干旱脅迫對大麥種子萌發、幼苗生長及生理特性的影響

鞠 樂,齊軍倉,陳培育,牛銀亭,陰志剛

(1.石河子大學農學院,新疆石河子 832003;2.南陽市農業科學院,河南南陽 473000)

0 引 言

【研究意義】種子萌發期不僅是對水分最為敏感的時期,更是植物生活周期中最脆弱的時期[1],因此,種子萌發期是衡量植物抗旱性強弱的重要時期。PEG是模擬干旱脅迫的一種理想滲透劑,經常被用作抗旱機理研究及抗旱性能評價[2,3]。而不同分子量、不同濃度的PEG滲透液所具有的水勢不同,作物種子萌發期對其所造成的水分脅迫的響應機理亦不同,篩選出最佳濃度的PEG滲透液對研究種子萌發期的抗旱性有重要意義。【前人研究進展】對小麥[4]、玉米[5,6]、大豆[7]、牧草[8]、大麥[2]等作物研究表明,隨著PEG濃度增大對作物種子萌發特性及幼苗生長具有明顯的抑制作用。【本研究切入點】大麥是抗逆性較強的作物[9,10],在室內進行大麥種子萌發期抗旱性機制研究具有周期短、重復性強、容量大、受其它環境因子影響小等優點。但關于大麥種子萌發期篩選最佳濃度的PEG滲透液等研究相對較少。需研究干旱脅迫對大麥種子萌發、幼苗生長及生理特性的影響。【擬解決的關鍵問題】采用不同分子量、不同濃度PEG溶液模擬干旱脅迫,研究對大麥種子萌發特性、幼苗生長的影響以及幼苗對干旱脅迫的生理特性響應,篩選出最佳濃度的PEG處理液,為構建大麥種子萌發期抗旱性評價提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料Z027S078T,由石河子大學農學院提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用PEG不同分子量(4 000、6 000、8 000、10 000)、不同濃度(0%、5%、10%、15%、20%(W/V))模擬干旱脅迫,進行發芽試驗,重復3次,發芽試驗參照鞠樂等方法[11]。

1.2.2 測定指標

發芽勢、相對發芽勢、發芽率、相對發芽率、根長、芽長、芽鞘長、苗干重、根干重、芽干重等指標測量方法以及根冠比、物質轉運速率等計算方法均參照鞠樂等[11]方法。

抗旱系數=干旱脅迫處理值/對照值。

SOD、CAT、POD活性及丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖等含量測定均參照鞠樂等[12]方法。

1.3 數據處理

采用Excel 2010進行數據整理,DPSV7.05版軟件對各指標進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對大麥種子萌發的影響

研究表明,在20%PEG(分子量4 000、6 000、10 000)處理條件下對大麥種子的萌發特性影響顯著。在20%PEG 4 000、20%PEG 6 000、20%PEG 10 000處理條件下與對照相比,發芽勢分別降低了47.78%、42.22%、54.44%。在20%PEG 4 000、20%PEG 6 000處理條件下與對照相比,發芽率分別降低了13.68%、10.52%。表1

表1 干旱脅迫下大麥種子萌發變化

2.2 干旱脅迫對大麥幼苗生長的影響

研究表明,在PEG不同分子量、不同濃度條件處理下,根長、芽長、芽鞘長與對照差異顯著。在同一PEG分子量處理下,隨著PEG濃度的增加,根長呈先升后降的趨勢,在20%PEG 4 000、20%PEG 6 000處理下與對照相比分別降低了38.52%、18.65%,在20%PEG 8 000、20%PEG 10 000處理下與對照相比分別增加了15.37%、6.97%。在同一PEG分子量處理下,隨著PEG濃度的增加,芽長總體呈下降趨勢,但在低濃度5%PEG 8 000、5%PEG 10 000、10%PEG 8 000、10%PEG 10 000處理下對大麥幼苗芽的生長有促進作用,20%PEG(分子量4 000、6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比分別降低了61.14%、57.76%、26.73%、26.27%。在同一PEG分子量處理下,隨著PEG濃度的增加,芽鞘長總體呈上升趨勢,在20%PEG(分子量4 000、6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比分別增加了17.22%、17.78%、36.67%、43.89%。表2

表2 干旱脅迫下大麥幼苗生長變化

2.3 干旱脅迫對大麥幼苗干物質積累的影響

研究表明,在PEG不同分子量、不同濃度條件處理下,苗干重、根干重、芽干重、根冠比、物質轉運速率與對照差異顯著。在同一PEG分子量處理下,隨著PEG濃度的增加,苗干重、芽干重、物質轉運速率分別總體呈下降趨勢;根干重呈先升后降的趨勢;根冠比呈上升趨勢。在20%PEG(分子量4 000、6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比,苗干重分別降低了41.37%、44.41%、14.85%、22.79%;芽干重分別降低了55.67%、55.78%、32.65%、37.41%;物質轉運速率分別降低了53.34%、51.14%、28.79%、33.50%;根冠比分別是對照的1.83、1.67、1.69、1.59倍。在20%PEG 4 000、20%PEG 6 000處理下與對照相比根干重分別降低了19.26%、26.50%,在20%PEG 8 000、20%PEG 10 000處理下與對照相比根干重分別增加了12.90%、0.00%。表3

