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(內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 呼和浩特 010021)

·研究報(bào)告·

不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子萌發(fā)抗旱性的影響

李偉，楊體強(qiáng)，趙清春，王文星

(內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 呼和浩特 010021)

采用平行板電場(chǎng)，研究不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子萌發(fā)抗旱性的影響。結(jié)果表明，在干旱脅迫條件下，糜子種子發(fā)芽率下降，胚根長(zhǎng)與胚芽長(zhǎng)顯著下降，胚根質(zhì)量與胚芽質(zhì)量顯著上升。而經(jīng)過(guò)電場(chǎng)處理后的糜子種子在干旱脅迫下發(fā)芽率整體呈上升趨勢(shì)，胚根長(zhǎng)與胚芽長(zhǎng)下降趨勢(shì)減緩，同時(shí)胚根質(zhì)量與胚芽質(zhì)量相對(duì)脅迫對(duì)照組有所增加。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，電場(chǎng)處理糜子種子可以增強(qiáng)種子對(duì)干旱的耐受性。

電場(chǎng)； 糜子種子； 抗旱性

干旱是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的逆境因子之一，已經(jīng)成為制約糧食產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。糜子廣泛種植于我國(guó)北方，具有生長(zhǎng)周期短，耐旱和耐鹽堿等優(yōu)點(diǎn)，是重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物[1-2]。在一些地區(qū)，糜子是不可替代的作物，其生長(zhǎng)面積平穩(wěn)且有小幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。但糜子多種植在丘陵旱地，種植條件較差，受年度間自然降雨量的制約，平均單產(chǎn)較低[3]。因而探索提高糜子的抗旱特性有重要戰(zhàn)略意義。

大量研究表明，電場(chǎng)處理植物種子可以使其產(chǎn)生顯著的抗逆性[4-6]，因此這種省時(shí)、無(wú)污染的技術(shù)手段在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中具有重要的開發(fā)利用價(jià)值。在植物生命周期中，種子萌發(fā)和初期生長(zhǎng)階段對(duì)周圍環(huán)境最為敏感，同時(shí)種子的發(fā)芽率和萌發(fā)情況影響著苗期的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量，因此常用種子這一時(shí)期的生長(zhǎng)狀況來(lái)評(píng)價(jià)植物的抗逆性[7]。本實(shí)驗(yàn)用不同電場(chǎng)條件處理糜子種子，測(cè)定種子萌發(fā)期與抗旱性顯著相關(guān)的性狀指標(biāo)，比較不同電場(chǎng)條件對(duì)種子萌發(fā)抗旱性的影響程度。 旨在篩選出有效穩(wěn)定的提高糜子抗旱能力的電場(chǎng)條件，促進(jìn)電場(chǎng)生物技術(shù)的開發(fā)與利用。同時(shí)為提高糜子的抗旱性，緩解和減輕干旱對(duì)糜子種植區(qū)的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)材料為糜子(PanicummiliaceumL.)種子(JM 28)，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.2 方 法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)定，挑選飽滿均勻的糜子種子若干份待用，每份100粒。

1.2.1 電場(chǎng)處理?xiàng)l件

電場(chǎng)由平行板電極形成，調(diào)節(jié)兩極板間的電場(chǎng)頻率和電壓,設(shè)置電場(chǎng)處理?xiàng)l件。本實(shí)驗(yàn)設(shè)定的電場(chǎng)處理?xiàng)l件參數(shù)：電場(chǎng)頻率(f)=(n+3)kHz(n=1,2,3),電場(chǎng)強(qiáng)度(E)=(1+n)kV/cm(n=1…4)，處理時(shí)間(T)=(5n)min(n=1,2)。

1.2.2 種子的處理?xiàng)l件

種子單層置于平行板電場(chǎng)中進(jìn)行電場(chǎng)處理。用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫。將電場(chǎng)處理后的種子放入盛有20 mL，濃度為16%(w/v)的PEG-6000溶液的小錐形瓶中，置于25 ℃人工氣候室。吸脹24 h后，用純凈水清洗3次，將100粒種子均勻平鋪在發(fā)芽床上(發(fā)芽床為直徑為14.5 cm，鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿)，分別加入10 mL相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液。蓋上培養(yǎng)皿蓋子，置于人工氣候室中恒溫培養(yǎng)。從置床之日起每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽個(gè)數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

實(shí)驗(yàn)設(shè)2個(gè)對(duì)照組，不經(jīng)電場(chǎng)處理的種子用純水浸泡，并在培養(yǎng)皿中加入純水，此自然對(duì)照組記為ck，不經(jīng)電場(chǎng)處理的種子用相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液浸泡，且發(fā)芽床加入的為相應(yīng)濃度的PEG-6000溶液，此脅迫對(duì)照組記為Sck。電場(chǎng)處理組記為ES。

