外源激素对干旱胁迫下欧洲缬草种子萌发及幼苗生长的影响

霍可以 罗充 高洁静 张金霞 莫远琪 张浩 谭金玉

关键词：缬草；外源激素；干旱胁迫；种子萌发；生理特性

缬草（Valeriana officinalis L．）为败酱科（Vale-rianaceae）缬草属（Valeriana）多年生草本植物，因其含有多种活性成分而具有安神、祛风湿及抗抑郁等功效，可用于治疗失眠、跌打损伤等病症，其提取物及制剂已被广泛使用。此外，缬草根茎含有挥发性缬草油成分，可作为名贵的天然食用香精。当前，我国利用的野生缬草资源主要分布在西南及东北地区。然而，自然状态下缬草瘦果发芽率较低，播种时间难于控制，其种子繁殖未能得到大规模推广。此外，随着旅游业开发、环境破坏及过度采挖，野生资源急剧下降、日益枯竭，不能满足生产需求。且已有的缬草研究主要集中在其活性成分提取、组织培养快繁、无菌苗和不定根繁殖等方面，鲜有种子萌发和幼苗生长的研究报道。

种子萌发和成苗期是植物生长周期中极易受到环境因素影响的关键时期，对外界环境十分敏感。外源生长物质能够诱导种子内部贮藏物质的分解和合成，通过信号传导对种子内各种生理變化做出反应，调节一系列蛋白质、酶的代谢，是调控种子休眠和萌发的重要因子之一。吲哚丁酸（IBA）作为一种生长素信号分子，可通过促进细胞分裂形成新根，促进种子胚根发育，加速种子萌发。而脱落酸（ABA）是调控种子休眠和萌发过程的最重要植物激素，对种胚贮藏蛋白质的合成起到调控作用，具有诱导和维持种子休眠、调控种子萌发及幼苗生长发育的作用。

当前，由于全球气候变暖，干旱已经成为制约植物正常生长的关键因素之一。干旱胁迫下，外源生长物质能够通过影响渗透调节物质、增加抗氧化酶活性等方式来维持植物的正常生长发育。欧洲缬草在种子萌发和幼苗生长阶段对干旱胁迫更为敏感，对其进行干旱胁迫模拟试验及外源物质缓解干旱胁迫的影响是深入分析其拮抗干旱胁迫能力的有效手段。为此，本试验以吲哚丁酸（IBA）、脱落酸（ABA）为供试外源生长物质，研究两者浸种对干旱胁迫下欧洲缬草种子萌发和幼苗生长期渗透调节物质含量、抗氧化酶活性的影响，以期为提高欧洲缬草种子的抗旱性提供科学依据和技术指导。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2021年在贵州师范大学生命科学学院植物生理实验室进行。欧洲缬草（Valeriana officinalis L）种子由贵州省农业科学院农作物品种资源研究所提供。吲哚丁酸（ IBA）、脱落酸（ABA）、PEG-6000均购于北京伊诺凯试剂公司。

1.2试验设计

1.2.1种子萌发试验

设置5个不同浓度（0、5、10、50、100、200mg/L）IBA和ABA处理。分别选取饱满种子，经0.5%次氯酸钠溶液灭菌后用蒸馏水反复冲洗，再置于不同处理溶液中浸泡24h，取出后再用蒸馏水清洗数次，用滤纸吸干表面水分，放人垫有4层滤纸的发芽盒中，移至恒温培养箱内发芽。发芽条件：光暗比12h/12h，温度25℃。每处理100粒种子，重复3次，蒸馏水处理作对照。

1.2.2干旱胁迫试验将清洗好的种子（清洗方法同1.2.1）50粒置于铺设4层滤纸并含有不同浓度（0、10%、15%、20%和25%）PEG- 6000溶液的发芽盒中，移至恒温培养箱内发芽（发芽条件同1.2.1）。参照宋瑞娇等的方法，以胚根与种子等长、胚芽达到种子长1/2为发芽标准，统计发芽率，并据此确定种子萌发的半致死干旱胁迫浓度。

