外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子萌发特性的影响

李尹琳，王 勃，夏方山，张杰敏，张金成，李嘉俊

（山西农业大学草业学院，山西 太谷 030801）

种子是农业生产的起点，是植物种质资源创新的重要原料和有效保存体，在我国农业发展中有着不可替代的作用［1］。但是，种子会随着贮藏年限的延长不断老化，其内部生理机能也会发生不同程度的恶化，导致种子萌发及幼苗生长能力下降［2-3］。这已在杜仲（Eucommia ulmoides）［4］、少花蒺藜 草（Cenchrus pauciflorus）［5］、蒲 公 英（Taraxacum mongolicum）［6］、藜麦（Chenopodium quinoa）［7］、老芒麦（Elymus sibiricus）［8］等 老 化 种 子 的 研 究 中 被 证明。种子引发是一种能够提高逆境胁迫下植物种子活力的种子处理技术，还具有促进种子萌发、增加植物产量等功能［9］，因此，种子引发是当下种子研究领域一个热点。

油菜素内酯（brassinosteroids，BR）是一种新发现的存在于油菜花粉中的新型植物激素［10］，同时也是一种植物生长调节剂，能够参与细胞分裂过程，从而调控种子萌发、植物生长等多种生理活动［11-12］，对植物的萌发及生长发育有着至关重要的影响［13-14］。研究发现，施用BR 可以促进番茄（Solanumlycopersicum）［15］、大麦（Hordeumvulgare）［16］、紫花苜蓿（Medicagosativa）［17］、大豆（Glycinemax）［18］、水稻（Oryza sativa）［19］、玉米（Zea mays）［20］等种子的萌发。BR 对种子萌发的影响常常表现出低浓度促进、高浓度抑制的现象，例如在干旱胁迫下，5、25 μg/L 的BR 处理是大麦种子萌发的最佳处理［16］；干旱胁迫下，0.1、0.01 μmol/L 的BR 处理显著促进紫花苜蓿种子的萌发［17］；在NaCl 胁迫下，0.05 mg/L的BR 对玉米种子萌发和幼苗生长表现促进作用［20］。目前，关于BR 对植物的萌发及生长的研究多集中在非生物胁迫领域，尚无关于BR 引发如何影响老化种子活力的研究报道。

燕麦（Avena sativa）是禾本科燕麦属一年生草本植物，它的栽培类型主要分为2 种，一种是带稃型，另一种是裸粒型［21］。燕麦具有耐瘠薄、耐干旱、耐严寒等耐极端环境的优点［22-23］，适宜种植在高寒地区和干旱半干旱地区，是世界范围内广泛种植的粮饲兼用作物品种［24］。燕麦富含丰富的维生素、蛋白质、矿物质等人体必需的物质，是健康、安全的食物来源之一，因此，越来越多的人在饮食中加入燕麦［25-26］。燕麦因产量高、适口性好、营养价值高等特点，成为草地畜牧业中青贮和调制干草的材料，可解决冬春季节牧草供给不足的重大问题，推动畜牧业的发展［23，27-28］。此外，燕麦种子中含有大量的不饱和脂肪酸，由于脂肪衍生物容易酸败或劣变，致使其利用价值降低［1，29］。因此，在产业需求、饲料安全和国家政策的支持和引导下，研究燕麦种子活力水平对种质资源的利用与保存具有重要意义。研究发现，无论是自然老化还是人工老化都能降低燕麦种子发芽率、发芽指数等［22］，但通过种子引发的方式可以提高老化燕麦种子的发芽率，缓解老化对其种子活力的破坏［30］。因此，该研究以老化燕麦种子为试验材料，分析不同浓度外源BR 溶液引发不同时间后其种子活力的变化规律，以期揭示老化燕麦种子响应BR 引发的种子活力的差异，筛选出最佳浓度及引发时间，为外源BR 引发影响老化种子活力的机理研究提供参考依据，也为种子的贮藏提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料来源

供试燕麦种子品种为“太阳神”，2021 年5 月购买于北京正道农业股份有限公司，后密封保存于-20 ℃种子库内至2022 年7 月进行试验，其初始含水量为9.56%，初始发芽率为99%。

