張麗++賈志國

摘要：將3種萌發(fā)狀態(tài)（吸脹、萌動、發(fā)芽）的裸燕麥種子分別于0 ℃下處理24、48、72 h，測定裸燕麥種子發(fā)芽及各項生長、生理指標(biāo)。結(jié)果表明：隨低溫脅迫時間的延長，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均顯著降低。與對照相比，低溫脅迫顯著抑制了根長、芽長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及根冠比，其中48 h時間處理下，根長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及根冠比受抑制程度最小。各處理下的相對電導(dǎo)率、丙二醛含量及可溶性蛋白含量表現(xiàn)為不同程度的增加，脯氨酸含量顯著降低。綜上所述，裸燕麥對24、48 h的低溫處理有一定的忍耐能力，3種萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子抗寒能力從強(qiáng)到弱依次為發(fā)芽種子> 吸脹種子> 萌動種子。

關(guān)鍵詞：裸燕麥；低溫脅迫；萌發(fā)；生理指標(biāo)；抗寒性

中圖分類號： S512.601文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0161-04

收稿日期：2015-04-23

基金項目：河北北方學(xué)院自然科學(xué)研究計劃。

作者簡介：張麗（1979—），女，博士，講師，從事作物與經(jīng)濟(jì)林栽培育種工作。E-mail：yingrizl@126.com。裸燕麥（Avena nuda L.）別稱莜麥、鈴鐺麥，禾本科燕麥屬一年生草本植物[1]。裸燕麥性喜涼爽，耐干旱、抗鹽堿、生長周期短，是我國華北、西北等高寒地區(qū)的主要糧飼兼用作物[2]，其營養(yǎng)價值高，富含人體必需的8種氨基酸，是北方地區(qū)人們喜愛的特色食物，其秸稈也是優(yōu)質(zhì)的牧草[3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，裸燕麥具有降脂、降糖的功效，被作為一種營養(yǎng)保健功能食品加以開發(fā)利用[4]，因此裸燕麥?zhǔn)且环N多用途、高經(jīng)濟(jì)價值的作物。

我國海拔較高的高寒地區(qū)為裸燕麥的適宜種植區(qū)。裸燕麥?zhǔn)呛瘫究浦锌购暂^強(qiáng)的作物，萌芽期是其生長發(fā)育過程中最關(guān)鍵的時期，此時由于其抗寒能力強(qiáng)，能抵抗一定的低溫脅迫，但當(dāng)溫度過低，超過其所能忍受的極限低溫時便會造成脅迫，影響種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，造成出苗不齊，從而影響其最終產(chǎn)量。前人關(guān)于裸燕麥抗旱性研究較多[5-7]，對其抗寒機(jī)理的研究較少。本試驗研究了同一低溫不同處理時間脅迫對不同萌發(fā)狀態(tài)裸燕麥種子的影響，從萌發(fā)、生長、生理3個方面探討了裸燕麥對低溫脅迫的響應(yīng)，揭示了裸燕麥抗寒生理機(jī)制，為我國北方嚴(yán)寒地區(qū)裸燕麥高產(chǎn)栽培及進(jìn)一步推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料與設(shè)計

選擇裸燕麥常規(guī)品種花早2號為試材。挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，分成36組，每組100粒，經(jīng)清水浸種24 h后，在20 ℃進(jìn)行萌發(fā)試驗，將種子處理為吸脹、萌動、發(fā)芽3種萌發(fā)狀態(tài)，分別進(jìn)行低溫脅迫發(fā)芽試驗。將不同萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子置于0 ℃低溫下，分別處理24、48、72 h，3個時間處理低溫脅迫結(jié)束后，轉(zhuǎn)移至20 ℃繼續(xù)培養(yǎng)；對照始終保持20 ℃。重復(fù)3次。

1.2試驗及測定方法

1.2.1發(fā)芽試驗方法種子低溫脅迫萌發(fā)試驗根據(jù)顏啟傳的方法[8]進(jìn)行改進(jìn)。取足量種子放入大燒杯中浸泡24 h，然后放入經(jīng)過消毒的大瓷盤中，用濕布覆蓋，放在陰蔽處培養(yǎng)，供試驗選用。首先于15 cm培養(yǎng)皿內(nèi)鋪2層濾紙作為發(fā)芽床，選取浸泡后的均勻飽滿種子12組，每組100粒，均勻擺放，作為吸脹組試驗材料。將培養(yǎng)皿置于0 ℃光照培養(yǎng)箱分別處理24、48、72 h，每天補(bǔ)充適量的蒸餾水，以保持滲透勢不變，分別測定各項生理指標(biāo)。隨著試驗的進(jìn)行，再于瓷盤中分別挑選處于萌動和發(fā)芽狀態(tài)的種子進(jìn)行上述試驗，每處理重復(fù)3次。

