盐胁迫下超声波处理对毛竹种子萌发及幼苗生长的影响

2018-03-31，，，，

种子 2018年3期

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(1.绵阳东辰国际学校高中部，　四川绵阳 621000；2.绵阳师范学院生命科学与技术学院，　四川绵阳 621000)

毛竹(Ph.Edulis(Carr.)H.de Lehaie)是禾本科(Gramineae)竹亚科(Bambusoideae)刚竹属(PhyllostachysSieb.et Zucc.)植物，广泛分布于北纬46°以南地区，是我国栽培面积最大、经济价值高的竹类资源[1-3]。长期以来，毛竹林的培育主要采用传统的母竹移植法，该造林方式存在运输不方便、造林成本高、成活率低、萌笋少、成林慢以及苗木来源紧缺等诸多缺陷[4]。而竹类植物开花结实习性独特，终其一生只开一次花，且在种子发育成熟后随即死亡[5]。同时，竹类植物不仅自然结实率低，而且种子质量差、寿命短、萌发率低[3,5]。因此，研究毛竹种子的萌发特性对毛竹种质资源的分子遗传改良、竹林快速培育以及产业的发展具有十分重要的意义。

随着全球环境不断恶化，土壤盐碱化已成为全球共同面临的环境问题。据统计，世界土壤盐碱化已高达约9.5亿hm2，而我国约为0.95亿hm2，占全球比例的10%[6]。植物种子在萌发时期，其抵抗力弱，对盐胁迫极为敏感[6]；而盐胁迫将影响植物种子萌发和幼苗生长发育，甚至影响植株的生理和形态建成[7-9]。超声波是一种能被植物吸收，可增强细胞活力，加速细胞分裂，促使植物生长加快的能量[10]。近年来，超声波技术广泛应用于植物的研究中。研究表明，超声波处理可影响植物种子萌发和幼苗生长[11-14]。目前，关于毛竹种子萌发的研究主要集中在温度、光照、水分、辐射、重金属胁迫等因素对其影响方面[1,4,15-17]。为此，本试验研究盐胁迫下不同时间的超声波处理对毛竹种子萌发和幼苗早期生长的影响，为解决盐碱化地区的竹林培育提供参考。

1　材料与方法

1.1　材　料

毛竹(Ph.Edulis(Carr.)H.de Lehaie)种子购自于云南昆明，选取籽粒饱满、大小均一的种子作为试材。试验于2017年10月在西南科技大学的“四川省生物质资源利用与改性工程技术研究中心”重点实验室进行。超声波清洗器(KQ-218)购置于昆山市超声仪器有限公司。

1.2　方　法

1.2.1种子处理

试验设置4个处理，每个处理3次重复，每次重复100粒种子。超声波处理时，用纱布将种子包好，置于超声波清洗器内槽中，并注入适量的含有100 mmol/L氯化钠的蒸馏水。处理频率40 kHz，功率100 W，时间分别为0(对照)，5，15，25 min。处理完毕后，自然晾干备用。

1.2.2发芽试验

将内置2层滤纸的培养皿进行灭菌，而后烘干。将处理好的种子排放于无菌的培养皿中，用移液枪加入10 mL含有100 mmol/L氯化钠的无菌蒸馏水。萌发试验置于25 ℃恒温光照培养箱中进行，光照/黑暗时间为12 h/12 h依次交替，光照强度为2 000 lx。

表2盐胁迫下超声波对毛竹幼苗生长的影响

处理(min)总生物量(g)根部生物量(g)地上部分生物量(g)根冠比0(ck)2．5800±0．0856d0．6633±0．0306d1．9167±0．0551d0．346152．8268±0．0433c0．7340±0．0123c2．0928±0．0310c0．3507153．5904±0．0213a0．9012±0．0101a2．6892±0．0111a0．3351253．1247±0．0369b0．8283±0．0155b2．2965±0．0213b0．3607

1.2.3指标测定

每天观察统计种子的萌发数，第7天计算毛竹种子的发芽势，第10天计算发芽率、相对发芽率[1,4]。发芽结束后，将每个处理的样品混合，随机选取5株幼苗，并测量幼苗地上部分、地下部分的鲜重、根长。同时，参照黄业伟[18]的方法，测定植株的SOD活性、POD活性、丙二醛含量等生理生化指标。

1.2.4数据的统计与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007软件进行统计、处理、分析。

2　结果与分析

2.1　盐胁迫下超声波对毛竹种子萌发特性的影响

种子发芽率的高低可反映出种子生命活力的大小，而相对发芽率则可看出不同胁迫处理下，植物种子的萌发状况。试验结果表明，在盐胁迫下，超声波处理的毛竹种子发芽率都与对照有显著差异(表1)。发芽率最低的是对照组，为37.33%；发芽率最高的是超声波处理15 min，为52.33%；处理组的发芽率均显著高于对照组，发芽率增幅在7%～15%之间。随着超声波处理时间的增加，种子的发芽率呈先上升后下降的趋势。而在盐胁迫下，超声波处理的毛竹相对发芽率分别为对照组的1.187 5倍、1. 401 8倍及1.277 0倍。进一步分析得知，毛竹种子的发芽势也呈现类似的趋势，即处理组的发芽势均显著高于对照组；对照组的发芽势最低，为19.00%；超声波处理15 min的发芽势最高，为26.67%；随着处理时间增加，发芽势也是先上升后下降。这表明在盐胁迫下，超声波处理可有效缓解盐害现象，促进种子萌发；但随着处理时间不断增加到超过种子承受的阀值后，发芽将会受到抑制。

