引发处理对高温胁迫下芹菜种子萌发与激素的影响

孙梦遥， 付炳堃， 刘天丽， 李 晓， 王 倩

（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）

芹菜（Apium graveolens L.）为耐寒性蔬菜，喜冷凉，忌炎热，已日趋成为国内外主要蔬菜。种子内含有挥发油，外皮革质，透水性差，发芽慢。据文献报道，种子在15～20℃时发芽良好，25℃以上发芽率迅速降低，30℃以上几乎不发芽［1］。这是芹菜夏季育苗栽培的重要限制因素。为了满足市场需要，实现芹菜周年供应，对芹菜种子进行耐热生理研究。

近年来，种子引发技术在蔬菜种子抗逆境生理研究上迅速发展，其中渗调引发的研究最多［2］，渗调引发（Osmopriming）是以溶质为引发剂，通过控制溶液的水势调节种子吸水，进而达到引发目的的一种播前种子处理技术［3－5］。目前关于种子渗调引发的生理机制研究还不够深入，未能完全解释渗调引发对种子萌发的生理调节机制，故而研究渗透引发与种子激素的关系具有重要的基础研究意义。

1 材料和方法

1.1 材 料

供试种子为文图拉芹菜种子。将芹菜种子按表1方法进行引发处理。种子处理后用蒸馏水清洗3遍，再用滤纸吸干表面水分，在室内回干，待种子的含水量恢复至最初种子含水量时将种子收起备用。对照处理（ck）不做任何预处理。

表1 种子引发处理

1.2 方 法

1.2.1 种子发芽试验

发芽试验按照《农作物种子检验规程》进行。将引发后的种子置于20cm×15cm×12cm的聚乙烯发芽盒中，发芽盒放入智能光照培养箱进行培养，将培养条件设置为：日温／夜温（分别为22℃／12℃、26℃／16℃、30℃／20℃、34℃／24℃），光照强度6 000lx，光照12h／黑暗12h）。每处理3次重复，每重复100粒种子。以胚根长达0.2cm作为萌发标志，统计每天萌发的种子数，连续统计14d，计算发芽势、发芽率、发芽指数，其中发芽势以前10d的发芽数计算。

1.2.2 种子活力试验

幼苗生长试验采用玻璃板生长实验与扫描分析结合法：将种子置于玻璃板的湿滤纸上，将玻璃板直立使种子发芽孔朝下并同一水平线，置于透明收纳箱中，倒入适量蒸馏水，将收纳箱放入智能光照培养箱进行培养，将培养条件设置为：日温／夜温（分别为22℃／12℃、26℃／16℃、30℃／20℃、34℃／24℃，光照强度6 000lx，光照12h／黑暗12h）。每处理3次重复，每重复30粒种子。16d后使用扫描仪（Eperson perfec－tionV 700Photo）扫描萌发种子下胚轴长与胚根长并称量种子鲜重与干重，计算种子的活力指数。

1.2.3 种子激素测定

将引发的种子按照上述发芽试验的方法进行萌发培养，10d后将所有处理的种子取样，采用植物激素酶联免疫吸附测定法（ELISA）测定种子激素脱落酸（ABA）、生长素（IAA）、赤霉素（GA）、油菜素内酯（BR）和玉米素核苷（ZR）的含量［6］。

1.3 数据处理

评价种子活力参数包括种子发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数，按以下公式计算。

发芽率（%）＝∑Gt／N×100%；

发芽势（%）＝Gn／N×100%；

发芽指数＝∑（Gt／Dt）；

活力指数＝S×GI；

式中：Gt为发芽开始后t日内的发芽数（末次统计）；N为种子总数；Gn为发芽开始后n日内的发芽数（初次统计）；Gt为第t日的发芽数；Dt为相应的发芽日数；S为幼苗胚根长。

数据分析采用SPAS 19.0软件进行单因素ANOVA方差分析，多重比较检验采用Duncan氏新复极差法（SSR法），在0.05显著性水平上检测，作图采用Microsoft Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 引发处理对高温胁迫下芹菜种子萌发的影响

由表2可知，各处理的种子发芽率、发芽势和发芽指数均随着温度的变化呈先升高后下降的趋势，在30℃／20℃时最高，在34℃／24℃时显著下降。其中，相比ck处理，PEG处理的种子发芽率、发芽势、发芽指数均在34℃／24℃时显著提高。GA3处理、H2O2处理和CaCl2处理均可以在高温时提高种子发芽率、发芽势和发芽指数。其中，在34℃／24℃时，H2O2处理和CaCl2处理对发芽率促进作用最明显，分别提高了17.73%和16.21%，GA3处理次之，提高了13.05%；GA3处理对种子发芽势促进作用最明显，提高了71.54%；H2O2处理和CaCl2处理次之，两者平均提高了50.90%；GA3处理、H2O2处理和CaCl2处理对发芽指数的促进作用无明显差异，平均提高了24.40%。因此，30℃／20℃可促进各处理种子的萌发，34℃／24℃会抑制各处理种子的萌发。