1.2 种子处理

所购买种子均带稃壳，在不破坏其种胚结构的情况下去除稃壳，获得脱壳后的燕麦种子。参照刘备等［31］报道的方法将燕麦种子含水量调整至10%左右，并置于铝箔袋中密封，最后放于45 ℃恒温水浴箱中进行控制老化处理，至种子发芽率为75%左右时将其取出，然后，将老化后的燕麦种子置 于 不 同 浓 度（0、0.01、0.10、0.50、1.00、10.00 μmol/L）的BR 溶液中引发0（CK）、1、6、12、18、24 h，快速滤出并用蒸馏水冲洗3 遍，并迅速用滤纸吸干种皮表面水分后于20 ℃黑暗条件自然风干至含水量为引发前含水量（鲜重基础），置于4 ℃冰箱中备用。

1.3 发芽试验

参照国际种子检验协会的种子检验规程（2020）［32］对BR 引发后的燕麦种子进行标准发芽试验。在铺有双层蒸馏水浸湿滤纸的培养皿中放入50 粒颗粒饱满的燕麦种子，放入20 ℃光照培养箱中进行为期10 d 的发芽试验，每日记录燕麦种子的发芽数，在第10 天测定其正常种苗的苗长。每个处理重复4 次，具体操作步骤参照文献［30］。

1.4 测定指标

发芽率的计算参照国际种子检验协会的种子检验规程（2020）［32］；发芽指数和幼苗活力指数参照Abdul-Baki 等［33］报道的方法进行计算；平均发芽时间参照Ellis 等［34］报道的方法进行计算。

1.5 数据处理

使用Excel 2010 软件对试验数据进行初步整理，利用SPSS 23.0 统计学软件对各指标进行单因素方差分析和双因素方差分析，采用Duncan's 法进行组间均数多重比较，P＜0.05 表示差异显著，试验结果以“平均值±标准误”的形式表示。

2 结果与分析

2.1 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子发芽率的影响

由表1 可知，BR 浓度为0 μmol/L 时，燕麦种子发芽率随着引发时间的增加（1～24 h）呈先降低后升高的趋势，在引发时间为24 h 时达到最高；BR 浓度为0.01 μmol/L 时，燕麦种子发芽率随着引发时间的增加呈上升趋势，在引发24 h 时显著（P＜0.05）高于其他时间，并达到发芽率最大值88.50%；BR 浓度为0.10、0.50、10.00 μmol/L 时，燕麦种子发芽率随引发时间的增加（1～24 h）呈先升高后降低的趋势；BR 浓度为1.00 μmol/L 时，燕麦种子发芽率随引发时间的增加（1～24 h）呈降低的趋势，在引发1 h 达到最大值。相同引发时间下，不同浓度BR 处理的燕麦种子发芽率存在很大差异。引发1 h 时，燕麦种子的发芽率随着BR 浓度的增加呈下降趋势，但在0～1.00 μmol/L 浓度内无显著变化（P＞0.05）；引发6～18 h 时，燕麦种子发芽率随BR 浓度增加呈先升高后降低的趋势；引发24 h 时，燕麦种子发芽率随BR 浓度的增加呈先升高后降低的趋势，在浓度为0.01 μmol/L 时显著（P＜0.05）高于其他处理。浓度为0.01 μmol/L 引发24 h 可能是油菜素内酯引发的最适浓度及时间。

