不同溫度對辣木種子萌發、幼苗生長及其生理特性的影響

張天翔 林藝華 林宗鏗 陳振東 楊俊杰 曹明華

摘 要 為了探索辣木（M. oleifera Lam.）種子和幼苗對不同環境溫度的適應性，設置15、20、25、30、35、40 ℃等不同溫度處理，研究不同溫度條件對辣木種子萌發、幼苗生長及生理指標的影響。結果表明：辣木種子發芽的最適溫度為25 ℃，幼苗生長的最適溫度為30 ℃，溫度過高或過低都會抑制辣木種子的萌發和幼苗的生長。一定程度的高溫和低溫脅迫會使辣木種子的發芽勢、發芽率、發芽指數等發芽指標以及幼苗的苗高、莖粗、根長、鮮質量增量、壯苗指數等生長指標顯著下降。高、低溫脅迫還會使辣木幼苗葉片的MDA含量、相對電導率、可溶性糖、SOD活性、POD活性顯著增加，使葉綠素相對含量、φPo、RC/ABS、PTR、PET、PIABS顯著下降。

關鍵詞 辣木；種子萌發；幼苗生長；生理特性

中圖分類號 Q949.748.5 文獻標識碼 A

Abstract In order to understand the effects of different temperature treatments on seed germination and seedling growth of M. oleifera Lam.， the dynamic indices of its seed germination and seedling growth at 15， 20， 25， 30， 35， 40 ℃ temperature were observed. The results showed that the optimum temperature for seed germination and seedling growth was 25 ℃ and 30 ℃， the seed germination and seedling growth could be inhibited by too high or too low temperature treatments. A certain degree of high temperature and low temperature stress decreased seed germination rate， germination power and germination index， decreased stem diameter， seedling length， root length and fresh mass increment of the seedling. Under high temperature or low temperature stress， the MDA content， relative electric conductivity， soluble sugar content， SOD activity and POD activity of the seedling increased significantly， while the relative chlorophyll content， φPo， RC/ABS， PTR， PET and PIABS dropped significantly.

Key words M. oleifera Lam.； seed germination； seedling growth； physiological characteristics

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.009

辣木（M. oleifera Lam.）又稱鼓槌樹、奇樹，屬辣木科（Moringaceae）辣木屬（Moringa Adans.），原產于印度北部喜馬拉雅山脈，是一種熱帶、亞熱帶多功能植物，營養豐富而全面，有著悠久的食用歷史，具有獨特經濟價值和保健功效[1]。目前，國內外有關辣木的營養價值[2-3]、藥用價值[4-5]、飼料利用[6-7]等方面已有較多的研究，而關于辣木對不同環境溫度生態適應性方面的研究相對較少，特別是辣木幼苗對不同環境溫度的生理響應方面還鮮見報道。本研究通過測定不同溫度條件下辣木種子萌發、幼苗生長及生理指標，探索辣木種子和幼苗對不同環境溫度的響應，以期為辣木生態適應性研究及大面積栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試辣木品種為印度辣木（M. oleifera Lam.）改良種‘PKM1，種子由北京辣木精靈科技有限公司提供，種子千粒重291.7 g。

1.2 方法

1.2.1 種子萌發試驗 選取籽粒飽滿的種子，浸泡于清水中12 h，沖洗去翼膜后用1 000倍的多菌靈溶液繼續浸泡12 h，取出進行發芽試驗。將辣木種子播種至育苗盤中，采用珍珠巖為基質，澆透水后置于人工氣候箱中，分別設置15、20、25、30、35、40 ℃溫度處理，每處理播種100粒，重復3次，光照時間為12 h/d，光照強度為55 μmol/（m2·s）。以芽苗露出基質0.5 cm長作為種子發芽標志，每天觀察記錄種子發芽情況，播種后第10天統計其發芽勢[8]，第20天統計其發芽率與發芽指數。

