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        多胺浸種對干旱脅迫下小麥周麥18種子萌發(fā)的影響

        2017-07-15 08:39:54婁喜艷
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年9期
        關(guān)鍵詞:萌發(fā)干旱脅迫小麥

        婁喜艷

        摘要:以小麥品種周麥18種子為材料,在不同濃度多胺(精胺、亞精胺、腐胺)溶液浸種后,利用不同濃度梯度的聚乙二醇(PEG)溶液所造成的滲透脅迫來模擬干旱條件,觀察周麥18種子的萌發(fā)過程,分析生理指標變化。結(jié)果表明,在10%、15% PEG滲透脅迫下,0.05 mmol/L多胺溶液浸種對種子抗逆以及萌發(fā)的促進作用比0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果好;在20% PEG滲透脅迫下,0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果顯著好于0.05 mmol/L多胺溶液浸種;多胺浸種提高了植物的抗脅迫能力,這可能與多胺能維持原生質(zhì)膜在干旱條件下的穩(wěn)定性有關(guān)。

        關(guān)鍵詞:干旱脅迫;小麥;多胺;浸種;萌發(fā)

        中圖分類號: S512.104.1文獻標志碼: A

        文章編號:1002-1302(2017)09-0073-03

        水分缺失對植物生命活動影響極大。干旱在世界范圍內(nèi)都是危害最為嚴重的災(zāi)害之一。干旱不僅會造成作物減產(chǎn),而且對其品質(zhì)也會有影響。干旱作為植物生長的主要環(huán)境脅迫因子之一,對原生質(zhì)膜透性的影響是干旱傷害的本質(zhì)之一[1]。這是由于在干旱脅迫下,植物積累的生物自由基及其誘導(dǎo)產(chǎn)生的過氧化氫等毒害物質(zhì)[2],會直接或間接引起膜脂過氧化作用,導(dǎo)致原生質(zhì)膜損傷,電解質(zhì)大量外滲造成原生質(zhì)膜的透性增加[3],最終導(dǎo)致植物死亡,農(nóng)作物減產(chǎn)。

        多胺(polyamines)別稱聚胺,包括尸胺(cadaverine,Cad)、腐胺(putyescine,Put)、亞精胺(spermidine,Spd)、精胺(spermine,Spm)等有機化合物。多胺是細胞中相對分子質(zhì)量較低的一類脂肪族含氮堿[4]。多胺與環(huán)境脅迫下的植物生長有密切關(guān)系。

        研究表明,對于干旱脅迫下的植物,外源多胺處理可減輕干旱脅迫對植物的傷害。多胺處理可以降低葉片原生質(zhì)膜透性增加以及膜脂過氧化程度[5],延緩可溶性蛋白質(zhì)含量下降,清除植物積累的自由基。多胺能和膜上的蛋白質(zhì)或磷脂結(jié)合,保持膜穩(wěn)定性[6],起到維持原生質(zhì)膜正常的作用,同時提高受脅迫細胞中游離脯氨酸含量,從而提高抗逆性[7-8]。

        探究干旱脅迫對種子萌發(fā)的影響,一般采用聚乙二醇(PEG)來模擬干旱脅迫。PEG是一種惰性的非離子長鏈多聚體,分子較大,不能進入細胞,因此不會對細胞產(chǎn)生毒害。植物根系對水分的吸收主要依靠自由能和水勢,PEG親水性好,將其加入水中后會降低溶液水勢。溶液越濃,水勢越低,由于水勢降低,植物根系不易從周圍環(huán)境中吸收水分,便可模擬干旱脅迫。本研究分析了多胺(精胺、亞精胺、腐胺)溶液浸種對不同濃度梯度PEG模擬干旱脅迫下小麥種子萌發(fā)特性和幼苗生長的影響,以期為提高干旱脅迫下小麥種子的萌發(fā)能力和幼苗生長提供有效的解決手段。

