茉莉酸甲酯和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子萌發(fā)的影響

牛冰潔，衛(wèi)昭君，佛芒芒，夏方山，趙 祥，王永新

（山西農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，山西太谷030801）

干旱是限制植物生長發(fā)育的一個重要因素，是全球面臨的一個重大問題[1]。據(jù)統(tǒng)計，干旱和半干旱地區(qū)占全球面積的1/3 以上，我國的干旱和半干旱地區(qū)占全國總面積的47%[2]。水分供應不足影響到植物的光合作用、物質(zhì)運輸、蛋白質(zhì)合成和細胞伸長等生理過程[3]，使得這些地區(qū)植被稀疏，生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴重，自然災害頻繁。

達烏里胡枝子（Lespedeza davurica）為豆科胡枝子屬，屬多年生草本狀半灌木，其野生種分布于我國東北、華北、西北、西南以及華中等地區(qū)[4]。它具有抗旱、抗寒、耐瘠薄的特性；且適口性好，營養(yǎng)價值高；綠期長，枯黃晚、返青早，是改良干旱、半干旱區(qū)退化草地的優(yōu)良牧草[5]。

研究表明，引發(fā)處理對提高種子抗逆性十分有效[6]。諸多研究發(fā)現(xiàn)，植物生長調(diào)節(jié)劑如水楊酸[7]、赤霉素[8]、細胞分裂素[9]等能增強種子在逆境下的萌發(fā)能力。茉莉酸甲酯（MeJA）作為一種信號分子，廣泛參與植物生長發(fā)育和逆境響應的諸多過程[10]，但以MeJA 作為引發(fā)劑對達烏里胡枝子在干旱脅迫下發(fā)芽特征的研究還很少。

本試驗用茉莉酸甲酯（MeJA）、聚乙二醇（PEG）作為引發(fā)劑，研究MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子萌發(fā)的特性，旨在應用種子引發(fā)技術為提高干旱條件下達烏里胡枝子種子發(fā)芽提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為晉農(nóng)1 號達烏里胡枝子，種子由山西農(nóng)業(yè)大學動物科技學院牧站草學實驗室種子資源庫提供，在-10 ℃保存。

1.2 試驗方法

1.2.1 引發(fā)處理 試驗于2018 年6 月在山西農(nóng)業(yè)大學草學實驗室進行。將達烏里胡枝子種子用不同質(zhì)量分數(shù)的PEG-6000（5%，10%，15%，20%）和MeJA（0.025，0.250，2.500 μmol/L）分別在25 ℃黑暗條件下浸種處理18 h，以不做引發(fā)處理作為對照組。

1.2.2 發(fā)芽試驗 引發(fā)結束后迅速用蒸餾水沖洗3 次，每個處理各取50 粒種子，分別鋪在直徑為9 cm 培養(yǎng)皿的2 層濾紙上，加入適量含有15%PEG溶液的蒸餾水模擬干旱條件，于25 ℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，設4 個重復，每天稱質(zhì)量補充蒸發(fā)的水分。

1.3 測定項目及方法

發(fā)芽期間每天記錄發(fā)芽數(shù)，試驗開始后第5 天計算發(fā)芽勢（GE），第10 天計算發(fā)芽率（GP），發(fā)芽試驗結束后，測定平均苗鮮質(zhì)量，并測量根長、苗高，計算種子發(fā)芽指數(shù)（GI）、平均發(fā)芽時間（MGT）及幼苗活力指數(shù)（SVI）。

式中，G10為第10 天發(fā)芽（胚根突破種皮2 mm）種子數(shù)；G5為第5 天發(fā)芽種子數(shù)；N 為發(fā)芽種子總數(shù)；Gt為第t 天種子發(fā)芽數(shù)；t 為發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 整理原始數(shù)據(jù)，SPSS 23.0 統(tǒng)計軟件進行方差分析（ANOVA）。

