光照處理下不同溫度對沙蔥種子萌發(fā)和生理指標(biāo)的影響

魏鵬超 鄂圓圓 張東 楊忠仁 張鳳蘭

摘要 為探索沙蔥種子萌發(fā)的最適條件，以沙蔥種子為試材，開展光照處理下不同溫度對其種子萌發(fā)特性及抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，各光照處理下，20 ℃時(shí)發(fā)芽率極顯著高于10與30 ℃；12和24 h光照處理時(shí)，10與30 ℃下種子發(fā)芽率僅為0。表明10和30 ℃均不能提高種子在光照條件下的萌發(fā)率，反而導(dǎo)致光對其抑制作用加劇。黑暗與12 h光照環(huán)境下，10和30 ℃處理時(shí)種子SOD活性在萌發(fā)后期明顯高于20 ℃；各光照環(huán)境下，20 ℃處理時(shí)種子POD和CAT含量均高于10與30 ℃，而MDA含量則低于10與30 ℃，可見沙蔥種子是典型的需暗性種子，適宜萌發(fā)溫度為20 ℃，各光照環(huán)境下高溫與低溫均會限制種子的萌發(fā)。

關(guān)鍵詞 沙蔥種子；光照；溫度；抗氧化系統(tǒng)；萌發(fā)

中圖分類號 S633.9? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）03-0031-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.008

Effects of Different Temperatures on Germination and Physiological Indexs of Allium mongolicum Regel Under Light Treament

Abstract In order to explore the optimal conditions of Allium mongolicum seed germination， using Allium mongolicum seeds as test materials， the effects of different temperatures on the germination characteristics and antioxidant enzymes of Allium mongolicum seeds were studied.The results showed that the germination rate at 20 ℃ was significantly higher than that at 10 and 30 ℃.Under 12 and 24 h light treatment， the germination rate of seeds at 10? and 30 ℃ were only 0.The results showed that 10 and 30 ℃ could not improve the germination rate of seeds， on the contrary， the inhibition of light was intensified.In the dark and 12 h light environment， the SOD activity of seeds at 10 and 30 ℃ was significantly higher than that at 20 ℃ in the late germination stage; Under each light environment， the POD and CAT content of seeds at 20 ℃ were higher than that at 10? and 30 ℃， while the MDA content was lower than 10 and 30 ℃.It can be seen that Allium mongolicum seeds are typical dark seeds， and the suitable germination temperature is 20 ℃，high temperature and low temperature will limit the germination of seeds.

Key words Allium mongolicum seeds;Light;Temperature;Antioxidant system;Germination

沙蔥（Allium mongolicum Regel），又名蒙古韭，是百合科蔥屬多年生旱生植物［1］，富含蔥屬植物特有的活性物質(zhì)，具有極高的營養(yǎng)和藥用價(jià)值，是蒙古高原的特有種，在我國西部和西北部等地廣泛分布。作為典型的沙生植物，沙蔥固沙、防風(fēng)蝕和水蝕能力極強(qiáng)，對于荒漠區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)以及生物多樣性保護(hù)具有重要生態(tài)學(xué)意義。近年來野生沙蔥種群數(shù)量降低，呈零星分布，同時(shí)伴隨著其生境地區(qū)荒漠化和水土流失逐漸嚴(yán)重，野生資源瀕臨枯竭。人們嘗試進(jìn)行大面積人工栽培以此來實(shí)現(xiàn)沙生蔬菜種質(zhì)資源的可持續(xù)開發(fā)利用，但存在出苗率低和出苗不整齊等問題，因此沙蔥野生資源的保護(hù)和種群恢復(fù)已迫在眉睫。

種子萌發(fā)是植物生活史的開端，其受到自身基因和生物學(xué)特征等屬性因素和多種環(huán)境因素的綜合影響［2］。其中，光照和溫度是影響種子萌發(fā)的重要因素，種子萌發(fā)時(shí)產(chǎn)生的水解酶、膜蛋白等均受溫度影響［3］，而根據(jù)不同光照條件下種子萌發(fā)的響應(yīng)，可將種子分為需光性、忌光性和光中性三類種子［4］。目前針對沙蔥種子萌發(fā)研究集中于脅迫響應(yīng)［5］、老化機(jī)制［6］及貯藏方式［7］等方面，而關(guān)于光照處理下不同溫度對沙蔥種子萌發(fā)和生理影響的系統(tǒng)研究鮮見報(bào)道。筆者通過分析不同光照環(huán)境下不同溫度對沙蔥種子萌發(fā)和抗氧化酶活性的影響，皆在探索沙蔥種子萌發(fā)的最適環(huán)境條件，以期確定沙蔥適宜的播種季節(jié)，完善人工育苗方法，為保障沙蔥野生資源的恢復(fù)與其種質(zhì)資源的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 以沙蔥（A.mongolium.Regel）種子為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

