H2O2处理对3种高寒燕麦种子萌发和幼苗生长的影响

文景锜，陈仕勇，柏晓玲，周青平，李世丹

(1.西南民族大学生命科学与技术学院，四川 成都 610041； 2.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041)

燕麦(AvenasativaL.)是禾本科燕麦属的一年生草本植物，具有较强的适应性，喜湿润、凉爽的气候条件，耐寒、耐旱。燕麦不仅是优良的饲料作物，也是营养价值极高的粮食作物；广泛分布于世界各地，在全球谷物产量排名中居第6位[1]。我国燕麦主要种植在华北、西南和西北地区，其对我国农牧业的结构调整、生态环境改善、消费者健康及可持续发展等方面具有重要作用[2]。为推进种植结构调整，促进燕麦生产发展，保全苗、育壮苗是燕麦生产与种质资源保存中需要研究的问题，而燕麦种子的萌发条件及其影响因素是其中重要组成部分[3,4]。

过氧化氢(H2O2)是植物体内的活性氧(ROS)，是一种有毒害性的细胞有氧代谢产物。同时，H2O2还是植物细胞中响应生物或非生物胁迫的一种重要信号分子，可以介导多种植物对逆境胁迫的应答反应，并维持和调控其生长发育的平衡[5]。植物种子的萌发过程伴随着一系列复杂的生理生化反应，其中也涉及到H2O2等活性氧物种的转化代谢等活动。所以，H2O2也已经被证实在植物种子萌发过程中扮演着重要角色，适宜浓度的添加能够起到促进萌发及幼苗生长的作用，例如在大豆、玉米、水稻、雀稗等作物中成功应用[6-8]。目前在燕麦中的研究还较少，特别是在不同品种之间的作用是否存在差异等问题还有待进一步研究。本研究通过分析H2O2浸种对3种高寒燕麦品种萌发期和苗期生长的影响，旨在为探究外源H2O2对燕麦种植的影响，并为优质燕麦的生产实践提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究选用了加燕2号、青海甜燕麦和青燕1号3个在青藏高原地区推广应用的皮燕麦品种，种子均由西南民族大学牧草创新团队提供。

1.2 试验设计

挑选饱满均匀的燕麦种子，经75%的无水乙醇消毒2 min后，用蒸馏水冲洗3次，并用滤纸吸干种子表面水分。用浓度分别为0.05%、0.1%、0.2%的H2O2溶液在室温避光下浸种24 h，以蒸馏水浸种作为对照(ck)。将种子置于铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿中整齐均匀摆放50粒种子，每种处理重复4次。把培养皿置于条件为白天23 ℃/14 h，夜间18 ℃/10 h的培养箱内进行处理。

图1 不同浓度H2O2处理对燕麦种子萌发的影响

1.3 指标测定及方法

每天定时观察发芽情况，以胚根伸出种皮作为种子发芽标志，记录发芽数，第5天统计发芽势，第10天统计发芽率，并测定幼苗的形态指标。每个处理随机选取15株幼苗，共3个重复。小心清洗种子，用直尺测量幼苗的株高和根长，并用游标卡尺测定幼苗的茎粗。

参照《国际种子检验规程》[9]进行以下种子萌发指标的计算：

发芽率(%)=(G10/N)×100%；

发芽势(%)=(G5/N)×100%；

发芽指数(GI)=∑(Gi/Di)；

活力指数=GI×S；

根芽比=根长/株高；

式中，G10为第10天正常发芽的种子数，G5为第5天正常发芽的种子数，N为供试种子总数；Gi为第i天发芽数，Di为发芽天数；S为幼苗平均长度。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理，并用Origin 2018软件绘制图表。通过SPSS Statistics 24软件进行单因素方差分析，运用Duncan法进行不同处理间的多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同浓度H2O2对燕麦种子萌发指标的影响

由图1可知，随着H2O2浓度的增大，不同燕麦种子在不同浓度间发芽率表现出不同的变化。加燕2号随着H2O2浓度的增大，其发芽率显著升高(p<0.05)；并在0.1% H2O2时，发芽率提高最多，比对照提高了54.67%。青海甜燕麦的种子发芽率则随着H2O2处理浓度的增大而逐渐降低，其中在0.05%和0.1%浓度处理下下降不显著(p>0.05)，而在0.2% H2O2处理下下降最多，达到79.33%(p<0.05)。青燕1号发芽率在0.05%和0.1%浓度下呈先降低再升高的趋势，但是与对照的发芽率相比，差异不显著；仅在0.2% H2O2处理下发芽率比对照下降程度达到显著水平(p<0.05)。供试燕麦种子的发芽势则表现出和发芽率一致的变化趋势。发芽指数也是反映种子活力的指标，还能表示种子的萌发速度和出苗的整齐度。3个供试燕麦品种的发芽指数、发芽率和发芽势结果相一致。外源H2O2处理提高了加燕2号种子的发芽指数，其中0.1%浓度效果较为明显；高浓度(0.2%)H2O2处理显著降低了青海甜燕麦和青燕1号的发芽指数，抑制了其种子发芽。

