电场对干旱胁迫下沙棘种子萌发及幼苗生理特性的影响

， (河北省宽城满族自治县职业技术教育中心， 河北 宽城 067600)

电场对干旱胁迫下沙棘种子萌发及幼苗生理特性的影响

何立荣，王英
(河北省宽城满族自治县职业技术教育中心， 河北 宽城 067600)

为探讨电场提高沙棘种子抗旱性的相关生理机制，对受干旱胁迫的沙棘种子进行不同电场强度、不同时间处理，并对沙棘种子萌发、幼苗渗透调节物质含量及酶活性进行研究。结果表明： 受干旱胁迫的沙棘种子发芽率、发芽势、发芽指数明显降低，根长和苗高生长受抑，可溶性糖及可溶性蛋白含量降低；对比干旱胁迫，30 min的各电场处理萌发指标升高，叶片渗透调节物质含量及抗氧化酶活性增加，且随电场强度增加均呈现先升后降的规律。综合评价表明，电场处理30 min后，6～12.0 kv/cm的电场强度能缓解干旱胁迫对沙棘种子的影响，其中9.0 kv/cm缓解效果最为明显。

电场； 沙棘； 干旱胁迫； 种子萌发； 生理特性

干旱是我国北方地区常见的气象灾害，尤以春旱最为严重。春旱直接影响种子的萌发和出苗，所以提高种子萌发期抗旱性对北方地区的农林业生产具有重要的现实意义。静电场是一种人工综合效应场，具有电磁辐射和恒定电场的效果，同时具有离子束的作用。利用电场处理能提高种子发芽率、发芽势，促进根长、苗高，缩短萌发时间[1-2]。我国从20世纪90年代开始对这一领域做了大量的研究，并对小麦、玉米、水稻及大豆的处理效应进行了报道[3-4]。干旱胁迫条件下对种子进行电场处理的报道也很多，方晶认为，在适宜电场处理条件下，对受干旱胁迫的黄瓜种子萌发有明显的促进作用[5]；侯建华等认为，通过电场处理能够提高油葵种子吸水速率及在水分胁迫条件下的发芽势、发芽率、降低水分胁迫对种子细胞膜的伤害，提高种子萌发期体内抗氧化酶的活性，减少膜脂过氧化产物丙二醛的积累，有利于缓解水分胁迫对油葵种子的伤害，提高种子对水分胁迫的适应性[6]。

沙棘(HipopopHaerhamnoidesL.)是生态适应性极强的树种，具有良好的改良土壤和水土保持功能[7-8]。沙棘具有茂密的枝叶及根系，是荒山荒坡造林的先锋树种。但沙棘种子存在抗性不强，自繁能力弱的缺点[9]。本试验在人工模拟干旱胁迫条件下，通过研究电场处理对沙棘种子萌发及生理生化效应的影响，探索提高沙棘种子萌发抗旱性的新途径，为沙棘生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

供试材料：选自2015年新采集的中国沙棘种子(宽城县林业局提供)。

试验器材： ZGF直流高压发生器 (扬州市菲科特电气有限公司)。

其他试剂及用品：聚乙二醇，分子量6000 ( 任丘市荣盛化工有限公司生产)；硫代巴比妥酸(上海威方化工有限公司生产)；牛血清蛋白；考马斯亮蓝G-250；无水乙醇；磷酸二氢钠(潍坊晨阳化工有限公司生产)；培养皿，11 cm滤纸。试验在宽城县职教中心农林试验室进行。

表1 电场处理对干旱胁迫下沙棘种子发芽指标的影响

处理组发芽势(%)发芽率(%)发芽指数根长(cm)苗高(cm)ck135．56±2．50∗77．78±5．36∗∗42．53±5．18∗∗2．15±0．01∗2．18±0．14∗ck223．14±1．2145．82±5．2317．07±1．361．35±0．071．29±0．2115minW129．03±1．0851．02±3．2119．21±2．211．52±0．031．54±0．14W230．25±2．1454．23±2．3623．15±1．251．56±0．151．62±0．18W328．56±2．3154．12±1．2526．24±3．56∗1．67±0．171．71±0．16W429．25±2．4751．03±2．5831．25±3．20∗1．72±0．161．80±0．1830minW128．63±3．1456．78±3．1423．57±2．131．90±0．091．95±0．17W241．25±1．23∗64．21±2．01∗21．13±4．15∗2．01±0．15∗2．00±0．09∗W346．26±2．54∗∗76．56±4．25∗∗47．19±2．31∗∗2．32±0．03∗2．17±0．08∗W439．23±3．24∗59．12±5．21∗29．35±1．36∗1．94±0．12∗1．96±0．08∗

