裴帥帥，王玉國，尹美強(qiáng)，原向陽，黃明鏡，溫銀元，趙 娟

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030006）

干旱是影響糧食作物生產(chǎn)的最大逆境因子之一，在中國大約有1/2的國土面積受到干旱威脅，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。谷子是我國北方干旱地區(qū)的主要作物，而干旱常常導(dǎo)致谷子萌發(fā)率低、出苗不齊等，因此，開展谷子萌發(fā)的抗旱性研究、提高谷子的萌發(fā)率是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，解決干旱地區(qū)谷子出苗難、苗期缺苗斷壟的有效手段，可為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

赤霉素（GA）作為一種高效的植物激素，影響著高等植物生長的各個(gè)階段，如種子萌發(fā)、莖的伸長、花的誘導(dǎo)和發(fā)育、種子和果實(shí)的生長。鄭蔚虹等[1]研究表明，紫丁香種子在赤霉素中浸種后，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)都得到有效提高，還可使根加長，電導(dǎo)率值增加?？緹煼N子經(jīng)過赤霉素浸種處理后，種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)提高，種子TTC（氯化三苯基四氮唑）還原力增強(qiáng)，POD酶活性提高，種子浸提液的電導(dǎo)率降低，煙苗高度增長，干物質(zhì)積累增多，種子活力顯著高于對照[2]。李海平等[3]研究表明，不同濃度的GA浸種均可提高苦蕎種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和活力指數(shù)。

稀土處理能提高種子活力，增加種子在吸脹和萌發(fā)初期的吸水量和細(xì)胞質(zhì)膜透性，提高細(xì)胞的吸氧能力，同時(shí)，施用稀土可增強(qiáng)植物對不良生長環(huán)境的適應(yīng)能力，或增加對逆境的抗性[4]。李丹等[5]研究表明，使用適當(dāng)濃度的硝酸鑭和硝酸鈰處理高羊茅種子，高羊茅種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都有所提高，且株高、地上生物產(chǎn)量和葉綠素含量都高于對照。劉鳳華等[6]用適宜濃度的GA溶液處理托魯巴姆種子，均可縮短其發(fā)芽天數(shù)，提高發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，使發(fā)芽較為整齊一致，其中，以1 000～2 000 mg/L的GA浸種36 h的處理效果較好。

鈣能增加植物葉片細(xì)胞膜的完整性和葉片的保水能力，從而有效地改善干旱條件下植物的水分狀況。毛俊娟等[7]研究表明，低濃度的CaCl2浸種可以提高麻瘋樹種子的發(fā)芽勢和萌發(fā)率，提高干旱脅迫下麻瘋樹葉片相對含水量和葉片脯氨酸含量，降低MDA含量，緩解干旱對麻瘋樹幼苗細(xì)胞的傷害，增強(qiáng)幼苗的抗旱能力。張俊花等[8]研究表明，CaCl2浸種提高了蘿卜幼苗葉片的保水能力，減少了水分的散失，降低了蒸騰速率，維持干旱情況下的水分平衡，從而增強(qiáng)了幼苗的抗旱性。

本試驗(yàn)研究了赤霉素、稀土和氯化鈣3種藥劑復(fù)配浸種處理對晉谷21號種子發(fā)芽率以及幼苗抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等的影響，旨在探究最佳的浸種處理組合，提高谷子干旱條件下萌發(fā)率及幼苗的抗旱能力，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試谷子品種為晉谷21號，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選籽粒成熟且飽滿、大小均勻一致、谷殼完整無損傷、健康無病蟲害的種子，用0.1%的HgCl2溶液對種子進(jìn)行浸泡消毒10 min，然后用蒸餾水清洗種子5次，用濾紙吸干種子表面水分。待完全風(fēng)干后，將其浸泡于蒸餾水（對照）和不同質(zhì)量濃度的赤霉素（100，200，250，300 mg/L）、稀土（1，10，25，50 mg/L）、氯化鈣（277.5，555，1110，1665 mg/L）溶液中，浸泡5 min后再自然風(fēng)干。最后將準(zhǔn)備好的種子播種于土壤相對含水量為9%的發(fā)芽盒中，每盒100粒。用保鮮膜將發(fā)芽盒密封，以防止水分散失。發(fā)芽盒置于25℃光照培養(yǎng)架，每天光照12 h，第7天調(diào)查發(fā)芽率。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。先篩選出在干旱脅迫條件下3種試劑處理的最適萌發(fā)質(zhì)量濃度，然后再復(fù)配浸種。