2.2 引发处理对高温胁迫下芹菜种子活力的影响

由表3可知，各处理的种子下胚轴长、鲜重、干重和活力指数均随着温度的变化呈先升高后下降的趋势，在30℃／20℃时最高，在34℃／24℃时显著下降；各处理的种子胚根长在30℃／20℃时即开始下降。其中，相比ck处理，PEG处理的种子活力指数在34℃／24℃时显著提高，胚根长、下胚轴长、鲜重和干重均无明显提高。GA3处理、H2O2处理和CaCl2处理均可以在高温时提高种子胚根长、下胚轴长、鲜重、干重和活力指数。其中，在34℃／24℃时，GA3处理对种子干重促进作用最明显，提高了30.77%，H2O2处理和CaCl2处理次之，平均提高了13.46%；GA3处理、H2O2处理和CaCl2处理对活力指数的促进作用无明显差异，平均提高了73.64%；CaCl2处理对胚根长的促进作用最明显，提高了43.13%，GA3处理和H2O2处理次之，分别提高了38.13%和37.81%。GA3处理和CaCl2处理对下胚轴长和鲜重的促进作用最明显，平均分别提高了48.96%和36.77%，H2O2处理次之，分别提高了39.19%和11.28%。因此，GA3处理和CaCl2处理对种子活力的促进作用最为明显，H2O2处理次之。

表2 引发处理对高温胁迫下芹菜种子萌发的影响

表3 引发处理对高温胁迫下芹菜种子活力的影响

2.3 引发处理对高温胁迫下芹菜种子激素含量的影响

由图1、图2可知，不同温度下，不同引发处理对种子激素含量及其比例的影响极其复杂。在高温胁迫下，所有处理的种子各类激素含量都有所下降，但不同引发处理各类激素下降水平不同以及不同激素比例的变化不同。在30℃／20℃时，ck处理、PEG处理、GA3处理与H2O2处理的ABA、IAA、GA、BR和ZR含量以及IAA／ABA、GA／ABA、BR／ABA与ZA／ABA都有所提高，并且GA3处理各项激素含量与激素比例均处于最高水平或较高水平，PEG处理和H2O2处理依次降低，ck处理最低；CaCl2处理的各种激素含量及激素比例均在30℃／20℃时有所下降。在34℃／24℃时，ck处理、PEG处理、GA3处理与 H2O2处理的ABA、IAA、GA、BR和ZR含量以及IAA／ABA、GA／ABA、BR／ABA与ZA／ABA都有所下降，并且不同处理的各种激素含量下降幅度不同而使各项激素比例处于不同水平；CaCl2处理的各激素含量与激素比例变化不大或有提高。其中，H2O2处理的IAA／ABA处于最高水平，PEG处理、CaCl2处理与ck处理依次降低，GA3处理最低；GA3处理的GA／ABA处于最高水平，ck处理与H2O2处理次之，PEG处理与CaCl2处理最低；CaCl2处理的BR／ABA处于最高水平，H2O2处理、PEG处理与GA3处理依次降低，ck处理最低；CaCl2处理的ZR／ABA处于最高水平，PEG处理、ck处理与H2O2处理依次降低，GA3处理最低。结合2.1和2.2的结果分析可知，ck处理、PEG处理、GA3处理与H2O2处理的激素比例随温度的变化规律与其种子活力随温度变化的规律一致；此外，不同引发处理对不同激素比例的调节与引发处理对种子活力的影响有一定联系，GA／ABA处于最高水平的GA3处理和BR／ABA与ZR／ABA处于最高水平的CaCl2处理的种子活力都处于较高水平，IAA／ABA处于最高水平而其他激素比例处于较低水平的H2O2处理的种子活力次之。

