植物激素處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)的影響

向 亮，陳佳勃*，王艷杰*，趙 迎

(1.遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

翅堿蓬(Suaedasalsa)作為藜科堿蓬屬一年草本植物，廣泛分布于濱海潮灘濕地[1-3]，在土壤降鹽[2- 3]、改善理化性質(zhì)[4-6]、修復(fù)重金屬[7-8]與石油烴[9-10]污染和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)正常演替[11-12]等方面發(fā)揮重要作用。近十幾年來，隨著人類活動(dòng)影響逐漸加劇，遼河口濕地翅堿蓬出現(xiàn)嚴(yán)重退化現(xiàn)象，導(dǎo)致濕地面積大幅度減少，造成濕地生態(tài)功能明顯降低、生物多樣性銳減[13-16]。保護(hù)和恢復(fù)遼河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，特別是開展翅堿蓬等典型濕地植物的保護(hù)與恢復(fù)，對(duì)保障遼河口濕地的生態(tài)安全、提高濕地的生物多樣性具有十分重要的意義。

翅堿蓬在種子萌發(fā)期對(duì)土壤中鹽度[17]、水分[18]、重金屬[19]和多環(huán)芳烴[20]等污染物較為敏感，極大地限制了翅堿蓬濕地的生態(tài)恢復(fù)與重建。種子萌發(fā)是植物有性繁殖的重要表現(xiàn)，適宜的種子預(yù)處理方式可以提高種子發(fā)芽率，加速種子萌發(fā)，縮短萌發(fā)期種子在污染環(huán)境條件下的滯留時(shí)間，進(jìn)而提高退化濕地生態(tài)恢復(fù)與重建的效率[21]。

促進(jìn)種子萌發(fā)的預(yù)處理方法一般分為物理法和化學(xué)法。物理方法如機(jī)械破壞種皮、低溫層積、沙藏和光照等，雖然能夠在一定程度上促進(jìn)種子的萌發(fā)，但存在工作量大、處理時(shí)間過長(zhǎng)和作用不明顯等缺陷[22-24]?；瘜W(xué)方法是利用化學(xué)藥劑對(duì)種皮破壞或改變種子內(nèi)部生理活動(dòng)，從而促進(jìn)種子萌發(fā)。傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑雖然能明顯促進(jìn)種子萌發(fā)，但仍存在對(duì)不同種子促進(jìn)程度差異大和過量使用污染環(huán)境等問題[21, 25-26]。而植物激素作為植物體內(nèi)的信號(hào)分子，對(duì)植物的生理周期起到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定的作用，尤其是赤霉素(GA)、吲哚乙酸(IAA)和激動(dòng)素(KT)等植物生長(zhǎng)促進(jìn)型激素在植物萌芽期對(duì)種子的萌發(fā)和種胚的發(fā)育具有顯著促進(jìn)作用[27-30]。此外，與物理、化學(xué)方法相比，植物激素處理具有操作方便和無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，從而引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注，而用其處理翅堿蓬種子未見報(bào)道。本研究通過水培實(shí)驗(yàn)分析了GA、IAA和KT 3種植物激素對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)的影響，旨在探究翅堿蓬種子快速萌發(fā)和提高發(fā)芽率的方法，為遼河口翅堿蓬濕地退化區(qū)的恢復(fù)與重建提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與藥劑

翅堿蓬種子采自遼河口翅堿蓬濕地，挑選成熟飽滿的種子供本實(shí)驗(yàn)所用。采用的赤霉素(GA 96%)、吲哚乙酸(IAA 98%)和激動(dòng)素(KT 99%)均為上海麥克林生化科技有限公司生產(chǎn)生物技術(shù)級(jí)試劑，純水由實(shí)驗(yàn)室純水機(jī)制備。

