鹽分和干旱脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

劉瑞霞 陳麗培 楊玉珍 楊杰

(鄭州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院鄭州,河南鄭州 450044)

鹽分和干旱脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

劉瑞霞 陳麗培 楊玉珍 楊杰

(鄭州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院鄭州,河南鄭州 450044)

本試驗(yàn)以從鄭州劉莊種子市場(chǎng)購買的滑豐8號(hào)玉米種子為實(shí)驗(yàn)材料,配制了不同濃度的PEG-6000溶液(0,5%,10%,15%,20%)來模擬實(shí)驗(yàn)條件下不同的干旱脅迫條件,來探究不同干旱脅迫條件下對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響。同時(shí)分別配制了不同濃度0(對(duì)照)、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的NaCl 溶液,研究了不同濃度的NaCl 溶液對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響。得出試驗(yàn)結(jié)論總結(jié)如下:隨著試驗(yàn)中PEG-6000溶液濃度的增加,玉米種子萌發(fā)受抑制程度越大,玉米種子的發(fā)芽率,發(fā)芽勢(shì),胚根長(zhǎng)度,胚芽長(zhǎng)度,胚根/胚芽,發(fā)芽指數(shù)與PEG濃度的大小呈負(fù)相關(guān);隨著試驗(yàn)中NaCl 溶液濃度的增加,玉米種子萌發(fā)受抑制程度越大,玉米種子的發(fā)芽率,發(fā)芽勢(shì),胚根長(zhǎng)度,胚芽長(zhǎng)度,胚根/胚芽,發(fā)芽指數(shù)隨著的NaCl 溶液濃度的增加而呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)。

干旱脅迫 鹽分 玉米 種子萌發(fā)

玉米(學(xué)名：Zea mays)，屬于禾本科，黍亞科，玉蜀黍?qū)伲瑒e名：棒子、包谷，是一年生高大草本，高1-4m，桿直立，粗壯，不分枝，節(jié)間出穗，基部各節(jié)具氣生根，在全世界熱帶和溫帶地區(qū)廣為栽培[1]。玉米、小麥、大米是全球三大糧食品種，而玉米作為全球最大的谷類作物，也是全球種植范圍最廣的谷類作物之一，在人們的日常生活扮演著越來越重要的角色。在中國(guó)，玉米是谷類飼料的主體，也是主要的能量飼料，在各地廣泛種植[2]。玉米喜歡溫暖的種植環(huán)境，霜凍、干旱等惡劣的生態(tài)環(huán)境會(huì)對(duì)玉米的生長(zhǎng)造成一定的影響，充足的光照條件是玉米在生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)所必需的。21～27℃是玉米發(fā)芽所需的最適宜的溫度條件、而玉米種子在10℃以下不會(huì)萌發(fā)。玉米的秧苗最適宜的生長(zhǎng)溫度為22～30℃，而玉米在開花結(jié)穗期間的最適宜的溫度在24℃左右。通常條件下，玉米是一種對(duì)水分條件要求比較嚴(yán)格的糧食作物， 玉米在苗期生長(zhǎng)時(shí)，如果遭遇比較嚴(yán)重的干旱脅迫，玉米幼苗根系的生長(zhǎng)會(huì)受到影響，生長(zhǎng)會(huì)減緩[3]，同時(shí)作為一種適應(yīng)性比較強(qiáng)的作物，玉米在多種生態(tài)條件下，都能夠良好的生長(zhǎng)。現(xiàn)階段，玉米已經(jīng)不單單作為口糧出現(xiàn)在人們的日常生活中，玉米也逐漸作為飼料原料和工業(yè)原料而在社會(huì)生活中扮演著重要的角色。