图1 引发处理对高温胁迫下芹菜种子激素含量的影响

图2 引发处理对高温胁迫下芹菜种子激素含量比例的影响

3 讨 论

3.1 引发处理对高温胁迫下芹菜种子萌发和种子活力具有促进作用

温度是影响种子萌发的关键因素，在实际生产中难以达到种子萌发的适温条件，因此人们开始探索各种方法使种子具备抗低温或高温的能力，种子引发则是一种广为应用与研究的方法。本试验结果表明，30℃／20℃可一定程度促进芹菜种子的萌发，这与前人总结的种子萌发适温不一致，有可能是品种更具耐热性且萌发适温不低于16℃的缘故。34℃／24℃明显抑制各处理种子的萌发，同时相比ck处理，GA3处理和CaCl2处理对发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等种子活力指标促进作用最为明显，H2O2处理和PEG处理次之，说明各引发处理均可以在一定程度上维持种子活力，有效减轻高温胁迫对种子萌发的危害，这与前人在莴苣种子、香菜种子、芹菜种子的研究结果相近［7－10］，说明引发处理在芹菜种子抗高温萌发方面亦适用。至于不同引发方法处理效果不同，有可能是引发方法对种子的膜透性、酶活性及激素水平等方面产生差异影响的原因，有待进一步探讨。

3.2 引发处理对高温胁迫下芹菜种子激素水平有调节作用

植物激素是种子发育过程中胚产生的重要物质，其中ABA诱导种子休眠，GA促进种子萌发，细胞分裂素（CTK）和BR是种子萌发过程中GA生物学功能的促进因子，同时也是 ABA 的拮抗因子［11－12］，本试验用ZR作为CTK作用的参考。IAA具有促进细胞分裂和植物生长的作用，但其是否调控种子萌发尚未有确切报道。植物激素在植物内部的含量是极微小的，并且各类激素含量之间的比例平衡是影响植物细胞生理生化活动的推动因素［13］。因此，单独考虑激素含量的变化是片面的，应根据各类激素含量之间的比例来分析激素对种子萌发的影响。本试验结果表明，温度与引发处理都会影响芹菜种子激素含量与激素比例。在高温胁迫下，所有处理的种子各类激素含量都有所下降且不同处理的激素比例变化不同，ck处理、PEG处理、GA3处理与H2O2处理的激素比例随温度的变化规律与其种子活力随温度变化的规律一致，这说明引发处理有可能通过调节种子激素水平来调节种子萌发与生长以适应温度变化，并且IAA、GA、BR与ZR有助于种子萌发。此外，GA、BR和ZR是目前公认的促进种子萌发的主导激素，在一定范围内其与ABA的比值越大越能促进种子萌发。不同引发处理对不同激素比例的调节与引发处理对种子活力的影响两者之间的联系，一定程度上验证了上述结论，同时更肯定了引发处理有可能通过调节种子激素水平来影响种子萌发与生长的推测，相信这可以作为种子引发调控机制的研究依据。至于不同引发处理如何调节种子激素水平以及激素水平如何调控种子萌发生长，有待进一步研究。

［1］杨妙贤，郑慧明.芹菜种子反季节发芽技术研究［J］.种子，2005，24（9）：85.

［2］李皓，李传中，曾瑞珍，等.种子引发技术研究进展［J］.热带农业工程，2012，36（3）：20－23.

［3］Amooaghaie R.The effect of hydro and osmoprimingon alfalfa seeds germination and antioxidant defenses under salt stress［J］.African journal of biotechnology，2011，10（33）：6 268－6 275.

［4］Chen K T，Rajeev A.Dynamics of the antioxidant system during seeds osmopriming，post－priming germination，and seedsling establishment in spinach （Spinacia oleracea）［J］.Plant Science，2011，180（2）：212－220.

［5］Dorota S.Enhancement of zinnia seeds by osmopriming and grapefruit extract treatment［J］.Acta Scientiarum Polonorum－Hortorum Cultus，2011，10（2）：33－47.

［6］尹燕枰，董学会.种子学实验技术［M］.北京：中国农业出版社，2008：89－93，216－217.

［7］王艳芳.引发对高温胁迫下莴苣种子萌发及幼苗生长的影响［D］.中国农业大学硕士研究生论文，2014：12.

［8］魏萍.聚乙二醇、青霉素、双氧水对香菜陈种子发芽及田间成苗的影响［J］.青海农林科技，2013（3）：9－12.

［9］钱森和，杨超英，薛正莲，等.PEG引发对芹菜种子活力影响的研究［J］.生物学杂志，2009（1）：76－78，86.

［10］尤亚伟，王玉珍，李霞.GA3对于芹菜种子休眠打破及TDZ对芹菜分化的影响［J］.华北农学报，2007，22（增刊）：61－63.

［11］Birgit K，Marc A C，Leubner－Metzger G.Plant hormone interactions during seeds dormancy release and germination［J］.Seeds Science Research，2005，15：281－307.

［12］Kim T W，Wang Z Y.Brassinosteroid signal transductionfrom receptor kinases to transcription factors［J］.Annual Review Plant Biology，2010，61：681－704.

［13］杨荣超，张海军，王倩，等.植物激素对种子休眠和萌发调控机理的研究进展［J］.草地学报，2012（1）：1－9.