， ， (信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 河南 信陽 464000)

PEG模擬干旱脅迫對大麥種子萌發(fā)及生理特性的響應(yīng)

李淑梅，董麗平，王付娟
(信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 河南 信陽 464000)

以聚乙二醇(PEG-6000)不同質(zhì)量濃度的溶液作滲透液來模擬干旱脅迫條件，研究大麥種子在不同水分條件下的發(fā)芽指標(biāo)及根長、苗長及MDA、POD和SOD等生理指標(biāo)的變化。結(jié)果表明，大麥種子的發(fā)芽指標(biāo)均隨著PEG質(zhì)量濃度的升高而降低，MDA含量則隨著PEG質(zhì)量濃度的升高而升高，POD和SOD活性則隨著PEG質(zhì)量濃度的升高呈先升后降的趨勢。

干旱脅迫； 大麥； 發(fā)芽指標(biāo)； 生理指標(biāo)

全球約有1/3的土地屬于缺水的干旱或半干旱區(qū)域，我國干旱面積也在逐年增加，已占全國土地面積的1/2左右。干旱脅迫是自然界中最主要的非生物脅迫之一。如何提高植物抗旱性能，增加植物在干旱脅迫條件下的產(chǎn)量和對植物抗旱機(jī)理的探討一直備受關(guān)注。聚乙二醇(PEG-6000)是模擬土壤干旱脅迫的一種理想滲透劑，經(jīng)常被用作抗旱機(jī)理研究及抗旱性能評價(jià)[1-4]。

大麥具有早熟、耐旱、耐鹽、耐低溫冷涼、耐瘠薄等特點(diǎn)[5]，本研究以大麥為實(shí)驗(yàn)材料，旨在以PEG模擬干旱脅迫作為手段，研究大麥種子在水分脅迫處理后的萌發(fā)及幼苗生理指標(biāo)的變化，為大麥抗旱性的評價(jià)及研究抗旱機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)用大麥品種為秀麥11，水分脅迫處理在信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院種子生理與檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 種子萌發(fā)

采用聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫，共設(shè)5個處理，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、15%、20%和25%。

從凈種子中挑選大小一致、成熟飽滿、無病蟲害的健康種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。首先將挑選的種子用0.1%HgCl消毒15 min，然后用流水沖洗干凈，蒸餾水浸泡24 h，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。在直徑為15 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)各放入合適大小的濾紙2張，每個培養(yǎng)皿內(nèi)放50粒種子，加入15 mL不同質(zhì)量濃度的PEG溶液進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每個處理設(shè)3次重復(fù)。室溫下發(fā)芽，每天用稱質(zhì)量法補(bǔ)充失去的水分，保持滲透溶液濃度的相對穩(wěn)定。每4 d更換1次濾紙，防止吸水紙霉變，10 d后結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)，用蒸餾水作為對照(ck，0%)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)測定

當(dāng)3個重復(fù)中有1粒種子發(fā)芽之日即為該種子發(fā)芽開始期，以后每天統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽情況，分別于第4天、第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(%)=第4天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

發(fā)芽率(%)=第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；式中：Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為t日的發(fā)芽種子數(shù)。

活力指數(shù)(VI)=S×GI ；式中：S為正常幼苗平均長度(cm)。

1.3.2 幼苗生長的測定

待發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)束，隨機(jī)選取各處理各重復(fù)的幼苗10株，依次測量幼苗的根長及苗長。

1.3.3 植物生理指標(biāo)的測定

參考《現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》[6]，用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MAD)含量，愈創(chuàng)木酚法測過氧化物酶(POD)活性，氮藍(lán)四唑法測定超氧化物歧化酶(SOD)，每個處理重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel和SAS軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析(plt;0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對大麥種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

由表1可知，PEG處理對大麥種子的萌發(fā)產(chǎn)生了顯著的影響，大麥種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等均隨著PEG濃度的增大呈逐漸降低的趨勢。在5%的濃度下，種子的發(fā)芽勢較對照已經(jīng)產(chǎn)生了顯著的差異，在10%的濃度下，發(fā)芽率較對照產(chǎn)生了顯著差異，在25%的處理濃度下，發(fā)芽勢和發(fā)芽率達(dá)最低值，分別為對照的25.0%和32.0%。

在10%和5%的PEG處理下，大麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與對照差異達(dá)到顯著水平， 分別為對照的94.2%和78.8%。隨著濃度的增加，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)急劇下降，在25%的PEG脅迫處理下，兩者分別為對照的20.9%和2.4%。

由此可見，PEG干旱脅迫對大麥種子的萌發(fā)產(chǎn)生了顯著的影響，二者呈正相關(guān)關(guān)系。即PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，大麥種子萌發(fā)受抑程度越強(qiáng)。

表1 大麥種子發(fā)芽指標(biāo)在干旱脅迫處理下的變化

PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)發(fā)芽勢(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)0(ck)64．00a81．33a35．97a448．90a552．67b78．33ab33．89ab353．75b1048．00c70．00b30．69b348．68b1538．00d62．67c24．54c272．88c2032．67e50．00d18．61d134．37d2516．00f26．00e7．50e10．95e