1.2 研究方法

1.2.1翅堿蓬種子形態(tài)特征及主要生理指標(biāo)的測(cè)定

種子的千粒重測(cè)定：隨機(jī)取翅堿蓬種子1 000粒稱重，重復(fù)8次，取平均值為千粒重，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)[23]。種子的吸水率測(cè)定：隨機(jī)稱取3份一定量的翅堿蓬種子加入純水室溫浸泡，0—2 h時(shí)間內(nèi)每0.5 h取一次，2—6 h時(shí)間內(nèi)每2 h取一次，6 h以后每6 h取一次，從培養(yǎng)箱中取出種子并用濾紙吸干表面水分，測(cè)定種子質(zhì)量，直至種子質(zhì)量不再發(fā)生變化即得種子吸水率。種子的活力測(cè)定：采用氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法[31]。

1.2.2實(shí)驗(yàn)步驟

配制50、100、150和200 mg/L GA溶液，1.0、1.5、2.0和2.5 mg/L IAA溶液，5、10、15和20 mg/L KT溶液為翅堿蓬種子浸種處理液，并以純水作為對(duì)照。取20粒翅堿蓬種子于燒杯，分別加入配制的處理液，室溫浸種處理12、24、36、48 h，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)。將浸種處理后的種子取出用純水反復(fù)淋洗，并參照文獻(xiàn)進(jìn)行水培萌發(fā)實(shí)驗(yàn)[19, 20]。

各處理組的種子放入墊有雙層濾紙的90 mm培養(yǎng)皿中，加入純水以保持濾紙濕潤(rùn)，置于植物培養(yǎng)箱(PRX-450A，江蘇天翎儀器有限公司)中進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)條件為光照12 h，光強(qiáng)3 000 lx，溫度(25±1) ℃；黑暗12 h，溫度(20±1) ℃；相對(duì)濕度統(tǒng)一為75%。每天定時(shí)記錄各處理組種子發(fā)芽個(gè)數(shù)，以黑色種子破皮作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)期間適時(shí)向培養(yǎng)皿定量添加純水以保持濾紙濕潤(rùn)。

1.2.3萌發(fā)指標(biāo)的測(cè)定

翅堿蓬種子的萌發(fā)指標(biāo)有發(fā)芽率和萌發(fā)速率[21]，公式如下：

(1)

(2)

式中Nt——t日翅堿蓬種子發(fā)芽的百分率。

1.2.4統(tǒng)計(jì)分析與作圖

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與繪圖分別采用SPSS22.0軟件和EXECL2010軟件，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示；采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行差異顯著性分析，并用Duncan法于0.05顯著度水平進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 翅堿蓬種子形態(tài)特征及主要生理指標(biāo)

翅堿蓬種子外觀呈黑色，近似球型，粒徑較小。種子千粒重為0.240 2±0.007 3 g，變異系數(shù)為3.0(小于4.0)，符合實(shí)驗(yàn)要求。種子含水率對(duì)種子萌發(fā)意義重大，含水率達(dá)到一定程度，種子內(nèi)部原生質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)，且種子的呼吸作用顯著增強(qiáng)，打破種子的休眠狀態(tài)[32]。吸水實(shí)驗(yàn)表明，翅堿蓬種子吸水率呈先快后慢，而后穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)；0—6 h內(nèi)吸水率快速升高，于6 h時(shí)達(dá)到28.54%；6 h以后，種子吸水率增速明顯減緩，于18 h吸水率穩(wěn)定，為34.60%；說明翅堿蓬種子的種皮不存在阻水作用。種子活力測(cè)定表明，翅堿蓬種子染色率能達(dá)98%以上，說明種子活力高。

2.2 不同植物激素處理對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率的影響

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由圖1可知，3種植物激素處理翅堿蓬種子的發(fā)芽率隨濃度和時(shí)間總體均呈先上升后下降的趨勢(shì)。與對(duì)照處理相比，適宜濃度的GA、IAA和KT溶液處理的發(fā)芽率在12 h處理時(shí)間下分別增長(zhǎng)17.65%、17.65%和9.80%，在24 h處理時(shí)間下分別增長(zhǎng)15.38%、15.38%和3.84%，在36 h處理時(shí)間下分別增長(zhǎng)20.00%、20.00%和2.00%，在48 h處理時(shí)間下分別增長(zhǎng)22.44%、22.44%和20.33%。

