PEG-6000模擬干旱對(duì)花櫻蘿卜種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響

(1.隴南師范高等?？茖W(xué)校，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(fā)中心，甘肅 成縣 742500)

花櫻蘿卜(RedRaphanussativus)，是十字花科蘿卜屬，一年或二年生草本植物。在我國(guó)，蘿卜分布廣，栽培面積大，四季均有，是人們常食用的蔬菜之一。蘿卜富含營(yíng)養(yǎng)，有多種礦質(zhì)元素和維生素[1]?；烟}卜是隴南各縣區(qū)春季主要的栽培品種，主要可食部位為紅皮肉質(zhì)直根。

本試驗(yàn)通過用聚乙二醇-6000(polyeyhylene glycol，簡(jiǎn)稱PEG-6000)處理花櫻蘿卜種子，研究其萌發(fā)及生長(zhǎng)情況、葉綠素、丙二醛、脯氨酸含量、CAT活性，進(jìn)一步了解干旱對(duì)花櫻蘿卜的脅迫機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

花櫻蘿卜種子購(gòu)自天津市科力豐種子有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽試驗(yàn)》，GB/T 3543-1995方法操作[2]?；烟}卜種子用0.1%的KMnO4[3]對(duì)花櫻蘿卜種子進(jìn)行消毒處理后，去掉破損、壞的種子，放在預(yù)先鋪有2層發(fā)芽紙(市售，pH值為7.0～7.5)的培養(yǎng)皿中(D=9 cm)，60粒/皿，用不同濃度的PEG進(jìn)行脅迫，PEG的濃度(W/v)分別為：5%、10%、15%、20%、30%，PEG溶液相對(duì)應(yīng)的水勢(shì)分別約為：-0.58、-1.66、-3.25、-5.34、-11.05 MPa[4]，以純水為對(duì)照(ck)，每一脅迫濃度做3次重復(fù)。放置于SPX-250 BG光照培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度25 ℃，光照12 h。進(jìn)行7 d脅迫處理。每天觀察并記錄花櫻蘿卜幼苗的生長(zhǎng)狀況，并及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)溶液。

1.3 花櫻蘿卜種子的發(fā)芽情況觀察

從處理后第2天開始觀察，以芽萌發(fā)長(zhǎng)度達(dá)到種子一半為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[5]，對(duì)花櫻蘿卜種子發(fā)芽情況進(jìn)行記錄，7 d后，每皿隨機(jī)抽取10株，測(cè)量其胚根、胚軸長(zhǎng)度。

計(jì)算發(fā)芽率、逐日萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)：

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽總粒數(shù)/試驗(yàn)總粒數(shù))×100%[6]；

逐日萌發(fā)率(%)=(每天萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%[7]；

發(fā)芽指數(shù)(GI)= ∑(Gt/Dt)(Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽數(shù)與發(fā)芽日數(shù))[8]。

1.4 葉綠素、脯氨酸(Pro)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)的測(cè)定

葉綠素、脯氨酸、MDA含量的測(cè)定采用王學(xué)奎[9]的方法，CAT活性測(cè)定參照高俊鳳[10]的紫外吸收法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SPSS 17.0軟件和Excel 2010軟件處理。

圖1 PEG脅迫對(duì)花櫻蘿卜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率的影響

由圖1看出，隨PEG脅迫濃度的增加，花櫻蘿卜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，在PEG濃度為5%、10%、15%時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與ck差異不明顯(p>0.05)，但PEG濃度為30%時(shí)，花櫻蘿卜種子的發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)分別是ck的71.4%和52.5%，與ck差異極顯著(p<0.01)，同時(shí)，20%與30%的PEG濃度之間，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)差異顯著(p<0.05)，與單長(zhǎng)卷等[11]的研究結(jié)果相同。

在PEG模擬干旱試驗(yàn)中，在不同濃度的PEG脅迫下的花櫻蘿卜種子的逐日萌發(fā)率高峰日均在第2天，高峰值隨PEG濃度的增加而出現(xiàn)下降，PEG濃度為5%、10%、15%、20%時(shí)的逐日發(fā)芽率曲線呈較尖銳的倒“V”型，30%PEG濃度脅迫曲線較為平緩，且其逐日發(fā)芽率只有ck的31.6%，圖1所示，PEG濃度為5%條件下，種子的逐日萌發(fā)率與ck基本一致，表明，花櫻蘿卜萌發(fā)過程中，對(duì)輕微干旱(PEG濃度5%)有一定的耐受力，較高濃度的PEG對(duì)種子的萌發(fā)有抑制作用。