發芽勢=（10 d內發芽的種子數/供試種子數）×100%；

發芽率=（發芽種子數/供試種子數）×100%；

發芽指數=∑（Gt/Dt），（Gt為在第t天的發芽數，Dt為相應的天數）。

1.2.2 幼苗生長試驗 選取在25 ℃下催芽萌發至6～7 cm長的辣木芽苗，分別置于15、20、25、30、35、40 ℃的人工氣候箱中培養，每溫度處理20棵，光照時間為12 h/d，光照強度為55 μmol/（m2·s）。8 d后，隨機選取5棵植株，測量其苗高、莖粗、根長，參照白宏鋒等[9]的方法測定幼苗植株鮮質量增量，參照陳陽等[10]的方法測定其壯苗指數，并選取大小一致的葉片測定生理指標。采用電導率法[11]測定相對電導率、硫代巴比妥酸（TBA）法[12]測定丙二醛（MDA）含量、氮藍四唑（NBT）法[12]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性、分光光度法[13]測定過氧化物酶（POD）活性、蒽酮比色法[12]測定可溶性糖含量，SOD活性，POD活性及可溶性糖含量均為鮮重（FW）。選取完全展開葉，根據安飛飛等[14]的方法采用ECA-051型葉綠素儀測定葉綠素相對含量（SPAD值），參照楊鑫等[15]的方法采用Handy PEA植物效率儀測定葉綠素熒光動力學參數。

1.3 數據處理

采用DPS軟件對數據進行統計和分析，并采用Tukey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同溫度對辣木種子萌發特性的影響

從辣木的萌發曲線（圖1）看，辣木種子的發芽進程和發芽率隨處理溫度的不同而有所差異。在20～35 ℃范圍內，處理溫度越高，辣木種子的萌發速率越快。其中，當溫度為25 ℃時發芽率最高，可達78.7%；而處理溫度過高（40 ℃）時，會使萌發時間推后，并使發芽率降至35.3%；當溫度低至15 ℃時，辣木胚根突破種皮后生長緩慢，至試驗結束時均未能正常破土萌發（圖2）。由表1可知，不同溫度處理間辣木種子發芽勢差異顯著，25～35 ℃范圍內的發芽勢均明顯高于其他溫度處理，其中25 ℃處理下辣木種子發芽勢最高，可達72.3%；在25～35 ℃范圍內，辣木種子的發芽指數對溫度不敏感，當溫度過高（40 ℃）或過低（20 ℃）時，其發芽指數明顯下降。

2.2 不同溫度對辣木幼苗生長發育的影響

不同溫度對辣木幼苗的生長發育有著明顯影響（圖3）。15 ℃條件下辣木幼苗生長緩慢，并隨處理時間的延長有進一步停滯生長的趨勢；隨著處理溫度的升高，辣木幼苗生長速度也隨之加快；而當溫度升高至40 ℃時，辣木幼苗的生長明顯受到高溫脅迫的抑制。辣木幼苗的各個生長指標總體上均是隨處理溫度的升高呈現先增后減趨勢（表2）。25～35 ℃條件下的辣木幼苗莖粗均顯著大于15 ℃和40 ℃處理。當處理溫度不高于35 ℃時，幼苗苗高隨溫度的增加而顯著增高，35 ℃時最高可達24.98 cm，而溫度升高至40 ℃時，幼苗生長受抑制，苗高僅為14.02 cm。30 ℃處理的辣木幼苗根最長，均顯著高于其他各溫度處理。對于辣木幼苗鮮質量增量，35 ℃處理與30 ℃處理差異不顯著，30 ℃處理與25 ℃處理差異不顯著，但三者均顯著高于其他各溫度處理。從壯苗指數來看，30 ℃處理時可達0.052，顯著高于其他各溫度處理。

