜低溫生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試黃瓜種子由唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院黃瓜課題組提供，其中‘RT-5為耐冷型黃瓜品種，‘W-108為冷敏型黃瓜品種。供試藥劑2，4-表油菜素內(nèi)酯（EBR）購自中科瑞泰（北京）生物科技有限公司。

1.2 處理

試驗于2017年3—5月在唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜實驗室進行。挑選大小均勻、籽粒飽滿的黃瓜種子，55 ℃溫湯浸種15 min，期間不斷攪拌，待冷卻至室溫，取出種子沖洗干凈后進行EBR浸泡法和添加法處理。（1）EBR浸泡法：將溫湯浸種后的黃瓜種子分別置于不同質(zhì)量濃度（0.001、0.010、0.100、1.000 mg·L-1）的EBR溶液中，室溫浸泡4 h，然后取出用蒸餾水反復(fù)沖洗3遍，均勻擺放在放有2層濕潤濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)，種子置于（15±0.5）℃光照培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)，每隔1日補充2 mL清水，以清水浸泡處理的種子為對照（CK1）。（2）EBR添加法：將溫湯浸種后的種子放入清水中，室溫繼續(xù)浸泡4 h，充分吸漲后取出擺放在2層濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)，每盒加入上述不同質(zhì)量濃度EBR溶液各10 mL，待濾紙浸透后吸去多余溶液，置于（15±0.5）℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)黑暗培養(yǎng)，分別于第3天和第7天向每發(fā)芽盒內(nèi)加入2 mL相應(yīng)質(zhì)量濃度的EBR溶液，其余同浸泡法，在相同時間添加等量清水。以添加清水處理為對照（CK2）。每品種每處理5次重復(fù)，每重復(fù)30粒種子。

1.3 調(diào)查指標與方法

自發(fā)芽之日起（以胚根突破種皮2 mm視為發(fā)芽），每天觀察記錄種子發(fā)芽情況，第4天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第12天待種子完全發(fā)芽且子葉全部展開后結(jié)束培養(yǎng)，統(tǒng)計發(fā)芽率，稱量幼苗鮮質(zhì)量，在每處理中隨機選取15株幼苗，用LA-S萬深植物根系分析儀測定胚根長、胚軸長和側(cè)根數(shù)。干質(zhì)量測定于烘箱105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重后稱量。

發(fā)芽勢/%=第4天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;

發(fā)芽率/% =第12天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2003 和 DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行差異顯著性檢驗。采用隸屬函數(shù)法進行EBR低溫效應(yīng)的綜合評價，計算發(fā)芽期8項指標的隸屬值，將其平均值作為最終評價指標。計算方法為：

Wj，i = （Xj，i-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin） ? ? ? ?………（1）

Wi =[n=1jWj，i] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ……（2）

公式（1）中Wj，i 為第j，i水平指標的得分，Xj，i 為第i水平第j個觀測指標值，Xjmin 為第j個觀測指標的最小值，Xjmax為第j個觀測指標的最大值，n為觀測指標數(shù)，Wi 為第i水平的綜合隸屬值。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下EBR對黃瓜種子萌發(fā)的影響

由表1可知，適當(dāng)質(zhì)量濃度的EBR（0.001～0.100 mg·L-1）處理能夠提高低溫脅迫下黃瓜種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，隨EBR質(zhì)量濃度的增加，促進作用先升高后降低。當(dāng)EBR質(zhì)量濃度升高到1.000 mg·L-1時對黃瓜發(fā)芽勢和發(fā)芽率產(chǎn)生顯著抑制。浸泡法中，以0.010 mg·L-1的EBR處理對2個黃瓜品種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率促進效果最好，而添加法處理中，以0.100 mg·L-1的EBR處理效果較好，顯著高于對照和其他處理。

EBR對低溫下耐冷性不同的2個黃瓜品種種子萌發(fā)促進效果存在差異。與對照相比，0.010 mg·L-1的EBR浸泡法處理使冷敏品種‘W-108的發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別提高了68.73%和26.32%，顯著高于對照;而在相同質(zhì)量濃度下，耐冷品種‘RT-5的發(fā)芽勢較對照提高了26.77%，發(fā)芽率最高僅提高了3.62%，與對照差異不顯著?？梢奅BR對種子萌發(fā)的促進效果不僅與處理方法和濃度有關(guān)，與品種耐冷程度也相關(guān)，EBR對冷敏品種的低溫緩解效應(yīng)大于耐冷品種。