1.3 測定指標(biāo)及方法

谷子萌發(fā)出土后的第7天取樣進(jìn)行生理指標(biāo)測定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)法測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原抑制法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸比色方法測定；脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測定；超氧陰離子自由基（O2-·）含量和過氧化氫（H2O2）活性采用文獻(xiàn)[9]的方法測定。

發(fā)芽率（Gr）＝n/N×100%（n為最終發(fā)芽數(shù)，N為種子總數(shù)）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件、SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下3種試劑對谷子發(fā)芽率的影響

從表1可以看出，經(jīng)不同質(zhì)量濃度的赤霉素、稀土和氯化鈣試劑處理晉谷21號種子，其發(fā)芽率呈先升高后降低的趨勢。其中，赤霉素、稀土和氯化鈣質(zhì)量濃度分別為250，25，1 110 mg/L時(shí)的發(fā)芽率較高，分別比CK提高13.26%，2.77%和22.11%。因此，3種試劑的最佳質(zhì)量濃度分別為250，25，1 110 mg/L，明顯提高了晉谷21號種子在干旱條件下的發(fā)芽率。

表1 干旱脅迫下3種試劑對谷子發(fā)芽率的影響

2.2 單一最佳質(zhì)量濃度浸種與復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗發(fā)芽率的影響

從圖1可以看出，經(jīng)3種復(fù)配試劑浸泡種子的發(fā)芽率高于3種試劑單一浸種的發(fā)芽率，其分別比CK、赤霉素、氯化鈣和稀土提高33.71%，18.06%，9.5%和30.11%。因此，復(fù)配浸種能夠明顯提高谷子在干旱條件下的發(fā)芽率。

2.3 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化酶活性的影響

植物體內(nèi)的抗氧化酶活性和抗氧化代謝水平是評價(jià)植物抗逆性的有效指標(biāo)之一。SOD，CAT和POD都是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，其共同組成了生物體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)，在清除超氧自由基、H202和過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面發(fā)揮著重要作用[10]。由表2可知，在土壤含水量9%的模擬干旱脅迫條件下，復(fù)配浸種處理第7天時(shí)谷子幼苗葉片的CAT活性比對照略高，但二者間差異未達(dá)到顯著水平；谷子幼苗葉片中的SOD，POD活性比對照分別提高113.0%和27.3%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以提高谷子幼苗在干旱脅迫下抗氧化保護(hù)酶活性，有利于谷子及時(shí)清除活性氧，減輕干旱脅迫對谷子的傷害。

表2 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗抗氧化保護(hù)酶活性的影響 U/g

2.4 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表3可知，谷子經(jīng)復(fù)配浸種后，在干旱脅迫第7天時(shí)，谷子幼苗葉片中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均比對照有所提高，其中，可溶性蛋白含量較對照提高102.44%，脯氨酸含量比對照提高53.81%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以促進(jìn)干旱脅迫下谷子幼苗中的脯氨酸的積累，通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累而降低滲透勢，促進(jìn)吸水并維持膨壓。杜錦等[11]研究發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白與調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助植物細(xì)胞維持較低的滲透勢，抵抗逆境帶來的脅迫。