2.3 不同溫度對辣木幼苗生理指標的影響

2.3.1 不同溫度對辣木幼苗MDA含量、相對電導率及可溶性糖含量的影響 由表3可知，在25～30 ℃范圍內，辣木幼苗葉片MDA含量和相對電導率都保持較低水平，說明此溫度條件下細胞膜相對穩定；隨著溫度的升高或降低，MDA含量顯著增加，說明高低溫脅迫下辣木幼苗葉片細胞會產生膜脂過氧化反應；35 ℃處理下的相對電導率與25～30 ℃時無顯著差異，這說明辣木幼苗對高溫有一定耐受性，在35 ℃時仍能保持較低的質膜透性；當溫度升高至40 ℃或低于25 ℃時，相對電導率均顯著增大，表明辣木幼苗葉片細胞膜受到傷害其透性顯著增強。在25～35 ℃范圍內，辣木幼苗葉片可溶性糖含量保持較低水平，隨著溫度的升高或降低，可溶性糖含量顯著增加。

2.3.2 不同溫度對辣木幼苗保護酶活性的影響

由表4可知，在25 ℃條件下，辣木幼苗保護性酶SOD和POD的活性均保持較低水平，隨著溫度的升高或降低，保護性酶活性逐漸增強，其中SOD活性的增強更為顯著，各溫度處理的辣木幼苗SOD活性之間均有顯著差異。25 ℃處理的SOD活性為59.13 U/（g·min），15 ℃和40 ℃處理的SOD活性可分別增強至25 ℃時的5.2倍和6.2倍。25 ℃處理的辣木幼苗POD活性為1.07 U/（g·min FW），15 ℃和40 ℃處理的POD活性可分別增強至25 ℃時的3.1倍和3.0倍。

2.3.3 不同溫度對辣木幼苗葉綠素相對含量和葉綠素熒光動力學參數的影響 由表5可知，在15～25 ℃范圍內隨溫度的升高，辣木幼苗葉綠素相對含量明顯升高；在25～35 ℃范圍內，辣木幼苗葉綠素相對含量無明顯變化；當溫度升高至40 ℃時，辣木幼苗葉綠素相對含量明顯下降。

辣木幼苗的葉綠素熒光動力學參數總體上均是隨溫度的升高呈先升后減趨勢（表5）。在25～35 ℃范圍時，辣木幼苗葉片PSⅡ最大光化學效率（φPo）和葉片捕獲光化學性能（PTR）均保持較高水平，并顯著高于其他溫度處理。35 ℃時以葉綠素為基礎的有活性的反應中心密度（RC/ABS）最大，顯著大于其他溫度處理，隨著溫度的升高或降低，RC/ABS逐漸減小。辣木幼苗葉片傳遞電子性能（PET）在20～35 ℃范圍內無顯著差異，當溫度過高（40 ℃）或過低（15 ℃）時，PET下降，并顯著低于30 ℃和35 ℃處理。以吸收光能為基礎的性能指數（PIABS）在35 ℃達到最大，隨著溫度的升高或降低，PIABS逐漸降低，除25 ℃和30 ℃處理之間差異不顯著，其他各溫度處理間均有顯著差異。

由表6可知，辣木幼苗的φPo、PTR、PET、PIABS與葉綠素相對含量呈極顯著正相關，RC/ABS與葉綠素相對含量呈顯著相關。

3 討論

3.1 溫度對辣木種子萌發的影響

已有研究表明，不適宜的溫度脅迫會抑制種子內部的酶活性及細胞分裂等生理代謝進程，使發芽時間延遲，并降低其發芽率[16-17]。在本試驗中，當溫度過高（40 ℃）或過低（20 ℃）時，辣木種子的發芽率、發芽勢及發芽指數均有顯著下降。綜合比較發芽率、發芽勢及發芽指數等萌發指標，可以看出，辣木種子發芽的最適溫度是25 ℃，這與杜春花等[8]的研究結果相一致。在本試驗中還發現，當溫度低至15 ℃時，辣木胚根突破種皮后生長緩慢，未能正常破土萌發。

