固体基质引发对NaCl 胁迫下青花菜和花椰菜种子萌发和生理生化指标的影响

吴凌云,卢盼玲,沈海斌

(上海市农业科学院设施园艺研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海 201403)

土壤盐渍化作为一种非生物胁迫因子,已成为除干旱外影响作物生长发育和产量的第二大生态逆境。 盐胁迫是影响作物生产的主要因素[ 1]。 种子萌发和早期幼苗形成在植物生长发育过程中非常关键,且对土壤中盐分敏感[ 2-3]。 盐胁迫下,种子萌发和早期幼苗生长被抑制,导致出苗率低,生长缓慢,最终产量下降[ 4]。

青花菜和花椰菜是重要的蔬菜作物,富含蛋白质、矿物质、含硫化合物、维生素和抗氧化剂等。 近年来,青花菜和花椰菜栽培面积迅速增加,目前已成为国内外蔬菜市场的主要蔬菜种类之一。

种子引发是一种有效的种子处理技术,经引发的种子活力增加,抗逆性增强,耐低温,出苗快而齐,成苗率高[ 5]。 引发可以提高种子的抗逆性,当低温或其他胁迫延迟种子萌发时,引发对种子萌发速率和均一性的提高更加明显[ 6]。 种子萌发过程中所需要的养料和能量主要来自其自身贮藏物质的转化与利用,这些物质在种子萌发时水解成简单的营养物质,并运转到生长部位作为构成新组织的成分和产生能量的原料[ 7-8]。 在此过程中,淀粉酶催化淀粉水解为可溶性糖,与种子萌发生命活动密切相关[ 9]。 本试验研究固体基质引发对NaCl 胁迫下青花菜和花椰菜种子萌发以及吸胀种子中淀粉酶活性和可溶性糖含量的影响,旨在为利用种子引发技术提高花菜种子萌发过程中抗盐胁迫能力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用青花菜‘沪绿5 号’和花椰菜‘沪松85’种子由上海市农业科学院设施园艺研究所提供。

1.2 固体基质引发

将种子与蛭石按照质量比为1∶1.5 混合,再加入两者总质量50%的蒸馏水搅拌均匀置于烧杯中,于20 ℃恒温箱中黑暗条件下引发48 h,引发结束后,用筛子将蛭石筛除,将种子置于25 ℃烘箱内回干2 d。

1.3 种子萌发试验

以未进行引发处理的种子为对照(CK),把引发的种子和未引发的种子分别放入装有双层发芽纸的发芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)内,分别加入7 mL 浓度为0 mmol∕L、50 mmol∕L、100 mmol∕L、150 mmol∕L、200 mmol∕L 的NaCl 溶液,放入20 ℃培养箱内进行发芽。 每个处理重复3 次,每个重复50 粒种子。 发芽期内每天两次计数,以胚根伸出1 mm 为发芽标准。 计算第2 天发芽势、第6 天发芽率、发芽指数以及平均发芽时间。

发芽势(GV) =(nt∕N) ×100%,nt为第2 天正常发芽的种子数,N为供试种子数;

发芽率(FGR) =(n∕N) ×100%,n为第6 天正常发芽的种子数,N为供试种子数;发芽指数(GI) =∑(Gt∕Tt),Gt为第t日的发芽种子数,Tt为Gt相对应的发芽时间(d);平均发芽时间(MGT) =∑(Gt×Tt)∕∑Gt。

1.4 生理生化指标的测定

未引发和引发的种子在1.3 条件下培养皿中吸胀1 d 后,取吸胀种子液氮磨粉后,采用试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司)测定α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性和可溶性糖含量,重复3 次。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2010 和SPSS 21.0 软件进行整理和显著性分析(Duncan’s 多重极差检验,P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 固体基质引发对NaCl 胁迫下‘沪绿5 号’和‘沪松85’种子萌发的影响

如图1 所示,在0—200 mmol∕L NaCl 溶液胁迫下,‘沪绿5 号’种子发芽势、发芽率和发芽指数随着NaCl浓度的增加而降低,平均发芽时间随着NaCl 浓度的增加而增加。 与对照(未引发种子)相比,经固体基质引发的‘沪绿5 号’种子发芽势、发芽率、发芽指数增加,平均发芽时间减少。 ‘沪松85’也表现出相同的趋势。以上结果说明,固体基质引发在一定程度上缓解了NaCl 胁迫对青花菜和花椰菜种子活力的影响。