        1材料與方法

        1.1材料

        供試材料是小麥品種周麥18種子。

        1.2方法

        1.2.1材料處理

        消毒[6]:隨機選取成熟、顆粒飽滿、健康的周麥18種子,用5%次氯酸鈉消毒10 min,然后用無菌水清洗3次。

        浸種[6]:在避光條件下,將消毒后的周麥18種子用無菌水浸泡1 h后,分成7個處理。其中,A、B處理分別用0.05、0.2 mmol/L腐胺溶液浸種;C、D處理分別用0.05、0.2 mmol/L 精胺溶液浸種;E、F處理分別用0.05、0.2 mmol/L 亞精胺溶液浸種;G處理為對照,直接用無菌水浸種。試驗組的多胺浸種和對照組的無菌水浸種均浸種2 h。

        催芽[9]:取上述浸種后的種子,分別置于滅菌后的有3層濾紙的潔凈培養(yǎng)皿中進行發(fā)芽試驗。培養(yǎng)皿中分別盛放0%、10%、15%、20% PEG溶液。每個處理重復(fù)4次。每個培養(yǎng)皿放置30粒種子。

        1.2.2指標測定及計算方法

        連續(xù)培養(yǎng)7 d,每日統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù),以第7天所得數(shù)據(jù)計算發(fā)芽率。

        發(fā)芽指數(shù)(GI)計算方法如下:

        式中:Gt為種子萌發(fā)數(shù),Dt為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)[10]。本研究測定的是種子萌發(fā)7 d的發(fā)芽指數(shù)。

        根長:發(fā)芽試驗結(jié)束后(第7天)隨機選取10株幼苗,測量從基部至根系最尖端長度。

        鮮質(zhì)量:選取第7天幼苗胚根直接稱質(zhì)量。

        干質(zhì)量:將選取稱完鮮質(zhì)量的幼苗胚根放置烘干箱 105 ℃ 殺青15 min,70 ℃烘干至恒質(zhì)量,稱量其干質(zhì)量[2]。

        1.2.3數(shù)據(jù)分析

        采用Excel 2003、SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1亞精胺浸種對干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

        如圖1所示,與對照相比,在10%、15%、20%的PEG干旱脅迫下,經(jīng)0.05 mmol/L亞精胺處理后,周麥18種子的發(fā)芽率分別提高了21.37、9.15、2.59百分點,發(fā)芽勢分別提高了13.33、23.34、3.33百分點,發(fā)芽指數(shù)分別提高了0.64、1.33、2.59;經(jīng)0.2 mmol/L亞精胺處理后,周麥18種子的發(fā)芽率分別提高了16.00、16.15、5.19百分點,發(fā)芽勢分別提高了10.00、23.34、6.67百分點,發(fā)芽指數(shù)分別提高了0.49、2.35、5.19。說明亞精胺浸種可促進種子在干旱脅迫下萌發(fā)。

        如圖2所示,在15%、20% PEG脅迫下,周麥18胚根幾乎沒有生長,而在10% PEG脅迫下,經(jīng)過0.2 mmol/L亞精胺浸種后的周麥18種子胚根的長度、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量都得到了明顯提高,說明亞精胺浸種對10% PEG干旱脅迫下的周麥18種子生長有明顯促進作用。

        2.2精胺浸種對干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

        如圖3所示,與對照相比,在15%、20% PEG干旱脅迫下,經(jīng)0.05 mmol/L精胺溶液處理后,周麥18種子的發(fā)芽率分別提高6.66、13.33百分點,發(fā)芽勢分別顯著提高6.67、13.33百分點;發(fā)芽指數(shù)分別提高13.69、9.37。與對照相比,在15%、20% PEG干旱脅迫下,經(jīng)0.2 mmol/L精胺溶液處理后,周麥18發(fā)芽率分別提高9.99、20.00百分點;發(fā)芽勢分別提高6.67、20.00百分點;發(fā)芽指數(shù)分別提高17.95、13.56。精胺處理對周麥18種子萌發(fā)的促進作用在15%、20% PEG脅迫下最為明顯。

