吳凌云,盧盼玲,沈海斌

(上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所,上海市設施園藝技術(shù)重點實驗室,上海 201403)

土壤鹽漬化作為一種非生物脅迫因子,已成為除干旱外影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的第二大生態(tài)逆境。 鹽脅迫是影響作物生產(chǎn)的主要因素[ 1]。 種子萌發(fā)和早期幼苗形成在植物生長發(fā)育過程中非常關鍵,且對土壤中鹽分敏感[ 2-3]。 鹽脅迫下,種子萌發(fā)和早期幼苗生長被抑制,導致出苗率低,生長緩慢,最終產(chǎn)量下降[ 4]。

青花菜和花椰菜是重要的蔬菜作物,富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、含硫化合物、維生素和抗氧化劑等。 近年來,青花菜和花椰菜栽培面積迅速增加,目前已成為國內(nèi)外蔬菜市場的主要蔬菜種類之一。

種子引發(fā)是一種有效的種子處理技術(shù),經(jīng)引發(fā)的種子活力增加,抗逆性增強,耐低溫,出苗快而齊,成苗率高[ 5]。 引發(fā)可以提高種子的抗逆性,當?shù)蜏鼗蚱渌{迫延遲種子萌發(fā)時,引發(fā)對種子萌發(fā)速率和均一性的提高更加明顯[ 6]。 種子萌發(fā)過程中所需要的養(yǎng)料和能量主要來自其自身貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與利用,這些物質(zhì)在種子萌發(fā)時水解成簡單的營養(yǎng)物質(zhì),并運轉(zhuǎn)到生長部位作為構(gòu)成新組織的成分和產(chǎn)生能量的原料[ 7-8]。 在此過程中,淀粉酶催化淀粉水解為可溶性糖,與種子萌發(fā)生命活動密切相關[ 9]。 本試驗研究固體基質(zhì)引發(fā)對NaCl 脅迫下青花菜和花椰菜種子萌發(fā)以及吸脹種子中淀粉酶活性和可溶性糖含量的影響,旨在為利用種子引發(fā)技術(shù)提高花菜種子萌發(fā)過程中抗鹽脅迫能力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用青花菜‘滬綠5 號’和花椰菜‘滬松85’種子由上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所提供。

1.2 固體基質(zhì)引發(fā)

將種子與蛭石按照質(zhì)量比為1∶1.5 混合,再加入兩者總質(zhì)量50%的蒸餾水攪拌均勻置于燒杯中,于20 ℃恒溫箱中黑暗條件下引發(fā)48 h,引發(fā)結(jié)束后,用篩子將蛭石篩除,將種子置于25 ℃烘箱內(nèi)回干2 d。

1.3 種子萌發(fā)試驗

以未進行引發(fā)處理的種子為對照(CK),把引發(fā)的種子和未引發(fā)的種子分別放入裝有雙層發(fā)芽紙的發(fā)芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)內(nèi),分別加入7 mL 濃度為0 mmol∕L、50 mmol∕L、100 mmol∕L、150 mmol∕L、200 mmol∕L 的NaCl 溶液,放入20 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)進行發(fā)芽。 每個處理重復3 次,每個重復50 粒種子。 發(fā)芽期內(nèi)每天兩次計數(shù),以胚根伸出1 mm 為發(fā)芽標準。 計算第2 天發(fā)芽勢、第6 天發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及平均發(fā)芽時間。

發(fā)芽勢(GV) =(nt∕N) ×100%,nt為第2 天正常發(fā)芽的種子數(shù),N為供試種子數(shù);

發(fā)芽率(FGR) =(n∕N) ×100%,n為第6 天正常發(fā)芽的種子數(shù),N為供試種子數(shù);發(fā)芽指數(shù)(GI) =∑(Gt∕Tt),Gt為第t日的發(fā)芽種子數(shù),Tt為Gt相對應的發(fā)芽時間(d);平均發(fā)芽時間(MGT) =∑(Gt×Tt)∕∑Gt。

1.4 生理生化指標的測定

未引發(fā)和引發(fā)的種子在1.3 條件下培養(yǎng)皿中吸脹1 d 后,取吸脹種子液氮磨粉后,采用試劑盒(蘇州科銘生物技術(shù)有限公司)測定α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性和可溶性糖含量,重復3 次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和SPSS 21.0 軟件進行整理和顯著性分析(Duncan’s 多重極差檢驗,P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 固體基質(zhì)引發(fā)對NaCl 脅迫下‘滬綠5 號’和‘滬松85’種子萌發(fā)的影響