3.2 溫度對辣木幼苗生長的影響

韓冰等[18]研究發現，低溫脅迫能夠明顯抑制幼苗的生長，使其株高、莖粗、干質量的增長量均比對照減少。從本試驗結果也可以看出，溫度對辣木幼苗的生長發育有明顯影響，一定程度的高溫和低溫脅迫會抑制辣木幼苗的生長。綜合考慮苗高、莖粗、根長、鮮質量增量、壯苗指數等生長指標，特別是從培育壯苗的角度來看，辣木幼苗生長的最適溫度為30 ℃。

3.3 溫度對辣木幼苗生理指標的影響

Almeselmani等[19]認為，高溫脅迫會破壞質膜的穩定性，并影響植物正常生理過程。本試驗研究結果表明，在25～30 ℃范圍內，辣木幼苗葉片MDA含量和相對電導率都保持較低水平，隨著溫度的升高或降低，MDA含量顯著增加，而35 ℃處理下的相對電導率與25～30 ℃時無顯著差異，只有當溫度升高至40 ℃或低于25 ℃時，相對電導率才顯著增大。這說明，受到高、低溫脅迫時，辣木幼苗葉片產生膜脂過氧化反應，導致過氧化產物MDA含量的增加，但辣木幼苗對高溫有一定的耐受性，在35 ℃處理下可以通過滲透調節機制來維持一定的滲透壓，暫時阻止胞內物質的外滲。而當溫度升高至40 ℃或低于25 ℃時，溫度脅迫加重，超出辣木幼苗自身的滲透調節能力，使質膜透性顯著增大。

本試驗中，在25～35 ℃范圍內，辣木幼苗葉片可溶性糖含量保持較低水平，隨著溫度的升高或降低，可溶性糖含量顯著增加，這說明溫度脅迫下辣木幼苗葉片會主動積累可溶性糖，以通過滲透調節作用來適應環境溫度變化[20]。

田丹青等[21]認為，植物體內的抗氧化酶在活性氧清除過程中發揮重要作用，其活性與植物低溫抗性密切相關。本試驗結果表明，在25 ℃條件下，辣木幼苗保護性酶SOD和POD的活性均保持較低水平，隨著溫度的升高或降低，造成辣木幼苗體內活性氧自由基的積累，保護酶系統調節機制發生作用，使SOD和POD的活性逐漸增強，其中SOD活性的增強更為顯著。

張毅龍等[22]認為，溫度脅迫會使葉綠素合成受阻和葉綠素分解加速，導致葉綠素相對含量下降。王春萍等[23]研究發現，低溫脅迫會降低植物PSⅡ電子傳遞和光能轉化效率。本試驗中，辣木幼苗的葉綠素相對含量與葉綠素熒光動力學參數大體上均是在25～35 ℃范圍時保持較高水平，并隨著溫度的升高或降低而逐漸降低。這表明高、低溫脅迫下，辣木幼苗的葉綠素相對含量降低，光合機構受到傷害，PSⅡ反應中心的效率降低。辣木幼苗葉綠素熒光動力學參數中，φPo、PTR、PET、PIABS與葉綠素相對含量呈極顯著正相關，RC/ABS與葉綠素相對含量呈顯著相關，這說明葉綠素熒光分析技術以葉綠素為天然探針，具有靈敏度高、能夠反映“內在性”的特點[24]。在本試驗中還發現，PIABS對溫度變化的敏感性要大于φPo，這表明PIABS可以更準確地反映植物光合機構的狀態，這與孫永平等[25]的研究結果相類似。

綜上所述，辣木種子發芽的最適溫度是25 ℃，辣木幼苗生長的最適溫度是30 ℃，過高或過低的溫度會抑制辣木種子的萌發和幼苗的生長，高、低溫脅迫會影響辣木幼苗的質膜透性、可溶性糖含量、保護性酶活性以及PSⅡ反應中心狀態。本試驗對辣木幼苗經不同溫度處理8 d后的生理指標進行比較，初步探索了辣木幼苗對不同溫度處理的生理響應。但若要更深入探討辣木抗寒、耐熱的生理生化機制，還需對高、低溫脅迫下辣木生理指標的動態變化情況做進一步的研究。

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