PEG模拟干旱胁迫对大麦种子萌发及生理特性的响应

2016-12-04信阳农林学院农学院河南信阳464000

种子 2016年10期

，， (信阳农林学院农学院，河南信阳 464000)

李淑梅，董丽平，王付娟
(信阳农林学院农学院，河南信阳 464000)

以聚乙二醇(PEG-6000)不同质量浓度的溶液作渗透液来模拟干旱胁迫条件，研究大麦种子在不同水分条件下的发芽指标及根长、苗长及MDA、POD和SOD等生理指标的变化。结果表明，大麦种子的发芽指标均随着PEG质量浓度的升高而降低，MDA含量则随着PEG质量浓度的升高而升高，POD和SOD活性则随着PEG质量浓度的升高呈先升后降的趋势。

干旱胁迫；大麦；发芽指标；生理指标

全球约有1/3的土地属于缺水的干旱或半干旱区域，我国干旱面积也在逐年增加，已占全国土地面积的1/2左右。干旱胁迫是自然界中最主要的非生物胁迫之一。如何提高植物抗旱性能，增加植物在干旱胁迫条件下的产量和对植物抗旱机理的探讨一直备受关注。聚乙二醇(PEG-6000)是模拟土壤干旱胁迫的一种理想渗透剂，经常被用作抗旱机理研究及抗旱性能评价[1-4]。

大麦具有早熟、耐旱、耐盐、耐低温冷凉、耐瘠薄等特点[5]，本研究以大麦为实验材料，旨在以PEG模拟干旱胁迫作为手段，研究大麦种子在水分胁迫处理后的萌发及幼苗生理指标的变化，为大麦抗旱性的评价及研究抗旱机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用大麦品种为秀麦11，水分胁迫处理在信阳农林学院农学院种子生理与检验实验室进行。

1.2 种子萌发

采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫，共设5个处理，即质量分数分别为5%、10%、15%、20%和25%。

从净种子中挑选大小一致、成熟饱满、无病虫害的健康种子进行发芽试验。首先将挑选的种子用0.1%HgCl消毒15 min，然后用流水冲洗干净，蒸馏水浸泡24 h，采用培养皿纸上发芽法进行发芽试验。在直径为15 cm的培养皿内各放入合适大小的滤纸2张，每个培养皿内放50粒种子，加入15 mL不同质量浓度的PEG溶液进行发芽试验，每个处理设3次重复。室温下发芽，每天用称质量法补充失去的水分，保持渗透溶液浓度的相对稳定。每4 d更换1次滤纸，防止吸水纸霉变，10 d后结束发芽试验，用蒸馏水作为对照(ck，0%)。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 发芽指标测定

当3个重复中有1粒种子发芽之日即为该种子发芽开始期，以后每天统计种子的发芽情况，分别于第4天、第7天统计发芽势和发芽率。

发芽势(%)=第4天正常发芽种子数/供试种子总数×100%。

发芽率(%)=第7天正常发芽种子数/供试种子总数×100%。

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)；式中：Dt为发芽日数，Gt为t日的发芽种子数。

活力指数(VI)=S×GI ；式中：S为正常幼苗平均长度(cm)。

1.3.2 幼苗生长的测定

待发芽实验结束，随机选取各处理各重复的幼苗10株，依次测量幼苗的根长及苗长。

1.3.3 植物生理指标的测定

参考《现代植物生理学实验指南》[6]，用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MAD)含量，愈创木酚法测过氧化物酶(POD)活性，氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(SOD)，每个处理重复3次。

1.4 数据处理

用Excel和SAS软件进行实验数据的统计与分析(plt;0.05)。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对大麦种子发芽指标的影响

由表1可知，PEG处理对大麦种子的萌发产生了显著的影响，大麦种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数等均随着PEG浓度的增大呈逐渐降低的趋势。在5%的浓度下，种子的发芽势较对照已经产生了显著的差异，在10%的浓度下，发芽率较对照产生了显著差异，在25%的处理浓度下，发芽势和发芽率达最低值，分别为对照的25.0%和32.0%。

在10%和5%的PEG处理下，大麦种子的发芽指数和活力指数与对照差异达到显著水平，分别为对照的94.2%和78.8%。随着浓度的增加，发芽指数和活力指数急剧下降，在25%的PEG胁迫处理下，两者分别为对照的20.9%和2.4%。

由此可见，PEG干旱胁迫对大麦种子的萌发产生了显著的影响，二者呈正相关关系。即PEG质量分数越大，大麦种子萌发受抑程度越强。

表1 大麦种子发芽指标在干旱胁迫处理下的变化

PEG质量分数(%)发芽势(%)发芽率(%)发芽指数活力指数0(ck)64．00a81．33a35．97a448．90a552．67b78．33ab33．89ab353．75b1048．00c70．00b30．69b348．68b1538．00d62．67c24．54c272．88c2032．67e50．00d18．61d134．37d2516．00f26．00e7．50e10．95e

注：列中均值标相同字母表示在plt;0.05水平上差异不显著，下同。

2.2 干旱胁迫对大麦幼苗生长的影响

由表2可知，PEG胁迫处理对大麦幼苗的根长和苗长产生了显著的影响，苗长和根长均随着PEG浓度的升高呈逐渐降低的趋势。PEG浓度在15%以下时，胁迫处理对大麦幼苗苗长的影响不显著，但是当PEG浓度在15%以上时，显著地抑制了苗长，在15%、20%和25%的PEG处理下，大麦幼苗的苗长分别为对照的87.5%、57.9%和11.7%。当PEG浓度达到20%时，对大麦幼苗的根长产生了显著的抑制作用，在20%和25%的PEG处理下，大麦幼苗的根长分别为对照的78.5%和35.9%。所以，PEG胁迫处理对苗长的影响大于根长。