一直以來，干旱和土地鹽堿化都是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。植物在干旱條件下，生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到嚴(yán)重的影響，近些年來，我們國(guó)家干旱頻發(fā)，嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，由此造成的糧食作物產(chǎn)量的減少超過所有自然災(zāi)害的總和，因此干旱已經(jīng)是最大的全球性自然災(zāi)害[5]。在我國(guó)約有一半的耕地處于干旱和半干旱的條件之下，而這些土地的生產(chǎn)力的高低對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義重大。同時(shí)鹽堿化土壤在我國(guó)分布也十分的廣泛，成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的重要因素，我國(guó)的鹽堿地約為0.2億多hm2，約占總耕地面積的10%[6]。鹽化性土地含有較多的水溶性鹽。由于土壤中鹽分多，這種情況下土壤腐殖質(zhì)容易遭到淋失，同時(shí)土壤的結(jié)構(gòu)也會(huì)因?yàn)橥寥利}化而受到嚴(yán)重的破壞，從而導(dǎo)致土壤通氣和透水條件變差，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物體的死亡。

本文從鹽分和干旱脅迫這兩個(gè)能夠影響種子萌發(fā)的條件對(duì)玉米種子的萌發(fā)進(jìn)行了研究，來揭示不同鹽濃度和干旱脅迫下對(duì)玉米種子發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)，胚根和胚芽長(zhǎng)度的影響和變化規(guī)律。為揭示玉米的抗鹽抗旱機(jī)制，了解玉米的抗鹽抗旱特性，研究玉米種子萌發(fā)期的耐鹽和耐旱特性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 PEG-6000模擬干旱條件下對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)材料

表1 不同濃度PEG-6000溶液下玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

表2 不同PEG濃度下玉米種子胚根和胚芽長(zhǎng)度

表3 不同鹽脅迫下玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)

表4 不同鹽脅迫下玉米的根長(zhǎng)度

試驗(yàn)材料為2015年3月份于鄭州劉莊購買的滑豐8號(hào)玉米種子，選取均勻一致，顆粒飽滿，健康的玉米種子作為實(shí)驗(yàn)材料，購買后帶回實(shí)驗(yàn)室于4℃環(huán)境下保存。實(shí)驗(yàn)前采用3%的次氯酸鈉溶液浸種20min進(jìn)行試驗(yàn)材料消毒處理，然后將種子用清水沖洗干凈，將種子放在蒸餾水中8h作催芽處理，試驗(yàn)所用的培養(yǎng)皿提前高溫消毒。

1.1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用了PEG-6000模擬干旱脅迫的辦法，設(shè)置4個(gè)PEG質(zhì)量濃度，分別為5%、10%、15%、20%，以蒸餾水為對(duì)照組，每個(gè)處理50個(gè)，重復(fù)4次，用不同質(zhì)量濃度的PEG溶液浸透濾紙，然后將處理后的玉米種子隨機(jī)均勻的擺在濾紙上，，模擬干旱脅迫處理，保持恒溫25℃(12h光照/12h黑暗)，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，每天定時(shí)向?yàn)V紙上滴加少許蒸餾水，每3天更換1次濾紙。種子培養(yǎng)之日起，以胚芽長(zhǎng)度為種子長(zhǎng)度的1/2作為發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)，每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，連續(xù)3d不再有種子發(fā)芽作為發(fā)芽結(jié)束期[7]。從第7天開始，從不同的PEG溶液中隨機(jī)取出10粒發(fā)芽種子測(cè)量胚根與胚芽長(zhǎng)度。

1.1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米種子發(fā)芽結(jié)束后，分別計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)。 發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)，發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算公式[8]如下：

發(fā)芽率GP=(萌發(fā)終期全部正常萌發(fā)的種子數(shù)/供試種子總數(shù)) ×100

發(fā)芽勢(shì)GE=(前3天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100

發(fā)芽指數(shù)GI=Σ(Gt/Dt)

式中：Gt為不同發(fā)芽時(shí)間(t)的發(fā)芽數(shù)；Dt為不同的發(fā)芽試驗(yàn)天數(shù)

1.1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)以平均值表示，用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel表對(duì)試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。用相關(guān)圖表進(jìn)行展示。