注：表中“±”号的前部分为平均值，后部分为标准差；同列“*”表示与ck 2有显著差异(p<0.05)，“**”表示与ck 2有极显著差异(p<0.01)，多重比较采用LSD法。

1.2 方 法

1.2.1 种子选取处理

选取大小均匀、颗粒饱满的沙棘种子，先用0.5%的次氯酸钠溶液表面消毒10 min，再用45 ℃温水浸种12 h，取出用滤纸吸干种子表面水分，备用。

1.2.2 电场处理

把处理过的沙棘种子分成对照组ck 1(未干旱胁迫、未电场处理)、干旱胁迫组(不经电场处理)ck 2和电场处理组。将电场处理组种子平均分成若干份，分别置于平行板电极形成的高压场强中，用不同强度的电场分别处理15 min和30 min，电压波形为50 Hz半波整流，处理组电场强度为3.0，6.0，9.0，12.0 kv/cm分别记为W 1、W 2、W 3、 W4组。另外，电场处理之后的种子，在萌发过程中用15%PEG进行干旱胁迫。

1.2.3 种子发芽及测定

用常规方法进行发芽试验，将种子均匀地摆放在铺有3层湿滤纸直径为11 cm的培养皿中，每皿50粒种子，3次重复，在25 ℃光照培养箱中培养8 d。培养期间每天加入15% PEG-6000溶液1次，用来保持胁迫渗透压不变，并且统计发芽率、发芽势，第7天测根长和芽长，进而计算发芽指数；发芽结束后，每处理随机抽取20株幼苗，测量幼苗的根长和苗高；待沙棘幼苗长至一定程度后测SOD、POD、CAT、MDA、可溶性糖和可溶性蛋白，记录数据并进行分析。

1.3 测定指标及方法

发芽势(%)=3 d正常发芽的种子数/供试种子总数×100%；

发芽率(%)=7 d正常发芽的种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt(式中：Gt为t日的发芽数；Dt为发芽天数)。

POD的测定参照张志良的愈创木酚法；CAT的测定参考Bailly等的过氧化氢还原法；SOD的测定参照陈建勋的方法；MDA的测定参照高俊风的硫代巴比妥酸法；可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G-250法；可溶性糖测定采用蒽酮比色法。

1.4 数据统计与分析

采用Excel表格和SPSS软件处理试验数据，用LSD法进行数据显著性比较。

2 结果与分析

2.1 电场处理对干旱胁迫下沙棘种子发芽指标的影响

由表1可以看出，干旱胁迫后，沙棘种子的萌发受到抑制，发芽率降低(41.09%)，萌发时间推迟(发芽势由35.56%降低为23.14%)。经电场处理后，沙棘种子的发芽势、发芽率、发芽指数受到影响，萌发时间缩短，发芽率提高。当处理时间为15 min时，虽然对沙棘种子的发芽势和发芽率有所提高，但与ck 2未形成显著性差异。当处理时间为30 min时，强度在6.0～12.0 kv/cm的电场处理使沙棘种子的发芽势和发芽率提高，其中电场强度为9.0 kv/cm时，发芽势、发芽率和发芽指数提高最为明显，和ck 2形成极显著差异。由表1还可以看出，受干旱胁迫后，沙棘幼苗的根长和苗高受到抑制，根长降低37.21%，苗高降低40.43%，经15 min电场处理后，根长和苗高有所提高，但与ck 2未形成显著性差异；经30 min电场处理后，6.0～12.0 kV/cm的电场强度使沙棘幼苗的根长和苗高提高，与ck 2形成显著性差异。因此，受干旱胁迫的沙棘种子经6.0～12.0 kV/cm的电场强度处理30 min后，能有效缓解干旱胁迫对沙棘种子萌发的抑制作用，其中9.0 kv/cm的电场强度缓解作用最为明显。