種子經(jīng)2%的次氯酸鈉溶液浸泡消毒10 min后，用蒸餾水反復(fù)沖洗，浸種12 h，將沙蔥種子分別置于10、20和30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，分別在黑暗、12 h光照/12 h黑暗和24 h光照條件下進(jìn)行萌發(fā)，每個(gè)處理4次重復(fù)，持續(xù)10 d。

1.3 測定指標(biāo)與方法

從萌發(fā)試驗(yàn)開始，每隔24 h觀察種子萌發(fā)情況，以種子露白為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算沙蔥種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，并分別在第2、4、6、8、10天測定沙蔥種子丙二醛含量及抗氧化酶活性。其中丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性測定均參照李合生［8］方法，過氧化氫酶（CAT）活性測定參照張志良［9］方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用IBM SPSS Statistics 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析（多重比較選擇Duncan方法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照處理下不同溫度對沙蔥種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由表1可知，黑暗處理時(shí)沙蔥種子在20 ℃下發(fā)芽率最高，為86.7%，10和30 ℃種子發(fā)芽率分別為40.0%與10.0%。說明黑暗條件下，沙蔥種子對低溫有較強(qiáng)適應(yīng)性，對高溫適應(yīng)性則較差。12和24 h光照處理時(shí)，沙蔥種子在10和30 ℃下均不萌發(fā)，發(fā)芽率為0。由此可見，在高低溫環(huán)境下，加劇了光照對種子萌發(fā)的抑制作用。

2.2 光照處理下不同溫度對沙蔥種子生理指標(biāo)的影響

2.2.1 黑暗處理下不同溫度對沙蔥種子丙二醛和抗氧化酶的影響。

由圖1可知，各溫度處理下，MDA含量均在萌發(fā)期內(nèi)呈持續(xù)上升趨勢；10 ℃下，SOD活性在萌發(fā)2～4 d先下降，隨后持續(xù)上升；POD活性呈先下降后上升再下降的趨勢；而CAT活性則在萌發(fā)2～4 d先上升，隨后顯著下降。

20 ℃下，SOD活性在萌發(fā)2～4 d時(shí)緩慢上升，4 d后急劇降低；POD活性呈逐漸上升趨勢，8～10 d時(shí)略有下降；CAT活性呈先上升后下降的趨勢，下降幅度并不明顯。

30 ℃下，SOD活性呈先下降后上升的趨勢；POD活性則呈先下降后上升再下降的趨勢；CAT活性在萌發(fā)2～4 d顯著上升，隨后降低。

2.2.2 12 h光照處理下不同溫度對沙蔥種子丙二醛和抗氧化酶的影響。由圖2可知，隨著萌發(fā)天數(shù)的增加，各溫度處理下種子的MDA含量均持續(xù)上升，且20 ℃下種子的MDA含量始終高于其他溫度處理，而SOD活性則呈持續(xù)下降趨勢。10 ℃下POD活性在2～8 d緩慢上升，隨后開始下降；CAT活性在2～4 d略有上升后持續(xù)下降。

20 ℃下，POD活性在2～8 d時(shí)持續(xù)上升，隨后緩慢下降；而CAT活性則呈先上升后下降再上升的趨勢。

30 ℃下，POD活性在2～6 d時(shí)持續(xù)上升，隨后開始明顯下降；CAT活性持續(xù)上升至6 d達(dá)到峰值后開始下降。

2.2.3 24 h光照條件下不同溫度對沙蔥種子丙二醛和抗氧化酶的影響。

由圖3可知，各溫度處理下，SOD活性與POD活性均呈持續(xù)下降趨勢，10 ℃下MDA含量在2～8 d上升不明顯，在8～10 d顯著上升；CAT活性呈先上升后下降的趨勢。

20 ℃下，MDA含量先下降后持續(xù)上升，在8～10 d上升幅度明顯，且MDA含量始終高于其他溫度處理；SOD活性在4～8 d下降趨勢顯著；POD活性先上升后緩慢下降；CAT活性則呈先上升后下降再上升的趨勢，且CAT活性高于其他溫度處理。

