植物激素處理對翅堿蓬種子萌發的影響

向 亮，陳佳勃*，王艷杰*，趙 迎

(1.遼寧石油化工大學環境與安全工程學院，遼寧 撫順 113001；2.遼寧石油化工大學石油化工學院，遼寧 撫順 113001)

翅堿蓬(Suaedasalsa)作為藜科堿蓬屬一年草本植物，廣泛分布于濱海潮灘濕地[1-3]，在土壤降鹽[2- 3]、改善理化性質[4-6]、修復重金屬[7-8]與石油烴[9-10]污染和維持濕地生態系統正常演替[11-12]等方面發揮重要作用。近十幾年來，隨著人類活動影響逐漸加劇，遼河口濕地翅堿蓬出現嚴重退化現象，導致濕地面積大幅度減少，造成濕地生態功能明顯降低、生物多樣性銳減[13-16]。保護和恢復遼河口濕地生態系統的完整性和穩定性，特別是開展翅堿蓬等典型濕地植物的保護與恢復，對保障遼河口濕地的生態安全、提高濕地的生物多樣性具有十分重要的意義。

翅堿蓬在種子萌發期對土壤中鹽度[17]、水分[18]、重金屬[19]和多環芳烴[20]等污染物較為敏感，極大地限制了翅堿蓬濕地的生態恢復與重建。種子萌發是植物有性繁殖的重要表現，適宜的種子預處理方式可以提高種子發芽率，加速種子萌發，縮短萌發期種子在污染環境條件下的滯留時間，進而提高退化濕地生態恢復與重建的效率[21]。

促進種子萌發的預處理方法一般分為物理法和化學法。物理方法如機械破壞種皮、低溫層積、沙藏和光照等，雖然能夠在一定程度上促進種子的萌發，但存在工作量大、處理時間過長和作用不明顯等缺陷[22-24]?；瘜W方法是利用化學藥劑對種皮破壞或改變種子內部生理活動，從而促進種子萌發。傳統的化學藥劑雖然能明顯促進種子萌發，但仍存在對不同種子促進程度差異大和過量使用污染環境等問題[21, 25-26]。而植物激素作為植物體內的信號分子，對植物的生理周期起到調節和穩定的作用，尤其是赤霉素(GA)、吲哚乙酸(IAA)和激動素(KT)等植物生長促進型激素在植物萌芽期對種子的萌發和種胚的發育具有顯著促進作用[27-30]。此外，與物理、化學方法相比，植物激素處理具有操作方便和無環境污染的優點，從而引起國內外學者廣泛關注，而用其處理翅堿蓬種子未見報道。本研究通過水培實驗分析了GA、IAA和KT 3種植物激素對翅堿蓬種子萌發的影響，旨在探究翅堿蓬種子快速萌發和提高發芽率的方法，為遼河口翅堿蓬濕地退化區的恢復與重建提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與藥劑

翅堿蓬種子采自遼河口翅堿蓬濕地，挑選成熟飽滿的種子供本實驗所用。采用的赤霉素(GA 96%)、吲哚乙酸(IAA 98%)和激動素(KT 99%)均為上海麥克林生化科技有限公司生產生物技術級試劑，純水由實驗室純水機制備。

1.2 研究方法

1.2.1翅堿蓬種子形態特征及主要生理指標的測定

種子的千粒重測定：隨機取翅堿蓬種子1 000粒稱重，重復8次，取平均值為千粒重，計算標準差和變異系數[23]。種子的吸水率測定：隨機稱取3份一定量的翅堿蓬種子加入純水室溫浸泡，0—2 h時間內每0.5 h取一次，2—6 h時間內每2 h取一次，6 h以后每6 h取一次，從培養箱中取出種子并用濾紙吸干表面水分，測定種子質量，直至種子質量不再發生變化即得種子吸水率。種子的活力測定：采用氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法[31]。

1.2.2實驗步驟

配制50、100、150和200 mg/L GA溶液，1.0、1.5、2.0和2.5 mg/L IAA溶液，5、10、15和20 mg/L KT溶液為翅堿蓬種子浸種處理液，并以純水作為對照。取20粒翅堿蓬種子于燒杯，分別加入配制的處理液，室溫浸種處理12、24、36、48 h，每組設3個重復。將浸種處理后的種子取出用純水反復淋洗，并參照文獻進行水培萌發實驗[19, 20]。

各處理組的種子放入墊有雙層濾紙的90 mm培養皿中，加入純水以保持濾紙濕潤，置于植物培養箱(PRX-450A，江蘇天翎儀器有限公司)中進行萌發實驗。培養條件為光照12 h，光強3 000 lx，溫度(25±1) ℃；黑暗12 h，溫度(20±1) ℃；相對濕度統一為75%。每天定時記錄各處理組種子發芽個數，以黑色種子破皮作為發芽標準。實驗期間適時向培養皿定量添加純水以保持濾紙濕潤。