每天定時(shí)定量對(duì)ck組補(bǔ)充純水，對(duì)Sck組和ES組補(bǔ)充PEG-6000溶液，以保持水勢(shì)不變。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容和方法

1.3.1 萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽率(%)=GI/G×100%，式中，GI為7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)，G為供試種子總數(shù)。

1.3.2 芽期形態(tài)指標(biāo)

種子萌發(fā)第8天，從100粒實(shí)驗(yàn)種子中隨機(jī)取20粒正常發(fā)芽的種子，測(cè)量胚芽長(zhǎng)(包括胚芽鞘和上胚軸)和根長(zhǎng)。分別取下根、芽，在105 ℃烘箱內(nèi)殺青1 h,80 ℃烘干后分別稱量干重[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果為4次實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。利用SPSS 19.0中LSD法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)干旱脅迫下糜子種子發(fā)芽率的影響

電場(chǎng)條件包括處理時(shí)間T(min)、電場(chǎng)頻率

f(kHz)和電場(chǎng)強(qiáng)度E(kV/cm)，將其記為(T-f-E)。發(fā)芽率可以反映植物種子發(fā)芽整齊度和幼苗健壯的趨勢(shì)，作為評(píng)價(jià)種子發(fā)芽的指標(biāo)。種子發(fā)芽率高，則表示有生命活力種子多，播種后出苗數(shù)多[9-10]。比較ck組與Sck組可以看出，干旱脅迫導(dǎo)致了糜子種子發(fā)芽數(shù)量減少(圖1)。ES組相對(duì)于Sck組，經(jīng)電場(chǎng)處理的種子在干旱脅迫下，發(fā)芽率整體呈增加趨勢(shì)，變化率在1.38%～15.60%之間。其中，處理?xiàng)l件(5-5-5)對(duì)種子發(fā)芽率的影響達(dá)到極顯著(plt;0.01),(5-5-4)、(5-6-4)、(10-5-3)、(10-5-5)及(10-6-5)對(duì)種子發(fā)芽率的影響達(dá)到顯著(plt;0.05)。

圖1 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子發(fā)芽率的影響

圖2 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚芽長(zhǎng)度的影響

2.2 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚芽長(zhǎng)度的影響

比較自然對(duì)照組(ck)與脅迫對(duì)照組(Sck)可以發(fā)現(xiàn)，在PEG作用下，胚芽長(zhǎng)度極顯著減小，干旱脅迫顯著影響胚芽生長(zhǎng)(圖2)。電場(chǎng)處理?xiàng)l件(5-4-5)、(10-6-3)、(10-6-4)及(10-6-5)可降低PEG-6000對(duì)胚芽長(zhǎng)度的抑制。電場(chǎng)處理組(ES)與脅迫對(duì)照組(Sck)比較，胚芽長(zhǎng)度顯著增加，增加幅度最高可達(dá)到17.03%。但是(5-4-2)和(5-4-3)處理?xiàng)l件，胚芽長(zhǎng)度顯著減少。說(shuō)明適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)處理?xiàng)l件可以刺激胚芽的生長(zhǎng)，而較短時(shí)間的與較低的電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)頻率組合的電場(chǎng)條件會(huì)抑制胚芽的生長(zhǎng)。

2.3 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚根長(zhǎng)度的影響

比較自然對(duì)照組(ck)與脅迫對(duì)照組(Sck)可知，干旱脅迫極顯著抑制胚根生長(zhǎng)(圖3)。經(jīng)過(guò)電場(chǎng)處理，在干旱脅迫條件下，萌發(fā)的種子胚根長(zhǎng)度整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中(5-4-4)及(5-5-4)處理?xiàng)l件的影響達(dá)到極顯著，增長(zhǎng)率分別為17.85%、18.87%。

圖3 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚根長(zhǎng)度的影響

2.4 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚芽質(zhì)量的影響

在干旱脅迫條件下,芽干重反映了植物對(duì)干旱的敏感程度[11]。從自然對(duì)照組(ck)與脅迫對(duì)照組(Sck)測(cè)定值可知，干旱脅迫作用使萌發(fā)種子的胚芽質(zhì)量顯著增加(圖4)。當(dāng)處理時(shí)間為5 min時(shí)，胚芽質(zhì)量在(5-4-2)、(5-4-3)與(5-6-3)處理?xiàng)l件下與(Sck)比較顯著降低，下降幅度最大，為15.6%，但仍然高于ck組。而當(dāng)處理時(shí)間為10 min時(shí)，各電場(chǎng)處理?xiàng)l件促進(jìn)胚芽質(zhì)量的增加，變化率在0.62%～14.77%之間，個(gè)別條件達(dá)到顯著。

