氯化钙浸种对番茄种子发芽的影响及苗期耐冷性的鉴定

廉 洁， 张喜春， 谷建田

(北京农学院植物科技学院，北京农业应用技术重点实验室，北京 102206)



氯化钙浸种对番茄种子发芽的影响及苗期耐冷性的鉴定

廉 洁， 张喜春， 谷建田*

(北京农学院植物科技学院，北京农业应用技术重点实验室，北京 102206)

[目的]探究不同浓度氯化钙浸种对番茄种子萌发的影响，分析氯化钙浸种对种子萌发后苗期耐冷性的影响。[方法]以NY2000番茄为材料，分别用0、600、1 200、1 800 mg/L氯化钙浸种，对低温下种子发芽鉴定；研究了20 ℃，0、600、1 200、1 800 mg/L氯化钙浸种的种子萌发后的生长状况，并对(20 ℃、1 200 mg/L)浸种的番茄种子萌发后苗期耐冷性鉴定及SOD酶测定。[结果]低温下氯化钙浸种促进种子发芽；20 ℃萌发的种子，1 200 mg/L的氯化钙处理使得促进作用最为明显，这种条件下番茄鲜重、干重、株高、主根长达到最大。[结论]氯化钙能提高低温条件下种子发芽率；氯化钙浸种对番茄种子来说具有记忆效应。

氯化钙；番茄；种子发芽；生长状况；耐冷性；鉴定

番茄作为一种重要的含有维生素和多种营养成分的蔬菜在我国广泛种植，其优良的口味和重要的营养作用深受人民喜爱。但多数番茄品种在温度低于10 ℃时生长发育受阻，低于6 ℃的温度就会引起番茄组织产生不可逆的损伤[1]。低温冷害是影响番茄周年生产和市场供应的主要因素，且每年均给番茄生产造成较大损失，引起生产上的减产，严重时甚至绝产。因此提高番茄耐冷性就可以提高番茄生物产量，产量的增加会带来经济收入的增长。利用外源物质处理农作物，是目前提高植物抗逆性简便、有效且可行的方法之一[2]。寻找一种合适的外源物质提升冷胁迫下番茄产量便具有重要意义。

植物受到冷害后，有机体内首先发生一系列生理生化变化，如细胞膜透性的增加、活性氧平衡的破坏、光合作用受到抑制、呼吸作用急剧升高以及渗透调节物质的迅速积累等。随着低温胁迫时间的延长，则表现出明显的冷害症状。大量研究发现，冷冻胁迫处理下番茄体内超常积累活性氧自由基，引起脂膜过氧化,导致冷害产生[3-6]。低温条件使膜上结合的各种酶的功能也发生异常，从而导致植物细胞中的能量平衡被打破，代谢和功能发生紊乱，进而影响原生质的流动以及水分、养分的吸收和运转[7]。近年的研究发现，外源喷施脱落酸[8]、水杨酸[9]、氯化钙[10]、多胺[11]等物质无需逆境因子便可提高植物的抗冷性，然而有关它们的作用机理目前还不完全清楚。植物抗逆性形成的本质是化学信号转换和传递过程，可以被化学物质诱导产生。通过研究这些外源抗冷物质信号转导的机理，将可以取代逆境因子，在逆境到来前启动植物对逆境的防御机制，从而减轻逆境对农业生产带来的危害。钙离子作为第二信使调节代谢被广泛认同[12-15]，人们对钙在植物抗盐、抗旱等抗逆性中的作用也进行了深入研究[16-17]。钙离子能够防止膜损伤和细胞泄漏，能够维护细胞膜和细胞壁的稳定性[18]。该研究以NY2000番茄种子为材料，研究不同温度下氯化钙浓度浸种对番茄种子萌发的影响，以期选出合适的外源物质浓度；同时，对在温度为20 ℃、氯化钙浓度分别为0、600、1 200、1 800 mg/L的浸种番茄种子进行生长状况包括鲜重、干重、株高、总根长测量，得出1 200 mg/L的氯化钙效果最好；然后研究20 ℃温度下用清水和1 200 mg/L浸种的种子萌发后苗期的冷害指数和SOD酶活性含量，分析浸种1 200 mg/L氯化钙如何影响番茄种子萌发后苗期的耐冷性。

1 材料与方法

1.1 材料番茄试验品种由北京农学院蔬菜育种与生物技术实验室提供，番茄品种为NY2000，清洁、灭菌过的培养皿若干，温度处理则由实验室HPG-280BX光照培养箱装置提取。

1.2 低温种子发芽试验在用自来水冲洗干净颗粒均饱满的种子以后，消毒15 min(10%的次氯酸钠)→冲洗1 h(自来水)→冲洗3次(蒸馏水)。将种子分别用0、600、1 200、1 800 mg/L氯化钙浸泡24 h，计为A、B、C、D,继续将A、B、C、D每组的种子分为每50粒/份，分别计为A1、A2、A3、A4，B1、B2、B3、B4，C1、C2、C3、C4，D1、D2、D3、D4。将标记为(A、B、C、D)1、2、3、4的种子均匀的放置在培养中，分别在25、20、15、10 ℃培养箱中进行萌发，分别于第4天统计发芽势，第7天统计发芽率。3次重复取平均值。