1.2.2發(fā)芽指標(biāo)的測定從上述3種萌發(fā)狀態(tài)的種子中選擇萌動處理組為代表，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗，每天記錄發(fā)芽數(shù)，于試驗后4 d計算發(fā)芽勢，8 d后試驗結(jié)束，計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)。

1.2.3生長指標(biāo)的測定將“1.2.2”節(jié)發(fā)芽結(jié)束后的各處理在20 ℃下培養(yǎng)15 d，利用常規(guī)方法測定裸燕麥幼苗生長初期根長、苗高、根鮮質(zhì)量、苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，計算根冠比。

1.2.4生理指標(biāo)的測定相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率法測定。稱取0.5 g樣品，加入10 mL水，浸泡24 h，測定其浸出液電導(dǎo)率，煮沸15 min，冷卻后再次測定其電導(dǎo)率，將2次電導(dǎo)率代入公式，記算結(jié)果；膜傷害指標(biāo)丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[9]測定；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法[9]測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán) G-250 染色法[10]測定。

1.3數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，SPSS 160軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用單因素方差分析（One-Way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較不同處理間的差異。

2結(jié)果與分析

2.1低溫脅迫對裸燕麥種子發(fā)芽的影響

由表1可以看出，隨著低溫脅迫時間的延長，裸燕麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，與20 ℃對照相比差異顯著。24、48、72 h的低溫脅迫后發(fā)芽率分別降低為對照的90.0%、61.0%、46.6%，且處理間差異顯著。發(fā)芽勢的變化規(guī)律與發(fā)芽率基本一致，72 h的低溫脅迫導(dǎo)致發(fā)芽勢降低為對照的39.6%，表明相比發(fā)芽率低溫脅迫對發(fā)芽勢的影響更大。24 h的低溫處理也顯著降低了發(fā)芽指數(shù)?；盍χ笖?shù)則表現(xiàn)為極顯著差異（P<0.01），隨著脅迫時間的延長，48、72 h脅迫下，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別降低為對照的57.1%、34.0%和31.4%、14.9%，說明低溫脅迫一定程度上抑制了裸燕麥的萌發(fā)，活力指數(shù)的變化可以看出即使能夠萌發(fā)的那部分種子，其繼續(xù)生長的活力也受到了明顯的影響。

2.2低溫脅迫對裸燕麥幼苗苗高、根長、鮮質(zhì)量、干物質(zhì)及根冠比的影響

溫度是植物種子萌發(fā)出苗的基本條件之一，低溫脅迫導(dǎo)致萌動發(fā)芽后的種子生長緩慢甚至停止生長[11]。本研究結(jié)果（表2）表明，裸燕麥幼苗的根長、芽長均受到了低溫抑制，與對照相比均顯著降低，隨著低溫脅迫時間的延長，根長表現(xiàn)為先升后降的趨勢，48 h的低溫脅迫反而使根長增加，與24 h處理相比，48 h處理下芽長變化不顯著，72 h的低溫處理對芽長的抑制作用進(jìn)一步加強(qiáng)。3種低溫時間處理下，根鮮質(zhì)量顯著低于對照，24、72 h低溫處理后的芽鮮質(zhì)量也顯著降低，相比而言，低溫脅迫對根的抑制作用更明顯。隨低溫脅迫時間的增加，48 h處理后的根鮮質(zhì)量和芽鮮質(zhì)量均略有增加，72 h處理又繼續(xù)下降，但處理間差異不顯著。裸燕麥幼苗干物質(zhì)受到低溫的顯著抑制，0 ℃處理72 h后的種子萌發(fā)后的幼苗干質(zhì)量僅為對照的45.5%。與對照相比，根冠比與干質(zhì)量的變化規(guī)律基本一致，均低于對照，72 h處理后降低為對照的36.4%，3個時間處理之間對比發(fā)現(xiàn)，48 h處理后的干質(zhì)量和根冠比的平均值最大，與對照不顯著，表明裸燕麥對低溫脅迫有一定的適應(yīng)抵抗能力。