30 ℃下，MDA含量呈緩慢上升的趨勢；CAT活性則呈緩慢下降的趨勢，且下降幅度不明顯。

3 結(jié)論與討論

適宜的水、氧氣、溫度或光照等環(huán)境因子均會影響種子的萌發(fā)，不同的種子所適應(yīng)的環(huán)境條件不同。溫度與光照對種子萌發(fā)有各自的作用，但又緊密相連，共同影響種子的萌發(fā)與生長。研究表明，在一定范圍內(nèi)，溫度的持續(xù)升高會引導(dǎo)種子萌發(fā)向著酶促反應(yīng)正方向進(jìn)行，但溫度升高超過一定范圍，則會導(dǎo)致種子內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生有害變化，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)與生物膜系統(tǒng)受到損傷［3］，嚴(yán)重抑制種子自身對蛋白和糖的吸收與利用［10-11］，而低溫則會對種子內(nèi)相對分子質(zhì)量較小的熱休克蛋白、線粒體中的蘋果酸脫氫酶和細(xì)胞色素氧化酶產(chǎn)生明顯影響，從而降低種子部分代謝反應(yīng)速率，抑制種子的萌發(fā)［12-13］。該試驗(yàn)結(jié)果表明，黑暗環(huán)境下，20 ℃處理時(shí)沙蔥種子發(fā)芽率極顯著高于10和30 ℃，且10 ℃處理時(shí)發(fā)芽率極顯著高于30 ℃處理，說明沙蔥種子在萌發(fā)過程中，過高的溫度造成種子內(nèi)酶活性失活，迫使萌發(fā)能力降低；通過10與30 ℃處理時(shí)種子發(fā)芽率之間的比較可知，沙蔥種子具有較強(qiáng)的低溫適應(yīng)性，而對高溫適應(yīng)性較弱。在12 h光照與24 h光照環(huán)境下，20 ℃處理時(shí)種子發(fā)芽率分別為20.0%和7.7%，而10與30 ℃下種子發(fā)芽率僅為0，說明不論什么光照環(huán)境下，高溫與低溫均抑制種子萌發(fā)，不能解除沙蔥種子光休眠現(xiàn)象，反而會與光照共同作用造成脅迫，降低沙蔥種子萌發(fā)力。

種子活力及萌發(fā)基礎(chǔ)是種子具有完整和穩(wěn)定的細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且細(xì)胞的正常生理代謝活動需要穩(wěn)定的細(xì)胞膜系統(tǒng)，一旦膜系統(tǒng)破壞則會加速種子活力與萌發(fā)力的喪失［14］。研究表明，大量的活性氧會在植物種子萌發(fā)時(shí)能量代謝過程中產(chǎn)生，進(jìn)而對細(xì)胞和組織造成氧化損傷［15］。而POD和SOD是重要的活性氧清除酶，可有效緩解活性氧對種子的傷害［14］，MDA含量也在一定程度上反映膜脂過氧化程度，同時(shí)間接反映出種子組織抗氧化能力［16］。該試驗(yàn)結(jié)果表明，黑暗與12 h光照環(huán)境下，10和30 ℃處理時(shí)種子SOD活性在萌發(fā)后期明顯高于20 ℃處理，可見在10和30 ℃下種子萌發(fā)過程中的新陳代謝產(chǎn)生了有害物質(zhì)；各光照環(huán)境下，20 ℃處理時(shí)種子POD和CAT活性均高于10與30 ℃處理，說明20 ℃處理提高了種子內(nèi)的抗氧化酶活性，抑制了萌發(fā)過程中的活性氧累積，提高了種子的萌發(fā)力。且黑暗環(huán)境下，10與30 ℃處理時(shí)種子內(nèi)MDA含量高于20 ℃，說明高低溫均對種子造成了脅迫傷害。

綜合該試驗(yàn)萌發(fā)與生理指標(biāo)可知，沙蔥種子是典型的需暗性種子，適宜萌發(fā)溫度為20 ℃，光照、高溫與低溫均會限制種子的萌發(fā)。

因此，在沙蔥人工育苗生產(chǎn)過程中，應(yīng)該選擇暗環(huán)境進(jìn)行萌發(fā)，提高沙蔥種子的發(fā)芽率和整齊度，為高效的壯苗培育和沙蔥種質(zhì)資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

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