1.2.3添加外源激素的干旱胁迫试验试验以蒸馏水为对照1（CKI）、半致死干旱（PEG-6000）胁迫浓度为对照2（CK2），设置2个试验处理即半致死干旱胁迫浓度PEG-6000+最佳浓度IBA（简称IBA处理）和半致死干旱胁迫浓度PEG-6000+最佳浓度ABA（简称ABA处理）。各处理均选取50粒种子放到发芽盒中，置于培养箱内培养（条件同1.2.1）。每处理重复3次。

1.3测定指标及方法

1.3.1种子萌发各指标测定方法、计算公式如下：

萌发时滞：从发芽试验开始到第一粒种子萌发所需的日寸间：

发芽势（%）=第5天正常发芽粒数／供试种子粒数×100;

发芽率（%）=第11天正常发芽粒数／供试种子数×100;

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt），式中Gt为总的发芽粒数，Dt为相应的发芽时间（d）；

活力指数=GIxS，式中S为第11天平均根长：

胚芽长和胚根长：第11天用直尺测量，精度0.05mm;

幼苗干重：发芽第11天取幼苗放在80℃恒温箱中烘干24h后用电子天平称重。

1.3.2幼苗生理指标测定

发芽试验结束后第5、10、20天取各处理幼苗相同部位叶片进行相关指标检测，重复3次。参照Gao等的方法，SOD、POD、CAT活性和MDA含量采用索莱宝生物科技有限公司试剂盒进行测定。参照Li等的方法，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250法测定，脯氨酸含量用酸性茚三酮显色法测定。

1.4数据处理与分析

所有数据用Microsoft Excel进行整理与作图，用SPSS 26.0软件进行单因素（One-way ANO-VA）方差分析，采用Duncan's法进行显著性检验和多重比较。

2结果与分析

2.1不同浓度IBA和ABA对欧洲缬草种子萌发的影响

随着IBA浓度增加，欧洲缬草种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、胚芽长、幼苗干重呈负相关变化趋势（表1）。5mg/LIBA促进效果最好，与对照相比，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别提高175.98%、204.76%、148.16%、328.02%（ P<0.05），胚根长、胚芽长、幼苗干重与对照相比分别提高108.43%、42.45%、34.72%（P<0.05），萌发时滞与对照相比缩短2天（P<0.05）。IBA浓度增加到200mg/L则显著抑制种子萌发，各项指标均显著低于对照。表明，低浓度IBA促进欧洲缬草种子萌发，高浓度则对种子萌发具有显著抑制作用。

由表2可以看出，除萌发时滞、胚芽长外，随着ABA浓度增加欧洲缬草种子的其它测定指标均呈现出先增加后降低的变化趋势。当ABA浓度从5mg/L增加到100mg/L时，种子萌发效率与浓度呈正相关。ABA浓度为100mg/L时效果最佳，其发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长、幼苗干重与对照相比分别增加90.89%、134.05%、100.59%、275.25%、164.84%、34.83% （P<0.05），其中活力指数增幅最大，幼苗干重增幅最小，说明ABA对种子活力的影响最大：萌发时滞与对照相比缩短1.97天（P<0.05）；胚芽长与对照差异不显著。ABA浓度增加到200mg/L，除胚芽长较100mg/L ABA处理增加外，以上其它测定指标值均下降，说明100mg/LABA浸种对欧洲缬草种子萌发有显著促进作用。

2.2干旱胁迫对欧洲缬草种子萌发的影响

图1显示，欧洲缬草种子发芽势、发芽率、发芽指数均随着PEG-6000浓度增加而下降。胁迫浓度达到10%时，种子萌发受到显著抑制：浓度为20%时，发芽率约为对照的50%．达到半致死状态：浓度增加到25%后，种子发芽率下降到2%，萌发进程受到严重抑制。参照宋瑞娇等的研究方法，本试验选取20%PEG-6000作为半致死干旱胁迫浓度，以此对欧洲缬草种子进行干旱胁迫处理。