2.3不同低溫脅迫時間對裸燕麥種子生理指標(biāo)的影響

2.3.1不同低溫脅迫時間下裸燕麥種子相對電導(dǎo)率的變化由圖1可知，與對照相比，低溫處理后不同萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子相對電導(dǎo)率均有所增加。圖1-a所示低溫處理72 h的吸脹種子相對電導(dǎo)率極顯著增加，而24、48 h處理下增加不明顯。隨著0 ℃低溫脅迫時間的延長，萌動種子相對電導(dǎo)率逐漸增加（圖1-b），與各自對照相比，48 h處理達(dá)顯著差異，72 h處理差異極顯著。發(fā)芽種子在低溫處理72 h后也顯著增加（圖1-c）。吸脹、萌動、發(fā)芽3種萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子72 h處理后電導(dǎo)率的相對增加量分別為10.2%、18.1%、7.6%，表明發(fā)芽種子抗低溫能力較強(qiáng)，而萌動種子作為種子發(fā)芽的敏感時期對低溫抵抗能力最弱。

2.3.2不同低溫脅迫時間下裸燕麥種子丙二醛含量的變化植物在逆境脅迫過程中產(chǎn)生過剩的自由基，引發(fā)膜脂過氧化作用，膜脂過氧化的中間產(chǎn)物自由基和最終產(chǎn)物MDA都會造成膜系統(tǒng)的損傷[12]。由圖2可以看出，隨低溫處理時間的延長，不同萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子丙二醛含量也會增加。與各自對照相比，48、72 h處理后的吸脹和萌動種子差異極顯著（圖2-a、圖2-b）。圖2-c所示，24、48 h的低溫處理時間下發(fā)芽狀態(tài)種子的丙二醛含量差異不顯著，當(dāng)脅迫時間延長至72 h時其含量顯著增加。24 h低溫脅迫后吸脹和發(fā)芽種子丙二醛含量無明顯變化，說明裸燕麥對短時間的低溫脅迫有一定的忍耐能力。

2.3.3不同低溫脅迫時間下裸燕麥種子可溶性蛋白含量的變化可溶性蛋白作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、能量物質(zhì)和信息傳遞物質(zhì)在植物抵御逆境過程中起著重要的作用[13]。由圖3可知，經(jīng)過低溫脅迫處理的裸燕麥種子中可溶性蛋白含量均高于對照，說明低溫脅迫造成種子中可溶性蛋白含量升高。3種低溫處理時間下，處于吸脹和萌動時期的裸燕麥種子可溶性蛋白含量均顯著高于對照（圖3-a、圖3-b）。發(fā)芽狀態(tài)的裸燕麥種子在處理時間為72 h時，可溶性蛋白含量顯著高于對照，24、48 h處理比對照略有增加，但差異不顯著。72 h 低溫脅迫處理下，吸脹、萌動、發(fā)芽3種萌發(fā)狀態(tài)可溶性蛋白增加量分別為各自對照的1.41、1.24、1.54倍。萌動時期蛋白增加量最低，表明此時期的裸燕麥種子對低溫更敏感，抗寒性較弱。

2.3.4不同低溫脅迫時間下裸燕麥種子脯氨酸含量的變化由圖4可知，與各自對照相比，3種萌發(fā)狀態(tài)下的裸燕麥種子低溫脅迫后的脯氨酸含量均顯著降低。不同萌發(fā)狀態(tài)種子處理之間對比發(fā)現(xiàn)，24、48 h低溫脅迫后，發(fā)芽狀態(tài)下脯氨酸積累最多，其平均值分別為吸脹、萌動種子的1.37、1.46倍，表明發(fā)芽狀態(tài)的裸燕麥種子在一定時間的低溫脅迫范圍內(nèi)，脯氨酸可以迅速積累以抵抗逆境條件。