2.2 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗胚根長、胚軸長和軸根比的影響

2.2.1 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗胚根長的影響 圖1顯示，各EBR處理均對黃瓜胚根長產(chǎn)生了不同程度的抑制，隨質(zhì)量濃度增加抑制作用加重。浸泡法中（圖1-A），當(dāng)EBR質(zhì)量濃度為0.010 mg·L-1時，2個黃瓜品種的胚根長顯著低于對照，當(dāng)EBR質(zhì)量濃度升高到1.000 mg·L-1時，‘RT-5和‘W-108的胚根長分別比對照降低了38.2%和50.2%;而添加法中（圖1-B），0.001 mg·L-1的EBR即能顯著抑制2個黃瓜品種的胚根長，當(dāng)EBR質(zhì)量濃度為1.000 mg·L-1時，‘RT-5和‘W-108的胚根長分別比對照降低了51.3%和63.8%，表明在相同EBR質(zhì)量濃度下，添加法對黃瓜幼苗胚根生長的抑制率高于浸泡法。

2.2.2 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗胚軸長的影響 由圖2可知，隨著EBR質(zhì)量濃度的增加，2個黃瓜品種的胚軸長表現(xiàn)為先升高后降低。浸泡法中，0.001～0.100 mg·L-1質(zhì)量濃度范圍的EBR處理對黃瓜幼苗的胚軸長起促進作用，當(dāng)EBR質(zhì)量濃度為0.010 mg·L-1時，冷敏品種‘W-108胚軸長達最高值，為3.35 cm，較對照提高了26.4%，差異顯著;耐冷品種‘RT-5在EBR質(zhì)量濃度為0.100 mg·L-1時胚軸長達最高值，為3.45 cm，較對照提高了17.3 %，表明EBR對冷敏品種胚軸長的促進效果大于耐冷品種。添加法中，0.001 mg·L-1的EBR對胚軸長起促進作用，大于此濃度則對胚軸生長產(chǎn)生顯著抑制。

2.2.3 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗軸根比的影響 由圖3可知，浸泡法和添加法處理下，各質(zhì)量濃度EBR均能夠提高15 ℃低溫脅迫下黃瓜幼苗的軸根比，且隨EBR質(zhì)量濃度升高，軸根比不斷增加。2種處理方法中，‘RT-5和‘W-108黃瓜的軸根比均在EBR質(zhì)量濃度為1.000 mg·L-1時達到最高。浸泡法中，‘RT-5和‘W-108的軸根比最高分別達到了0.83和 0.97，而添加法中‘RT-5和‘W-108的軸根比最高分別達到了0.79和1.05，表明EBR對低溫脅迫下黃瓜幼苗生長有緩解效應(yīng)，能使低溫下黃瓜幼苗的軸根比趨于正常，EBR對冷敏品種‘W-108的軸根比緩解效應(yīng)大于耐冷品種‘RT-5。

2.3 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗側(cè)根數(shù)的影響

由圖4可知，低溫脅迫下黃瓜根系生長緩慢，側(cè)根數(shù)較常溫下大量減少。2種EBR處理方法均對側(cè)根數(shù)有明顯影響，表現(xiàn)為隨EBR質(zhì)量濃度升高，側(cè)根數(shù)呈先增加后減少的趨勢。浸泡法中，EBR質(zhì)量濃度低于0.001 mg·L-1時，2個黃瓜品種的側(cè)根數(shù)與對照相比無顯著差異，隨EBR質(zhì)量濃度進一步升高，側(cè)根數(shù)大幅增加，冷敏品種‘W-108的側(cè)根數(shù)在EBR質(zhì)量濃度為0.010 mg·L-1時達到最多，較對照提高了45.3%，而耐冷品種‘RT-5在EBR質(zhì)量濃度為0.100 mg·L-1時側(cè)根數(shù)達到最多，較對照提高了42.3%。相較于浸泡法，添加法對黃瓜側(cè)根數(shù)的影響較小，冷敏品種‘W-108在EBR質(zhì)量濃度為0.001 mg·L-1時側(cè)根數(shù)有所增加，較對照提高了28.4%，耐冷品種‘RT-5在EBR質(zhì)量濃度為0.010 mg·L-1時側(cè)根數(shù)達到最多，較對照提高了17.9%，之后2個品種的側(cè)根數(shù)均隨EBR質(zhì)量濃度的增加呈顯著下降趨勢。