1.1.5 結(jié)果與分析

(1)PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響。

玉米種子在不同濃度的PEG溶液中培養(yǎng)時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)都發(fā)生顯著的變化(表1)可以看出，隨著PEG溶液濃度的升高，玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)，空白對(duì)照組的平均發(fā)芽率最高，能夠達(dá)到90%，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的平均發(fā)芽率開始下降，而當(dāng)PEG溶液的濃度達(dá)到20%的時(shí)候平均發(fā)芽率僅有14%，說明，干旱脅迫對(duì)玉米種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用。

(2)PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)玉米種子胚芽和胚根的影響。從第7天開始，從不同的PEG溶液中隨機(jī)取出10粒發(fā)芽種子測(cè)量胚根與胚芽長(zhǎng)度，求出平均值，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

從表2可以看出，玉米種子的胚根和胚芽長(zhǎng)度跟玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)變化的趨勢(shì)一樣，都隨著PEG溶液濃度的升高，而呈現(xiàn)出顯著的下降的趨勢(shì)，與試驗(yàn)的空白對(duì)照組相比，在較低濃度的PEG溶液中，玉米種子的胚根和胚芽長(zhǎng)度有所降低，而在較高濃度的PEG溶液中，玉米種子的胚根和胚芽長(zhǎng)度受到嚴(yán)重的抑制。

1.2 鹽分對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

1.2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2015年3月份于鄭州劉莊購買的滑豐8號(hào)玉米種子，選取均勻一致，顆粒飽滿，健康的玉米種子作為實(shí)驗(yàn)材料，購買后帶回實(shí)驗(yàn)室于4℃環(huán)境下保存。實(shí)驗(yàn)前采用3%的次氯酸鈉溶液浸種20min進(jìn)行試驗(yàn)材料消毒處理，然后將種子用清水沖洗干凈，將種子放在蒸餾水中8h作催芽處理，試驗(yàn)所用的培養(yǎng)皿提前高溫消毒。

1.2.2 試驗(yàn)方法

同時(shí)分別配置 0(對(duì)照)、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的NaCl 溶液，以蒸餾水為對(duì)照組，每個(gè)處理50個(gè)，重復(fù)3次，用不同濃度的NaCl溶液浸透濾紙，然后將處理后的玉米種子隨機(jī)均勻的擺在濾紙上，保持恒溫25℃(12h光照/12h黑暗)，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，每天定時(shí)向?yàn)V紙上滴加少許蒸餾水，每3天更換1次濾紙。種子培養(yǎng)之日起，以胚芽長(zhǎng)度為種子長(zhǎng)度的1/2作為發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)，每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，連續(xù)3d不再有種子發(fā)芽作為發(fā)芽結(jié)束期。從第7天開始，從不同的NaCl溶液中隨機(jī)取出10粒發(fā)芽種子測(cè)量胚根與胚芽長(zhǎng)度。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米種子發(fā)芽結(jié)束后，分別計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。其中發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算公式[9]如下：

Ⅰ發(fā)芽率GP=(萌發(fā)終期全部正常萌發(fā)的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100

Ⅱ發(fā)芽指數(shù) GI=∑( GT /DT )，其中， GT 為 T日發(fā)芽數(shù)，DT 為相應(yīng)天數(shù)[11]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)以平均值表示，用 SPSS16.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel 表對(duì)試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。用相關(guān)圖表進(jìn)行展示。

1.2.5 結(jié)果與分析

(1)不同鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響。在不同的NaCl溶液中，玉米種子的發(fā)芽率不同，隨著NaCl溶液濃度的增加，玉米種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)出顯著的下降的趨勢(shì)，空白對(duì)照組的平均發(fā)芽率最高，能夠達(dá)到72%(表3)，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的平均發(fā)芽率開始下降，當(dāng)NaCl溶液的濃度達(dá)到0.4mol/l的時(shí)候，平均發(fā)芽率僅有3%，當(dāng)NaCl溶液的濃度達(dá)到0.5mol/l以上的時(shí)候，玉米種子不萌發(fā)，說明：鹽分脅迫對(duì)玉米種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用。