1.2.3萌發指標的測定

翅堿蓬種子的萌發指標有發芽率和萌發速率[21]，公式如下：

(1)

(2)

式中Nt——t日翅堿蓬種子發芽的百分率。

1.2.4統計分析與作圖

數據統計分析與繪圖分別采用SPSS22.0軟件和EXECL2010軟件，數據以均值±標準誤表示；采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進行差異顯著性分析，并用Duncan法于0.05顯著度水平進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 翅堿蓬種子形態特征及主要生理指標

翅堿蓬種子外觀呈黑色，近似球型，粒徑較小。種子千粒重為0.240 2±0.007 3 g，變異系數為3.0(小于4.0)，符合實驗要求。種子含水率對種子萌發意義重大，含水率達到一定程度，種子內部原生質轉化為溶膠狀態，且種子的呼吸作用顯著增強，打破種子的休眠狀態[32]。吸水實驗表明，翅堿蓬種子吸水率呈先快后慢，而后穩定的增長趨勢；0—6 h內吸水率快速升高，于6 h時達到28.54%；6 h以后，種子吸水率增速明顯減緩，于18 h吸水率穩定，為34.60%；說明翅堿蓬種子的種皮不存在阻水作用。種子活力測定表明，翅堿蓬種子染色率能達98%以上，說明種子活力高。

2.2 不同植物激素處理對翅堿蓬種子發芽率的影響

對實驗數據進行分析處理，由圖1可知，3種植物激素處理翅堿蓬種子的發芽率隨濃度和時間總體均呈先上升后下降的趨勢。與對照處理相比，適宜濃度的GA、IAA和KT溶液處理的發芽率在12 h處理時間下分別增長17.65%、17.65%和9.80%，在24 h處理時間下分別增長15.38%、15.38%和3.84%，在36 h處理時間下分別增長20.00%、20.00%和2.00%，在48 h處理時間下分別增長22.44%、22.44%和20.33%。

由圖1a可知，除50 mg/L GA溶液在12、36 h處理時間外，其余各濃度下不同處理時間的發芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明GA處理方法的不同處理時間對發芽率無明顯作用；在4種處理時間條件下，100 mg/L GA溶液相比于對照處理發芽率均有顯著差異(P<0.05)。由圖1b可知，除2.5 mg/L IAA溶液在12、24 h處理時間外，其余各濃度下不同處理時間的發芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明IAA處理方法的不同浸種時間對發芽率無明顯作用；在4種處理時間條件下，1.5 mg/L IAA溶液相比于對照處理發芽率均有顯著差異(P<0.05)。由圖1c可知，各濃度KT溶液在不同處理時間的發芽率均無顯著差異(P>0.05)，說明KT處理方法的不同處理時間對發芽率無明顯作用；僅在12 h處理時間下，10 mg/L KT溶液相比于對照處理發芽率有顯著差異(P<0.05)。

結果表明(圖1)，100 mg/L GA溶液、1.5 mg/L IAA溶液和10 mg/L KT溶液處理的發芽率相比于對照處理有顯著差異，為最佳浸種濃度；3種植物激素在最佳濃度下不同浸種時間對翅堿蓬種子發芽率均無明顯作用。

a)GA浸種處理

b)IAA浸種處理

c) KT浸種處理

2.3 不同植物激素處理對翅堿蓬種子萌發速率的影響

對實驗數據進行分析處理，由圖2a可知，翅堿蓬種子萌發速率隨GA溶液的濃度增加呈先上升后下降趨勢，在不同處理時間條件下均于100 mg/L GA溶液濃度時萌發速率達到最大值，且與對照處理相比明顯增加(P<0.05)；在不同濃度的GA溶液處理條件下萌發速率隨浸種時間呈先升后降趨勢，100 mg/L GA溶液浸種36 h與12、24、48 h相比明顯增加(P<0.05)。由圖2b可知，IAA處理翅堿蓬種子萌發速率隨濃度和時間變化與GA處理一致，在不同處理時間條件下均于1.5 mg/L IAA溶液濃度時萌發速率達到最大值，且與對照處理相比均有明顯增加(P<0.05)；1.5 mg/L IAA溶液濃度下各浸種時間的萌發速率無顯著差異(P>0.05)，雖然24 h處理時間下萌發速率達到最大值，但相比于對照處理僅增加95.63%，低于12 h浸種時間下漲幅136.84%。由圖2c可知，12、24 h處理時間下萌發速率隨KT溶液的濃度增加呈先上升后下降趨勢，36、48 h處理時間條件下萌發速率隨KT溶液的濃度增加呈下降趨勢；在10 mg/L KT溶液浸種24 h處理條件下萌發速率達到最大值，相比于對照處理增加23.20%，與10 mg/L KT溶液浸種12 h處理條件無顯著差異(P>0.05)，但10 mg/L KT 浸種12 h處理條件與對照處理相比增加55.79%。

