廉 潔， 張喜春， 谷建田

(北京農(nóng)學(xué)院植物科技學(xué)院，北京農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

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氯化鈣浸種對(duì)番茄種子發(fā)芽的影響及苗期耐冷性的鑒定

廉 潔， 張喜春， 谷建田*

(北京農(nóng)學(xué)院植物科技學(xué)院，北京農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

[目的]探究不同濃度氯化鈣浸種對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響，分析氯化鈣浸種對(duì)種子萌發(fā)后苗期耐冷性的影響。[方法]以NY2000番茄為材料，分別用0、600、1 200、1 800 mg/L氯化鈣浸種，對(duì)低溫下種子發(fā)芽鑒定；研究了20 ℃，0、600、1 200、1 800 mg/L氯化鈣浸種的種子萌發(fā)后的生長狀況，并對(duì)(20 ℃、1 200 mg/L)浸種的番茄種子萌發(fā)后苗期耐冷性鑒定及SOD酶測定。[結(jié)果]低溫下氯化鈣浸種促進(jìn)種子發(fā)芽；20 ℃萌發(fā)的種子，1 200 mg/L的氯化鈣處理使得促進(jìn)作用最為明顯，這種條件下番茄鮮重、干重、株高、主根長達(dá)到最大。[結(jié)論]氯化鈣能提高低溫條件下種子發(fā)芽率；氯化鈣浸種對(duì)番茄種子來說具有記憶效應(yīng)。

氯化鈣；番茄；種子發(fā)芽；生長狀況；耐冷性；鑒定

番茄作為一種重要的含有維生素和多種營養(yǎng)成分的蔬菜在我國廣泛種植，其優(yōu)良的口味和重要的營養(yǎng)作用深受人民喜愛。但多數(shù)番茄品種在溫度低于10 ℃時(shí)生長發(fā)育受阻，低于6 ℃的溫度就會(huì)引起番茄組織產(chǎn)生不可逆的損傷[1]。低溫冷害是影響番茄周年生產(chǎn)和市場供應(yīng)的主要因素，且每年均給番茄生產(chǎn)造成較大損失，引起生產(chǎn)上的減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至絕產(chǎn)。因此提高番茄耐冷性就可以提高番茄生物產(chǎn)量，產(chǎn)量的增加會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)收入的增長。利用外源物質(zhì)處理農(nóng)作物，是目前提高植物抗逆性簡便、有效且可行的方法之一[2]。尋找一種合適的外源物質(zhì)提升冷脅迫下番茄產(chǎn)量便具有重要意義。

植物受到冷害后，有機(jī)體內(nèi)首先發(fā)生一系列生理生化變化，如細(xì)胞膜透性的增加、活性氧平衡的破壞、光合作用受到抑制、呼吸作用急劇升高以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的迅速積累等。隨著低溫脅迫時(shí)間的延長，則表現(xiàn)出明顯的冷害癥狀。大量研究發(fā)現(xiàn)，冷凍脅迫處理下番茄體內(nèi)超常積累活性氧自由基，引起脂膜過氧化,導(dǎo)致冷害產(chǎn)生[3-6]。低溫條件使膜上結(jié)合的各種酶的功能也發(fā)生異常，從而導(dǎo)致植物細(xì)胞中的能量平衡被打破，代謝和功能發(fā)生紊亂，進(jìn)而影響原生質(zhì)的流動(dòng)以及水分、養(yǎng)分的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)[7]。近年的研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施脫落酸[8]、水楊酸[9]、氯化鈣[10]、多胺[11]等物質(zhì)無需逆境因子便可提高植物的抗冷性，然而有關(guān)它們的作用機(jī)理目前還不完全清楚。植物抗逆性形成的本質(zhì)是化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳遞過程，可以被化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生。通過研究這些外源抗冷物質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)理，將可以取代逆境因子，在逆境到來前啟動(dòng)植物對(duì)逆境的防御機(jī)制，從而減輕逆境對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的危害。鈣離子作為第二信使調(diào)節(jié)代謝被廣泛認(rèn)同[12-15]，人們對(duì)鈣在植物抗鹽、抗旱等抗逆性中的作用也進(jìn)行了深入研究[16-17]。鈣離子能夠防止膜損傷和細(xì)胞泄漏，能夠維護(hù)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的穩(wěn)定性[18]。該研究以NY2000番茄種子為材料，研究不同溫度下氯化鈣濃度浸種對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響，以期選出合適的外源物質(zhì)濃度；同時(shí)，對(duì)在溫度為20 ℃、氯化鈣濃度分別為0、600、1 200、1 800 mg/L的浸種番茄種子進(jìn)行生長狀況包括鮮重、干重、株高、總根長測量，得出1 200 mg/L的氯化鈣效果最好；然后研究20 ℃溫度下用清水和1 200 mg/L浸種的種子萌發(fā)后苗期的冷害指數(shù)和SOD酶活性含量，分析浸種1 200 mg/L氯化鈣如何影響番茄種子萌發(fā)后苗期的耐冷性。