表3 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響 μg/g

2.5 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及谷子膜脂過氧化產(chǎn)物的影響

植物幼苗在逆境下遭受傷害后，往往會發(fā)生膜脂過氧化作用。MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，其含量變化反映了膜脂過氧化程度及膜結(jié)構(gòu)損傷程度。由表4可知，經(jīng)復(fù)配浸種后，谷子幼苗葉片中的MDA，H2O2含量及O2-·產(chǎn)生速率均低于對照，其中，MDA含量比對照降低14.77%，但二者間差異未達(dá)顯著水平；H2O2含量及超氧陰離子產(chǎn)生速率分別比對照降低40.01%和13.38%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以降低干旱脅迫下谷子幼苗中膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的積累，減緩H2O2和超氧陰離子的產(chǎn)生速率，其機(jī)制可能是復(fù)配浸種后幼苗中抗氧化酶的活性增強(qiáng)，活性氧清除能力提高。

表4 復(fù)配浸種對干旱脅迫下谷子幼苗活性氧及谷子膜脂過氧化產(chǎn)物的影響

3 討論與結(jié)論

本研究表明，赤霉素、稀土、氯化鈣可以提高晉谷21號在干旱條件下的發(fā)芽率。在篩選出3種試劑單一的最佳質(zhì)量濃度后進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果表明，復(fù)配浸種比單一浸種的效果更好，發(fā)芽率分別比CK、赤霉素、氯化鈣和稀土提高33.71%，18.06%，9.5%和30.11%。

為了使細(xì)胞免受活性氧的毒害，保證細(xì)胞正常生理功能，植物細(xì)胞內(nèi)存在著有防御活性氧毒害的保護(hù)酶系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT），它們的協(xié)調(diào)作用可以清除過剩的氧自由基，防止細(xì)胞受到傷害。本試驗(yàn)對浸種后萌發(fā)幼苗的抗氧化系統(tǒng)進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，復(fù)配處理后，干旱脅迫下的谷子幼苗葉片中SOD，POD和CAT活性比對照分別提高了113.0%，27.3%和14.9%，且差異顯著；復(fù)配處理谷子可以顯著降低幼苗中的H2O2的含量和O2-·的產(chǎn)生速率，分別比對照降低了40.01%和13.38%，且差異達(dá)顯著水平。說明復(fù)配浸泡處理種子可以提高谷子幼苗葉片抗氧化保護(hù)酶（SOD，POD和CAT）的活性，同時(shí)降低葉片中H2O2的累積，減緩O2-·的產(chǎn)生速率。

植物在逆境下遭受傷害，往往發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛（MDA）是植物細(xì)胞膜質(zhì)中不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化作用的最終產(chǎn)物之一，其含量的多少在一定程度上代表了細(xì)胞膜的損傷程度和植物對逆境反應(yīng)的強(qiáng)弱[12]。譚艷玲等[13]研究表明，在低溫脅迫下鐵皮石斛內(nèi)MDA的含量增加。鞏巧玲等[14]試驗(yàn)表明，蕎麥苗期不同程度脅迫明顯提高了幼苗中MDA的含量，且隨著脅迫程度的加重，4個(gè)甜蕎品種的MDA含量均逐漸升高?？梢姼珊得{迫能加劇蕎麥幼苗膜脂過氧化從而引起膜的損傷，且膜脂過氧化的程度隨干旱脅迫的加大而加大。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫下，復(fù)配浸種后谷子幼苗葉片丙二醛含量顯著低于對照。

滲透調(diào)節(jié)作用也是植物適應(yīng)水分脅迫的主要生理機(jī)制，植物在干旱時(shí)會主動積累大量的可溶性滲透物質(zhì)來維持滲透平衡，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)[15]。本試驗(yàn)經(jīng)過復(fù)配處理后，谷子葉片中可溶性蛋白含量較對照提高102.44%，脯氨酸含量比對照提高53.81%，且差異顯著。說明復(fù)配浸種可以促進(jìn)干旱脅迫下谷子幼苗中脯氨酸的積累，改善幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，提高其對干旱的適應(yīng)能力，從而減緩干旱對谷子萌發(fā)和生長的抑制作用。

綜上所述，赤霉素、稀土和氯化鈣3種試劑復(fù)配浸種可有效提高干旱條件下谷子的發(fā)芽率，并可緩解干旱脅迫對谷子幼苗造成的傷害、促進(jìn)幼苗的生長。

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