3結(jié)論與討論

各種作物種子對發(fā)芽要求一定的溫度，過低的溫度會抑制種子的萌發(fā)[14-15]。本研究中低溫脅迫抑制了裸燕麥種子萌發(fā)，隨著低溫處理時間的延長，發(fā)芽勢逐漸下降，發(fā)芽總數(shù)也顯著減少。不同低溫處理時間下裸燕麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均低于對照，但活力指數(shù)下降的最快，表明低溫脅迫在一定程度上抑制了萌發(fā)，而仍能萌發(fā)的那部分種子活力也大大降低了。裸燕麥芽苗期的生長指標(biāo)也受到低溫的影響，持續(xù)低溫阻礙了芽和根的伸長，48 h低溫處理后的各生長指標(biāo)的平均值均高于其他2種時間處理，表明恢復(fù)正常溫度后，裸燕麥仍能正常生長，低溫處理48 h后的種子在適宜條件下生長最快，處理裸燕麥對持續(xù)低溫48 h有一定的忍耐能力，溫度回升后尚能恢復(fù)，但當(dāng)?shù)蜏孛{迫時間持續(xù)超過72 h，種子發(fā)芽生長已比較困難，只能勉強(qiáng)維持生命活動。本試驗還發(fā)現(xiàn)，24 h低溫脅迫下的生長恢復(fù)能力低于 48 h 處理，對于抗寒性較強(qiáng)的裸燕麥來說可能存在一個低溫鍛煉的問題，48 h的持續(xù)低溫使幼苗體內(nèi)積累了更多的干物質(zhì)，從而保持了一定的生長量。前人關(guān)于小麥的研究中發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫雖然導(dǎo)致了不同萌發(fā)狀態(tài)種子的傷害，但并不喪失其自身的修復(fù)和恢復(fù)生長的能力[16]。

在低溫冷害條件下，植物由于細(xì)胞膜內(nèi)大量溶質(zhì)外滲導(dǎo)致了其浸出液的電導(dǎo)率增加，表明細(xì)胞膜遭受了破壞，電導(dǎo)率增加越少，表明抗寒性越強(qiáng)[17]。經(jīng)過24、48 h低溫處理的裸燕麥膜透性增加的程度較小，尤其是吸脹種子和發(fā)芽種子其數(shù)值雖略有增加，但與對照差異不顯著，溫度回升后靠自身的修復(fù)能力可以恢復(fù)正常。經(jīng)過72 h低溫處理的裸燕麥膜透性增加程度較大，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)大量外滲，電導(dǎo)率顯著增加。分析電導(dǎo)率指標(biāo)得出，裸燕麥可以忍耐24、48 h的持續(xù)低溫，且發(fā)芽種子的耐寒能力大于吸脹種子和萌動種子。低溫處理后，3種不同萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子丙二醛、可溶性蛋白含量表現(xiàn)為不同程度的增加，經(jīng)分析得出與電導(dǎo)率指標(biāo)基本一致的結(jié)果，其抗寒能力從強(qiáng)到弱依次為發(fā)芽種子>吸脹種子>萌動種子。萌動狀態(tài)的種子抵御低溫脅迫的能力較差，該時期對外界環(huán)境條件非常敏感，各種生理活性物質(zhì)及代謝反應(yīng)開始趨于旺盛，持續(xù)低溫干擾了萌發(fā)的進(jìn)程，其受傷害程度也較大。

脯氨酸含量作為抗寒性指標(biāo)前人已有大量報道[18-19]。一般認(rèn)為，脯氨酸積累越多其抗寒性越強(qiáng)，但也有不一致的觀點(diǎn)，認(rèn)為脯氨酸與抗寒性關(guān)系不大[20]。本試驗發(fā)現(xiàn)了與前人研究不一致的結(jié)果，各處理組脯氨酸含量均顯著低于對照，可能是由于裸燕麥種子蛋白質(zhì)含量豐富，20 ℃正常萌發(fā)時，蛋白質(zhì)大量分解為可供幼苗利用的游離氨基酸，而0 ℃處理抑制了蛋白水解酶的活性，從而導(dǎo)致對照組脯氨酸含量大于處理組，抵消了低溫脅迫后脯氨酸的積累作用。如果忽略對照組，單純分析低溫脅迫處理發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽狀態(tài)的脯氨酸積累量大于吸脹和萌動的種子，與上述指標(biāo)分析結(jié)果一致。因此，脯氨酸含量可以作為裸燕麥抗寒性的指標(biāo)。

綜上所述，裸燕麥萌發(fā)時期抗低溫能力較強(qiáng)，且發(fā)芽種子>吸脹種子>萌動種子。從吸脹、萌動到發(fā)芽不同萌發(fā)狀態(tài)的裸燕麥種子，遇到短時間的低溫脅迫后，并不會喪失恢復(fù)能力，在適宜的溫度條件下仍能重新恢復(fù)生長，比延遲播種爭得了更寶貴的生長時間，為裸燕麥生產(chǎn)中播種期的確定提供了科學(xué)依據(jù)。

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