1.3 幼苗鲜重、干重、株高及主根长的测量试验选取了在20 ℃，0、600、1 200、1 800 mg/L氯化钙处理的种子进行培养，7 d后测定生长指标。株高和主根长的测量依据华东师范大学生物系植物生理教研室的办法，用直尺测量植株上胚轴至茎尖部位的长度(cm)，主根长则用直线截获法测定(cm)。鲜重和干重的测量以每十株为一单位(求平均值)。测鲜重时先用蒸馏水冲洗干净后吸水纸吸干多余的水分。干重在先置于烘箱115 ℃杀青15 min后75 ℃烘干至恒重之后测量。

1.4 冷害指数调查试验选取在20 ℃,0、1 200 mg/L 2种不同浓度氯化钙浸种的种子，于2014年5月在北京农学院蔬菜育种大棚进行穴盘育苗，分别计为CK、T。2周后将幼苗转至营养钵中。待番茄长至4片真叶展开时选择长势一致、生长健壮的幼苗将植株放置在HPG-280BX光照培养箱(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司)进行低温胁迫(昼温/夜温10 ℃/5 ℃，低温胁迫4、6、8、10 d，光照强度4 000 lx，光照时间为12 h)。冷害指数参照王孝宣等的标准[19]对番茄叶片耐冷情况进行分级，即0级，生长正常，未受伤害；1级，仅少数叶片边缘有轻度的褶皱萎缩；2级，半数以下的叶片萎焉死亡；3级，半数以上的叶片萎焉死亡；4级，植株全部死亡。冷害指数=(1×S1+2×S2+3×S3+4×S4)/(低温胁迫总株数×4)，式中，S为相应冷害级的苗数。

1.5 超氧化物歧化酶(SOD)的测定SOD含量的测定参照刘祖祺等的方法[20]，冷胁迫的时间为4、6、8、10 d。

2 结果与分析

2.1 不同温度下番茄种子萌发情况从4种温度下、4种氯化钙浓度下NY2000番茄种子的发芽率、发芽势情况(表1)可以看出，番茄种子的发芽情况随着温度的提升不断提高。在10 ℃情况下，番茄种子萌发较少，甚至不萌发；在15 ℃情况下，种子的发芽率在20%左右；然而当20 ℃情况下，番茄种子的发芽率表现为突变，可达80%左右的发芽率；在25 ℃处理下的种子，番茄种子的发芽率可在90%以上。因此，可以说明温度是影响种子发芽的重要因素。另外，在25 ℃萌发的种子，不同浓度的氯化钙浸种对种子萌发影响不大，但在低于25 ℃情况下，种子萌发表现为随着氯化钙浓度的提升出现先升高后下降的趋势，据此可以推断，氯化钙可以在低温情况下促进种子萌发。

表1 不同温度、浓度氯化钙处理下的种子萌发情况 %

2.2 温度20 ℃、不同浓度氯化钙浸种条件下番茄幼苗生长状况从4种处理下NY2000种子萌发7 d后的鲜重、干重、株高、主根长(表2)可以看出，在20 ℃温度下，1 200 mg/L氯化钙处理下的种子出苗后各项指标均优于其他处理，株高和主根长明显优于其余处理。

表2 温度20 ℃、不同氯化钙处理下的种子成苗后生长状况

2.3 氯化钙浸种幼苗冷害指数的影响从20 ℃温度下，0、1 200 mg/L氯化钙2种不同处理的番茄种子成苗后在冷胁迫4、6、8、10 d的冷害指数变化情况(图1)可以看出，在20 ℃、1 200 mg/L氯化钙处理下的番茄种子成苗后在遭受冷胁迫时均优于20 ℃、0 mg/L氯化钙处理的番茄苗。在冷胁迫时间为4、6 d时，这种由冷害指数表现出来的耐冷性优势明显，而随着冷胁迫时间的延长，氯化钙对于能提升番茄植株耐冷性的作用逐渐丧失；冷胁迫8 d时，植株几近全部枯萎，氯化钙处理完全丧失作用。据此可以推断，氯化钙浸种有助于提升番茄耐冷性，这种作用番茄表现为记忆效应，氯化钙浸种可以提升番茄种子的耐低温能力，且这种能力可被记忆下来，当植株后期遭受低温时也能表现为一定的耐冷性。

2.4 不同浓度氯化钙浸种对SOD的影响由图2可见，低温下氯化钙浸种，钙离子可能启动了有关耐冷基因的表达，这个过程可被记忆下来。在苗期遭受冷胁迫情况时，无需任何刺激，即可快速启动相关酶表达。

3 结论

(1)番茄种子萌发在温度20 ℃左右时表现为临界效应，高于此温度，发芽情况基本正常，低于此温度，发芽率迅速降低。

(2)氯化钙可以在低温情况下促进种子萌发，且能保证种子发芽后各项生长指标，1 200 mg/L的氯化钙作用最为明显。

(3)氯化钙浸种对番茄种子来说具有记忆效应，苗期也能表现为较高的耐冷性，且可能与SOD酶迅速表达有关。

[1] GEISENBERG C, STEWAARST K. Field crop management. The Tomato Crop：A Scientific Basis for improvement[M].London:Chapmar Hall,1986:511-577．

[2] 王淼,李秋荣,付石磊,等.外源一氧化氮对干旱胁迫下杨树光合作用的影响[J].应用生态学报,2005,16(2):218-222.