由圖1a可知，除50 mg/L GA溶液在12、36 h處理時(shí)間外，其余各濃度下不同處理時(shí)間的發(fā)芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明GA處理方法的不同處理時(shí)間對(duì)發(fā)芽率無明顯作用；在4種處理時(shí)間條件下，100 mg/L GA溶液相比于對(duì)照處理發(fā)芽率均有顯著差異(P<0.05)。由圖1b可知，除2.5 mg/L IAA溶液在12、24 h處理時(shí)間外，其余各濃度下不同處理時(shí)間的發(fā)芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明IAA處理方法的不同浸種時(shí)間對(duì)發(fā)芽率無明顯作用；在4種處理時(shí)間條件下，1.5 mg/L IAA溶液相比于對(duì)照處理發(fā)芽率均有顯著差異(P<0.05)。由圖1c可知，各濃度KT溶液在不同處理時(shí)間的發(fā)芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明KT處理方法的不同處理時(shí)間對(duì)發(fā)芽率無明顯作用；僅在12 h處理時(shí)間下，10 mg/L KT溶液相比于對(duì)照處理發(fā)芽率有顯著差異(P<0.05)。

結(jié)果表明(圖1)，100 mg/L GA溶液、1.5 mg/L IAA溶液和10 mg/L KT溶液處理的發(fā)芽率相比于對(duì)照處理有顯著差異，為最佳浸種濃度；3種植物激素在最佳濃度下不同浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率均無明顯作用。

a)GA浸種處理

b)IAA浸種處理

c) KT浸種處理

2.3 不同植物激素處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率的影響

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，由圖2a可知，翅堿蓬種子萌發(fā)速率隨GA溶液的濃度增加呈先上升后下降趨勢(shì)，在不同處理時(shí)間條件下均于100 mg/L GA溶液濃度時(shí)萌發(fā)速率達(dá)到最大值，且與對(duì)照處理相比明顯增加(P<0.05)；在不同濃度的GA溶液處理?xiàng)l件下萌發(fā)速率隨浸種時(shí)間呈先升后降趨勢(shì)，100 mg/L GA溶液浸種36 h與12、24、48 h相比明顯增加(P<0.05)。由圖2b可知，IAA處理翅堿蓬種子萌發(fā)速率隨濃度和時(shí)間變化與GA處理一致，在不同處理時(shí)間條件下均于1.5 mg/L IAA溶液濃度時(shí)萌發(fā)速率達(dá)到最大值，且與對(duì)照處理相比均有明顯增加(P<0.05)；1.5 mg/L IAA溶液濃度下各浸種時(shí)間的萌發(fā)速率無顯著差異(P>0.05)，雖然24 h處理時(shí)間下萌發(fā)速率達(dá)到最大值，但相比于對(duì)照處理僅增加95.63%，低于12 h浸種時(shí)間下漲幅136.84%。由圖2c可知，12、24 h處理時(shí)間下萌發(fā)速率隨KT溶液的濃度增加呈先上升后下降趨勢(shì)，36、48 h處理時(shí)間條件下萌發(fā)速率隨KT溶液的濃度增加呈下降趨勢(shì)；在10 mg/L KT溶液浸種24 h處理?xiàng)l件下萌發(fā)速率達(dá)到最大值，相比于對(duì)照處理增加23.20%，與10 mg/L KT溶液浸種12 h處理?xiàng)l件無顯著差異(P>0.05)，但10 mg/L KT 浸種12 h處理?xiàng)l件與對(duì)照處理相比增加55.79%。

結(jié)果表明(圖2)，GA處理在低濃度下處理時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率有明顯作用，高濃度無明顯作用；IAA處理則與GA處理結(jié)果相反；KT處理浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率有明顯作用，且隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)，濃度越高促進(jìn)作用降低越明顯，甚至降低萌發(fā)速率。3種植物激素處理翅堿蓬種子的萌發(fā)速率最佳條件分別為：100 mg/L GA溶液處理36 h，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h，10 mg/L KT溶液處理12 h。

a)GA浸種處理

b)IAA浸種處理

c)KT浸種處理

3 討論

圖1和2顯示，低濃度GA處理下浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率和萌發(fā)速率均有影響，這由于GA溶液的濃度過低不足以短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)翅堿蓬種子的萌發(fā)；高濃度的IAA處理下浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率和萌發(fā)速率均有影響，這由于IAA溶液濃度過高導(dǎo)致對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)的促進(jìn)作用下降；KT處理下浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率無明顯差異，僅對(duì)萌發(fā)速率有明顯的促進(jìn)作用，并隨著浸種時(shí)間延長(zhǎng)濃度越高促進(jìn)作用下降越明顯，說明KT處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)促進(jìn)作用較小。