2.3IBA和ABA对干旱胁迫下欧洲缬草幼苗生长发育的影响

由图2A可见，20%PEG-6000处理（CK2）欧洲缬草种子发芽率、发芽势和发芽指数与CK1（蒸馏水）相比，均下降约50%（P<0.05），外源添加5mg/LIBA和100mg/LABA其发芽势、发芽率和发芽指数与CK1相比，IBA处理分别提高100.5%、200.0%、157.5%（P<0.05），ABA处理分别提高99.2%、157.9%、108.3%（ P<0.05）。

由图2B可见，CK2胚根长与CK1相比，降低24.7%（P<0.05），而IBA和ABA处理胚根长与CK1相比，分别增加35.6%、25.3%（P<0.05）。CK2单株地上部鲜重、干重和根鲜重、干重与CK1相比，分别降低28.3%、33.2%和31.5%、18.8%（P<0.05）。IBA、ABA处理与CKI相比，单株地上部鲜重分别增加17.5%（P<0.05）和8.3%（P>0.05），单株地上部干重分别增加28.4%、20.7%（P<0.05），而单株根鲜重和根干重与CKI相当。与CK2相比，IBA和ABA处理，除根干重外，其胚根长、地上部鲜重干重、根鲜重均显著提高（P<0.05）。说明干旱胁迫抑制欧洲缬草幼苗生长，且对地上部的抑制作用更显著，而外源添加IBA和ABA显著提高植物的抗旱能力，IBA对植物抗旱能力的提升较ABA更强。

2.4IBA和ABA对干旱胁迫下欧洲缬草种子萌发过程中渗透调节物质含量的影响

可溶性糖和可溶性蛋白是植物细胞调节渗透势的主要物质，其含量多少会影响植物生长及其抗逆性。图3显示，随着胁迫时间延长，欧洲缬草幼苗可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量逐渐增加。与CK2（干旱胁迫）相比，同时长CK1（蒸馏水）提高欧洲缬草幼苗可溶性糖含量，大多显著提高可溶性蛋白和游离脯氨酸含量。与CK1相比，干旱胁迫下外源添加IBA和ABA，可显著提高幼苗可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量（图3A～C）。第20天时，与CK2相比，IBA处理此三种物质含量分别提高28.0%、61.9%和18.4%，ABA处理分别提高15.1%、57.1%和12.8%，且可溶性蛋白和游离脯氨酸含量增幅达到显著水平。

与CK1相比，同时长CK2欧洲缬草MDA含量显著提高，说明干旱胁迫后膜脂过氧化程度大大提高。添加IBA和ABA后，MDA含量与CK2相比显著降低，其中IBA和ABA处理第5天时分别较CK2降低49.9%和36.9%：随着胁迫时间延长，MDA含量相对平稳（图3D）。

综上所述，外源添加IBA和ABA能够通过提高欧洲缬草种子体内可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量和降低MDA含量来拮抗干旱胁迫作用。

2.5干旱胁迫下IBA和ABA对欧洲缬草幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

SOD、POD、CAT是植物细胞中与活性氧代谢相关的关键酶，其活性与植物的抗旱性息息相关。由图4可知，随着胁迫时间延长，不同处理欧洲缬草幼苗叶片SOD、POD、CAT活性整体呈现不断升高趋势。与CKI（蒸馏水）相比，除5天时SOD活性外，其它时长CK2（干旱胁迫）增加欧洲缬草幼苗SOD、POD、CAT活性。干旱胁迫下，外源添加IBA和ABA能够显著提高欧洲缬草幼苗SOD、POD、CAT活性。其中，第20天时，与CK1相比，IBA处理叶片SOD、POD、CAT活性分别提高116.3%、84.0%、43.7%（P<0.05），ABA处理三种酶活性分别增加104.2%、77.2%、24.6%（P<0.05）。干旱胁迫下，IBA处理比ABA提高三种抗氧化酶活性的幅度更大，表明添加IBA能更好地通过提高欧洲缬草幼苗SOD、POD、CAT活性来增强其抗旱性，使欧洲缬草逐渐度过干旱胁迫而恢复正常生长。

