赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻种子萌发初期幼苗生理的影响

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(云南大学农学院，　昆明 650500)

干旱是农业生产中最常见的自然灾害之一，对农业生产的危害极大，是导致作物产量下降最主要的环境胁迫因子。大麻(CannabissativaL.)是大麻科(Cannabaceae)大麻属(Cannabis)的一年生草本植物[1]，是世界公认的综合利用价值极高的经济作物。目前，干旱严重限制了大麻的种植推广，因此，在改善大麻栽培环境的同时，提高大麻抗旱能力成为亟待解决的关键问题。

种子的萌发以及幼苗的生长是植物整个生命活动的起点，也是植物适应外部环境的端点，更是植物生长的最敏感时期[2]，这一时期干旱胁迫会严重影响植物的生长发育。据报道，施用某些外源物质(如钙、水杨酸、赤霉素等[3-9])是增强植物抗旱能力的有效手段。赤霉素作为一种植物生长调节剂，在种子萌发过程中，能破除种子休眠，促进淀粉酶和其他水解酶的合成，并对受损的细胞膜起一定的修复作用[10]。杨丽文等研究发现，赤霉素可以增加干旱胁迫下番茄幼苗的渗透调节物质和氧化酶活性，提高抗旱能力[11]。赤霉素还可以增加干旱胁迫下苜蓿的SOD活性和POD活性[12]。维生素C(Vc)又称抗坏血酸，在植物的生长和生理功能上具有很重要的调节作用，可以在一定的生理范围内很好地清除活性氧自由基，并防止自由基对细胞的破坏，使植物免受活性氧的伤害，提高植物的抗逆性[13]。已有研究表明，外源Vc可明显提高海水胁迫下油菜种子的SOD活性和POD活性[14]。

国内外关于应用外源物质缓解大麻萌发初期干旱胁迫的研究鲜有报道。因此，本试验以云南工业大麻品种云麻1号和广西地方工业大麻品种巴马火麻种子为试验材料，研究不同浓度的赤霉素和Vc浸种处理对20% PEG-6000模拟干旱胁迫的大麻种子萌发及幼苗生理指标的影响，探索赤霉素和Vc缓解干旱的浓度，并应用隶属函数法评价其效果，为解决大麻在生产中遇到的干旱胁迫问题提供参考。

1　材料与方法

1.1　材　料

供试材料为云南工业大麻品种云麻1号和广西地方工业大麻品种巴马火麻种子。其中云麻1号由云南省农业科学院经济作物研究所提供，巴马火麻由广西省农业科学院经济作物研究所提供。

注：ck1为不干旱处理(不添加PEG)，ck2为干旱处理(添加PEG不浸种)。下同。图1　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗可溶性蛋白质含量的影响

1.2　方　法

1.2.1试验方法

浸种处理：选取颗粒饱满、大小一致的云麻1号和巴马火麻种子，70%酒精消毒，蒸馏水冲洗干净后，分别用赤霉素和Vc室温下进行浸种处理。2种物质均设置4个浓度(200，400，600，800 mg/L)浸种8 h。浸种完成后，取出种子，晾干24 h。

萌发试验：在洗净、烘干铺好滤纸的9 cm培养皿中加入20%PEG-6000溶液15 mL，待滤纸被充分浸润后，随机挑选浸种回干后的种子，均匀摆放30粒于培养皿中，置于恒温恒湿光照培养箱中培养，以不干旱处理(不添加PEG)为对照1(ck1)，干旱处理(添加PEG不浸种)为对照2(ck2)。培养条件：暗培养3 d后；光照12 h，温度为25 ℃；黑暗12 h，温度为20 ℃。各处理均设3次重复。

1.2.2指标测定

采用称重法，每天定期向培养皿中添加20%PEG-6000，保持培养皿内适宜水分。培养第13天取幼苗(整株)测定可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性。以上指标的测定均3次重复。

可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[15]；可溶性糖含量测定采用硫代巴比妥酸法测定[15]；过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定[15]；超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑法测定[16]。

1.3　数据分析

试验数据采用Excel 2010软件进行整理、分析和制图。利用隶属函数法分别对赤霉素和Vc浸种处理对干旱胁迫下云麻1号和巴马火麻种子萌发初期幼苗生理的缓减效果进行综合评价[12]。每个样品各项指标的具体隶属函数值计算公式为：

Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X为参试样品某一抗旱指标的测定值，Xmax、Xmin分别为所有试样中该指标的最大值和最小值。最后把每个试样各项指标隶属函数值累加，取其平均值。平均值越大，抗旱性越强，反之，抗旱性越弱。

