引发对干旱胁迫下菠菜种子萌发的影响

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(1.中国农业大学园艺学院，设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室，北京100193；2.北京市农业技术推广站，北京100029)

菠菜(SpinaciaoleraceaL.)属于黎科绿叶蔬菜，营养丰富，栽培广泛，是我国重要的出口创汇蔬菜[1]。菠菜种子的外果皮是一层透气、吸水的薄壁组织，内果皮是通气、透水性差的厚壁组织，造成种子机械休眠，使得菠菜种子发芽缓慢且不整齐[1]。种子引发是一项控制种子缓慢吸水和逐渐回干的种子处理技术。研究发现，用GA3处理烟草种子能显著提高种子发芽率等指标，且这种促进效果在干旱胁迫下尤为明显[2]，陈子敬等发现，种子引发不仅能提高种子发芽率，还能提高其幼苗抗逆性[4]。但在菠菜种子上相关研究和报道仍然较少。因此，本试验运用大分子有机物、无机盐、激素对菠菜种子进行引发处理，探讨聚乙二醇(PEG)、谷氨酸钠(MSG)、赤霉素(GA3)3种引发方法对干旱胁迫下菠菜种子萌发的影响，为种子引发在生产上应用提供依据。

1 材料与方法

菠菜品种选用“宏福(F1)”，按表1方法引发处理后，将种子用去离子水冲洗干净，室温条件下回干至初始含水量后进行干旱胁迫下各项试验。干旱胁迫采用PEG模拟，处理浓度分别为0%，5%，10%，15%，20%(渗透势分别为0.00，-0.10，-0.20，-0.40，-0.60 MPa)[5]。

表1 种子引发处理方法

1) 种子发芽力测定。种子发芽按照《农作物种子检验规程》进行。随机选取各处理种子100粒，置于20 cm×15 cm×12 cm发芽盒中，加入上述浓度的PEG溶液60 mL，每处理3次重复，以未引发处理的种子做对照(未引发，NP)。发芽盒置于光照培养箱中15 ℃恒温培养，以胚根长达0.2 cm作为萌发标志，每天统计萌发的种子数，连续统计14 d，计算发芽势、发芽率、发芽指数，其中发芽势以前9 d的发芽数计算。

2) 种子活力测定。种子活力测定采用玻璃板培养法。将菠菜种子发芽孔向下、间隔1 cm置于玻璃板湿润滤纸上，每处理20粒种子，重复3次。玻璃板倾斜70度置于装有上述浓度PEG溶液的塑料箱中[6]，塑料箱置于光照培养箱中15 ℃恒温培养，光照强度6 000 lx，每日光照12 h，每天称重补充各塑料箱失去的水分。培养15 d使用扫描仪(Eperson perfection 700 Photo)扫描幼苗下胚轴长与胚根长并称量幼苗干、鲜重，计算种子活力指数[6]。

3) 种子激素测定。将各种子按上述发芽试验方法培养4 d后取样，采用植物激素酶联免疫吸附法(ELISA)测定种子激素含量[6]。

试验数据分析采用SPAS 18.0软件进行ANOVA处理，LSD显著性在0.05水平上检测，作图采用Excel2007软件。

表2 引发处理对干旱胁迫下菠菜种子萌发和活力的影响

注：不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

2 结果与分析

2.1 引发对干旱胁迫下菠菜种子萌发和活力的影响

由表2可知，干旱胁迫会抑制种子萌发、降低种子的发芽力和活力，而种子引发可延缓干旱对种子萌发和活力的抑制作用。随着干旱胁迫强度的升高，菠菜种子发芽力逐渐下降，对照组菠菜种子各干旱处理的发芽势、发芽率、发芽指数差异显著。PEG引发的菠菜种子一直保持较高的发芽能力，只有当渗透势达到-0.40 MPa时，种子的发芽势、发芽率、发芽指数开始显著下降。赤霉素引发的菠菜种子，在没有干旱胁迫时引发效果优于PEG引发，渗透势为-0.10 MPa时，种子的发芽势、发芽指数显著下降；当渗透势达到-0.40 MPa时，种子的发芽率显著下降。谷氨酸钠引发效果与赤霉素类似。

干旱胁迫下菠菜种子活力的变化趋势与发芽指标变化趋势类似，当渗透势为-0.20 MPa时，谷氨酸钠和PEG引发处理的鲜重显著下降，而赤霉素引发在渗透势为-0.10 MPa时鲜重显著下降，当渗透势为-0.10 MPa时，对照组下胚轴长显著减小，而PEG、赤霉素、谷氨酸钠处理的下胚轴长在渗透势为-0.20 MPa时显著减小(表2)。

