孟衡玲，盧丙越，蘇一蘭，王田濤，張 薇

(紅河學(xué)院/云南省高校農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 紅河 661100)

板藍(lán)根為十字花科菘藍(lán)屬植物，含有總生物堿、有機(jī)酸、多糖、苯丙素類(lèi)等多種活性成分[1-4]，廣泛用于治療流行性感冒、腮腺炎、流腦等病毒性、細(xì)菌性疾病[5]。板藍(lán)根為大宗藥材，市場(chǎng)需求量大，在我國(guó)大部分地區(qū)均可種植。我國(guó)1/2以上的耕地處于水資源緊缺的干旱、半干旱地區(qū)，因此，干旱在所有的非生物脅迫中占首位，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響最大[6]。有研究表明，干旱脅迫導(dǎo)致板藍(lán)根種子萌發(fā)延遲，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)下降[7]，并導(dǎo)致根系活力降低[8]、丙二醛含量升高、葉綠素含量及凈光合速率降低[9]。種子引發(fā)是控制種子緩慢吸收水分，促進(jìn)細(xì)胞膜、DNA的修復(fù)和酶的活化，使其處于準(zhǔn)備發(fā)芽狀態(tài)的一項(xiàng)技術(shù)，現(xiàn)已有許多關(guān)于種子引發(fā)的相關(guān)報(bào)道，種子引發(fā)可提高種子在逆境脅迫下的種子活力及抗性[10-12]，增加光合色素含量[13]，降低種子浸出液中的核苷酸含量[14]。目前，關(guān)于板藍(lán)根種子引發(fā)的報(bào)道較少，且是關(guān)于磁力引發(fā)的[15]。鑒于此，采用滲調(diào)引發(fā)、激素引發(fā)和水引發(fā)3種方法(4種引發(fā)劑)對(duì)板藍(lán)根種子進(jìn)行研究，探討板藍(lán)根種子在干旱脅迫下的發(fā)芽特性和幼苗形態(tài)變化，為板藍(lán)根在干旱地區(qū)種植提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

板藍(lán)根種子通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買(mǎi)，由張薇副教授鑒定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 PEG-6000模擬干旱脅迫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)篩選 用PEG-6000模擬干旱脅迫，分別設(shè)置0(CK)、5%、10%、15%、20%、25% 6個(gè)處理。在培養(yǎng)皿底部鋪上雙層濾紙，分別在濾紙上噴對(duì)應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG-6000溶液4 mL，CK噴4 mL蒸餾水，每個(gè)培養(yǎng)皿中30粒種子，3次重復(fù)，每天更換濾紙，并統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)(以露白為準(zhǔn))。

1.2.2 種子引發(fā)處理 選取籽粒飽滿健康的板藍(lán)根種子放入大燒杯中，用70%乙醇浸泡5 min，期間不斷攪動(dòng)，用自來(lái)水沖洗數(shù)次，瀝干水分。選用PEG-6000、CaCl2、GA3、水4種試劑作為引發(fā)劑，每種引發(fā)劑設(shè)置4個(gè)處理，其中，PEG-6000引發(fā)設(shè)置15%、20%、25%、30% 4個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；CaCl2引發(fā)設(shè)置0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 4 個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；GA3引發(fā)設(shè)置50、100、150、200 mg/L 4個(gè)質(zhì)量濃度；水引發(fā)設(shè)置6、12、18、24 h 4個(gè)引發(fā)時(shí)間。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子。引發(fā)劑完全浸沒(méi)種子，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，PEG-6000、CaCl2、GA33種引發(fā)劑處理的種子，在引發(fā)24 h后取出(水引發(fā)處理按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)時(shí)間段取出)，用清水沖洗干凈，在室溫下回干24 h。

1.2.3 干旱脅迫下不同引發(fā)劑處理的發(fā)芽試驗(yàn) 將引發(fā)處理后的板藍(lán)根種子用蒸餾水浸泡24 h后，放入含有4 mL 20% PEG-6000(干旱脅迫處理)的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，同時(shí)以蒸餾水培養(yǎng)為對(duì)照1(CK1)，以20% PEG-6000脅迫但未引發(fā)培養(yǎng)為對(duì)照2(CK2)，每皿50粒，每個(gè)處理3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，之后每天更換濾紙，定量加入4 mL 20% PEG-6000溶液(CK1用蒸餾水代替)，將種子一一對(duì)應(yīng)換到新的培養(yǎng)皿中。每天統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)(以露白為準(zhǔn))，第8天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第15天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

1.2.4 種子發(fā)芽特性測(cè)定 種子發(fā)芽勢(shì)=初期(第8天)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

種子發(fā)芽率=終期(第15天)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt,其中Gt為當(dāng)天的發(fā)芽種子數(shù),Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

