PEG引發(fā)對鹽脅迫下蘿卜種子萌發(fā)效應的影響

邢雨蒙，周國彥，彭笑潔，秘立福，謝 洋，2*

(1.河北科技師范學院園藝科技學院，河北秦皇島 066004；2.河北省特色園藝種質挖掘與創(chuàng)新利用重點實驗室，河北秦皇島 066004)

鹽脅迫是影響種子萌發(fā)的重要因素之一。我國鹽堿地總面積達9 913萬hm2，約占全國土地面積的10%，且鹽堿地呈面積大、分布廣、耕地占比大等顯著特點[1]。鹽脅迫使種子萌發(fā)受阻，植株發(fā)育遲緩，早衰甚至死亡，同時會對植物造成生理性干旱，產生離子毒害，從而對植物生長過程中的光合作用、呼吸作用、膜結構、物質合成與代謝等各個環(huán)節(jié)產生不良的影響[2-4]。

1973年Heydecker等[5]提出種子引發(fā)概念，種子引發(fā)主要是通過對細胞膜滲透調節(jié)，達到有效提高植物種子的抗逆性和耐受性，從而提高種子的品質和抗性。研究表明，種子經引發(fā)劑處理后，其種子活力顯著增強且抗逆性提高，如可以忍受低溫、干旱、鹽脅迫等不利的環(huán)境因素，保證出苗迅速有序[6-7]。因此，利用種子引發(fā)技術來提高植物對逆境的適應性或抗逆性是一種有效的途徑[8]。聚乙二醇(PEG)是一類高分子復合物，具有滲透調節(jié)作用[9]。作為引發(fā)劑，適宜濃度PEG可提高棉花在鹽脅迫下的出苗率和種子抗氧化物酶活性[10]，提高低溫脅迫甜菜種子的萌發(fā)率且能降低幼苗中丙二醛的含量[11]，提高黃瓜種子萌發(fā)和幼苗抗冷性[12]。

蘿卜(RaphanussativusL.)是十字花科蘿卜屬重要的一、二年生根菜類蔬菜作物，在世界各地廣泛種植，具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值[13-14]。生產上蘿卜通常采用直播或穴播方式，而鹽堿地種植蘿卜會造成種子發(fā)芽率低和植株生長發(fā)育不良的現象[15]。PEG引發(fā)技術對提高蘿卜耐鹽性有重要作用。

筆者以“綠領揚花”蘿卜種子為試材，通過不同濃度PEG對種子萌發(fā)效應分析，篩選出最適的引發(fā)劑濃度；利用最佳PEG濃度進行種子引發(fā)，在不同濃度鹽脅迫下催芽處理，探討PEG引發(fā)對鹽脅迫下蘿卜種子萌發(fā)特性的影響，篩選鹽脅迫下蘿卜生長最有效的引發(fā)方式，為蘿卜種子引發(fā)劑和丸?；锪虾Y選提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑試驗于2021年在河北科技師范學院園藝中心實驗室進行。供試品種為“綠領揚花”蘿卜種子，由南京綠領種業(yè)有限公司生產。PEG-6000購于北京索萊寶科技有限公司，其他分析純等藥品由中心實驗室提供。

1.2 最佳引發(fā)條件篩選

1.2.1引發(fā)方法。采用2因素裂區(qū)設計方法，利用不同質量濃度0%(A1)、5%(A2)、10%(A3)、15%(A4)、20%(A5)的引發(fā)劑PEG-6000于25 ℃條件下各引發(fā)0.5 h(B1)、2.0 h(B2)、4.0 h(B3)。每個引發(fā)處理按4分法隨機分別取30粒種子，3次重復。引發(fā)完成后將種子取出，先用去離子水除去種子表面引發(fā)劑，再用濾紙吸干種子表面水分，在室溫下自然晾干。以未引發(fā)的種子(A0B0)為對照。

1.2.2發(fā)芽處理。在25 ℃黑暗條件下對引發(fā)和未引發(fā)的種子進行發(fā)芽試驗。將種子用干凈紗布包裹，放置于鋪有一層無菌濾紙的玻璃培養(yǎng)皿上，均勻噴灑同體積(約10 mL)的去離子水，每個處理重復3次，以未引發(fā)的種子作對照(A0B0)。定期稱重補充去離子水。

1.2.3測定指標。每天調查發(fā)芽種子數、胚根及胚軸總長度。以芽長超過種子長度的1/2記為發(fā)芽，3 d內無種子發(fā)芽視為發(fā)芽試驗結束，根據公式計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數。