表1 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子发芽率的影响

2.2 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子发芽指数的影响

由表2 可知，BR 浓度为0 μmol/L 时，燕麦种子发芽指数随着引发时间的增加（1～24 h）呈先降低后升高的趋势；BR 浓度为0.01 μmol/L 时，燕麦种子发芽指数随着引发时间的增加呈上升趋势，在引发24 h 时显著（P＜0.05）高于其他引发时间；BR 浓度为0.10、0.50、10.00 μmol/L 时，燕麦种子发芽指数随引发时间的增加（1～24 h）呈先升高后降低的趋势，在0.10 μmol/L 引发18 h 时燕麦种子发芽指数显著 （P＜0.05）高于其他引发时间，在0.50 μmol/L 引发12 h 时燕麦种子发芽指数显著（P＜0.05）高于其他引发时间，在10.00 μmol/L 引发1 h 时燕麦种子发芽指数显著（P＜0.05）低于其他引发时间；BR 浓度为1.00 μmol/L 时，燕麦种子发芽指数随引发时间的增加（1～24 h）呈降低的趋势，在引发24 h 时达到最小。相同引发时间下，不同浓度BR 处理的燕麦种子发芽指数存在很大差异。引发1 h 时，燕麦种子的发芽指数随着BR 浓度的增加整体呈降低的趋势；引发6～12 h 时，燕麦种子的发芽指数随着BR 浓度的增加整体呈先升高后降低的趋势；引发18～24 h 时，燕麦种子发芽指数随BR 浓度的增加呈先升高后降低的趋势，引发18 h 浓度为0.10 μmol/L 时燕麦种子发芽指数显著（P＜0.05）高于其他浓度，引发24 h浓 度为0.01 μmol/L 时显著（P＜0.05）高于其他浓度。

表2 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子发芽指数的影响

2.3 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子平均发芽时间的影响

由表3 可知，BR 浓度为0 μmol/L 时，燕麦种子平均发芽时间随着引发时间的增加（1～24 h）呈先升高后降低的趋势，在引发时间为6 h 时显著（P＜0.05）高于除引发12 h 外的其他引发时间；BR浓度为0.01 μmol/L 时，燕麦种子平均发芽时间随着引发时间的增加（1～24 h）呈降低的趋势，在引发时间为1 h 时显著（P＜0.05）高于其他引发时间；BR 浓度为0.10、0.50、10.00 μmol/L 时，燕麦种子平均发芽时间随引发时间的增加（1～24 h）呈先降低后升高的趋势；BR 浓度为1.00 μmol/L 时，燕麦种子平均发芽时间随引发时间的增加（1～24 h）呈升高的趋势。相同引发时间下，不同浓度BR 处理的燕麦种子平均发芽时间存在很大差异。引发1 h时，燕麦种子的平均发芽时间随着BR 浓度的增加整体呈上升趋势；引发6～12 h 时，燕麦种子平均发芽时间随BR 浓度增加整体呈先降低后升高的趋势，引发6 h 浓度为10.00 μmol/L 时燕麦种子平均发芽时间显著（P＜0.05）高于其他浓度；引发18～24 h 时，燕麦种子平均发芽时间随BR 浓度的增加呈先降低后升高的趋势，均在浓度为10.00 μmol/L 时燕麦种子平均发芽时间最高 （P＜0.05），引发24 h 浓度为0.01 μmol/L 时燕麦种子平均发芽时间显著（P＜0.05）低于其他浓度。

表3 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子平均发芽时间的影响

2.4 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子幼苗活力指数的影响

由表4 可知，BR 浓度为0、0.01 μmol/L 时，燕麦种子幼苗活力指数随着引发时间的增加（1～24 h）呈上升的趋势，在0 μmol/L 引发18、24 h 时燕麦种子幼苗活力指数显著（P＜0.05）高于其他引发时间，在0.01 μmol/L 引发24 h 时燕麦种子幼苗活力指数显著（P＜0.05）高于其他引发时间；BR 浓度为0.10 μmol/L 时，燕麦种子幼苗活力指数随着引发时间的增加呈上升的趋势；BR 浓度为0.50、1.00、10.00 μmol/L 时，燕麦种子幼苗活力指数随引发时间的增加 （1～24 h）呈先升高后降低的趋势，在0.50 μmol/L 引发12 h 时燕麦种子幼苗活力指数显著（P＜0.05）高于其他引发时间，在1.00 μmol/L引发12、18 h 时燕麦种子幼苗活力指数显著 （P＜0.05）高于其他引发时间，在10.00 μmol/L 引发12 h 时燕麦种子幼苗活力指数显著（P＜0.05）高于除18 h 外的其他引发时间。相同引发时间下，不同浓度BR 处理的燕麦种子幼苗活力指数存在很大差异。引发1、12 h 时，燕麦种子的幼苗活力指数随着BR 浓度的增加整体呈先升高后降低趋势；引发6 h 时，燕麦种子的幼苗活力指数随着BR 浓度的增加呈先升高后降低的趋势，在浓度为0.01 μmol/L 时显著（P＜0.05）高于其他浓度；引发18 h时，燕麦种子幼苗活力指数随BR 浓度的增加呈降低的趋势；引发24 h 时，燕麦种子发芽指数随BR 浓度的增加呈先升高后降低的趋势，浓度为0.01 μmol/L 时显著（P＜0.05）高于其他浓度，浓度为10.00 μmol/L 时显著（P＜0.05）低于其他浓度。