2.2 PEG對(duì)胚根和下胚軸長(zhǎng)度的影響

植物幼苗胚根長(zhǎng)度，下胚軸長(zhǎng)度等指標(biāo)能反應(yīng)幼苗遭受脅迫的程度。表1表明，下胚軸的長(zhǎng)度隨PEG脅迫濃度的增加而逐漸縮短，在15%、20%、30%濃度下，下胚軸的長(zhǎng)度與ck相比較顯著變短(p<0.01)，這3組間也存在差異(p<0.05)，花櫻蘿卜幼苗的胚根長(zhǎng)度根在PEG脅迫濃度為5%時(shí)，其胚根的長(zhǎng)度反而增加，與ck有差異(p<0.05)，隨后，隨脅迫濃度的增加，胚根長(zhǎng)度逐漸變短，PEG脅迫濃度為20%、30%時(shí)與ck胚根長(zhǎng)度有顯著差異(p<0.01)，與江瑞濤等[12]的研究結(jié)果相一致。

2.3 PEG對(duì)葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

植物幼苗受到外來脅迫時(shí)，其光合色素的含量會(huì)發(fā)生變化，從而影響植物的光合效率和幼苗的生長(zhǎng)[13]。圖2表明，葉綠素、類胡蘿卜素的含量隨PEG脅迫濃度的增加逐漸降低，與ck相比，葉綠素a與葉綠素b含量在PEG濃度為5%、10%時(shí)無明顯差異，在20%、30%時(shí)有差異(p<0.05)，類胡蘿卜素的含量在PEG濃度為30%時(shí)與ck相比有差異(p<0.05)。表明花櫻蘿卜對(duì)輕度干旱有一定的適應(yīng)力。

表1 PEG脅迫對(duì)花櫻蘿卜生長(zhǎng)的影響

PEG濃度/%胚根長(zhǎng)度/cm下胚軸長(zhǎng)度/cm0(ck)7.23±0.372.28±0.1257.25±0.312.16±0.12106.14±0.361.36±0.06155.21±0.460.92±0.06204.41±0.380.76±0.18302.36±0.220.449±0.02

圖2 PEG脅迫對(duì)花櫻蘿卜幼苗體內(nèi)葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響

2.4 PEG對(duì)幼葉CAT活性的影響

CAT(過氧化氫酶)是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶，能清除植物體內(nèi)H2O2[14]，由圖3看出，隨PEG脅迫濃度的增高，CAT活性先升后降，在PEG濃度為15%時(shí)達(dá)到峰值，是ck的214%。CAT含量的變化與植物體內(nèi)的H2O2含量密切相關(guān)[15]。

圖4 PEG脅迫對(duì)花櫻蘿卜幼苗體內(nèi)MDA、Pro含量的影響

圖3 PEG脅迫對(duì)花櫻蘿卜幼苗體內(nèi)CAT活性的影響

2.5 PEG對(duì)幼葉MDA、Pro含量的影響

由圖4可知，MDA的含量在PEG濃度為5%、10%時(shí)略有下降，但下降幅度不大，隨后又升高；Pro的含量隨脅迫濃度的增加逐漸升高，在PEG濃度為30%時(shí)，Pro的含量是ck的400%，達(dá)到最高值?？傮w來看，MDA、Pro含量呈上升趨勢(shì)，與脅迫的濃度成正比。

3 結(jié) 論

在植物生命活動(dòng)中不可缺少水分，水分對(duì)植物的生長(zhǎng)、生理生化等方面有決定性的作用。劉克彪等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PEG脅迫濃度在30%時(shí)，黑果枸杞種子的發(fā)芽率下降幅度較大，對(duì)植物種子的萌發(fā)有明顯抑制作用，進(jìn)而影響植物種種子的發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率[16]。不同濃度的PEG脅迫條件下，隨脅迫濃度的增加，花櫻蘿卜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率的逐漸下降，尤其在PEG濃度為20%、30%時(shí)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、逐日萌發(fā)率迅速下降，在5%PEG-6000溶液脅迫下，其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)與ck基本接近。

