赤霉素（GA3）對干旱脅迫下雞冠花種子萌發的影響

毛永成

（杭州蕭山技師學院 浙江杭州 311200）

雞冠花（Celosia cristataL.）為莧科青葙屬草本植物，花形美觀，花色艷麗，具有較高的觀賞價值，廣泛應用于城市園林綠化中。雞冠花多以種子為繁殖材料，種子萌發是其生活史中一個非常關鍵的階段。對干旱脅迫的響應反映了種子適應環境的生態機制，并且種子萌發時期的耐旱程度在一定程度上是其抗旱性研究的重要內容[1]。利用聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱成為研究種子萌發的重要方法[1]。赤霉素（GA3）是一種重要的植物生長調節激素，在植物的生長發育中起重要作用，能夠解除種子休眠，提高種子活力，促進種子發芽[2]。目前關于赤霉素緩解干旱脅迫對種子萌發和幼苗生長的影響已經在沙冬青[1]、煙草[3]等植物上有報道。本試驗采用不同濃度的PEG-6000模擬干旱環境，研究3種不同濃度（10%、20%、40%）的PEG-6000（簡稱PEG）對雞冠花種子萌發的影響，從而了解雞冠花種子萌發過程中的耐旱性，揭示其抗旱機理。在模擬干旱環境中加入不同濃度的赤霉素，探討赤霉素在雞冠花種子萌發過程中對干旱脅迫緩解機制。

1 材料與方法

1.1 材料

雞冠花種子由海寧虹越花卉有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計挑選飽滿大小均勻的雞冠花種子，進行3遍蒸餾水清洗，用3%的次氯酸鈉浸種消毒15 min，然后用蒸餾水沖洗5遍，減少消毒液對試驗的干擾。將種子放入帶有兩層濾紙的培養皿（d=9 cm）中，每個培養皿中放置50粒種子，每個處理重復3次。各組分別加入質量分數為0（CK蒸餾水對照）、5%（T1輕度脅迫）、10%（T2中度脅迫）、20%（T3重度脅迫），40%（T4嚴重脅迫）的PEG-6000溶液進行干旱脅迫處理，處理后每組分別再用濃度為0、50、100、200 mg/L赤霉素在第0天進行干旱脅迫緩解處理，直至濾紙浸透并微量溢出為宜。將培養皿放入25℃恒溫培養箱中，每2天分別向培養皿中加入一定量的赤霉素溶液。

1.2.2 項目測定處理第5天計算各組種子發芽勢，第8天計算發芽率，第13天測定鮮重、胚軸胚根長度。第15天取一定量發芽種子胚根測定丙二醛（MDA）、可溶性蛋白含量以及保護酶活性[4]。MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定[5]；脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮顯色法[6]；過氧化物酶POD活性測定采用愈創木酚顯色法測定[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[6]測定。

1.2.3 數據分析試驗結果采用Excel 2007繪圖及制表，用SPSS 16.0分析和檢驗試驗結果差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 GA3對干旱脅迫下雞冠花種子萌發形態指標的影響

GA3對干旱脅迫下雞冠花種子萌發形態指標的影響見表1。如表1所示，在輕度干旱處理下，外源GA3濃度為200 mg/L時，雞冠花種子發芽勢、發芽率、鮮重最高，胚軸胚根長度最長，分別是對照的4.03、3.29、1.64、1.58、2.24倍。GA3濃度為0的中度和重度干旱處理下，種子各項形態指標與對照相比表現出不同程度的下降；相同濃度GA3處理下，種子在10%PEG處理中的發芽勢、發芽率等5項指標均最高，說明干旱脅迫對種子萌發有一定的抑制作用，低濃度的PEG處理會促進雞冠花種子的萌發。在相同干旱水平下，GA3不同濃度處理，發芽勢表現出顯著性差異（p<0.05）。在重度干旱處理中，不同濃度外源GA3處理，種子的發芽率、胚根胚軸長度以及鮮重數值基本相似，無顯著性差異，說明隨著干旱強度的增加會嚴重抑制種子的正常萌發，而在輕中程度干旱處理下，GA3可較好的促進雞冠花種子萌發。

2.2 GA3對干旱脅迫下雞冠花種子萌發過程MDA和可溶性蛋白含量的影響

種子在干旱脅迫下細胞中的活性氧逐漸得到積累，最終發生膜脂過氧化和膜脂脫氧化反應，導致過氧化物丙二醛（MDA）的產生和積累[6]。如圖1所示，在同濃度GA3處理下，隨著干旱脅迫的增強，雞冠花種子中MDA含量出現逐漸增加的趨勢；同強度干旱處理，隨著GA3濃度的增加，種子中MDA含量也出現逐漸增加的趨勢。說明GA3和PEG都會對細胞膜氧化系統造成不同程度的破壞，產生過氧化物MDA，隨著二者濃度的增加，對細胞膜系統破壞的程度會加重。40%PEG+200 mg/L GA3處理下MDA含量最高，比0 PEG+0 GA3處理增加了2.39倍。在同一干旱水平下，200 mg/L GA3處理MDA含量均最高，分別是同一干旱水平0 GA3處理的1.73、1.58、1.32、1.21倍。

由圖2還可知，相同GA3濃度處理下，可溶性蛋白含量隨著干旱強度的增加表現出先增加后降低的趨勢，在10%PEG+200 mg/L GA3處理下可溶性蛋白含量最高，是0 PEG+0 GA3處理的4.65倍。同一水平干旱處理，可溶性蛋白含量隨著GA3濃度的增加表現出持續增加的趨勢，在200 mg/L GA3處理下數值最大，比同一干旱水平0 GA3處理相應增加了3.32、2.10、3.31、4.23倍。說明一定濃度的GA3可促進可溶性蛋白的積累，低濃度PEG也可促進可溶性蛋白的積累；在10% PEG處理下，PEG與GA3有一定的協同效應，且隨著GA3濃度的增加，可溶性蛋白含量也隨之增加。