2.2 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中渗透物质含量的影响

由图1可知， 沙棘种子受到干旱胁迫后，叶片中可溶性糖含量明显降低(ck 2)，经电场处理后，沙棘叶片中可溶性糖含量和ck 2相比，都有不同程度的提高。电场处理15 min后，各场强处理虽然能提高沙棘叶片中可溶性糖含量，但提高幅度仅为5.51%～16.80%，与ck 2均未形成显著性差异；电场处理30 min后，沙棘叶片中可溶性糖含量提高22.46%～54.41%，均与ck 2形成显著性差异，且表现出随电场强度增大，可溶性糖含量呈先增高后降低的趋势，其中电场强度为9.0 kV/cm的增加幅度最大。

图1 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中可溶性糖含量的影响

由图2可以看出，沙棘幼苗叶片中可溶性蛋白含量的变化和可溶性糖含量的变化基本一致，即干旱胁迫使沙棘幼苗叶片中可溶性蛋白含量明显低于ck 1，但电场处理后，叶片中可溶性蛋白含量提高，其中在电场强度为9.0 kV/cm、经30 min处理后提高效果最为明显。

图2 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中可溶性蛋白含量的影响

2.3 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中酶活性的影响

经电场处理的受干旱胁迫的沙棘种子，不仅萌发时间大大缩短，发芽率提高，而且其幼苗叶片的酶活性也发生了相应的变化。由图3、图4和图5可以看出，当电场处理15 min时，各强度处理使沙棘幼苗叶片中的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性都有所提高，但提高幅度很小，与ck 2未形成显著性差异；电场处理30 min时，6.0～12.0.0 kV/cm电场处理使沙棘幼苗叶片中的抗氧化酶SOD、POD和CAT活性明显提高，提高最为明显的是9.0 kV/cm处理，均与ck 2形成显著性差异，这与电场对沙棘种子萌发指标的提高趋势相一致，说明适宜的电场强度和处理时间均能提高沙棘幼苗中的SOD、POD和CAT活性，有效地提高了其对沙棘幼苗的保护作用。

图3 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中SOD活性的影响

图4 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中POD活性的影响

2.4 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗细胞质膜的影响

MDA是植物细胞膜脂过氧化的产物之一，其含量是衡量干旱胁迫下细胞膜脂过氧化及膜损伤程度的重要指标[10]。由图6可以看出，干旱胁迫后，沙棘幼苗中MDA含量大幅升高，ck 2比ck 1升高了61.81%。经电场处理后，沙棘幼苗中MDA含量有所降低，其中15 min电场处理降低幅度为9.81%～19.23%，但与ck 2差异不显著；电场处理30 min后，沙棘幼苗中MDA含量降低了21.41%～35.78%，其中降低最多的为9.0 kV/cm处理，与ck 2差异显著。

图5 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中CAT活性的影响

图6 电场处理对干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中MDA含量的影响

3 讨 论

干旱胁迫造成植物细胞缺水，细胞膜的结构和透性改变，植物正常代谢受阻。本试验中，PEG-6000模拟干旱胁迫明显对沙棘幼苗叶片渗透物质、MDA含量及抗氧化酶活性都产生影响。关于PEG模拟干旱胁迫对植物生长发育的影响，在多种植物中均有报道[10-12]。本试验在干旱胁迫下沙棘幼苗可溶性蛋白、可溶性糖含量及SOD、POD和CAT活性均有所降低，表明所设置的15%的PEG-6000干旱胁迫对沙棘幼苗均造成了伤害。在适宜电场处理下，受干旱胁迫的沙棘幼苗MDA含量降低，萌发指标和抗氧化酶活性均有不同程度的提高，根长和苗高也有不同程度的增长。因此，电场对沙棘种子萌发期遭受的干旱胁迫具有明显缓解作用。

4 结 论

综上所述，电场处理可以缓解干旱胁迫下沙棘幼苗叶片中蛋白质及可溶性糖含量，提高SOD、POD和CAT活性，通过3种酶协同作用，有效地缓解膜脂过氧化作用，从而降低MDA的含量。其中以电场处理30 min，场强9.0 kv/cm的处理缓解效果最佳。

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Effect of Electric Field on Seed Germination and Seedling Physiological Characteristics of Seabuckthorn under Drought Stress

HELirong，WANGYing

2017-02-27

何立荣(1971—)，女，河北省承德市宽城满族自治县人；高级讲师，主要从事果树栽培与技术研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.07.095

S 793.6

A

1001-4705(2017)07-0095-04