2.2 引发对干旱胁迫下菠菜种子中激素含量的影响

由表3可知， NP处理中，激素含量随干旱胁迫程度的增加而呈现不同的规律，生长素(IAA)含量随干旱胁迫程度的增加基本无显著变化，赤霉素(GA3)含量随干旱胁迫程度加深无显著变化，渗透势达到-0.60 MPa时显著下降，脱落酸(ABA)含量随干旱胁迫程度增加呈先增加后减少的趋势，渗透势为-0.20 MPa时达到最高，玉米素核苷(ZR)含量变化趋势与之相反，油菜素内酯(BR)含量呈下降趋势； PEG处理中，GA3含量无显著变化，IAA含量与ZR含量变化趋势一致，均在渗透势为-0.10 MPa时达到最大值，ABA含量呈下降趋势，BR含量呈先增加后减少的趋势，但渗透势为-0.40 MPa时才有了显著升高，渗透势为-0.60 MPa时又显著下降，含量达最低；赤霉素处理中，IAA含量在渗透势为-0.10 MPa时有了显著增加，后随干旱胁迫程度加深无显著变化，BR和ZR含量均呈先增加后减少的趋势，在渗透势为-0.20 MPa时达到最大，ABA和GA3含量变化趋势相反，渗透势在0.00～0.20 MPa时，ABA含量不断减少，GA3含量不断增加，渗透势为-0.40 MPa时，ABA含量显著增加，GA3含量显著下降，渗透势为-0.60 MPa时ABA含量显著下降并达最低，GA3含量显著增加达到最高; 谷氨酸钠处理中，种子激素含量对干旱胁迫的反应较NP有所不同，IAA含量在渗透势为-0.10 MPa时显著下降，后期干旱胁迫程度加深生长素含量无显著变化，GA3含量随干旱胁迫程度加深无显著变化，渗透势达到-0.60 MPa时显著上升，ABA含量随干旱胁迫程度增加呈先增加后减少的趋势，渗透势为-0.10 MPa时即达到最高，BR含量变化趋势与之相反，ZR含量无明显变化趋势，总体呈下降趋势。

图1 引发处理对干旱胁迫下菠菜种子激素含量比例的影响

表3 引发处理对干旱胁迫下菠菜种子激素含量(ng/g FW)的影响

由图1可知，各引发处理对种子激素比例的影响不同。NP处理中，IAA/ABA、BR/ABA、ZR/ABA的数值随干旱胁迫程度的加深呈先下降后上升的趋势，且均在渗透势为-0.20 MPa时达到最低，而GA3/ABA的数值随干旱胁迫程度加深变化幅度不大，无明显升降规律。PEG引发后的种子，IAA/ABA和ZR/ABA的数值变化规律相似，均在渗透势为-0.40 MPa时达到最大，GA3/ABA和BR/ABA的数值随干旱胁迫程度加深呈现递增趋势。赤霉素引发后的种子，GA3/ABA数值显著增大，IAA/ABA、GA3/ABA数值变化规律相似，在渗透势为-0.60 MPa时达到最大，BR/ABA、ZR/ABA数值变化规律相似，在渗透势为-0.40 MPa时达到最大。谷氨酸钠引发后的种子，渗透势达到-0.10 MPa后IAA/ABA数值再无明显变化，BR/ABA的数值随干旱胁迫程度加深变化幅度不大，无明显升降规律，BR/ABA和ZR/ABA数值变化呈先下降后上升趋势，ZR/ABA数值在渗透势达到-0.20 MPa后再无显著变化。

3 结论与讨论

3.1 引发对干旱胁迫下菠菜种子萌发及活力有促进作用

研究发现，低渗透势促进水分进入种子，随着渗透压不断加大，导致种子活力下降，进而影响幼苗的生长[7]。本试验在干旱胁迫下菠菜种子的萌发受到了显著的抑制，抑制作用随渗透势的增加呈先上升后下降的趋势，对胚根长则有促进和抑制双重作用，渗透势为-0.10 MPa时提高菠菜种子根的生长，并且显著提高菠菜种子活力。前人用20%PEG处理黄芪种子，发现可有效促进黄芪种子萌发和提高幼苗的抗旱性[8]；用GA3引发夏枯草种子，发现可提高干旱胁迫下种子发芽率、发芽指数等指标[9]；用钠盐处理芥菜种子，可减小干旱对其造成的伤害进而提高其发芽率[10]，1%钠盐引发可以促进洋葱下胚轴及根长的伸长[11]。本试验中，PEG、谷氨酸钠、赤霉素均能使菠菜种子在发芽率、发芽势等方面具有较强耐旱性，且引发处理过的菠菜种子在干旱胁迫下较未引发种子具有更高的种子活力，这与前人研究结果一致。至于不同引发方法对提高菠菜种子耐旱性效果不同，可能是引发方法对种子膜透性、酶活性等的影响差异造成的，有待进一步研究。

3.2 引发对干旱胁迫下菠菜种子激素水平有调节作用

种子的休眠和萌发受种子内源信号分子(激素)的影响，其中脱落酸在植物受到逆行胁迫时其含量会升高；赤霉素和玉米素会促进种子萌发；生长素有促进细胞伸长的作用；油菜素内酯可促进细胞伸长和分裂，增强抗逆性的作用[12-14]。本试验中不同引发处理对不同PEG浓度下种子激素含量及比例的影响不同，且PEG浓度及引发处理都会对激素含量及比例产生影响。整体来看，引发后ABA含量随干旱胁迫程度加深而升高，但耐旱性增强，这可能是因为ABA诱导生物膜系统保护酶形成，保护膜结构的完整性，增强干旱胁迫下抗氧化能力，进而提高耐旱性[14]。此外，该试验赤霉素引发后种子的GA3/ABA含量显著上升，高GA3/ABA比值可使种子休眠解除[14]。