[3] SENARATNA T,MACKAY C E,MCKERSIE B D,et a1.Unicona—zole—induced chilling tolerance in tomato and its relationship to antioxidant content [J].J Plant Physiol,1988,133:56-61.

[4] 郑国华张,贺英,钟秀容.低温胁迫下枇杷叶片细胞超微结构及膜透性和保护酶活性的变化[J].中国生态农业学报,2009,17(4):739-745.

[5] WISE R R,NAYLOR A W.Chilling-enhanced photooxidation: Evidence for the role of singlet oxygen and super-oxide in the breakdown of pigments and endogenous antioxidants[J].Plant Physiol,1987,83:278-282.

[6] 李美如,刘鸿先,王以柔.细胞氧化应激机制与植物抗冷性机理的研究[J].生命科学,1996(4):1-6.

[7] 王克安,何启伟,陈运起.低温对黄瓜幼苗根系活力及生物学产量影响的研究[J].山东农业科学,2000(4):17-19.

[8] 蒲高斌,魏丽.壳聚糖涂膜对葡萄常温贮藏效果的影响[J].北方园艺,2011(14):154-157.

[9] 阮淑洁,朱世东,单国雷,等.外源物质对番茄幼苗抗冷效果的影响[J].安徽农学通报,2011,17(11):46-47.

[10] 张琳,王甲辰,左强,等.外源钙对低温胁迫下番茄幼苗生化指标及膜伤害的研究[J].北方园艺,2011(12):24-26.

[11] 张彦萍,刘海河,申书兴,等. 多胺引发处理对茄子种子活力及幼苗耐冷性的影响[J].园艺学报, 2010,37(11)：1783-1788.

[12] 梁颖,王三根.Ca2+对冷害水稻幼苗某些生理生化特性的影响[J].西南师范大学学报,1997,22(4):411-415.

[13] 余挺,席玙芳.CaCl2、AsA和GSH对冷害低温下茄子果实氧化胁迫的抑制作用[J].江西农业大学学报,1997,19(4):75-76.

[14] 赵可夫,卢元芳,张宝泽,等.Ca2+对小麦幼苗降低盐害效应的研究[J].植物学报,1993,35(1):51.

[15] 杨根平,高爱丽,邢家梅.钙素和水分亏缺对黄瓜叶片细胞质膜透性的影响[J].西北植物学报,1993,13(2):89-95.

[16] LU Y F. Increase effect of calcium on salt resistance of Zea mays seedlings[J]. Plant Physiol Commn,1999,34(3):293-294.

[17] YANG G P,GAO A L,JING J H.The relation of calcium to cell perm eability in w ater stressed soybean hypocobyls[J]. Plant Physiol Commn,1993, 29(3):179-181.

[18] 柳琪.经济类作物收获机械现状及发展趋势[J].农业机械,2009(8):33-36.

[19] 王孝宣,李树德,李慧茹,等.低温胁迫对番茄苗期和花期若干性状的影响[J].园艺学报,1996,23(4):349-354.

[20] 刘祖祺,张石成.植物抗性生理学[M].北京:中国农业出版社,1994.

Effect of Exogenous Calcium Chloride Soaked on Germination of Tomato Seed and Identification of Its Cold Tolerance at Seedling Stage

LIAN Jie, ZHANG Xi-chun, GU Jian-tian*

(Beijing Key Laboratory of New Technology in Agricultural Application, College of Plant Science and Technology, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206)

[Objective] To explore the effect of exogenous calcium chloride soaked on germination of tomato seed and analyze the cold tolerance of it at seedling stage. [Method] The seed of tomato called NY2000 were used as material treated by exogenous calcium chloride of 0, 600, 1 200, 1 800, and cold damage index was calculated. The growth belong to the treatment of temperature 20 ℃ combined with 0, 600, 1 200, 1 800 mg/L calcium chloride was researched. A further study on the seed under temperature 20 ℃combined with 1200mg/L calcium chloride soaked was conducted. [Result] Exogenous calcium chloride soaked can promote seed germination under low temperature; the most obvious effect was the treatment of 1 200 mg/L calcium chloride among the tomato seed soaked in calcium chloride and the fresh weight, dry weight, plant height, main root length raise to the top. [Conclusion] Calcium chloride can increase tomato seed germination rate under the condition of low temperature; tomato has a memory effect on exogenous calcium chloride soaked.

Calcium chloride; Tomato; Seed germination; Growth status; Cold tolerance; Identification

廉洁(1989- ),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向：蔬菜育种与生物技术。*通讯作者，副教授，硕士，硕士生导师，从事种质资源研究，

2014-11-03

S 641.2

A

0517-6611(2015)01-043-03