從表3可以看出玉米種子的發(fā)芽指數(shù)隨著NaCl溶液濃度的增加而呈現(xiàn)出顯著的下降的趨勢(shì)，空白對(duì)照組的玉米種子的發(fā)芽指數(shù)最大，為41，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的發(fā)芽指數(shù)開始下降，當(dāng)NaCl溶液濃度為0.5mol/l時(shí)，發(fā)芽指數(shù)為0。

(2)不同鹽脅迫對(duì)玉米根長(zhǎng)的影響。從表4可以看出玉米幼苗的根長(zhǎng)度也是隨著鹽脅迫程度的加深而呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢(shì)，空白對(duì)照組的玉米幼苗的根長(zhǎng)最長(zhǎng)，根長(zhǎng)度為11.22cm，而當(dāng) NaCl濃度為0.4mol/l時(shí)，根長(zhǎng)度只有0.6cm。

2 結(jié)論與討論

2.1 干旱脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

2.1.1 干旱脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

采用不同濃度的PEG-6000溶液(0，5%，10%，15%，20%)溶液來模擬干旱脅迫條件，不同的干旱脅迫下，玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)不同，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。

2.1.2 干旱脅迫對(duì)玉米種子胚芽和胚根的影響

采用不同濃度的PEG-6000溶液(0，5%，10%，15%，20%)溶液來模擬干旱脅迫條件，不同的干旱脅迫下，玉米種子的胚芽和胚根長(zhǎng)度不同，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的胚芽和胚根長(zhǎng)度呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。

2.2 鹽分對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

2.2.1 不同鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響

在不同濃度的鹽溶液(0(對(duì)照)、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的NaCl 溶液)中，隨著鹽溶液濃度的增大，玉米種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)出顯著的下降的趨勢(shì)，而且，玉米種子在重度鹽脅迫下不萌發(fā)。

2.2.2 不同鹽脅迫對(duì)玉米根長(zhǎng)的影響

在不同濃度的鹽溶液(0(對(duì)照)、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的NaCl 溶液)中，隨著鹽溶液濃度的增大，玉米根長(zhǎng)也受到鹽脅迫的影響，呈現(xiàn)出明顯的下降的趨勢(shì)。

植物生存的自然環(huán)境不是恒定不變的，當(dāng)植物遭受一定的逆境環(huán)境時(shí)，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)造成一定的影響，但是與此同時(shí)植物也會(huì)產(chǎn)生一定的抗逆性，在本試驗(yàn)當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)，高濃度的鹽溶液和干旱脅迫都會(huì)對(duì)玉米種子的萌發(fā)產(chǎn)生影響，隨著干旱脅迫程度的增加，玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚芽和胚根長(zhǎng)度呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。隨著鹽溶液濃度的增大，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和玉米根長(zhǎng)也受到鹽脅迫的影響，呈現(xiàn)出明顯的下降的趨勢(shì)。

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[2]曹熙敏,呂愛枝.不同鹽分脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào) 2011,27(12):205-208.

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[9]曹熙敏,呂愛枝.不同鹽分脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(12):205-208.

The corn seed, named ‘Hua Feng 8st’ ,purchasing from seed market in Zhengzhou, Liuzhuang, was chose in this test.In order to explore effect of seed germination under different drought stress, the research was carried out by deploying different concentration of PEG-6000 solution (0,5%,10%,15%, 20%)and NaCl solution (0,0.05,0.1,0.2,...,1.0mol/L) to simulate different drought conditions in laboratory.The results showed that with the increase of concentration of PEG-6000 solution, the controlled extent of corn seed was bigger, and its germinationrate, germination power, germ length, radicel length and radicle/germ, negative correlation existed.As the concentration of NaCl solution went up ,these results also were fund in relevant indicators accordingly.

Drought stress;salt;Corn ; Seed germination

劉瑞霞(1981-),女(漢),河南浚縣人,博士,講師,主要從植物逆境生理學(xué)研究。