磁場對干旱脅迫下綠豆種子的生物學(xué)效應(yīng)

劉圓，王玉國，溫銀元，馮璐，賀美林

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

磁場對干旱脅迫下綠豆種子的生物學(xué)效應(yīng)

劉圓，王玉國，溫銀元，馮璐，賀美林

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

利用不同強度的梯度磁場（20.9，42.5，61.1，83.5 mT）處理綠豆種子，在聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱條件下，研究梯度磁場對綠豆種子萌發(fā)、幼苗生長及抗旱性的影響。結(jié)果表明，不同梯度的磁場對干旱脅迫下綠豆生長的影響效果不同，種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、側(cè)根數(shù)都較對照有所提高，均在61.1 mT處達到最大值；POD活性在42.5 mT時達到顯著水平；MDA含量比對照明顯降低，降低了膜脂過氧化作用對膜的傷害；SOD活性、可溶性蛋白含量均在61.1 mT時最大。綜合分析各指標說明，61.1 mT磁場強度處理綠豆對提高其抗旱性效果最佳。

綠豆；磁場；種子萌發(fā)；幼苗生長；抗旱性

綠豆（Vigna radiata L.）屬豆科蝶形花亞科豇豆屬草本植物，在我國已有2000多年的栽培史，作為糧食作物在各地都有種植，是人們生活中不可缺少的雜糧食品[1-2]，其豐富的營養(yǎng)價值和藥用功效有益于人類的身體健康和代謝活動。綠豆還具有多種功效，例如防暑降熱、清熱解毒、降低血壓、抗擊癌癥等。因此，綠豆具有“綠色珍珠”的美譽[3]。

干旱對植物的影響較大，干旱脅迫是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因子。已有相關(guān)學(xué)者論證，利用磁場處理作物種子可以提高其生活力。相關(guān)試驗還表明，不同強度磁場處理下的小麥種子、玉米種子、大豆種子、苦瓜種子、番茄種子、芝麻種子等，其萌發(fā)、幼苗的生長發(fā)育有了明顯的提高[4-14]。據(jù)報道，磁化水和磁化肥可以形成一個小的磁環(huán)境，有利于農(nóng)作物的生長發(fā)育[15-16]。但目前有關(guān)磁場對干旱脅迫下種子萌發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)的報道還非常少。

本試驗用不同梯度強度的磁場處理在PEG條件下的綠豆種子，旨在探究磁場對綠豆抗旱性的影響，為指導(dǎo)磁場在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置

本次試驗所采用的發(fā)生裝置是大連理工大學(xué)研制的[14]，該裝置是通過調(diào)整它的電流來操控磁場的變化，其中，電流強度為12.5，25，37.5，50 A，相應(yīng)的磁場強度分別是20.9，42.5，61.1，83.5 mT。

1.2 試驗材料

供試綠豆品種為晉綠3號。

1.3 試驗方法

選取籽粒飽滿、大小均勻一致的綠豆種子，分別在0（CK），20.9，42.5，61.1，83.5 mT磁場梯度下處理30 min，用0.1%的NaClO溶液消毒10 min，后用自來水沖洗數(shù)次，最后再用蒸餾水沖洗3次，用濾紙將水吸干。在培養(yǎng)皿中置2層濾紙，添加20 mL 20%的PEG－6000浸潤，將經(jīng)磁場處理過的種子均勻擺放其中，然后將培養(yǎng)皿隨機擺放于培養(yǎng)箱中，黑暗下培養(yǎng)，發(fā)芽溫度為（25±1）℃，并每天定時在濾紙上滴加20%的PEG－6000溶液少量，每隔2 d換一次濾紙，以保持濾紙的濕潤和清潔，防止水勢變動。各處理設(shè)置3次重復(fù)，持續(xù)培養(yǎng)15 d后取樣。

1.4 發(fā)芽勢、發(fā)芽率的測定

以胚根長度等于種子長度作為發(fā)芽標準，于試驗后第5天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第11天統(tǒng)計發(fā)芽率。培養(yǎng)第15天取5株測定其根長、側(cè)根數(shù)。

1.5 生理指標的測定

培養(yǎng)15 d后，取綠豆幼苗用于各指標的測定。

丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法[17]。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原抑制法[18]。過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[18]。

可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍法[19]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel和統(tǒng)計軟件DPS7.5進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強度磁場處理對干旱脅迫下綠豆萌發(fā)的影響

從表1可以看出，不同強度的磁場對綠豆種子進行處理后，處理之間差異明顯，對PEG處理條件下綠豆的萌發(fā)均有一定影響。經(jīng)磁場處理的種子發(fā)芽勢均較對照有所提高，且隨磁場強度增強而增大，當磁場強度為61.1 mT時，發(fā)芽勢達最大值（52.22%），為對照的1.96倍；發(fā)芽率在61.1 mT磁場時達到最高（97.78%），顯著高于對照（82.22%），與42.5，83.5 mT間無顯著差異。

表1 不同強度磁場對PEG處理下綠豆種子萌發(fā)的影響

2.2 不同強度磁場處理對干旱脅迫下綠豆幼苗形態(tài)學(xué)指標的影響

試驗結(jié)果表明，在干旱脅迫條件下的綠豆種子在磁場處理后對幼苗的根長及側(cè)根數(shù)均顯著提高。特別是61.1 mT磁場處理下對其有明顯的促進作用，根長及側(cè)根數(shù)分別達到7.63 cm和16條（圖1）。