表2 大麦幼苗生长在干旱胁迫处理下的变化

PEG质量分数(%)平均苗长(cm)平均根长(cm)相对生长率0(ck)12．48a10．86a1．000a511．94ab10．56a0．957b1011．36ab10．32a0．910ab1510．92b9．96ab0．875b207．22c8．52b0．579c251．46d3．90c0．117d

2.3 干旱胁迫对大麦幼苗MDA、POD和SOD活性的影响

植物在逆境条件下，往往会发生膜脂过氧化作用，产生并累积MDA，MDA含量越高，说明细胞膜受损程度越高[7]。由图1可知，随着PEG浓度的增高，大麦幼苗的MDA含量呈逐渐升高的趋势，即随着PEG胁迫的加剧，幼苗的细胞膜受损伤程度增加，两者呈正相关的关系。

图1 大麦幼苗MDA含量在干旱胁迫处理下的变化

图2 大麦幼苗POD、SOD活性在干旱胁迫处理下的变化

由图2可知，随着水分胁迫的加剧，POD和SOD活性均呈先升后降的变化趋势，两者均在10%的PEG渗透胁迫下活性最高，分别为对照的1.53倍和1.48倍。PEG浓度≥15%时，与对照相比POD和SOD活性反而降低，两者均在25%PEG胁迫时活性最低，分别为对照的35.81%和33.49%。由此可见，当PEG浓度超过15%时，大麦已经无法通过酶活性的提供来减少干旱胁迫对大麦幼苗带来的伤害。

3 讨论

植物种子的萌发指标直接反映应植物耐逆境能力[8]。本试验中，低浓度的PEG胁迫处理对大麦种子的发芽率影响较小，但随着PEG浓度的增大，种子萌发受抑程度加大，这与张凤银等[7]，吴汉花等[9]，刘佳等[10]以往的研究结果相似。大麦幼苗的根长和苗长在PEG质量浓度为15%以下时变化不大，当PEG质量浓度为15%以上时，大麦幼苗的根长和苗长与对照相比差异显著，且对苗长的抑制作用较大。

植物在逆境及胁迫的条件下，会产生大量的活性氧，如果不能及时消除，就会引起细胞膜脂过氧化而受到伤害。MDA就是膜脂过氧化作用的主产物之一，它与细胞内的成分发生强烈的反应，使多种酶和膜系统遭受严重损害，其含量是细胞膜脂过氧化作用和植物对逆境条件反应强弱的重要指标[11]，含量越高，说明受损程度越高。本试验的研究结果也表明，MDA含量随着PEG质量浓度的升高而呈逐渐增高的趋势。

SOD和POD等植物体内的保护酶是活性氧的清除剂，它们通过清除细胞膜上的自由基，阻止细胞膜脂发生过氧化作用，保护细胞膜的完整性。其表达量多少和活性高低都直接决定植物抗逆性能的强弱[12]。本试验的结果表明，在较低PEG质量浓度下，SOD和POD活性随着PEG质量浓度的增高而加强，但在PEG质量浓度大于15%时，2种酶的活性反而随着PEG质量浓度的升高而降低，这也说明了在高浓度的PEG胁迫下导致2种酶活性降低，清除活性氧的能力下降，造成大麦幼苗的细胞膜被破坏，导致MDA积累量明显增加。

[1]胡承伟,张学昆,邹锡玲,等.PEG 模拟干旱胁迫下甘蓝油菜的根系特性与抗旱性[J].中国油料作物学报,2013,35(1):48-53.

[2]张盼盼,冯佰利,王鹏科,等.PEG胁迫糜子苗期抗旱性指标鉴选研究[J].中国农业大学学报,2012,17(1):53-59.

[3]李威.PEG胁迫下6种裸燕麦品种种子萌发期的抗旱性研究[J].种子,2014,33(5):38-41.

[4]黄修梅,郝丽珍,袁春爱.蒙古高原野韭种子萌发对PEG模拟干旱胁迫的响应[J].种子,2014.33(11):14-17.

[5]卢良恕.中国大麦学[M].北京,中国农业出版社,1996.

[6]中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,2004.

[7]张凤银,李方良,谭英.PEG模拟干旱胁迫对凤仙花种子萌发及幼苗生长的影响[J].华南师范大学学报(自然科学版),2014,46(2):114-118.

[8]颜启传.种子学[M].北京:中国农业出版社,2001.

[9]吴汉花,曹雪,蒋芳玲,等.PEG-6000模拟干旱胁迫及NaCl和温度胁迫对不结球白菜种子活力的影响[J].种子,2012,31(7):1-6,12.

[10]刘佳,徐昌旭,曹卫东,等.PEG胁迫下15份紫云英种质材料萌发期的抗旱性鉴定[J].中国草地学报,2012,34(6):18-24.

[11]赵全志,熊淑萍.吕强.等.水稻根系与群体光合速率的关系研究[J].河南农业大学学报,2005,39(2):127-130.

[12]孙骏威,杨勇,蒋德安.水分亏缺下水稻的光化学和抗氧化应答[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2004,30(3):278-284.