注：列中均值標(biāo)相同字母表示在plt;0.05水平上差異不顯著，下同。

2.2 干旱脅迫對大麥幼苗生長的影響

由表2可知，PEG脅迫處理對大麥幼苗的根長和苗長產(chǎn)生了顯著的影響，苗長和根長均隨著PEG濃度的升高呈逐漸降低的趨勢。PEG濃度在15%以下時(shí)，脅迫處理對大麥幼苗苗長的影響不顯著，但是當(dāng)PEG濃度在15%以上時(shí)，顯著地抑制了苗長，在15%、20%和25%的PEG處理下，大麥幼苗的苗長分別為對照的87.5%、57.9%和11.7%。當(dāng)PEG濃度達(dá)到20%時(shí)，對大麥幼苗的根長產(chǎn)生了顯著的抑制作用，在20%和25%的PEG處理下，大麥幼苗的根長分別為對照的78.5%和35.9%。所以，PEG脅迫處理對苗長的影響大于根長。

表2 大麥幼苗生長在干旱脅迫處理下的變化

PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)平均苗長(cm)平均根長(cm)相對生長率0(ck)12．48a10．86a1．000a511．94ab10．56a0．957b1011．36ab10．32a0．910ab1510．92b9．96ab0．875b207．22c8．52b0．579c251．46d3．90c0．117d

2.3 干旱脅迫對大麥幼苗MDA、POD和SOD活性的影響

植物在逆境條件下，往往會發(fā)生膜脂過氧化作用，產(chǎn)生并累積MDA，MDA含量越高，說明細(xì)胞膜受損程度越高[7]。由圖1可知，隨著PEG濃度的增高，大麥幼苗的MDA含量呈逐漸升高的趨勢，即隨著PEG脅迫的加劇，幼苗的細(xì)胞膜受損傷程度增加，兩者呈正相關(guān)的關(guān)系。

圖1 大麥幼苗MDA含量在干旱脅迫處理下的變化

圖2 大麥幼苗POD、SOD活性在干旱脅迫處理下的變化

由圖2可知，隨著水分脅迫的加劇，POD和SOD活性均呈先升后降的變化趨勢，兩者均在10%的PEG滲透脅迫下活性最高，分別為對照的1.53倍和1.48倍。PEG濃度≥15%時(shí)，與對照相比POD和SOD活性反而降低，兩者均在25%PEG脅迫時(shí)活性最低，分別為對照的35.81%和33.49%。由此可見，當(dāng)PEG濃度超過15%時(shí)，大麥已經(jīng)無法通過酶活性的提供來減少干旱脅迫對大麥幼苗帶來的傷害。

3 討 論

植物種子的萌發(fā)指標(biāo)直接反映應(yīng)植物耐逆境能力[8]。本試驗(yàn)中，低濃度的PEG脅迫處理對大麥種子的發(fā)芽率影響較小，但隨著PEG濃度的增大，種子萌發(fā)受抑程度加大，這與張鳳銀等[7]，吳漢花等[9]，劉佳等[10]以往的研究結(jié)果相似。大麥幼苗的根長和苗長在PEG質(zhì)量濃度為15%以下時(shí)變化不大，當(dāng)PEG質(zhì)量濃度為15%以上時(shí)，大麥幼苗的根長和苗長與對照相比差異顯著，且對苗長的抑制作用較大。

植物在逆境及脅迫的條件下，會產(chǎn)生大量的活性氧，如果不能及時(shí)消除，就會引起細(xì)胞膜脂過氧化而受到傷害。MDA就是膜脂過氧化作用的主產(chǎn)物之一，它與細(xì)胞內(nèi)的成分發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，使多種酶和膜系統(tǒng)遭受嚴(yán)重?fù)p害，其含量是細(xì)胞膜脂過氧化作用和植物對逆境條件反應(yīng)強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[11]，含量越高，說明受損程度越高。本試驗(yàn)的研究結(jié)果也表明，MDA含量隨著PEG質(zhì)量濃度的升高而呈逐漸增高的趨勢。

SOD和POD等植物體內(nèi)的保護(hù)酶是活性氧的清除劑，它們通過清除細(xì)胞膜上的自由基，阻止細(xì)胞膜脂發(fā)生過氧化作用，保護(hù)細(xì)胞膜的完整性。其表達(dá)量多少和活性高低都直接決定植物抗逆性能的強(qiáng)弱[12]。 本試驗(yàn)的結(jié)果表明，在較低PEG質(zhì)量濃度下，SOD和POD活性隨著PEG質(zhì)量濃度的增高而加強(qiáng)，但在PEG質(zhì)量濃度大于15%時(shí)，2種酶的活性反而隨著PEG質(zhì)量濃度的升高而降低，這也說明了在高濃度的PEG脅迫下導(dǎo)致2種酶活性降低，清除活性氧的能力下降，造成大麥幼苗的細(xì)胞膜被破壞，導(dǎo)致MDA積累量明顯增加。

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[4]黃修梅,郝麗珍,袁春愛.蒙古高原野韭種子萌發(fā)對PEG模擬干旱脅迫的響應(yīng)[J].種子,2014.33(11):14-17.

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[6]中國科學(xué)院上海植物生理研究所,上海市植物生理學(xué)會.現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

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The Response of PEG Simulated Drought Stress to Germination and Physiological Features of Barley Seed

LIShumei，DONGLiping，WANGFujuan

2016-06-25

李淑梅(1979—)，女，碩士，講師，主要從事種子檢驗(yàn)及作物遺傳育種方面的教學(xué)和科研工作；E-mail:lishumei79@126.com。

王付娟(1981—)，女，碩士，講師，主要從事種子學(xué)方面的教學(xué)和科研工作；E-mail:wfj703@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.10.099

S 512.3

A

1001-4705(2016)10-0099-03