2　结果与分析

2.1　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫的大麻萌发初期幼苗生理生化指标的影响

2.1.1赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗可溶性蛋白质含量的影响

从图1可看出，与不干旱处理(ck1)相比，干旱胁迫(ck2)时，大麻幼苗中可溶性蛋白含量明显下降，而赤霉素和Vc浸种处理均可以不同程度地提高可溶性蛋白质含量。其中，赤霉素浸种处理，大麻幼苗的可溶性蛋白质含量呈先减少后增加再减少的趋势，而Vc浸种处理，云麻1号和巴马火麻幼苗的可溶性蛋白质含量均呈先增加后减少的趋势。除800 mg/L赤霉素和200 mg/L Vc处理外，赤霉素和Vc浸种处理均提高了云麻1号幼苗可溶性蛋白质含量，且高于不干旱处理，在600 mg/L时最高。赤霉素和Vc浸种处理同样增加了巴马火麻幼苗可溶性蛋白质含量，在600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc时达到最高。

2.1.2赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗可溶性糖含量的影响

从图2可看出，干旱胁迫(ck2)时，大麻幼苗中的可溶性糖含量下降，赤霉素和Vc浸种处理显著提高了大麻幼苗中可溶性糖含量，且可溶性糖含量随着赤霉素和Vc浓度的增加呈先增后减的趋势。其中，赤霉素浸种处理，除巴马火麻在200 mg/L时可溶性糖含量低于干旱胁迫(ck2)外，云麻1号和巴马火麻幼苗可溶性糖含量均显著增加，并在600 mg/L时最高。而不同浓度Vc浸种处理下，云麻1号和巴马火麻幼苗的可溶性糖含量均有显著提高，并在浓度为400 mg/L时可溶性糖含量达到最高。

图2　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗可溶性糖含量的影响

图3　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗POD活性的影响

图4　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗SOD活性的影响

2.1.3赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗POD活性的影响

从图3可看出，与不干旱处理(ck1)相比，干旱胁迫(ck2)时大麻幼苗POD活性显著降低，而赤霉素和Vc浸种处理均增加了大麻幼苗内POD活性，并呈先增后减的趋势。在赤霉素浸种处理下，云麻1号和巴马火麻幼苗POD活性均在600 mg/L时最高，而Vc浸种处理时，POD活性在浓度为400 mg/L时达到最高值。

2.1.4赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗SOD活性的影响

从图4可看出，干旱胁迫下(ck2)，大麻幼苗内SOD活性下降，赤霉素和Vc浸种处理后SOD活性均增高。其中，云麻1号幼苗SOD活性均高于不干旱处理(ck1)，在600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc处理时SOD活性最高。赤霉素和Vc浸种也不同程度地提高了巴马火麻幼苗SOD活性，并在600 mg/L赤霉素和600 mg/L Vc时SOD活性最高。

表1赤霉素和Vc浸种处理对干旱胁迫下云麻1号萌发初期幼苗抗旱性影响的综合评价

处理(mg/L)隶属函数值可溶性蛋白质含量可溶性糖含量POD活性SOD活性平均值排序ck10.3552 0.6025 0.2152 0.1462 0.3298 5ck20.0559 0.0000 0.0000 0.0000 0.0140 6GA32000.7641 0.2944 0.3425 0.9146 0.5789 3GA34000.6754 0.7809 0.7242 0.8525 0.7583 2GA36001.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1GA38000.0000 0.7414 0.3220 0.6560 0.4298 4ck10.2452 0.5835 0.4014 0.1765 0.3517 5ck20.0670 0.0000 0.0000 0.0000 0.0167 6Vc2000.0000 0.7439 0.7304 0.8461 0.5801 4Vc4000.4746 1.0000 1.0000 1.0000 0.8686 1Vc6001.0000 0.7663 0.8165 0.7657 0.8371 2Vc8000.6940 0.6399 0.5872 0.6341 0.6388 3