2.3 赤霉素對干旱脅迫下雞冠花種子萌發過程SOD和POD活性的影響

SOD作為可清除植物體內具有強烈毒性的超氧陰離子自由基的活性酶之一，其活性與植物抗逆性有密切關系[7]。如圖3所示，在同一干旱處理下，隨著外源GA3濃度的增減，SOD活性也隨之增加，并在200 mg/L GA3處理下達到最大值。相同濃度GA3處理下，種子中SOD活性隨著干旱強度的增加表現出先增加后降低的趨勢，在中度干旱環境中，不同濃度的GA3處理下，SOD活性均達到最大值。在重度干旱處理下，不同濃度GA3處理SOD活性均最低，SOD保護酶活性在遭到逆境破壞導致其含量不斷下降。同一干旱水平，不同濃度GA3處理，SOD活性具有顯著性差異。

圖3 赤霉素對干干早脅迫下雞冠花種子葫發SOD活性的影響

由圖4還可看出，同一濃度GA3處理，雞冠花種子中POD酶活性會隨著干旱脅迫程度的增加而增加，20% PEG+200 mg/L GA3處理下POD活性最大，是對照的2.37倍。在40% PEG處理下，不同濃度GA3處理種子POD酶活性出現不同程度的下降，差異性并不顯著。0 PEG、10%PEG、20% PEG三個干旱處理，每個處理POD酶活性均隨外源GA3濃度的增加表現出逐漸增加的趨勢，在200 mg/L GA3處理下POD活性達到峰值，且各處理GA3不同濃度之間POD活性差異性顯著（p<0.05）。

圖4 赤霉素對干早脅迫下雞冠花種子萌發POD活性的影響

3 討論與結論

干旱脅迫是植物生長和種子萌發的主要逆境之一[8]。PEG-6000為大分子聚合物，水溶性較好，能夠奪取水分但不會引起質壁分離從而使植物組織和細胞處于類似于干旱水分脅迫之中[9]。本試驗利用PEG-6000模擬干旱脅迫，研究其對雞冠花種子萌發的影響，結果表明：10%濃度的PEG可以促進雞冠花種子的萌發，20%PEG處理，只有少許種子可以繼續萌發，40%PEG處理種子的萌發受到干旱脅迫的嚴重抑制，隨著干旱脅迫程度的增加會抑制種子胚根、胚軸的生長，破壞細胞膜過氧化物系統，降低SOD和POD的活性，減少可溶性蛋白的積累。赤霉素等外源激素不僅對植物的代謝調控及生長發育有重要的影響，對植物種子的萌發也有一定促進或抑制作用[10]。結果表明，同一干旱強度下，隨著外源GA3處理濃度的增加，對雞冠花種子萌發促進作用越明顯。0~200 mg /L濃度的外源赤霉素處理雞冠花種子，可以顯著提高輕度和中度干旱脅迫環境中種子的發芽率、發芽勢以及SOD、POD保護酶的活性，在一定程度上減緩MDA含量的增加速率，促進可溶性蛋白的積累，有效緩解干旱脅迫對雞冠花種子萌發的抑制作用。

發芽勢和發芽率是影響種子出苗的重要指標之一，胚根胚軸長可以評價種子萌發過程中吸收水分的能力[11]。與對照相比加入外源GA3可以顯著提高雞冠花種子發芽勢和發芽率，緩解干旱脅迫，提高種子萌發過程中的吸水能力，促進種子正常出苗。可溶性蛋白具有較強的親水性，參與植物體內眾多酶代謝，是重要的滲透調節物質。逆境環境中可溶性蛋白含量增加，可增強細胞的持水力，其含量的變化是衡量植物抗逆性的重要指標[12]。試驗表明，干旱脅迫會促使種子內部可溶性蛋白含量增加，但隨著干旱強度的增加會抑制蛋白質的合成，促使其分解，參與滲透調節，緩解逆境傷害。

SOD和POD酶是植物體內參與活性氧代謝的主要酶，可清除植物體內積累的活性氧，保護細胞膜的結構功能，緩解逆境脅迫對植物的損傷，其活性變化能夠較好地反映植物對逆境的適應能力[13]。MDA是膜脂過氧化的最終產物，與保護酶活性存在一定的相關性[13]。在輕度和中度干旱脅迫處理下，同一濃度外源處理，SOD和POD酶活性總體呈大幅度升高趨勢，可能是雞冠花種子內部通過保護酶活性來抵御干旱逆境對其造成的傷害，表現出一定的抗旱能力。輕度和中度干旱處理，MDA含量有所增加，但升幅較小，說明干旱初期種子內部保護酶系統可清除活性氧，促使膜脂過氧化物含量維持較低水平，減少逆境對種子自身的傷害。同一干旱水平，隨著加入外源GA3濃度的升高，MDA含量也會升高，高濃度的外源GA3會破壞細胞膜保護系統。在重度干旱脅迫下，同一外源處理種子中的MDA含量出現大幅升高，SOD和POD酶活性出現下降趨勢，可能是種子內部保護酶系統遭到破壞，外源GA3處理不能有效緩解重度干旱對種子萌發的抑制作用。保護酶活性和脂質過氧化產物存在一定協同作用，這與高詩文[14]、金龍飛等[15]研究結果一致。

綜上所述，不同濃度的赤霉素和低濃度的PEG-6000對雞冠花種子萌發均具有促進作用，適當濃度的PEG-6000和GA3浸種可以有效緩解中低強度干旱脅迫對雞冠花種子萌發的抑制影響。