GA主要作用是促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)與分裂，可打破植物種子的休眠，催化種子內(nèi)部貯藏物質(zhì)降解，以供胚的生長(zhǎng)發(fā)育[33-34]。結(jié)果表明，GA處理對(duì)翅堿蓬種子的發(fā)芽率和萌發(fā)速率起到顯著的促進(jìn)作用，100 mg/L GA溶液處理36 h條件下發(fā)芽率和萌發(fā)速率均達(dá)到最大值，相比于對(duì)照處理分別提高20.00%和79.60%。這由于翅堿蓬種子屬于淺度生理休眠，種皮保持良好的透水性，GA通過種皮進(jìn)入種子內(nèi)部參與生理活動(dòng)，進(jìn)而促進(jìn)種子的萌發(fā)。IAA是一類含有一個(gè)不飽和芳香族環(huán)和一個(gè)乙酸側(cè)鏈的內(nèi)源激素，具有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速率、抑制側(cè)芽、促進(jìn)生根等作用[35]。結(jié)果表明，適宜濃度的IAA溶液處理翅堿蓬種子能夠?qū)ΨN子萌發(fā)起到顯著的促進(jìn)作用，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h條件下翅堿蓬種子萌發(fā)效果最佳，與對(duì)照相比發(fā)芽率和萌發(fā)速率分別提高17.65%和136.84%，2.0、2.5 mg/L IAA處理的發(fā)芽率和萌發(fā)速率則下降明顯，這與劉偉等[35]、宋科等[36]等人研究結(jié)果相似。這說明高濃度IAA影響種子內(nèi)部生理活動(dòng)，從而對(duì)種子的萌發(fā)促進(jìn)作用逐漸減弱，甚至產(chǎn)生抑制作用。與對(duì)照處理相比，最佳條件下IAA處理的翅堿蓬種子的發(fā)芽率漲幅雖然略低于GA處理，但兩者的發(fā)芽率相同，說明純水浸種時(shí)間不同發(fā)芽率略有差異。KT是一種內(nèi)源的細(xì)胞分裂素，除具有促進(jìn)細(xì)胞分裂的作用外還具有延緩離體葉片和切花衰老、誘導(dǎo)芽分化和發(fā)育及增加氣孔開度的作用[37]。結(jié)果表明，適宜條件的KT處理可以明顯促進(jìn)翅堿蓬種子的萌發(fā)，10 mg/L KT溶液處理12 h條件下翅堿蓬種子萌發(fā)效果最佳，與對(duì)照相比發(fā)芽率和萌發(fā)速率分別提高9.80%和55.79%，在36和48 h處理時(shí)間下10、15和20 mg/L濃度出現(xiàn)抑制作用，這與施和平等[38]的研究結(jié)果相似。這說明低濃度KT處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)起一定促進(jìn)作用，小于GA和IAA處理，并在高濃度下對(duì)種子萌發(fā)起抑制作用。

4 結(jié)論

a)低濃度GA處理?xiàng)l件和高濃度IAA處理?xiàng)l件下，浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)有顯著作用；KT處理浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子發(fā)芽率無明顯作用，對(duì)萌發(fā)速率有明顯作用。

b)3種植物激素在適宜條件下對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)有顯著影響，最佳的條件分別為：100 mg/L GA溶液處理36 h，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h，10 mg/L KT溶液處理12 h。與對(duì)照相比，3種激素在最佳條件下翅堿蓬種子發(fā)芽率和萌發(fā)速率分別提高20.00%和79.60%，17.65%和136.84%，9.80%和55.79%。

c)適宜條件的GA、IAA和KT溶液處理能明顯提高翅堿蓬種子的發(fā)芽率和萌發(fā)速率。