表2赤霉素和Vc浸种处理对干旱胁迫下巴马火麻萌发初期幼苗抗旱性影响的综合评价

处理(mg/L)隶属函数值可溶性蛋白质含量可溶性糖含量POD活性SOD活性平均值排序ck10.3117 0.7694 0.7265 1.0000 0.7019 2ck20.0000 0.0868 0.0000 0.0000 0.0217 6GA32000.4395 0.0000 0.1757 0.9190 0.3835 4GA34000.1970 0.2619 0.2753 0.6465 0.3452 5GA36001.0000 1.0000 1.0000 0.9195 0.9799 1GA38000.5585 0.1858 0.2866 0.7181 0.4372 3ck10.3249 1.0000 1.0000 1.0000 0.8312 1ck20.0000 0.0000 0.0000 0.2766 0.0691 6Vc2000.5441 0.1027 0.0143 0.7206 0.3454 4Vc4001.0000 0.9003 0.2435 0.4079 0.6379 3Vc6000.7594 0.7563 0.2409 0.9225 0.6698 2Vc8000.2068 0.2573 0.1253 0.0000 0.1474 5

2.2　赤霉素和Vc浸种对干旱胁迫下大麻幼苗抗旱性影响的综合评价

采用隶属函数法分别对干旱胁迫下不同浓度赤霉素和Vc处理对大麻萌发初期幼苗4个生理生化指标的影响进行全面、综合的评价，比较不同浓度赤霉素和Vc处理对大麻萌发初期幼苗抗旱性影响的大小。隶属函数分析结果(表1和表2)表明，云麻1号和巴马火麻均为600 mg/L赤霉素处理时生理特性最好，而在Vc处理中，云麻1号在400 mg/L时效果最好，巴马火麻在600 mg/L时效果最好，且赤霉素处理的综合评价效果优于Vc。

3　讨　论

渗透调节是植物抵御干旱胁迫的重要机制，可溶性蛋白质和可溶性糖作为渗透调节物质的一种，是逆境条件下植物抗逆形成的重要物质基础[17]。植物体细胞内可溶性蛋白质含量对于维持植物细胞渗透势有重要作用，有效积累可溶性蛋白质有利于植物抵抗逆境的伤害[18]。而植物细胞可以通过积累大量的可溶性糖，使细胞原生质浓度增大，进而引起抗脱水作用，增强植物的抗旱性[19]。许多研究表明，外源物质可以增加植物体内可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量，从而缓解了干旱胁迫对植物的伤害[20-21]。在本研究中，干旱胁迫导致大麻萌发初期幼苗可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量降低，而经过不同浓度赤霉素和Vc浸种处理后，云麻1号和巴马火麻可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量均有不同程度的增加，并且云麻1号和巴马火麻在600 mg/L赤霉素时可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量达到最高，而适宜的Vc浓度为400 mg/L。说明适宜浓度赤霉素和Vc浸种增加了大麻萌发初期幼苗体内渗透调节物质的量，提高了大麻自身的渗透调节能力，从而进一步提高抗旱能力。

干旱胁迫能够破坏活性氧的产生和消除之间的动态平衡，使植物细胞受到伤害，从而影响植物的正常生长代谢[22]。当植物遭受干旱胁迫时，首先细胞膜会受到破坏，使细胞膜透性增大，细胞内活性氧自由基增加，使细胞遭受氧化危害[23]，SOD和POD是植物细胞内清除活性氧的保护酶系统的重要组成部分。其中，SOD能够清除植物体内过量的活性氧，减少活性氧对细胞膜的伤害，POD能够分解植物体内氧化酶的毒性产物，抑制其对膜脂的攻击[22]。已有研究表明，一些外源物质处理能够增加植物的氧化酶活性，从而提高植物的抗逆性[24-25]。本研究发现，干旱胁迫下，大麻幼苗POD和SOD活性呈现下降趋势，不同浓度赤霉素和Vc浸种处理后，云麻1号和巴马火麻SOD和POD活性均高于不干旱处理。对云麻1号而言，600 mg/L赤霉素和400 mg/L Vc浸种SOD和POD活性最高，巴马火麻在600 mg/L赤霉素和Vc时活性最好，说明适宜浓度的赤霉素和Vc能够诱导抗氧化酶的生成，清除自由基从而减轻干旱胁迫对大麻萌发初期幼苗的伤害。

综上所述，赤霉素和Vc浸种可有效地提高干旱胁迫下大麻萌发初期幼苗的渗透调节能力，也能增加大麻萌发初期幼苗的抗氧化物酶活性，且适宜的浸种浓度下对干旱胁迫的缓解能力更强。由隶属函数评价得出，缓解大麻萌发期干旱的效果为600 mg/L赤霉素或400～600 mg/L Vc处理时较好，且赤霉素处理能更好地提高大麻萌发初期的抗旱能力。本研究只选择大麻的萌发阶段，对于外源物质在其他生长时期的干旱是否有缓解作用及适宜浓度都有待于进一步研究，且对其他大麻品种的效果需要更进一步探索。