2.4 低溫脅迫下EBR對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

由表2可以看出，EBR浸泡法和添加法處理對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響存在差異。浸泡法中，0.001～0.100 mg·L-1 質(zhì)量濃度范圍的EBR處理對低溫脅迫下2個黃瓜品種的幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量沒有顯著性影響，當(dāng)EBR質(zhì)量濃度達到1.000 mg·L-1時則對幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量產(chǎn)生顯著抑制。添加法中，各質(zhì)量濃度EBR處理均對黃瓜幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量產(chǎn)生了不同程度的抑制，隨著EBR質(zhì)量濃度升高，抑制作用加重，當(dāng)添加法中EBR質(zhì)量濃度為0.100 mg·L-1時，2個黃瓜幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較對照顯著降低，且各濃度處理下的幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均小于相應(yīng)濃度的浸泡法處理。

2.5 綜合評價

采用隸屬函數(shù)法對EBR各濃度處理的應(yīng)用效果進行綜合評價（表3）。結(jié)果表明，0.001、0.010、0.100 mg·L-1的EBR浸泡法處理效果較好，綜合隸屬值分別位列第3、第1和第2，高于對照處理。而添加法中，0.001和0.010 mg·L-1 EBR處理的綜合得分值略高于對照，0.100 mg·L-1的EBR處理得分值低于對照，排序為第4、第5、第8，均低于相應(yīng)濃度的浸泡法處理，表明EBR浸泡法處理效果好于添加法處理，其中以0.010 mg·L-1 的EBR浸泡法處理對低溫脅迫下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的促進效果最好，而EBR添加法對黃瓜幼苗低溫緩解效果較差，甚至起到了負作用。

3 討論與結(jié)論

低溫脅迫是影響植物正常生長的各種不良因素之一，尤其在我國冬春季保護地生產(chǎn)中，低溫往往是作物生長的主要限制因子。黃瓜作為喜溫性蔬菜，對低溫反應(yīng)敏感， 當(dāng)溫度低至0～15 ℃時， 植株體內(nèi)的各種生理機能就會發(fā)生障礙，并逐漸演變?yōu)榈蜏貍16-18]。近年來研究表明，油菜素內(nèi)酯在緩解低溫脅迫，提高作物耐冷性方面表現(xiàn)出了良好效果[19-22]。筆者利用油菜素內(nèi)酯中的2，4-表油菜素內(nèi)酯（EBR），探討了15 ℃低溫脅迫下不同濃度EBR和不同EBR處理方式對黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，得出了以下結(jié)論：

（1）適當(dāng)濃度的EBR對低溫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長起促進作用，濃度過高則抑制種子萌發(fā)和幼苗生長。0.001～0.100 mg·L-1 的EBR浸泡法處理和0.001～0.010 mg·L-1的EBR添加法處理可以提高黃瓜種子在低溫下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚軸長、軸根比和側(cè)根數(shù)，表明EBR對提高黃瓜種子萌發(fā)期的抗寒能力起到了積極的作用，這與前人的研究結(jié)果一致。但超過此濃度范圍，EBR則對黃瓜幼苗各項生長指標均產(chǎn)生顯著抑制。本試驗結(jié)果表明，0.010 mg·L-1 的EBR浸泡處理對低溫脅迫下黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長的促進效果最好。

（2）不同處理方法影響EBR作用效果。從試驗結(jié)果來看，EBR浸泡法和添加法處理對低溫脅迫的緩解效應(yīng)存在差異。添加法中，較低質(zhì)量濃度的EBR（0.100 mg·L-1）即可對黃瓜幼苗生長產(chǎn)生抑制作用，且各濃度EBR處理下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、側(cè)根數(shù)等指標均小于相應(yīng)濃度的浸泡法處理。綜合評價結(jié)果顯示，得分值排名前3的處理均為EBR浸泡法，說明浸泡法對低溫脅迫的緩解作用較好，效果明顯優(yōu)于添加法，這與閆小紅等[22]的研究結(jié)果一致。

（3）EBR對耐冷性不同黃瓜品種的低溫緩解效應(yīng)存在差異。本研究結(jié)果表明，0.010～0.100 mg·L-1 的EBR處理能夠顯著提高低溫下冷敏品種‘W-108的發(fā)芽率，但對耐冷品種‘RT-5的發(fā)芽率影響不大;EBR最佳處理質(zhì)量濃度下（浸泡法0.010 mg·L-1），冷敏品種‘W-108的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚軸長、軸根比、側(cè)根數(shù)等指標的提高幅度均大于耐冷品種‘RT-5，說明EBR對冷敏型黃瓜品種的低溫緩解效應(yīng)大于耐冷型黃瓜品種。

鑒于不同濃度EBR的作用效果存在差異且不同抗性品種對EBR的耐受性不同，在今后的研究中還需進一步細化處理濃度，探索EBR在不同抗性試驗以及對不同抗性品種的最佳使用濃度。除此以外，對于EBR在低溫下生理、分子方面的作用機制還需進一步探索研究。

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