表3 干旱脅迫下大麥種子幼苗干物質積累變化

2.4 干旱脅迫對大麥幼苗抗氧化酶活性的影響

研究表明,在PEG不同分子量、不同濃度條件處理下,SOD、POD活性與對照差異顯著。但是不同PEG分子量,隨著PEG濃度增加,這3種抗氧化酶活性變化趨勢不一致。在20%PEG 4 000處理下與對照相比,SOD活性與對照相比降低了9.63%;在20%PEG(分子量6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比,SOD活性與對照相比分別增加了19.64%、12.39%、3.66%。在20%PEG(分子量4 000、6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比,CAT活性分別降低了53.47%、16.63%、27.13%、6.14%;POD活性分別是對照的5.00、3.37、2.75、5.89倍。表4

表4 干旱脅迫下大麥幼苗抗氧化酶活性變化

2.5 干旱脅迫對大麥幼苗丙二醛和滲透調節物質含量的影響

研究表明,在PEG不同分子量、不同濃度條件處理下,丙二醛、脯氨酸、可溶性糖等的含量與對照差異顯著。在同一PEG分子量處理下,隨著PEG濃度的增加,這幾種物質含量總體呈上升趨勢。在20%PEG(分子量4 000、6 000、8 000、10 000)處理下與對照相比,丙二醛含量分別比對照增加了68.53%、120.79%、149.53%、146.52%;脯氨酸含量分別是對照的17.03、11.49、13.01、16.30倍;可溶性蛋白含量分別比對照增加了9.85%、5.99%、11.56%、20.46%;可溶性糖含量分別是對照的2.04、1.85、2.48、3.63倍。表5

表5 干旱脅迫下大麥幼苗丙二醛和滲透調節物質含量變化

2.6 抗旱性評價

研究表明,高濃度(20%)PEG處理下對大麥種子萌發具有顯著的抑制作用。在20%PEG處理條件下,抗旱系數排序為PEG 8 000(0.98)>PEG 10 000(0.88)>PEG 6 000(0.70)>PEG 4 000(0.67),20%PEG 8 000處理條件下抗旱性最強。表6

表6 大麥種子萌發期抗旱性評價

3 討 論

3.1 干旱脅迫對大麥種子萌發和幼苗生長影響

PEG是一種比較理想的滲透調節劑,可以模擬不同程度的干旱脅迫,目前多采用PEG 6 000模擬干旱脅迫,關于不同分子量PEG模擬干旱脅迫的研究還少見報道。張毅等[3]研究表明,PEG模擬干旱脅迫后,發芽率差異不顯著,發芽勢在高濃度脅迫下與對照差異顯著,與研究結果一致。研究結果表明,隨著PEG濃度的增加,對大麥幼苗生長具有顯著的抑制作用,與任毅[1]、李淑梅[2]、宋國英[13]等研究結果基本一致。

種子萌發期是對滲透脅迫比較敏感的時期,也是進行抗旱性研究的重要時期,而幼苗形態指標是對滲透脅迫最為直觀的綜合性狀表現,可作為抗旱性鑒定指標。研究結果表明,高濃度(20%)PEG處理下對大麥種子萌發具有顯著的抑制作用,而20%PEG 8 000處理條件下抗旱系數最高,以此推測20%PEG 8 000是大麥種子萌發期比較理想的抗旱性鑒定濃度。

3.2 種子萌發期對干旱脅迫的生理響應

研究表明,隨著PEG濃度的增加,丙二醛呈顯著升高趨勢,隨著干旱脅迫程度的增大對大麥幼苗膜系統的損傷越嚴重。隨著PEG 6 000濃度的增加,SOD、POD活性總體呈不斷上升趨勢這與聶石輝等[14]研究結果類似,而李淑梅等[2]研究表明SOD、POD活性呈先升后降的趨勢,與試驗材料遺傳差異有關;CAT活性變化與對照差異不顯著。隨著PEG濃度的增加,脯氨酸、可溶性糖含量總體呈不斷上升趨勢,與蔣花[15]、宋士偉[16]等研究結果基本一致;而可溶性蛋白含量變化差異不顯著。

4 結 論

4.1隨著PEG濃度增加,大麥種子發芽率差異不顯著;而發芽勢僅在20%PEG處理下與對照差異顯著。

4.2隨著PEG濃度的增加,對大麥幼苗生長具有顯著的抑制作用。

4.3隨著PEG濃度的增加,丙二醛、脯氨酸、可溶性糖含量以及SOD、POD活性均總體呈顯著上升趨勢,而CAT活性與可溶性蛋白含量變化與對照相比差異不顯著。

4.420%PEG 8 000是大麥種子萌發期比較理想的抗旱性鑒定濃度。