1.2.5 幼苗形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)測(cè)定 發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，將幼苗移栽到18 cm(上口徑)×16 cm(高)的營(yíng)養(yǎng)袋中，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)袋3株幼苗，并做好標(biāo)記，進(jìn)行正常的水肥管理。40 d后測(cè)量株高、根長(zhǎng)、葉綠素含量及相對(duì)電導(dǎo)率等指標(biāo)。從每個(gè)處理營(yíng)養(yǎng)袋中取出10株幼苗，用自來(lái)水沖洗干凈后，用卷尺測(cè)量其根長(zhǎng)、株高。其中，根長(zhǎng)為初生根著生部位到根尖的距離(cm)，精確到0.1 cm；株高為莖基部到幼苗頂端的距離(cm)，精確到0.1 cm。葉綠素含量測(cè)定采用95%乙醇浸提法，相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)儀法[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)的影響

由表1可知，隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，板藍(lán)根種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。與CK相比，5%、10% PEG-6000脅迫處理的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)無(wú)顯著差異，但發(fā)芽指數(shù)差異顯著。當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，板藍(lán)根種子的發(fā)芽率僅為60.00%，發(fā)芽勢(shì)僅為45.56%，與其他處理均差異顯著。當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，板藍(lán)根種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均為0，因此，本研究選擇20% PEG-6000模擬干旱脅迫。

2.2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000引發(fā)對(duì)干旱脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，在20% PEG-6000脅迫下，25% PEG-6000引發(fā)處理的種子發(fā)芽率最高，顯著高于其他質(zhì)量分?jǐn)?shù)引發(fā)處理，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)較CK2分別提高了35.2%、51.2%、32.8%。采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000對(duì)板藍(lán)根種子進(jìn)行引發(fā)后，各生長(zhǎng)指標(biāo)均有不同程度提高，其中，25% PEG-6000引發(fā)處理幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)與CK1無(wú)顯著差異。因此，采用25% PEG-6000對(duì)板藍(lán)根種子進(jìn)行引發(fā)處理，可有效提高干旱脅迫下板藍(lán)根種子的發(fā)芽指標(biāo)及幼苗的生長(zhǎng)勢(shì)。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)的影響Tab.1 Effects of different mass fraction of PEG-6000 on seed germination of Radix Isatidis

注：同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments (P<0.05)，the same below.

表2 干旱脅迫下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000引發(fā)處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響Tab.2 Effects of different mass fraction of PEG-6000 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.3 不同時(shí)間水引發(fā)對(duì)干旱脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

從表3可以看出，20% PEG-6000脅迫下，4個(gè)不同時(shí)間水引發(fā)處理的板藍(lán)根種子發(fā)芽率均顯著高于CK2。12、18 h水引發(fā)處理效果相當(dāng)，2個(gè)處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均無(wú)顯著差異。其中，18 h水引發(fā)處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)較CK2分別提高了33.3%、36.6%和106.4%。從后期幼苗的生長(zhǎng)來(lái)看，18 h水引發(fā)處理幼苗的株高、根長(zhǎng)和葉綠素含量均顯著高于CK2，其相對(duì)電導(dǎo)率顯著低于CK2。因此，18 h水引發(fā)處理能夠顯著提高板藍(lán)根種子在干旱脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)，對(duì)后期幼苗的生長(zhǎng)也有明顯的促進(jìn)作用。

表3 干旱脅迫下不同時(shí)間水引發(fā)處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響Tab.3 Effects of different time of water priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.4 不同質(zhì)量濃度GA3引發(fā)對(duì)干旱脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

從表4可以看出， 在20% PEG-6000脅迫下，板藍(lán)根種子經(jīng)不同質(zhì)量濃度GA3引發(fā)后，可顯著提高發(fā)芽率。其中以50 mg/L GA3引發(fā)處理效果最好，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)較CK2分別提高了25.9%、21.9%和171.1%。從幼苗的生長(zhǎng)狀況來(lái)看，50 mg/L GA3引發(fā)處理的板藍(lán)根幼苗根長(zhǎng)和葉綠素含量與CK2無(wú)顯著差異，但株高、相對(duì)電導(dǎo)率均與CK2存在顯著差異。因此，結(jié)合各指標(biāo)綜合分析來(lái)看，50 mg/L GA3對(duì)板藍(lán)根種子的引發(fā)效果最好，可有效緩解干旱脅迫對(duì)板藍(lán)根的抑制作用。

表4 干旱脅迫下不同質(zhì)量濃度GA3引發(fā)處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響 Tab.4 Effects of different mass concentration of GA3 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CaCl2引發(fā)對(duì)干旱脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

從表5可以看出， 在20% PEG-6000脅迫下，1.5% CaCl2溶液對(duì)板藍(lán)根種子的引發(fā)效果最好，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)較CK2分別提高了16.7%、19.5%和23.9%。其余3個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)CaCl2引發(fā)下的種子發(fā)芽率與CK2無(wú)顯著差異。從幼苗生長(zhǎng)來(lái)看，CaCl2引發(fā)處理對(duì)幼苗的長(zhǎng)勢(shì)影響較小，葉綠素含量低、相對(duì)電導(dǎo)率較高，幼苗生長(zhǎng)勢(shì)較弱。