發(fā)芽率=3 d內正常發(fā)芽種子數/供試種子總數×100%

發(fā)芽勢=1 d內正常發(fā)芽種子數/供試種子總數×100%

發(fā)芽指數=∑(對應的每天發(fā)芽種子數/發(fā)芽日數)

活力指數=胚根及胚軸總長度×發(fā)芽指數

1.3 鹽脅迫對引發(fā)和未引發(fā)種子萌發(fā)特性的影響

1.3.1脅迫處理。利用“1.2”中篩選出的最佳引發(fā)條件對種子進行引發(fā)處理，操作步驟同“1.2”。將引發(fā)和未引發(fā)的種子放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑5 cm)，加入15 mL濃度分別為0、25、50、100 mmol/L NaCl溶液中，每次30粒種子，重復3次。定期稱重補充相應的鹽溶液以保持濾紙濕潤，放置28 ℃恒溫箱中催芽。

1.3.2測定指標。在第12、24、36、48 h記錄發(fā)芽種子數、胚根長與胚芽長，計算種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數，具體測定方法同“1.2”。

1.4 數據統(tǒng)計方法利用DPS軟件對種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數和活力指數進行統(tǒng)計學分析，利用Excel作圖。

2 結果與分析

2.1 種子引發(fā)條件篩選由表1可知，各處理組合中發(fā)芽勢最低的處理為A5B3(13.33%)，最高的為A3B2(50.00%)，兩者之間差異顯著；各處理組合中發(fā)芽率最低的為A4B3(83.33%)，最高的為A2B2和A3B1(96.67%)，差異顯著；各處理組合中發(fā)芽指數最低的為A1B3(30.50)，最高的處理組合為A3B2(45.72)，兩者差異顯著；各處理組合中活力指數最低的為A1B2(16.58)，最高的為A3B2(68.33)，兩者差異顯著。

表1 PEG引發(fā)對蘿卜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數的影響

綜上，隨著PEG濃度的增加，發(fā)芽勢呈先增加后減小的趨勢，不同引發(fā)時間增加和減小的拐點有所差異；10% PEG引發(fā)2.0 h時(A3B2)種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數、活力指數均最高，且與其他處理差異顯著。

2.2 不同濃度鹽脅迫下PEG引發(fā)對蘿卜種子發(fā)芽勢的影響隨著鹽濃度的增加，未引發(fā)(A0B0)的蘿卜種子發(fā)芽勢均呈減小趨勢。經10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)后的蘿卜種子發(fā)芽勢在0、 25和50 mmol/L差異不顯著，但100 mmol/L時其發(fā)芽勢顯著降低。同濃度鹽脅迫下，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)較未引發(fā)(A0B0)的蘿卜發(fā)芽勢均顯著增加，在0、25、50 mmol/L鹽脅迫下，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)是未引發(fā)(A0B0)種子發(fā)芽勢的2.10、4.50、17.01倍，尤其在100 mmol/L鹽脅迫時未引發(fā)(A0B0)種子發(fā)芽勢為0，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)為6.66%(圖1)。

注：不同小寫字母表示同一濃度不同處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示相同處理不同濃度間差異顯著(P<0.05)

2.3 不同濃度鹽脅迫下PEG引發(fā)對蘿卜種子發(fā)芽率的影響10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)較未引發(fā)(A0B0)的蘿卜種子發(fā)芽率均有所增加，且隨著鹽濃度的增加，引發(fā)效應越顯著。當鹽濃度為0和25 mmol/L時，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)與未引發(fā)(A0B0)種子發(fā)芽率無顯著差異；當鹽濃度為50和100 mmol/L時，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)的發(fā)芽率顯著高于未引發(fā)(A0B0)種子，其中50 mmol/L時高達1.39倍，100 mmol/L時10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)的發(fā)芽率為23.33%，但未引發(fā)(A0B0)種子發(fā)芽率為0(圖2)。

注：不同小寫字母表示同一濃度不同處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示相同處理不同濃度間差異顯著(P<0.05)

2.4 不同濃度鹽脅迫下PEG引發(fā)對蘿卜種子發(fā)芽指數的影響未引發(fā)(A0B0)和10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)種子的發(fā)芽指數隨鹽濃度增加變化趨勢有所差異，鹽濃度為0和25 mmol/L時未引發(fā)(A0B0)種子發(fā)芽指數無顯著差異，鹽濃度為50和100 mmol/L時發(fā)芽指數顯著下降；鹽濃度為0、25和50 mmol/L時10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)的種子發(fā)芽指數無顯著差異，鹽濃度為100 mmol/L時發(fā)芽指數顯著下降。其中，鹽濃度為50 mmol/L時10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)的種子發(fā)芽指數為未引發(fā)種子的3.30倍(圖3)。