3讨论

3.1外源IBA和ABA对欧洲缬草种子萌发的影响

种子萌发是植物开始生长发育的第一个重要而复杂的生理阶段，也是影响植物生命周期的关键环节。种子发芽率、发芽势、发芽指数是评价种子萌发效率的重要指标。本研究表明，5mg/LIBA处理欧洲缬草种子萌发效果最佳，与对照相比，种子发芽率、发芽势、发芽指数分别提高204.76%、175.98%和148.16%（P<0.05）。不同植物种子的IBA最佳处理浓度差异较大：屈成等研究指出，10mg/LIBA处理对水稻中嘉早17种子萌发和幼苗生长发育的促进作用最为明顯，发芽势和发芽率明显高于对照，而王文俊等研究显示250%mg/LIBA处理能达到促进催吐萝芙木种子萌发的作用。

本试验中，用5～100mg/LABA处理欧洲缬草种子，其促进萌发的作用逐渐增强，而浓度至200mg/L时促进作用减弱，以100mg/LABA处理效果最好。这与赵垚等报道的适宜浓度ABA处理能提高白及种子萌发效率的结果一致，与张翔等报道的用10mg/LABA处理水稻种子对其萌发具有促进作用、50～90mg/LABA对种子萌发具有明显抑制作用的变化趋势亦一致。不同外源生长物质对种子萌发的影响不同。种子萌发和休眠是一个复杂的生理过程，受到诸如种子采收时期、贮藏条件、遗传因素、萌发环境等因素影响。不同外源生长物质的处理浓度、温度、时间都会影响到种子萌发，后续研究需要考虑处理温度、时间等因素对其最适萌发条件进行综合筛选。

3.2外源IBA和ABA对干旱胁迫下欧洲缬草幼苗生理特性的影响

水分是植物生长的关键因子，干旱对植物种子萌发与幼苗生长发育有显著影响。植物遇到干旱胁迫时，为了减少水分流失，会通过体内积累各种有机或无机物质来提高细胞液浓度、降低渗透势及维持细胞膨压，其中可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸便是重要的渗透调节物质。本研究表明，在20%PEG-6000胁迫（CK2）下，欧洲缬草种子发芽率、发芽势、发芽指数均显著下降，萌发受到严重抑制，且对地上部的抑制作用更显著，这与杨利艳等的研究结果一致。外源添加5mg/L IBA和100mg/LABA，其可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量与CK2相比显著提高，欧洲缬草的抗旱性增强，这与郝格格、陈娟等报道的研究结果一致。

此外，干旱胁迫下，植物体内还会产生过量的活性氧和自由基从而损伤细胞，导致膜脂过氧化。MDA是细胞膜脂过氧化作用的最终分解产物，其含量高低能代表膜脂过氧化程度高低与抗旱性强弱。同时，植物细胞还会启动抵御活性氧伤害的抗氧化酶系统，通过提高保护酶（SOD、POD、CAT）活性来清除过量的活性氧和自由基，从而減少其对细胞的损伤，增强植物抗旱性。本研究中，CK2与CK1相比，欧洲缬草MDA含量显著上升，而外源添加5mg/LIBA和100mg/LABA后，MDA含量显著下降，且SOD、POD、CAT活性显著升高，与刘洋、岳凯等的研究结果一致。这进一步说明欧洲缬草通过提高体内保护酶活性来使MDA含量下降，从而保护其抵御干旱胁迫。

4结论

本研究中，5mg/LIBA和100mg/LABA处理可显著促进欧洲缬草种子萌发，提高其发芽率。20%PEG-6000胁迫可对欧洲缬草种子萌发造成较大程度抑制，可作为欧洲缬草种子干旱胁迫的半致死浓度。外源添加5mg/LIBA和100mg/LABA可显著改善半致死浓度干旱胁迫下欧洲缬草种子的萌发效率，提高种子发芽率、发芽势、发芽指数等指标。适宜浓度的IBA和ABA能增加干旱胁迫下欧洲缬草叶片的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸含量，并通过调节细胞和组织的水势平衡来增强欧洲缬草抵御干旱胁迫的能力：还可提高体内保护酶SOD、POD、CAT活性，及时清除体内过量的活性氧和自由基，降低MDA含量，进而缓解干旱胁迫对欧洲缬草种子造成的氧化伤害。