1 材料與方法

1.1 材料番茄試驗(yàn)品種由北京農(nóng)學(xué)院蔬菜育種與生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提供，番茄品種為NY2000，清潔、滅菌過的培養(yǎng)皿若干，溫度處理則由實(shí)驗(yàn)室HPG-280BX光照培養(yǎng)箱裝置提取。

1.2 低溫種子發(fā)芽試驗(yàn)在用自來水沖洗干凈顆粒均飽滿的種子以后，消毒15 min(10%的次氯酸鈉)→沖洗1 h(自來水)→沖洗3次(蒸餾水)。將種子分別用0、600、1 200、1 800 mg/L氯化鈣浸泡24 h，計(jì)為A、B、C、D,繼續(xù)將A、B、C、D每組的種子分為每50粒/份，分別計(jì)為A1、A2、A3、A4，B1、B2、B3、B4，C1、C2、C3、C4，D1、D2、D3、D4。將標(biāo)記為(A、B、C、D)1、2、3、4的種子均勻的放置在培養(yǎng)中，分別在25、20、15、10 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)，分別于第4天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。3次重復(fù)取平均值。

1.3 幼苗鮮重、干重、株高及主根長的測量試驗(yàn)選取了在20 ℃，0、600、1 200、1 800 mg/L氯化鈣處理的種子進(jìn)行培養(yǎng)，7 d后測定生長指標(biāo)。株高和主根長的測量依據(jù)華東師范大學(xué)生物系植物生理教研室的辦法，用直尺測量植株上胚軸至莖尖部位的長度(cm)，主根長則用直線截獲法測定(cm)。鮮重和干重的測量以每十株為一單位(求平均值)。測鮮重時(shí)先用蒸餾水沖洗干凈后吸水紙吸干多余的水分。干重在先置于烘箱115 ℃殺青15 min后75 ℃烘干至恒重之后測量。

1.4 冷害指數(shù)調(diào)查試驗(yàn)選取在20 ℃,0、1 200 mg/L 2種不同濃度氯化鈣浸種的種子，于2014年5月在北京農(nóng)學(xué)院蔬菜育種大棚進(jìn)行穴盤育苗，分別計(jì)為CK、T。2周后將幼苗轉(zhuǎn)至營養(yǎng)缽中。待番茄長至4片真葉展開時(shí)選擇長勢一致、生長健壯的幼苗將植株放置在HPG-280BX光照培養(yǎng)箱(哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司)進(jìn)行低溫脅迫(晝溫/夜溫10 ℃/5 ℃，低溫脅迫4、6、8、10 d，光照強(qiáng)度4 000 lx，光照時(shí)間為12 h)。冷害指數(shù)參照王孝宣等的標(biāo)準(zhǔn)[19]對(duì)番茄葉片耐冷情況進(jìn)行分級(jí)，即0級(jí)，生長正常，未受傷害；1級(jí)，僅少數(shù)葉片邊緣有輕度的褶皺萎縮；2級(jí)，半數(shù)以下的葉片萎焉死亡；3級(jí)，半數(shù)以上的葉片萎焉死亡；4級(jí)，植株全部死亡。冷害指數(shù)=(1×S1+2×S2+3×S3+4×S4)/(低溫脅迫總株數(shù)×4)，式中，S為相應(yīng)冷害級(jí)的苗數(shù)。

