PEG引發(fā)對洋蔥種子萌發(fā)及幼苗生理指標(biāo)的影響

單昕昕，張仕林，陳暉，王瑞，厲恩銅，王建軍

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，江蘇南京210095；2.上海蔬菜研究所，上海201899）

洋蔥（Allium cepa L.）是典型的兩年生植物，原產(chǎn)于中亞地區(qū)，在世界范圍內(nèi)廣泛栽植[1-2]，主要栽培國家有中國、印度、美國、埃及、伊朗等[3]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織2014年調(diào)查數(shù)據(jù)表明，洋蔥全球年生產(chǎn)面積500萬hm2，年產(chǎn)量8 800萬t，年用種量5萬t[3]。洋蔥種子由于成熟采收期相對較長、貯藏期易受外界條件影響，容易發(fā)生老化劣變、活力降低，導(dǎo)致萌發(fā)及幼苗生長能力下降，造成洋蔥產(chǎn)量及品質(zhì)的大幅降低，影響種子的利用價值[4-5]。種子引發(fā)能夠修復(fù)種子的老化損傷并提高活力，成為種子科學(xué)領(lǐng)域研究熱點。聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）作為常用的引發(fā)劑能夠加速種子膜系統(tǒng)的修復(fù)和降低吸脹速度從而保護膜系統(tǒng)，防止由于快速吸水造成的細胞膜破裂和種子內(nèi)部物質(zhì)外滲，提高種子活性發(fā)芽率，增強抗逆性[6-8]。PEG引發(fā)已應(yīng)用于甜玉米[9]、小麥[10]、水稻[11]、芹菜[12]、甜菜[13]、紫花苜蓿[14]等農(nóng)作物的老化種子的研究。趙穎雷[15]采用水-電場混合引發(fā)對洋蔥種子進行了研究，然而針對洋蔥種子采用PEG引發(fā)較少進行探索，本試驗研究了不同濃度PEG引發(fā)處理對洋蔥種子發(fā)芽及幼苗生長指標(biāo)的影響，旨在為其引發(fā)效果提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試洋蔥種子品種為圣1-16、W465和W433，由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院白菜系統(tǒng)生物學(xué)實驗室提供，具體品種特性見表1。種子在常溫條件下貯藏1 a后用于試驗，發(fā)芽率為40%，自然含水量為8%。

表1 供試洋蔥種子基本特性

1.2 方法

1.2.1 種子引發(fā)處理以PEG-6000為引發(fā)劑，黑暗20℃條件下配制0（蒸餾水，CK）、10%、20%、30%的PEG濃度引發(fā)處理8 h。挑揀外形相仿、飽滿程度相近的干凈種子，放入含有PEG溶液的廣口瓶并立即搖晃使種子與PEG溶液均勻接觸。每個處理50粒種子，重復(fù)3次。到達設(shè)置時間后種子用蒸餾水沖洗清除表面溶液，置于25℃黑暗條件下回干48 h。

1.2.2 發(fā)芽期試驗處理后的種子置于兩層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿上，放入光照培養(yǎng)箱，并設(shè)定光周期白天/夜晚為14 h/10 h，每天觀察其發(fā)芽情況，待其生長穩(wěn)定以后測量數(shù)據(jù)。

1.2.3 幼苗期試驗前期試驗同發(fā)芽期，在第4天將發(fā)芽的種子種植于128孔基質(zhì)穴盤中，正常水肥管理。每個重復(fù)為42株幼苗，重復(fù)3次。洋蔥的幼苗長至三葉一心時對其生長及抗逆生理指標(biāo)進行測定。

1.2.4 發(fā)芽指標(biāo)的測定采用《國際種子檢驗規(guī)程》（ISTA）的標(biāo)準(zhǔn)測定法，在發(fā)芽第6天時計算發(fā)芽勢，在第12天時計算發(fā)芽率。

式中，Gt是當(dāng)天的發(fā)芽數(shù)；Dt是對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

式中，S是根長的均值。

在第12天隨機選取10株幼苗，測定芽鮮重和胚根長。

1.2.5 幼苗生長指標(biāo)的測定游標(biāo)卡尺測量葉長、根長和根粗；精密電子天平稱量樣品的鮮重，包括地上（鱗莖上方至葉片）和地下（根系和鱗莖）兩個部分，將樣品在105℃下殺青30 min，在85℃下烘干至恒重，稱量干重，計算含水量。

式中，F(xiàn)W為鮮重；DW為干重。

1.2.6 幼苗抗逆生理指標(biāo)的測定供試洋蔥葉片為從內(nèi)往外第3片葉。氮藍四唑法（NBT）測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[16]；愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[17]；硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量[18]；萘胺微板法測定根系活力[19]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析并進行Duncan′s多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG引發(fā)對洋蔥種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

由表2可知，PEG引發(fā)處理后，能夠提高洋蔥種子的發(fā)芽指標(biāo)，但不同品種存在一定的差異。圣1-16中，10% PEG的引發(fā)效果較好，各個指標(biāo)（除發(fā)芽指數(shù)外）的數(shù)值高于CK，而30% PEG的處理效果表現(xiàn)略差一些。W465中，30% PEG的引發(fā)效果較好，各個指標(biāo)的數(shù)值均高于CK，且在3個品種中指標(biāo)最優(yōu)。W433中，30% PEG的效果較好，且各個指標(biāo)的數(shù)值高于CK。特別是在芽鮮重指標(biāo)中，不同濃度的PEG引發(fā)效果下數(shù)值均為0.02～0.03 g，這可能與洋蔥種子在發(fā)芽階段生物量差異不大有關(guān)。綜上所述，30% PEG引發(fā)處理對洋蔥種子的發(fā)芽指標(biāo)有較為明顯的處理效果，能顯著促進洋蔥的萌發(fā)。