如圖1 所示,在0—200 mmol∕L NaCl 溶液脅迫下,‘滬綠5 號’種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)隨著NaCl濃度的增加而降低,平均發(fā)芽時間隨著NaCl 濃度的增加而增加。 與對照(未引發(fā)種子)相比,經(jīng)固體基質(zhì)引發(fā)的‘滬綠5 號’種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)增加,平均發(fā)芽時間減少。 ‘滬松85’也表現(xiàn)出相同的趨勢。以上結(jié)果說明,固體基質(zhì)引發(fā)在一定程度上緩解了NaCl 脅迫對青花菜和花椰菜種子活力的影響。

圖1 固體基質(zhì)引發(fā)對NaCl 脅迫下‘滬綠5 號’和‘滬松85’種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effects of solid matrix priming on seed germination of ‘Hulv No.5’and ‘Husong 85’ under NaCl stress

2.2 固體基質(zhì)引發(fā)對NaCl 脅迫下‘滬綠5 號’和‘滬松85’吸脹種子相關生理生化指標的影響

如圖2 所示,在0—100 mmol∕L NaCl 脅迫下,‘滬綠5 號’吸脹種子中α-淀粉酶活性幾乎沒有變化,當NaCl 濃度增加至150 mmol∕L 和200 mmol∕L 時,‘滬綠5 號’吸脹種子中α-淀粉酶活性顯著增加。 在0—200 mmol∕L NaCl 脅迫下,‘滬松85’吸脹種子中α-淀粉酶活性幾乎沒有變化。 與對照(未引發(fā))相比,經(jīng)固體基質(zhì)引發(fā)的‘滬綠5 號’和‘滬松85’吸脹種子中α-淀粉酶活性幾乎沒有變化,當NaCl 濃度為150 mmol∕L和200 mmol∕L 時,固體基質(zhì)引發(fā)的‘滬綠5 號’吸脹種子中α-淀粉酶活性表現(xiàn)出降低的趨勢。

圖2 固體基質(zhì)引發(fā)對NaCl 脅迫下‘滬綠5 號’和‘滬松85’吸脹種子相關生理生化指標的影響Fig.2 Effects of solid matrix priming on physiological and biochemical indexes related to imbibed seeds of ‘Hulv No.5’and ‘Husong 85’ under NaCl stress

在0—200 mmol∕L NaCl 脅迫下,‘滬綠5 號’和‘滬松85’吸脹種子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量隨著NaCl 濃度的增加,表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。 與對照(未引發(fā))相比,經(jīng)固體基質(zhì)引發(fā)的‘滬綠5號’和‘滬松85’吸脹種子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量均顯著增加。

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是植物生長發(fā)育的前提,也是植物產(chǎn)量形成的基礎[ 10]。 鹽脅迫是主要的非生物脅迫之一,其對植物所造成的直接傷害表現(xiàn)為種子萌發(fā)受到抑制,萌發(fā)時間延長,發(fā)芽勢和發(fā)芽率降低,導致幼苗和根系生長緩慢,生物量下降[ 11-13]。 本研究表明,NaCl 脅迫下,青花菜和花椰菜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)降低,平均發(fā)芽時間增加;固體基質(zhì)引發(fā)提高了NaCl 脅迫下種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù),減少了平均發(fā)芽時間。 這與引發(fā)提高NaCl 脅迫下番茄、辣椒、棉花、燕麥種子活力的結(jié)論一致[ 14-17]。

當種子萌發(fā)時,淀粉被淀粉酶分解并轉(zhuǎn)化為可溶性糖,供幼苗生長[ 18]。 一般情況下,種子在萌發(fā)過程中先激活和釋放出束縛態(tài)的β-淀粉酶,之后隨著呼吸作用的加強,RNA 控制的蛋白質(zhì)合成新的α-淀粉酶,由兩種酶共同作用催化淀粉水解[ 19]。 隨著NaCl 濃度的增加,青花菜和花椰菜吸脹種子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。 與對照(未引發(fā))相比,經(jīng)固體基質(zhì)引發(fā)的‘滬綠5 號’和‘滬松85’吸脹種子中β-淀粉酶活性增加,同時可溶性糖含量提高,這些糖在種子吸脹期間可被用來支持能量及碳代謝。 這與Amooaghaie 等[ 20]報道PEG 滲透調(diào)節(jié)引發(fā)顯著增加了β-淀粉酶活性,同時伴隨著可溶性糖積累結(jié)果一致;滲透調(diào)節(jié)引發(fā)增加了淀粉酶活性,種子中含有更多可溶性糖,從而支持代謝活性,刺激種子萌發(fā),提高出苗率。 這也與馮岳等[ 21]報道的水引發(fā)提高了小麥種子β-淀粉酶活性結(jié)論一致。

本研究表明:在0—200 mmol∕L NaCl 脅迫下,固體基質(zhì)引發(fā)提高了青花菜和花椰菜吸脹種子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量,從而刺激了種子萌發(fā),提高了種子活力。 因此,固體基質(zhì)引發(fā)可作為提高鹽脅迫下青花菜和花椰菜種子活力的一種經(jīng)濟有效的方法。