結果表明(圖2)，GA處理在低濃度下處理時間對翅堿蓬種子萌發速率有明顯作用，高濃度無明顯作用；IAA處理則與GA處理結果相反；KT處理浸種時間對翅堿蓬種子萌發速率有明顯作用，且隨著浸種時間延長，濃度越高促進作用降低越明顯，甚至降低萌發速率。3種植物激素處理翅堿蓬種子的萌發速率最佳條件分別為：100 mg/L GA溶液處理36 h，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h，10 mg/L KT溶液處理12 h。

a)GA浸種處理

b)IAA浸種處理

c)KT浸種處理

3 討論

圖1和2顯示，低濃度GA處理下浸種時間對翅堿蓬種子發芽率和萌發速率均有影響，這由于GA溶液的濃度過低不足以短時間內促進翅堿蓬種子的萌發；高濃度的IAA處理下浸種時間對翅堿蓬種子發芽率和萌發速率均有影響，這由于IAA溶液濃度過高導致對翅堿蓬種子萌發的促進作用下降；KT處理下浸種時間對翅堿蓬種子發芽率無明顯差異，僅對萌發速率有明顯的促進作用，并隨著浸種時間延長濃度越高促進作用下降越明顯，說明KT處理對翅堿蓬種子萌發促進作用較小。

GA主要作用是促進細胞的伸長與分裂，可打破植物種子的休眠，催化種子內部貯藏物質降解，以供胚的生長發育[33-34]。結果表明，GA處理對翅堿蓬種子的發芽率和萌發速率起到顯著的促進作用，100 mg/L GA溶液處理36 h條件下發芽率和萌發速率均達到最大值，相比于對照處理分別提高20.00%和79.60%。這由于翅堿蓬種子屬于淺度生理休眠，種皮保持良好的透水性，GA通過種皮進入種子內部參與生理活動，進而促進種子的萌發。IAA是一類含有一個不飽和芳香族環和一個乙酸側鏈的內源激素，具有調節生長速率、抑制側芽、促進生根等作用[35]。結果表明，適宜濃度的IAA溶液處理翅堿蓬種子能夠對種子萌發起到顯著的促進作用，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h條件下翅堿蓬種子萌發效果最佳，與對照相比發芽率和萌發速率分別提高17.65%和136.84%，2.0、2.5 mg/L IAA處理的發芽率和萌發速率則下降明顯，這與劉偉等[35]、宋科等[36]等人研究結果相似。這說明高濃度IAA影響種子內部生理活動，從而對種子的萌發促進作用逐漸減弱，甚至產生抑制作用。與對照處理相比，最佳條件下IAA處理的翅堿蓬種子的發芽率漲幅雖然略低于GA處理，但兩者的發芽率相同，說明純水浸種時間不同發芽率略有差異。KT是一種內源的細胞分裂素，除具有促進細胞分裂的作用外還具有延緩離體葉片和切花衰老、誘導芽分化和發育及增加氣孔開度的作用[37]。結果表明，適宜條件的KT處理可以明顯促進翅堿蓬種子的萌發，10 mg/L KT溶液處理12 h條件下翅堿蓬種子萌發效果最佳，與對照相比發芽率和萌發速率分別提高9.80%和55.79%，在36和48 h處理時間下10、15和20 mg/L濃度出現抑制作用，這與施和平等[38]的研究結果相似。這說明低濃度KT處理對翅堿蓬種子萌發起一定促進作用，小于GA和IAA處理，并在高濃度下對種子萌發起抑制作用。

4 結論

a)低濃度GA處理條件和高濃度IAA處理條件下，浸種時間對翅堿蓬種子萌發有顯著作用；KT處理浸種時間對翅堿蓬種子發芽率無明顯作用，對萌發速率有明顯作用。

b)3種植物激素在適宜條件下對翅堿蓬種子萌發有顯著影響，最佳的條件分別為：100 mg/L GA溶液處理36 h，1.5 mg/L IAA溶液處理12 h，10 mg/L KT溶液處理12 h。與對照相比，3種激素在最佳條件下翅堿蓬種子發芽率和萌發速率分別提高20.00%和79.60%，17.65%和136.84%，9.80%和55.79%。

c)適宜條件的GA、IAA和KT溶液處理能明顯提高翅堿蓬種子的發芽率和萌發速率。