2 結果與分析

2.1 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由表1 可知，在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025～2.500 μmol/L 的MeJA 引發(fā)后，達烏里胡枝子發(fā)芽率均極顯著高于對照組（P＜0.01），且MeJA 濃度為0.25 μmol/L時發(fā)芽率最高，比對照組增加了20.5%，說明0.25 μmol/L MeJA 的引發(fā)處理能顯著促進干旱脅迫下達烏里胡枝子種子的萌發(fā)。經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)處理后，達烏里胡枝子發(fā)芽率均顯著高于對照組（P＜0.05），且隨著質(zhì)量分數(shù)的升高發(fā)芽率逐漸降低。PEG 質(zhì)量分數(shù)為5%時，達烏里胡枝子發(fā)芽率比對照組增加了17.6%，說明5%PEG 的引發(fā)處理能提高干旱條件下達烏里胡枝子種子的萌發(fā)。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽率的差異不顯著（P＞0.05）。

表1 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響 %

在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025～2.500 μmol/L的MeJA 引發(fā)后，達烏里胡枝子的發(fā)芽勢均極顯著高于對照組（P＜0.01），且發(fā)芽勢先升高后降低，說明0.25 μmol/L MeJA 的引發(fā)處理對緩解干旱脅迫最有效。

經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)處理后，達烏里胡枝子的發(fā)芽勢均極顯著高于對照組（P＜0.01），且隨著質(zhì)量分數(shù)的升高，發(fā)芽勢逐漸降低，說明5%PEG 的引發(fā)處理最能緩解干旱對達烏里胡枝子的抑制作用。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽勢的差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間的影響

經(jīng)適宜濃度MeJA 引發(fā)后的達烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)均顯著高于對照組（P＜0.05）。在干旱條件下，當MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時，種子發(fā)芽指數(shù)最高，比對照組提高了57.5%；當MeJA 濃度為0.025～2.500 μmol/L 時，各處理間發(fā)芽指數(shù)差異不顯著（P＞0.05）。在干旱條件下，隨著PEG 質(zhì)量分數(shù)的升高，種子發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，且均高于對照，當PEG 質(zhì)量分數(shù)為5%和10%時，其發(fā)芽指數(shù)與對照差異極顯著（P＜0.01），當PEG 質(zhì)量分數(shù)為15%和20%時，其發(fā)芽指數(shù)與對照差異顯著（P＜0.05）。0.25 μmol/L MeJA 與5%PEG 引發(fā)處理間發(fā)芽指數(shù)的差異不顯著（P＞0.05）（表2）。

表2 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間的影響

在干旱條件下，經(jīng)不同濃度的MeJA 引發(fā)之后，達烏里胡枝子種子平均發(fā)芽時間隨著MeJA 濃度升高而增大。當MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時，平均發(fā)芽時間最短，為7.28 d，比對照組加快了17.1%（P＜0.01）。經(jīng)不同質(zhì)量分數(shù)的PEG 引發(fā)處理后，5%PEG 引發(fā)處理達烏里胡枝子種子平均發(fā)芽時間最短，但與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）。當PEG 質(zhì)量分數(shù)為10%～20%時，平均發(fā)芽時間均長于對照組（P＞0.05）（表2）。所有處理中，MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時，平均發(fā)芽時間最短，說明適宜濃度的引發(fā)劑能縮短達烏里胡枝子種子在干旱脅迫下的發(fā)芽時間。發(fā)芽時間低于對照組的處理排序為0.25 μmol/L MeJA＜0.025 μmol/L MeJA＜5%PEG＜2.5 μmol/L MeJA，所有處理中，MeJA 濃度為0.25 μmol/L 時，平均發(fā)芽時間最短，說明0.25 μmol/L MeJA 引發(fā)處理對縮短種子萌發(fā)時間最有效。

2.3 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子幼苗生長的影響

從表3 可以看出，在干旱條件下，經(jīng)濃度為0.025 μmol/L 的MeJA 引發(fā)后，達烏里胡枝子幼苗高度與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）；當MeJA濃度為0.25 μmol/L 時，幼苗高度比對照組提高了17.3%（P＞0.05）；濃度為2.5 μmol/L 時幼苗高度低于對照組，但差異不顯著（P＞0.05）。經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為5%～20%PEG 引發(fā)處理后，達烏里胡枝子幼苗高度隨質(zhì)量分數(shù)的增加而減小，但與對照組相比差異均不顯著（P＞0.05），只有PEG 質(zhì)量分數(shù)為5%時，苗高大于對照組，比對照組提高19.1%。0.25 μmol/L MeJA 與5% PEG 引發(fā)處理間苗高的差異不顯著