1.5 超氧化物歧化酶(SOD)的測定SOD含量的測定參照劉祖祺等的方法[20]，冷脅迫的時(shí)間為4、6、8、10 d。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下番茄種子萌發(fā)情況從4種溫度下、4種氯化鈣濃度下NY2000番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢情況(表1)可以看出，番茄種子的發(fā)芽情況隨著溫度的提升不斷提高。在10 ℃情況下，番茄種子萌發(fā)較少，甚至不萌發(fā)；在15 ℃情況下，種子的發(fā)芽率在20%左右；然而當(dāng)20 ℃情況下，番茄種子的發(fā)芽率表現(xiàn)為突變，可達(dá)80%左右的發(fā)芽率；在25 ℃處理下的種子，番茄種子的發(fā)芽率可在90%以上。因此，可以說明溫度是影響種子發(fā)芽的重要因素。另外，在25 ℃萌發(fā)的種子，不同濃度的氯化鈣浸種對(duì)種子萌發(fā)影響不大，但在低于25 ℃情況下，種子萌發(fā)表現(xiàn)為隨著氯化鈣濃度的提升出現(xiàn)先升高后下降的趨勢，據(jù)此可以推斷，氯化鈣可以在低溫情況下促進(jìn)種子萌發(fā)。

表1 不同溫度、濃度氯化鈣處理下的種子萌發(fā)情況 %

2.2 溫度20 ℃、不同濃度氯化鈣浸種條件下番茄幼苗生長狀況從4種處理下NY2000種子萌發(fā)7 d后的鮮重、干重、株高、主根長(表2)可以看出，在20 ℃溫度下，1 200 mg/L氯化鈣處理下的種子出苗后各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于其他處理，株高和主根長明顯優(yōu)于其余處理。

表2 溫度20 ℃、不同氯化鈣處理下的種子成苗后生長狀況

2.3 氯化鈣浸種幼苗冷害指數(shù)的影響從20 ℃溫度下，0、1 200 mg/L氯化鈣2種不同處理的番茄種子成苗后在冷脅迫4、6、8、10 d的冷害指數(shù)變化情況(圖1)可以看出，在20 ℃、1 200 mg/L氯化鈣處理下的番茄種子成苗后在遭受冷脅迫時(shí)均優(yōu)于20 ℃、0 mg/L氯化鈣處理的番茄苗。在冷脅迫時(shí)間為4、6 d時(shí)，這種由冷害指數(shù)表現(xiàn)出來的耐冷性優(yōu)勢明顯，而隨著冷脅迫時(shí)間的延長，氯化鈣對(duì)于能提升番茄植株耐冷性的作用逐漸喪失；冷脅迫8 d時(shí)，植株幾近全部枯萎，氯化鈣處理完全喪失作用。據(jù)此可以推斷，氯化鈣浸種有助于提升番茄耐冷性，這種作用番茄表現(xiàn)為記憶效應(yīng)，氯化鈣浸種可以提升番茄種子的耐低溫能力，且這種能力可被記憶下來，當(dāng)植株后期遭受低溫時(shí)也能表現(xiàn)為一定的耐冷性。

2.4 不同濃度氯化鈣浸種對(duì)SOD的影響由圖2可見，低溫下氯化鈣浸種，鈣離子可能啟動(dòng)了有關(guān)耐冷基因的表達(dá)，這個(gè)過程可被記憶下來。在苗期遭受冷脅迫情況時(shí)，無需任何刺激，即可快速啟動(dòng)相關(guān)酶表達(dá)。

3 結(jié)論

(1)番茄種子萌發(fā)在溫度20 ℃左右時(shí)表現(xiàn)為臨界效應(yīng)，高于此溫度，發(fā)芽情況基本正常，低于此溫度，發(fā)芽率迅速降低。

(2)氯化鈣可以在低溫情況下促進(jìn)種子萌發(fā)，且能保證種子發(fā)芽后各項(xiàng)生長指標(biāo)，1 200 mg/L的氯化鈣作用最為明顯。

(3)氯化鈣浸種對(duì)番茄種子來說具有記憶效應(yīng)，苗期也能表現(xiàn)為較高的耐冷性，且可能與SOD酶迅速表達(dá)有關(guān)。

[1] GEISENBERG C, STEWAARST K. Field crop management. The Tomato Crop：A Scientific Basis for improvement[M].London:Chapmar Hall,1986:511-577．

[2] 王淼,李秋榮,付石磊,等.外源一氧化氮對(duì)干旱脅迫下楊樹光合作用的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(2):218-222.

[3] SENARATNA T,MACKAY C E,MCKERSIE B D,et a1.Unicona—zole—induced chilling tolerance in tomato and its relationship to antioxidant content [J].J Plant Physiol,1988,133:56-61.

[4] 鄭國華張,賀英,鐘秀容.低溫脅迫下枇杷葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)及膜透性和保護(hù)酶活性的變化[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009,17(4):739-745.