        如圖4所示,在15% PEG滲透脅迫下0.05 mmol/L精胺溶液對促進周麥18種子的胚根生長,以及對根長、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量的提高效果最為明顯。0.05 mmol/L精胺溶液對處于10% PEG滲透脅迫下的種子胚根生長無明顯影響。在15%、20% PEG滲透脅迫下,0.2 mmol/L精胺溶液浸種對促進周麥18種子胚根生長沒有明顯作用。整體來說,精胺溶液浸種對促進周麥18生長有明顯作用。

        2.3腐胺浸種對干旱脅迫下周麥18種子萌發(fā)的影響

        如圖5所示,與對照相比,15%、20% PEG滲透脅迫下的試驗組經(jīng)0.05 mmol/L腐胺溶液處理后,周麥18種子的發(fā)芽率分別提高3.34、46.67百分點;發(fā)芽勢分別提高6.66、40.00百分點;發(fā)芽指數(shù)分別提高10.72、24.13。經(jīng) 0.2 mmol/L 腐胺溶液處理后,15%、20% PEG滲透脅迫下發(fā)芽率分別提高6.67、63.33百分點;發(fā)芽勢分別提高10.00、60.00百分點;發(fā)芽指數(shù)分別提高13.02、24.43。2個濃度的腐胺浸種對10% PEG脅迫種子的萌發(fā)促進作用不明顯,但對20% PEG脅迫下種子萌發(fā)都具有明顯的促進作用。

        如圖6所示,0.05 mmol/L腐胺溶液浸種對提高10%、15% PEG脅迫下的周麥18種子胚根長度有明顯作用,0.2 mmol/L 腐胺溶液浸種明顯提高了20% PEG脅迫下周麥18種子胚根鮮質(zhì)量。說明腐胺浸種對干旱脅迫下周麥18種子生長有促進作用。

        3結(jié)論與討論

        3.1結(jié)論

        本研究表明,在未受干旱脅迫的情況下,多胺浸種對周麥18種子萌發(fā)無明顯影響。在PEG干旱脅迫下,隨著PEG濃度提高,周麥18種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長度以及胚根的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量都明顯降低。對照種子萌發(fā)極少甚至不萌發(fā),而試驗組在受干旱脅迫的情況下,多胺浸種對種子萌發(fā)有明顯促進作用。

        3.2討論

        3.2.1PEG處理對周麥18種子萌發(fā)的影響

        通過不同濃度的PEG處理,可以模擬不同程度的干旱脅迫,從而使試驗在一個較真實的干旱環(huán)境下進行,不僅節(jié)省了場地與時間,而且還避免了其他因素的影響(如土壤微生物等),得出的數(shù)據(jù)準確可靠。

        3.2.2多胺處理對提高周麥18抗逆性的思考

        多胺是細胞中的一類具有很強生物活性的代謝產(chǎn)物,可以延緩衰老,參與細胞分裂。本研究證明了外源多胺可以提高植物對逆境脅迫的能力。運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,多胺浸種可以提高由干旱影響造成的減產(chǎn),明顯促進農(nóng)作物生長。

        3.2.3多胺浸種處理濃度的思考

        本研究發(fā)現(xiàn),不同濃度多胺浸種對小麥種子萌發(fā)有不同程度的促進作用。大體上看, 在10%、15% PEG滲透脅迫下,0.05 mmol/L多胺溶液浸種后對種子抗逆以及萌發(fā)的促進作用比0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果好。而在20% PEG滲透脅迫下,0.2 mmol/L多胺溶液浸種效果明顯好于0.05 mmol/L多胺溶液浸種??赡茉谝欢ǔ潭鹊哪婢趁{迫下,多胺浸種的濃度與其促進效果呈反比;超過逆境脅迫臨界值以后,多胺浸種的濃度與其促進效果呈正比。

        參考文獻:

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