2.2 不同浓度H2O2对燕麦幼苗生长的影响

由图2可知，供试燕麦幼苗的株高随着H2O2浓度的升高表现出先降低再增高的趋势。在0.05%H2O2浓度处理下，3个品种幼苗的株高均比对照下降(p<0.05)。加燕2号和青燕1号幼苗的株高分别在0.2%和0.1%条件下达到最大，与对照相比，分别显著增加了105%和59%(p<0.05)。外源H2O2对青海甜燕麦幼苗的株高则产生了抑制作用，株高下降。

随H2O2浓度的增加，3种燕麦幼苗的茎粗呈先增大后减少的变化。在0.05%浓度条件下其茎粗达到最大值，与对照相比分别显著提高了15%、69%、45%(p<0.05)。在中、高浓度(0.1%和0.2%)条件下，加燕2号与对照间差异不显著(p>0.05)，青海甜燕麦和青燕1号则显著高于对照(p<0.05)。

2.3 不同浓度H2O2对燕麦幼苗根系的影响

由图3可知，随着外源H2O2处理浓度的升高，供试燕麦幼苗根的数量呈增加的趋势。在0.2%浓度下，3个品种的根数均达到最大，且显著高于其它浓度(p<0.05)。与ck处理相比，加燕2号、青海甜燕麦和青燕1号的根数增幅分别为29%、25%、45%。在低浓度(0.05%)处理下，加燕2号、青海甜燕麦的根数与对照相比表现出了一定的抑制作用。另外，随着H2O2添加浓度的升高，供试燕麦幼苗根的长度大体呈下降趋势。

图2 不同浓度H2O2浸种对燕麦幼苗的影响

图3 不同浓度H2O2浸种对燕麦幼苗根系的影响

2.4 不同浓度H2O2对燕麦种子活力指数的影响

活力指数是判断种子质量的重要指标，它综合了种子的发芽、出苗以及幼苗长势情况，是能较全面表示种子活力的一个指标。由图4可知，供试燕麦品种在外源H2O2处理下表现差异明显。加燕2号活力指数随着H2O2浓度的增大而逐渐升高，在浓度为0.2%时活力指数达到最大。青海甜燕麦和青燕1号的活力指数呈降低-升高-降低的趋势，在浓度为0.2%时活力指数降到最低。

图4 不同浓度H2O2对燕麦种子活力指数的影响

3 讨 论

植物在正常环境下参与有氧代谢，在植物体内会形成活性氧。当活性氧的浓度较低时，植物不会受到伤害。但是当植物受到某种生物或非生物胁迫时，会产生并积累大量的活性氧，如果它的产生与清除无法达到平衡，超出植物本身清除活性氧的能力时，会导致体内大分子物质受到严重的氧化损伤，所以活性氧对植物的作用与它的临界浓度水平有关[10]。高浓度的H2O2对种子的处理会直接加剧膜脂过氧化及膜蛋白降解，导致细胞膜流动性降低、透性增加，细胞代谢受到影响，对种子萌发非常不利[11]。如高浓度H2O2能够降低茎瘤芥的发芽率与种子活力，抑制小麦根细胞的正常生长，并促进其细胞凋亡[12]。而低浓度H2O2能通过调控酶的活性，让植物的代谢水平得到提升，促进大豆、小麦、玉米等[6,7,13]作物种子的萌发。

本研究结果表明，不同品种对H2O2浓度的响应存在明显差异。随着处理浓度的增加，加燕2号萌发指标先升高再降低；青海甜燕麦和青燕1号萌发指标均为先降低再升高再降低的趋势。这与供试的加燕2号种子的活力较低有关，在对照条件下其发芽率不到20%。这也说明H2O2对于提高低活力燕麦种子萌发具有显著的促进作用，其中以0.1%处理的浓度效果最好。青海甜燕麦和青燕1号在低浓度(0.05%) H2O2受到了轻微的抑制；在中低浓度0.1%表现出了促进作用，在高浓度条件下就表现出显著的抑制，这也与之前在燕麦中的研究结果类似[14]。本研究初步揭示了H2O2对3种燕麦种子的萌发和幼苗生长的影响，而关于H2O2对燕麦生长发育过程中各种渗透调节物和活性酶的影响，以及其介导植物种子生理生化代谢的机理等，还需要更深入的研究和探讨。

4 结 论

本研究中不同燕麦品种的萌发和幼苗生长对外源的H2O2表现出了明显不同的响应，不同浓度间也表现出了显著的差异。外源H2O2处理对低活力的加燕2号的萌发和幼苗生长具有较好的促进作用，其中0.1%的浓度处理效果最显著。外源H2O2处理对青海甜燕麦和青燕1号的萌发等的促进效果不明显，特别是在0.05%和0.2%浓度处理下还有一定的抑制作用。