2.2　盐胁迫下超声波对毛竹幼苗生长的影响

盐胁迫对植物的幼苗生长有着较大的抑制作用[18]。研究结果表明，盐胁迫下，毛竹幼苗的生物量为2.580 0 g，其中根部为0.663 3 g，地上部分为1.916 7 g。超声波处理后，幼苗的生物量均较对照组的高；最高是超声波处理15 min，生物量为3.590 4 g，其中根部的为0.901 2 g，地上部分的为2.689 2 g。各处理均与对照组有显著差异。植株的根冠比小于0.4，表明植株的生长受到一定的抑制[18]。本试验结果表明，对照组和试验组的根冠比均小于0.4，对照组为0.346 1；超声波处理5、15、25 min的根冠比分别为0.350 7、0.335 1、0.360 7，其中处理5 min和处理25 min的根冠比要大于对照组，处理15 min的根冠比小于对照组。这表明盐胁迫下，植株的生长和发育均受到盐害的影响，只超声波处理只可起到缓解盐害的作用。

表1盐胁迫下超声波对毛竹种子萌发特性的影响

处理(min)发芽率(%)相对发芽率(%)发芽势(%)0(ck)37．33±1．53d100．0019．00±1．00c544．33±0．58c118．7523．67±1．53b1552．33±0．58a140．1826．67±1．53a2547．67±0．58b127．7023．67±0．58b

注：同列不同小写字母表示各水平之间差异显著(p<0.05)，下同。

2.3　盐胁迫下超声波对毛竹幼苗期生理的影响

超氧化化物歧化酶、过氧化物酶的活性与植株抗氧化能力相关。这2种酶活性的高低一定程度上反映了植株抗性的能力。试验结果(表3)表明，盐胁迫下的超声波处理，SOD的活性呈上升趋势，酶的活性呈不同幅度的增加，其中最高的是超声波处理25 min，为376.83 U/(g·min)。同时，与ck比较而言，试验组SOD的活性均显著性提高。而在盐胁迫下，超声波处理使得植株的POD活性均显著高于ck，但随着处理时间的增加，POD活性呈现下降的趋势。

丙二醛是脂质过氧化的主要产物之一，其含量可间接表示膜受损伤的程度。盐胁迫则可导致植株体内丙二醛的累积，最终破坏膜系统，增加膜的通透性。本研究表明，在盐胁迫下，超声波处理均能降低植株丙二醛的含量。超声波处理5、15、25 min后，丙二醛的含量分别为2.32、2.35、2.42μmol/g，均显著低于ck的2.91μmol/g。但随着超声波处理的时间增加，植株的丙二醛含量逐渐上升。

3　讨　论

表3盐胁迫下超声波对毛竹幼苗期生理的影响

处理(min)SOD活性[U/(g·min)]POD活性[U/(g·min)]丙二醛含量(μmol/g)0(ck)303．40±4．80c108．33±5．51d2．91±0．04a5360．95±2．08b162．20±3．27a2．32±0．08b15373．77±5．95a150．54±7．78b2．35±0．08b25376．83±7．15a130．30±7．14c2．42±0．03b

种子在植物生长的整个生活史中占有重要的地位，是植物生活周期中最关键的阶段之一。相对于植物成年阶段，植物种子在萌发时期抵抗力弱，对盐胁迫极为敏感[6]。逆境胁迫将影响植物种子的萌发特性、幼苗生长，最终影响植株的生理和形态建成[7-9]。盐胁迫对种子萌发的影响主要可分为渗透效应与毒性效应，渗透效应使种子吸水下降从而影响种子发芽，而毒性效应则对细胞质膜产生毒害，干扰代谢从而影响种子萌发[19]。而超声波是一种能被植物吸收，可增强细胞活力，加速细胞分裂，促使植物生长加快的能量，可有效缓解盐害作用[10,20]。

本试验结果表明，在盐胁迫下，超声波处理可以显著提高毛竹种子的发芽率和发芽势，并促进生物量的积累，提高抗逆能力。这和前人的研究结果相类似[11-14,20]，表明超声波可以促进植物的种实萌发。然而，随着超声波处理时间的不断增加，发芽率、发芽势等指标逐渐下降，这可能是因为超过植物的承受范围，细胞膜和各种代谢受到干扰，进而逐渐引起胚的死亡[20-21]。同时，盐胁迫会导致植物幼苗的生长受到抑制，引起MAD的急剧增加，而SOD、POD等酶系统会受到一定影响，造成代谢紊乱，影响种实的萌发和植株的形态建成。本试验结果表明，在盐胁迫下，超声波处理可以提高毛竹幼苗的SOD、POD等酶的活性，降低MDA的含量，有效缓解毛竹幼苗的盐害作用。说明超声波处理有利于维持盐胁迫下的细胞膜稳定性，为种子萌发和幼苗的生长提供一个稳定内环境[20]。

土壤盐碱化已成为制约农业、林业发展的重要因素之一。有效缓解盐害对促进农、林业的发展具有重要的意义。超声波的作用效果和超声波的频率大小、功率高低、处理时间长短、处理环境的温度等多种因素相关。但本试验和大多数研究一样，只考虑其中的某几个因素。目前，超声波的作用机理也尚不完全清楚，因此，要全面了解超声波对植物种子萌发和幼苗生长的影响，以及其超声波的作用机理，还需要结合超声波的频率、功率、时间、温度等指标，并从生理生化、分子生物学等角度进行全面的研究。

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