图1 固体基质引发对NaCl 胁迫下‘沪绿5 号’和‘沪松85’种子萌发的影响Fig.1 Effects of solid matrix priming on seed germination of ‘Hulv No.5’and ‘Husong 85’ under NaCl stress

2.2 固体基质引发对NaCl 胁迫下‘沪绿5 号’和‘沪松85’吸胀种子相关生理生化指标的影响

如图2 所示,在0—100 mmol∕L NaCl 胁迫下,‘沪绿5 号’吸胀种子中α-淀粉酶活性几乎没有变化,当NaCl 浓度增加至150 mmol∕L 和200 mmol∕L 时,‘沪绿5 号’吸胀种子中α-淀粉酶活性显著增加。 在0—200 mmol∕L NaCl 胁迫下,‘沪松85’吸胀种子中α-淀粉酶活性几乎没有变化。 与对照(未引发)相比,经固体基质引发的‘沪绿5 号’和‘沪松85’吸胀种子中α-淀粉酶活性几乎没有变化,当NaCl 浓度为150 mmol∕L和200 mmol∕L 时,固体基质引发的‘沪绿5 号’吸胀种子中α-淀粉酶活性表现出降低的趋势。

图2 固体基质引发对NaCl 胁迫下‘沪绿5 号’和‘沪松85’吸胀种子相关生理生化指标的影响Fig.2 Effects of solid matrix priming on physiological and biochemical indexes related to imbibed seeds of ‘Hulv No.5’and ‘Husong 85’ under NaCl stress

在0—200 mmol∕L NaCl 胁迫下,‘沪绿5 号’和‘沪松85’吸胀种子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量随着NaCl 浓度的增加,表现出先增加后降低的趋势。 与对照(未引发)相比,经固体基质引发的‘沪绿5号’和‘沪松85’吸胀种子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量均显著增加。

3 结论与讨论

种子萌发是植物生长发育的前提,也是植物产量形成的基础[ 10]。 盐胁迫是主要的非生物胁迫之一,其对植物所造成的直接伤害表现为种子萌发受到抑制,萌发时间延长,发芽势和发芽率降低,导致幼苗和根系生长缓慢,生物量下降[ 11-13]。 本研究表明,NaCl 胁迫下,青花菜和花椰菜种子发芽势、发芽率和发芽指数降低,平均发芽时间增加;固体基质引发提高了NaCl 胁迫下种子发芽势、发芽率和发芽指数,减少了平均发芽时间。 这与引发提高NaCl 胁迫下番茄、辣椒、棉花、燕麦种子活力的结论一致[ 14-17]。

当种子萌发时,淀粉被淀粉酶分解并转化为可溶性糖,供幼苗生长[ 18]。 一般情况下,种子在萌发过程中先激活和释放出束缚态的β-淀粉酶,之后随着呼吸作用的加强,RNA 控制的蛋白质合成新的α-淀粉酶,由两种酶共同作用催化淀粉水解[ 19]。 随着NaCl 浓度的增加,青花菜和花椰菜吸胀种子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量表现出先增加后降低的趋势。 与对照(未引发)相比,经固体基质引发的‘沪绿5 号’和‘沪松85’吸胀种子中β-淀粉酶活性增加,同时可溶性糖含量提高,这些糖在种子吸胀期间可被用来支持能量及碳代谢。 这与Amooaghaie 等[ 20]报道PEG 渗透调节引发显著增加了β-淀粉酶活性,同时伴随着可溶性糖积累结果一致;渗透调节引发增加了淀粉酶活性,种子中含有更多可溶性糖,从而支持代谢活性,刺激种子萌发,提高出苗率。 这也与冯岳等[ 21]报道的水引发提高了小麦种子β-淀粉酶活性结论一致。

本研究表明:在0—200 mmol∕L NaCl 胁迫下,固体基质引发提高了青花菜和花椰菜吸胀种子中β-淀粉酶活性和可溶性糖含量,从而刺激了种子萌发,提高了种子活力。 因此,固体基质引发可作为提高盐胁迫下青花菜和花椰菜种子活力的一种经济有效的方法。