表2 不同濃度PEG引發(fā)對洋蔥種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

2.2 PEG引發(fā)對洋蔥幼苗生長指標(biāo)的影響

由表3可知，PEG引發(fā)處理后，能夠提高不同洋蔥品種的幼苗期生長指標(biāo)。圣1-16中，30% PEG的總體引發(fā)處理效果較好，各個指標(biāo)（除葉長外）的數(shù)值均高于CK。W433中，30%PEG的處理效果均較好，各個指標(biāo)（除地上部含水量外）數(shù)值高于CK。綜上所述，30% PEG的引發(fā)處理效果最佳，能夠顯著提高洋蔥幼苗的生長指標(biāo)，為洋蔥后期生長發(fā)育提供充足的水分和營養(yǎng)物質(zhì)，提高幼苗的抵抗能力。

表3 不同濃度PEG引發(fā)對洋蔥幼苗生長指標(biāo)的影響

2.3 30%PEG引發(fā)對洋蔥幼苗生理指標(biāo)的影響

由圖1和圖2可知，30% PEG的引發(fā)后，與CK相比，顯著提高SOD和POD活性（P＜0.05）。SOD以圣1-16最為顯著，提高了15.23%；POD以W433最為顯著，提高了62.22%。由圖3可知，MDA含量較CK顯著下降，圣1-16下降了14.83%。由圖4可知，根系活力較CK顯著提高，根系活力以圣1-16最為明顯，提高了0.81 μg/（mL·g·h）。總體而言，30%PEG能夠有效地提高洋蔥幼苗的生理指標(biāo)，促進生長。

圖1 30%PEG引發(fā)對洋蔥幼苗SOD活性的影響

圖2 30%PEG引發(fā)對洋蔥幼苗POD活性的影響

圖3 30%PEG引發(fā)對洋蔥幼苗MDA含量的影響

圖4 30%PEG引發(fā)對洋蔥幼苗根系活力的影響

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)及幼苗生長是植物生命周期中極為關(guān)鍵的時期，極易受到外界環(huán)境因子影響[20]。種子采用PEG溶液引發(fā)處理能夠讓生物膜獲得較好地還原或改善、促進萌發(fā)與發(fā)芽、增加幼苗抵御逆境能力，并廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物的播種前處理[16]。研究大豆[21]、小麥[10]、芹菜[12]、紫蘇[22]等種子活力表明，盡管植物種類、PEG濃度及引發(fā)時長等存在不同，PEG引發(fā)對種子發(fā)芽的提高效果存在差異，但引發(fā)后發(fā)芽勢、發(fā)芽率以及苗期生長等多項指標(biāo)均優(yōu)于對照。本試驗中，不同濃度PEG對洋蔥種子引發(fā)處理后，參試的3個洋蔥品種的多項種子發(fā)芽指標(biāo)均優(yōu)于CK，能顯著促進洋蔥的萌發(fā)。30%PEG作為引發(fā)的較優(yōu)處理，

能夠顯著提高洋蔥幼苗的生長指標(biāo)，為洋蔥后期生長發(fā)育提供充足的水分和營養(yǎng)物質(zhì)，提高幼苗的抵抗能力。

SOD、POD作為細胞抵御活性氧傷害的保護酶，對植物提高逆境脅迫抗性具有重要作用，并可以作為種子和幼苗活力的評價指標(biāo)[23]。本試驗中，30%PEG引發(fā)能夠改善種子的抗逆性，增強SOD和POD的表達和活性，顯著增強洋蔥在萌發(fā)過程中細胞膜的修復(fù)能力。膜脂過氧化產(chǎn)生過量的活性氧可導(dǎo)致種子活力下降和阻礙種子萌發(fā)，MDA含量的高低可以反映膜質(zhì)過氧化作用的程度[24]。本試驗中，PEG引發(fā)處理后，MDA含量的數(shù)值均明顯低于CK，表明引發(fā)處理可以提高種子活力促進種子萌發(fā)。根系活力與根系對養(yǎng)分的吸收能力呈顯著正相關(guān)并直接影響地上部的生育狀況和產(chǎn)量[25]。本試驗中，30%PEG處理下洋蔥幼苗的根系活力均高于CK，利于洋蔥苗期的生長。

綜上所述，不同濃度PEG對洋蔥幼苗引發(fā)處理后，能夠減輕對不良環(huán)境的損傷，從而使幼苗整齊度提升，促進生長，加強抗逆能力，促進相關(guān)指標(biāo)的提高，提升其品質(zhì)和產(chǎn)量。不同濃度PEG處理對不同品種洋蔥發(fā)芽期和幼苗期生長影響有不同的效果，30%PEG是洋蔥引發(fā)最適宜的濃度，能夠顯著提高洋蔥發(fā)芽和生長指標(biāo)，促進洋蔥幼苗的生長，為洋蔥的引發(fā)效果提供了參考。