圖4 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚芽質(zhì)量的影響

2.5 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚根質(zhì)量的影響

從自然對(duì)照組(ck)與脅迫對(duì)照組(Sck)的差異可知，在干旱脅迫下，胚根質(zhì)量會(huì)顯著增加(圖5)。當(dāng)電場(chǎng)處理時(shí)間為5 min時(shí)，電場(chǎng)處理后的種子的胚根質(zhì)量相對(duì)于Sck沒有顯著變化。當(dāng)處理時(shí)間增加為10 min時(shí)，在(10-4-5)、(10-6-2)與(10-6-3)條件下，差異達(dá)到顯著，電場(chǎng)處理增長(zhǎng)幅度分別為10.00%、13.2%和21.60%。

圖5 不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)糜子種子胚根質(zhì)量的影響

3 結(jié)果與討論

若僅用單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)電場(chǎng)處理對(duì)糜子種子萌發(fā)期抗旱性的影響，可能會(huì)存在評(píng)價(jià)結(jié)果的局限性，因此本實(shí)驗(yàn)選擇了在干旱條件下與抗旱性顯著相關(guān)的5個(gè)性狀指標(biāo)。王賀正研究表明,根系生長(zhǎng)的深度、廣度和數(shù)量與水稻品種的抗旱性關(guān)系密切[12]。而張盼盼等在糜子芽期抗旱性指標(biāo)鑒選與利用研究中指出，用發(fā)芽率、芽干重和胚根長(zhǎng)作為綜合指標(biāo)較好[11]。

本研究結(jié)果表明，PEG-6000溶液對(duì)糜子種子萌發(fā)期胚根胚芽長(zhǎng)度等形態(tài)指標(biāo)有顯著抑制作用，這與張美俊等[13]的研究結(jié)果一致。也有研究結(jié)果表明，除個(gè)別品種外,PEG-6000處理的糜子根干重普遍較對(duì)照增加,只是增加的幅度不同，即PEG-6000脅迫后促進(jìn)糜子根系的生長(zhǎng)[11]，與本研究結(jié)果相符。經(jīng)不同電場(chǎng)條件處理后的糜子種子在干旱脅迫下指標(biāo)的變化各不相同，表明不同電場(chǎng)處理?xiàng)l件對(duì)植物種子抗旱性的影響并不相同。而經(jīng)過(guò)電場(chǎng)處理，糜子種子發(fā)芽率整體呈上升趨勢(shì)，胚根胚芽長(zhǎng)度降低程度減弱，即降低了糜子在干旱條件下的敏感度。使胚根胚芽質(zhì)量繼續(xù)增加，增強(qiáng)了種子對(duì)干旱的耐受性。恰當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)條件可以促進(jìn)種子萌發(fā)的整齊度以及胚根胚芽的生長(zhǎng)，提高其出苗率，可以為實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的穩(wěn)產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)，也為加速糜子抗旱研究方法的工作提供理論依據(jù)。

電場(chǎng)可以對(duì)植物產(chǎn)生顯著的作用[14-15]，劉翔宇等報(bào)道，電場(chǎng)處理檸條種子增強(qiáng)了其萌發(fā)能力的原因，在于種子萌發(fā)過(guò)程中的多種生理生化過(guò)程的綜合效果[16]。而趙清春研究顯示，恰當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)條件處理糜子種子可以促進(jìn)糜子種子萌發(fā)且影響其植株幼葉的基因表達(dá)[17]。綜上所述，電場(chǎng)處理糜子種子對(duì)其萌發(fā)期與抗旱有關(guān)的性狀有促進(jìn)作用，但是糜子整個(gè)生育期會(huì)受很多因素的影響，要從形態(tài)指標(biāo)，生理生化指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)電場(chǎng)是否對(duì)糜子苗期、后熟期以及產(chǎn)量有積極影響還需要進(jìn)一步研究。

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Effect of Different Electricfield Treatments on Drought-resistance of theGermination of Broomcorn Millet (PanicummiliaceumL.)Seeds

LIWei,YANGTiqiang,ZHAOQingchun,WANGWenxing

(Physical Science and Technology College of Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China)

Broomcorn millet seeds were placed in parallel plate electricfield,the drought resistance indexes of germ of broomcorn millet in different conditions of electric fields were studied.The results indicated,under drought stress,there was a significant reduction in germination rate,radicle length and germ length.Dry weight of germ and dry weight of radicle considerably increased at the same time.When the seeds were treated by electricfield,compared with stress group,germination rate of seeds increase on the whole,and radicle length and germ length downward trend had slowed,at the same time,electricfield promote the quality of radicle and embryo quality.The above results indicated that electric field deal with corn millet seeds can strengthen seeds to drought tolerance.

electricfield; broomcorn millet; drought resistance

2017-02-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51067005)。

李 偉(1992—)，女，內(nèi)蒙古赤峰市人；碩士研究生，研究方向：環(huán)境生物物理；E-mail：liwei1521913@163.com。

通迅作者：楊體強(qiáng)，教授，主要從事電場(chǎng)和低能離子束對(duì)植物影響的研究；E-mail:yangtq@imu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.001

S 516

A

1001-4705(2017)06-0001-04