[5] WISE R R,NAYLOR A W.Chilling-enhanced photooxidation: Evidence for the role of singlet oxygen and super-oxide in the breakdown of pigments and endogenous antioxidants[J].Plant Physiol,1987,83:278-282.

[6] 李美如,劉鴻先,王以柔.細(xì)胞氧化應(yīng)激機(jī)制與植物抗冷性機(jī)理的研究[J].生命科學(xué),1996(4):1-6.

[7] 王克安,何啟偉,陳運(yùn)起.低溫對(duì)黃瓜幼苗根系活力及生物學(xué)產(chǎn)量影響的研究[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2000(4):17-19.

[8] 蒲高斌,魏麗.殼聚糖涂膜對(duì)葡萄常溫貯藏效果的影響[J].北方園藝,2011(14):154-157.

[9] 阮淑潔,朱世東,單國雷,等.外源物質(zhì)對(duì)番茄幼苗抗冷效果的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,17(11):46-47.

[10] 張琳,王甲辰,左強(qiáng),等.外源鈣對(duì)低溫脅迫下番茄幼苗生化指標(biāo)及膜傷害的研究[J].北方園藝,2011(12):24-26.

[11] 張彥萍,劉海河,申書興,等. 多胺引發(fā)處理對(duì)茄子種子活力及幼苗耐冷性的影響[J].園藝學(xué)報(bào), 2010,37(11)：1783-1788.

[12] 梁穎,王三根.Ca2+對(duì)冷害水稻幼苗某些生理生化特性的影響[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào),1997,22(4):411-415.

[13] 余挺,席玙芳.CaCl2、AsA和GSH對(duì)冷害低溫下茄子果實(shí)氧化脅迫的抑制作用[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,19(4):75-76.

[14] 趙可夫,盧元芳,張寶澤,等.Ca2+對(duì)小麥幼苗降低鹽害效應(yīng)的研究[J].植物學(xué)報(bào),1993,35(1):51.

[15] 楊根平,高愛麗,邢家梅.鈣素和水分虧缺對(duì)黃瓜葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),1993,13(2):89-95.

[16] LU Y F. Increase effect of calcium on salt resistance of Zea mays seedlings[J]. Plant Physiol Commn,1999,34(3):293-294.

[17] YANG G P,GAO A L,JING J H.The relation of calcium to cell perm eability in w ater stressed soybean hypocobyls[J]. Plant Physiol Commn,1993, 29(3):179-181.

[18] 柳琪.經(jīng)濟(jì)類作物收獲機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2009(8):33-36.

[19] 王孝宣,李樹德,李慧茹,等.低溫脅迫對(duì)番茄苗期和花期若干性狀的影響[J].園藝學(xué)報(bào),1996,23(4):349-354.

[20] 劉祖祺,張石成.植物抗性生理學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1994.

Effect of Exogenous Calcium Chloride Soaked on Germination of Tomato Seed and Identification of Its Cold Tolerance at Seedling Stage

LIAN Jie, ZHANG Xi-chun, GU Jian-tian*

(Beijing Key Laboratory of New Technology in Agricultural Application, College of Plant Science and Technology, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206)

[Objective] To explore the effect of exogenous calcium chloride soaked on germination of tomato seed and analyze the cold tolerance of it at seedling stage. [Method] The seed of tomato called NY2000 were used as material treated by exogenous calcium chloride of 0, 600, 1 200, 1 800, and cold damage index was calculated. The growth belong to the treatment of temperature 20 ℃ combined with 0, 600, 1 200, 1 800 mg/L calcium chloride was researched. A further study on the seed under temperature 20 ℃combined with 1200mg/L calcium chloride soaked was conducted. [Result] Exogenous calcium chloride soaked can promote seed germination under low temperature; the most obvious effect was the treatment of 1 200 mg/L calcium chloride among the tomato seed soaked in calcium chloride and the fresh weight, dry weight, plant height, main root length raise to the top. [Conclusion] Calcium chloride can increase tomato seed germination rate under the condition of low temperature; tomato has a memory effect on exogenous calcium chloride soaked.

Calcium chloride; Tomato; Seed germination; Growth status; Cold tolerance; Identification

廉潔(1989- ),男,山東菏澤人,碩士研究生,研究方向：蔬菜育種與生物技術(shù)。*通訊作者，副教授，碩士，碩士生導(dǎo)師，從事種質(zhì)資源研究，

2014-11-03

S 641.2

A

0517-6611(2015)01-043-03