表5 干旱脅迫下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CaCl2引發(fā)處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響Tab.5 Effects of different mass fraction of CaCl2 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.6 干旱脅迫下4種引發(fā)劑最佳處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響比較

對(duì)4種引發(fā)劑中的最佳引發(fā)處理進(jìn)行綜合比較，從表6可以看出，25% PEG-6000、50 mg/L GA3和18 h水引發(fā)處理下的板藍(lán)根種子發(fā)芽率無(wú)顯著差異，1.5% CaCl2引發(fā)處理的發(fā)芽率最低，但均顯著高于CK2。從發(fā)芽勢(shì)來(lái)看，25% PEG-6000和18 h水引發(fā)處理最好，說(shuō)明這2種引發(fā)處理有利于提高種子的發(fā)芽勢(shì)。50 mg/L GA3處理下的發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他3個(gè)引發(fā)處理，可有效提高種子的發(fā)芽速率。從板藍(lán)根幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)來(lái)看，18 h水引發(fā)可促進(jìn)板藍(lán)根根系生長(zhǎng)，顯著高于其他處理。1.5% CaCl2引發(fā)處理幼苗的葉綠素含量最低、相對(duì)電導(dǎo)率最高，與其余3個(gè)引發(fā)處理存在較大差異。綜合分析表明，4個(gè)引發(fā)劑處理中，引發(fā)效果優(yōu)劣依次為18 h水>25% PEG-6000>50 mg/L GA3>1.5% CaCl2。

表6 干旱脅迫下4種引發(fā)劑最佳引發(fā)處理對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)影響的比較Tab.6 Effect comparison of the four best priming treatments on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)采用20% PEG-6000模擬干旱脅迫進(jìn)行板藍(lán)根種子萌發(fā)試驗(yàn)，結(jié)果表明，板藍(lán)根種子在干旱脅迫下萌發(fā)受阻，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)降低，株高、根長(zhǎng)及葉綠素含量降低，相對(duì)電導(dǎo)率升高，這與前人的研究結(jié)果一致[7,9,17]。種子引發(fā)是目前提升種子發(fā)芽率和整齊度的簡(jiǎn)便有效方法，可以顯著增加逆境防御蛋白質(zhì)類(lèi)、能量相關(guān)蛋白質(zhì)類(lèi)以及蛋白質(zhì)合成和目標(biāo)類(lèi)蛋白質(zhì)豐度[18]。種子引發(fā)主要包括水引發(fā)、滾筒引發(fā)、膜引發(fā)、滲調(diào)引發(fā)、激素引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)等[19]。本研究選取了水引發(fā)、滲調(diào)引發(fā)和激素引發(fā)3種方式對(duì)板藍(lán)根種子進(jìn)行引發(fā)。

滲調(diào)引發(fā)是以溶質(zhì)為引發(fā)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，阻止細(xì)胞內(nèi)容物滲出的一種方法，本研究以不同濃度PEG-6000和CaCl2作為引發(fā)劑對(duì)板藍(lán)根種子進(jìn)行引發(fā)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，25% PEG-6000引發(fā)效果遠(yuǎn)優(yōu)于1.5% CaCl2，與孟靜靜等[17]的研究結(jié)果基本一致。楊小環(huán)等[20]研究也發(fā)現(xiàn)，25% PEG-6000可以促進(jìn)甘藍(lán)種子迅速萌發(fā)，提高甘藍(lán)種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。但在老化南瓜種子的引發(fā)中發(fā)現(xiàn)，1% CaCl2引發(fā)效果好于PEG-6000和GA3引發(fā)[21]，這可能與作物種類(lèi)不同有關(guān)。

植物的發(fā)芽特性可以通過(guò)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)改善，特別是在逆境條件下可以促進(jìn)植物萌芽和生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，采用50 mg/L GA3進(jìn)行種子引發(fā)在干旱脅迫下可大大提高板藍(lán)根種子的發(fā)芽指數(shù)，但其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)低于25% PEG-6000和18 h水引發(fā)。馬文廣等[22]報(bào)道，適宜的GA3引發(fā)處理可使MS云煙87和MSK326丸化種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著提高，但對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)效果不明顯，與本研究結(jié)果基本一致。

水引發(fā)是先將種子放在水中預(yù)浸，然后將其放于相對(duì)濕度為100%的密閉容器中進(jìn)行種子引發(fā)處理的一種方法，在植物中的應(yīng)用較多[8]。在本研究中，水引發(fā)對(duì)板藍(lán)根種子的引發(fā)效果最明顯，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均得到了較大提高，且幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)相對(duì)較好。這與劉慧霞等[23]對(duì)紫花苜蓿和張澤旭等[24]對(duì)甜菜的研究結(jié)果一致。