表3 MeJA 和PEG 對干旱脅迫下達烏里胡枝子種子幼苗生長活力的影響

在干旱條件下，經(jīng)不同濃度MeJA 引發(fā)處理后，只有濃度為0.25 μmol/L 時引發(fā)達烏里胡枝子的根長顯著長于對照組（P＜0.05），比對照組提高了30.6%。經(jīng)不同質(zhì)量分數(shù)的PEG 引發(fā)處理后，達烏里胡枝子的根長隨著PEG 質(zhì)量分數(shù)的增加呈降低趨勢，且差異均不顯著（P＞0.05）。所以，0.25 μmol/L MeJA 浸種能夠更有效地促進種子根長的增長。

在干旱條件下，只有濃度為0.25 μmol/L的MeJA引發(fā)達烏里胡枝子種子后，幼苗活力指數(shù)顯著大于對照組（P＜0.05），比對照組提高了72.7%。質(zhì)量分數(shù)為5%～20%的PEG 引發(fā)后，幼苗活力指數(shù)與對照組相比差異均不顯著（P＞0.05）。所以，0.25 μmol/L MeJA 浸種能夠更有效地提高幼苗活力指數(shù)。

3 結論與討論

種子引發(fā)技術在發(fā)達國家作為蔬菜、花卉、作物種子的常用播種前處理技術，其作用機制是當種子吸水速率受到限制時，修復種子細胞膜，并提前準備種子萌發(fā)所需要的代謝物質(zhì)，從而提高種子的萌發(fā)能力和抗逆性[14]。本研究表明，應用0.25 μmol/L MeJA 和5%PEG 浸種能顯著提高達烏里胡枝子種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢（P＜0.05），這與前人的研究結果一致。杜錦等[15]研究表明，玉米（Zea mays L.）種子經(jīng)5%的PEG 引發(fā)處理之后，可以提高玉米幼苗期的抗旱性，緩解水分脅迫，促進幼苗生長，提高種子的發(fā)芽率。孫園園等[16]研究結果表明，PEG 引發(fā)處理能顯著提高在干旱脅迫下水稻（Oryza sativa）種子的發(fā)芽率和幼苗的抗旱性。王彥榮等[14]研究表明，PEG 對沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）引發(fā)后，在干旱條件下萌發(fā)，PEG 更顯示出引發(fā)作用的優(yōu)勢。李兆舉等[17]研究表明，低濃度的外源MeJA 浸種能促進干旱條件下玉米種子的萌芽和幼苗生長。李小玲等[18]研究干旱條件下的茉莉酸甲酯有助于商洛黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的生長。楊藝等[19]研究表明，干旱條件下，棉花（Gossypium spp.）種子萌發(fā)及幼苗生長的最適Me-JA 濃度為2.5 μmol/L。所以，0.25 μmol/L MeJA 和5%PEG 浸種均能促進達烏里胡枝子種子的萌發(fā)。

但在多數(shù)情況下，田間出苗率與常規(guī)發(fā)芽試驗所得發(fā)芽率不相符，也無法標志種子的真實質(zhì)量水平。而根系作為植物重要的吸收器官和合成器官，較強的根系活力在干旱脅迫下更為重要。本試驗中，0.25 μmol/L MeJA 浸種可以顯著促進干旱條件下達烏里胡枝子幼苗根系和苗高的伸長（P＜0.05），由于根系伸長，進而提高了幼苗的吸水能力，增加了幼苗鮮質(zhì)量，提高了幼苗活力，有效緩解了干旱脅迫的抑制作用，而5%PEG 的引發(fā)對幼苗苗高和根長的促進效果不明顯，表明只有適宜濃度MeJA引發(fā)才能緩解干旱的抑制作用。

綜上所述，用0.25 μmol/L MeJA 對達烏里胡枝子種子進行引發(fā)處理可以有效促進種子的萌發(fā)，提高達烏里胡枝子幼苗的抗旱性，緩解干旱脅迫，提高胡枝子幼苗活力，促進幼苗生長。