注：不同小寫字母表示同一濃度不同處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示相同處理不同濃度間差異顯著(P<0.05)

2.5 不同濃度鹽脅迫下PEG引發(fā)對蘿卜種子活力指數的影響鹽濃度為0～100 mmol/L時，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)引發(fā)較未引發(fā)(A0B0)種子的活力指數均增加，但無顯著差異。鹽濃度為0、25、50 mol/L時，10%PEG引發(fā)2.0 h為未引發(fā)(A0B0)種子活力指數的1.80、4.41、15.84倍。鹽濃度為100 mmol/L時10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)種子活力指數為2.56，而未引發(fā)(A0B0)為0。其中，鹽濃度為50 mmol/L時引發(fā)2.0 h(A3B2)的種子活力指數為116.60(圖4)。

注：不同小寫字母表示同一濃度不同處理間差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示相同處理不同濃度間差異顯著(P<0.05)

3 結論與討論

綜上，與對照相比在50 mmol/L鹽脅迫下，10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)對蘿卜種子的萌發(fā)有促進作用。10%PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數均高于對照。

鹽脅迫是影響植物生長發(fā)育重要的非生物脅迫之一[16]。植物在低鹽脅迫下持續(xù)一段時間后，其生長發(fā)育速率會受到影響，造成減產和品質下降；高鹽脅迫下，植株不能正常生長，導致代謝紊亂，甚至死亡[17-18]。此外，鹽脅迫下的植物會通過食物鏈循環(huán)對人體造成一定傷害如高血壓、高血脂、癌癥等[4]。

種子引發(fā)是對種子萌發(fā)和脅迫響應機理研究常用的一種方法[16]。PEG是最常用的引發(fā)劑，在一定的濃度范圍內，有利于種子的萌發(fā)和生長，能提高種子的出苗率、成苗率和對逆境脅迫的適應性[19-20]。研究表明，毛竹種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數、活力指數均隨PEG濃度的升高呈先增大后減小的趨勢，且均在5%濃度達到最大值[21]；5% PEG-6000引發(fā)12 h為棉種最佳引發(fā)條件，且發(fā)現PEG引發(fā)可以通過增強種子內部抗氧化酶活性和緩解膜脂過氧化程度來提高棉種的耐鹽能力[10]；鹽脅迫下15% PEG預處理可以有效提高多年生黑麥草的光合色素含量，降低MDA、游離脯氨酸含量，增加可溶性糖含量，提高抗氧化酶活性[22]。該研究采用不同濃度不同引發(fā)時間對蘿卜種子進行PEG引發(fā)，篩選出10% PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)蘿卜種子的發(fā)芽勢(1 d，50%)、發(fā)芽率(3 d，88.97%)、發(fā)芽指數(45.72)和活力指數(68.33)均最高，說明10% PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)能夠顯著促進蘿卜種子的萌發(fā)。該試驗通過對不同濃度PEG引發(fā)的鹽脅迫下種子發(fā)芽的研究，發(fā)現在50 mmol/L鹽脅迫下，10% PEG引發(fā)2.0 h(A3B2)對蘿卜種子的萌發(fā)有顯著影響，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數均高于對照，其差異倍數分別為17.01、1.39、3.30和15.84。對比前人研究發(fā)現不同物種最佳引發(fā)濃度有所不同，引發(fā)劑種類、引發(fā)時間、引發(fā)濃度等決定最終引發(fā)效果。

隨著科技進步與高新引發(fā)劑的研發(fā)，探究不同類型引發(fā)劑、新型引發(fā)劑及混合引發(fā)劑對種子萌發(fā)效應及逆境響應的影響，篩選最佳引發(fā)條件以促進種子的萌發(fā)和對逆境適應性變得尤為重要[23-24]。該研究僅以PEG引發(fā)劑為例，篩選蘿卜最佳PEG引發(fā)濃度與引發(fā)時長，探究不同鹽脅迫下，PEG引發(fā)對蘿卜種子萌發(fā)效應的影響。對于不同引發(fā)劑鹽脅迫下對蘿卜種子萌發(fā)效應的研究還需要進一步分析。此外，為適應現代集約化育苗方式，通過對引發(fā)劑、引發(fā)濃度和引發(fā)時長的研究，可為種子丸粒化物料選擇提供理論依據[24]。