下胚軸的生長(zhǎng)隨PEG脅迫濃度的增加而逐漸縮短，在15%、20%、30%濃度下，下胚軸的長(zhǎng)度與ck相比較顯著變短(p<0.01)；胚根生長(zhǎng)在PEG脅迫濃度為5%、10%時(shí)反而增加(p<0.05)，后隨脅迫濃度的持續(xù)增加逐漸變短，PEG脅迫濃度為20%、30%時(shí)與ck胚根長(zhǎng)度有顯著差異(p<0.01)。低濃度(5%～10%)的PEG有刺激胚根生長(zhǎng)的作用，與袁倩倩等[17]的研究結(jié)果一致。

植物幼苗受到外界環(huán)境的脅迫時(shí)，植物體內(nèi)的葉綠素、類胡蘿卜素等色素會(huì)發(fā)生一定的變化[18]，葉綠素是光合作用過程中主要的色素，類胡蘿卜素在植物光合中有重要的輔助作用，可獲取葉綠素吸收能量，通過放熱的方式回到基態(tài)，對(duì)光合膜和葉綠素起到保護(hù)的作用[19]，隨PEG脅迫濃度的增加，葉綠素、類胡蘿卜素含量呈下降趨勢(shì)，尤其是PEG濃度為30%時(shí)，下降幅度較大，與ck差異明顯(p<0.05)，葉綠素、類胡蘿卜素的含量隨PEG脅迫濃度的增加逐漸降低，植物的光合效率與葉綠素的含量呈反比，與脅迫濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[20]。

賈虎森等在研究蘋果葉片的H2O2時(shí)發(fā)現(xiàn)，蘋果葉片中的H2O2含量隨失水的程度變化而變化，在中度失水時(shí)H2O2含量達(dá)到最高，隨后又下降[15]。張明生等研究表明，外界脅迫時(shí)，光合作用中心捕獲的能量傳遞過程中形成大量的單線態(tài)氧(1O2)，植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的H2O2[21]。在本試驗(yàn)中，CAT隨脅迫濃度的逐漸增加而出現(xiàn)先升后降的狀態(tài)。表明，在低濃度PEG脅迫下，植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的H2O2，從而誘導(dǎo)植物體內(nèi)大量產(chǎn)生CAT，以清除多余H2O2的危害，在PEG濃度為15%時(shí)，CAT達(dá)到最高值，隨之下降，推測(cè)，下降的原因可能是產(chǎn)生的H2O2量超過植物防御的閾值，機(jī)體無法抵御。

MDA、Pro含量總體呈上升趨勢(shì)，與脅迫的濃度呈正比。植物受到水分脅迫時(shí)，體內(nèi)的氧自由基大量增加，多余的氧自由基攻擊膜系統(tǒng)上的不飽和脂肪酸雙鍵[22]，造成膜傷害，MDA是膜傷害的重要指標(biāo)之一，隨脅迫的加強(qiáng)，MDA的含量逐漸升高。Singh等認(rèn)為，水分脅迫過程中，植物會(huì)積累較多的Pro，提高自身的抗旱能力，以抵御外來脅迫[23]。

觀察種子萌發(fā)整個(gè)過程發(fā)現(xiàn)，對(duì)照種子全部發(fā)芽，幼苗長(zhǎng)勢(shì)好，胚根長(zhǎng)，根毛密集分布在胚根周圍，子葉對(duì)稱展開顏色由淺黃色變?yōu)闇\綠色，顏色明亮色澤度高。在PEG濃度為5%、10%、15%時(shí)幼苗與ck相比，差異不明顯，但在PEG濃度為20%、30%胚根的根毛短而細(xì)，根毛稀疏，子葉小而未展開顏色發(fā)黃，且顏色暗淡色澤低，進(jìn)一步說明，花櫻蘿卜對(duì)PEG低濃度(5%～10%)的水分脅迫有一定的耐受性，而PEG高濃度(20%～30%)時(shí)，對(duì)花櫻蘿卜的萌發(fā)等生理指標(biāo)有較大的影響。