2.3 不同強度磁場處理對PEG處理下綠豆幼苗MDA含量的影響

由圖2可知，對照組的綠豆種子其幼苗在干旱脅迫條件下MDA含量較大，為0.009 4 mmol/g。經(jīng)磁場處理后，MDA含量較對照顯著降低，其中，經(jīng)61.1 mT磁場處理的種子降低幅度最大，比對照降低91.5%；在83.5 mT磁場處處理的種子MDA含量雖有所上升，但較對照低。說明磁場處理可以明顯降低綠豆MDA含量，減輕干旱脅迫對綠豆的傷害。

2.4 不同強度磁場處理對PEG處理下綠豆幼苗SOD活性的影響

試驗結(jié)果表明，綠豆種子經(jīng)磁場處理后可以提高SOD活性，其中，經(jīng)61.1 mT處理的綠豆SOD活性最高，可達259.176 U/g，為對照的1.42倍；而20.9 mT磁場處理與對照組間沒有顯著差異；在83.5 mT磁場處SOD活性雖略有下降，但也比對照組高，且與42.5 mT組差異性不顯著（圖3）。

2.5 不同強度磁場處理對PEG處理下綠豆幼苗POD活性的影響

試驗結(jié)果表明，磁場處理可以提高綠豆種子的POD活性，且POD活性隨磁場強度的增加而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，磁場處理為42.5 mT時，POD活性最大，達到136.67 ΔOD/（g·min），是對照的1.28倍；磁場強度為61.1，83.5 mT時，POD活性雖較42.5 mT時有所下降，但仍高于對照（圖4）。

2.6 不同強度磁場處理對PEG處理下綠豆幼苗可溶性蛋白含量的影響

從圖5可以看出，不同強度磁場處理綠豆種子后，幼苗中可溶性蛋白含量整體較對照升高，且隨磁場處理強度的增加而增加，42.5 mT組與61.1 mT組間無顯著差異，但61.1 mT磁場強度處理的綠豆可溶性蛋白含量最大，為17.417 5 mg/g，是對照的1.67倍，說明強度為61.1 mT的磁場處理可以明顯提高干旱條件下綠豆的可溶性蛋白含量。

3 討論

隨著生物的進化演替，植物在自我進化過程中逐漸形成對地球磁場環(huán)境完美適應(yīng)的一系列體系，植物的生長發(fā)育會隨著磁場強度的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化[20]。相關(guān)學(xué)者研究表明，磁場強度的變化會影響植物生長發(fā)育的各個方面（尤其是種子萌發(fā)、光合作用、細胞分裂、基因表達以及酶活性等方面）[21-25]。尹美強等[8]研究認為，2.5 A的磁化等離子體對提高種子活力、促進種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育等有明顯效果。本試驗主要是探究不同強度的磁場對PEG處理下綠豆種子萌發(fā)的相關(guān)影響，發(fā)芽勢和發(fā)芽率均在61.1 mT時達到最大，分別為52.22%和97.78%；磁場強度為61.1 mT時，對幼苗根長及側(cè)根數(shù)均有一定的促進作用，根長和側(cè)根數(shù)分別達到7.63 cm和16條。

在生命活動中有極其重要作用的酶是促進一切代謝活動的重要物質(zhì)[14]。干旱作為一種逆境對植物的影響較大，其所誘發(fā)產(chǎn)生的自由基，會使細胞的生物功能發(fā)生紊亂，甚至死亡，但生物體內(nèi)的相關(guān)酶類，主要是超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等，在清除自由基、維持自由基的動態(tài)平衡、減輕植物損傷方面具有重要的作用[26]。植物細胞膜在植物對逆境的適應(yīng)中起著重要的作用。當植物遭遇干旱脅迫的時候，細胞質(zhì)膜受到不同程度的損害，MDA含量的多少可直接表明膜受到傷害的大小。植物中的可溶性蛋白含量是其代謝過程中蛋白質(zhì)損傷的重要指標，其變化可以反映細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成、變性及降解等信息。本試驗結(jié)果表明，在干旱脅迫下，綠豆的SOD活性、POD活性均高于對照，且SOD活性在61.1 mT磁場強度處達到最高；處理組MDA含量比對照組都低，且在61.1 mT時MDA含量最低，說明在此磁場強度下綠豆的抗旱性最強。

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Biological Effects of Magnetic Field onVigna radiateunder Drought Stress

LIUYuan，WANGYuguo，WENYinyuan，F(xiàn)ENGLu，HE Meilin
（College ofAgronomy，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The Vigna radiate seeds were treated by different intensities of magnetic field（20.9，42.5，61.1，83.5 mT）,under the model drought resistance by using ofPEG-6000.The effects of the different intensities of magnetic field on Vigna radiate seedlings were studied.The results showed that effects of different gradient magnetic field treatments on seed germination were different.The seed germination rate,germination energy,root length and root number were higher than the control,reaching maximum at 61.1 mT.The activity ofPOD reached the significant level at 42.5 mT.The content of MDA significantly decreased,which decreased the damage of the oxidation on cell membrane.The soluble protein contents and SOD activity were the highest at 61.1 mT.From this research,it was tested that the magnetic treatment of61.1 mTwas the optimumtreatment magnetic toimprove the drought resistance of Vigna radiata.

Vigna radiate;magnetic field;seed germination;seedlinggrowth;drought resistance

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.11

S313；S522

：A

：1002-2481（2017）05-0718-04

2017-01-18

劉圓（1989-），女，山西陽泉人，在讀碩士，研究方向：植物生理與分子生物學(xué)。王玉國為通信作者。