表4 外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子幼苗活力指数的影响

2.5 外源油菜素内酯浓度和引发时间对老化燕麦种子活力的双因素方差分析

如表5 所示，不同外源BR 浓度、引发时间以及两者之间的交互作用对老化燕麦种子发芽率、发芽指数、平均发芽时间、幼苗活力指数均存在极显著（P＜0.01）影响。

表5 外源油菜素内酯浓度及引发时间对老化燕麦种子活力影响的双因素分析

3 讨论

外源物质引发能够修复种子的老化损伤，提高其萌发和幼苗生长的能力［1］。这在外源物质引发 蒲 公 英［6］、草 地 早 熟 禾（Poa pratensis）［35］、菘 蓝（Isatis indigotica）［36］、玉米［37］等老化种子的研究中已经得到验证。该研究表明，与外源BR 浓度为0 μmol/L 相比，浓度为0.01 μmol/L 引发24 h 时，老化燕麦种子的发芽率、发芽指数、幼苗活力指数升高，平均发芽时间降低，这说明BR 能够有效缓解燕麦种子的老化损伤；外源BR 浓度超过1.00 μmol/L 引发时间超过18 h，其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数显著降低（P＜0.05），平均发芽时间显著升高（P＜0.05）。低浓度的BR 会促进老化燕麦种子萌发，而高浓度抑制其萌发，这与外源BR 调控下促进荞麦（Fagopyrum esculentum）［38］、黑麦草（Lolium perenne）［39］、大麦［16］植物种子萌发的研究结果一致，说明BR 对老化燕麦种子活力的修复作用也具有双重效应。

外源BR 促进种子萌发不仅与其浓度有关，还与其引发时间关系密切。该研究表明，相同浓度下，随着引发时间的增加，种子各个指标间也呈现不同的变化趋势。当BR 浓度较低时（0.01 μmol/L），随着引发时间的增加可以增加其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数，降低其平均发芽时间，这可能是因为引发时间较短时，不能充分启动种子的萌发前代谢，随着引发时间的延长，种子内完成萌发前的代谢启动，促进萌发。在浓度为0.10～0.50 μmol/L，随着引发时间的增加，其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数先升高后降低，平均发芽时间呈相反趋势，此时也可促进老化燕麦的萌发能力。当浓度为1.00 μmol/L 时，其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数随引发时间的增加呈先升高后下降趋势，平均发芽时间延长，在浓度为1.00 μmol/L 引发1 h 时，发芽率、发芽指数已达最大值，随着引发时间的延长逐渐降低，可能是因为引发时间过久，造成种子吸胀损伤，甚至因引发物质富集而产生毒害作用［40］。当BR 浓度较高时（10.00 μmol/L），其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数低于其他浓度，平均发芽时间高于其他浓度，这可能是因为浓度过高，引发时间的长短均会对其产生毒害作用，引发时间过长或过短时毒害作用尤为明显。

该试验的双因素方差分析结果表明，不同外源BR 浓度及引发时间对老化燕麦种子发芽率、平均发芽时间、发芽指数、幼苗活力指数均存在极显著（P＜0.01）影响。浓度较高引发时间较长时会降低老化燕麦种子活力，此时两者的累积可能对种子造成损伤，从而降低种子活力。该试验发现，燕麦种子在BR 浓度为0.01 μmol/L 引发24 h 时其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数最高，分别由CK 的74.00%、14.94、10.70 提高至88.50%、20.08、15.16，此时，该处理下平均发芽时间也是最低，由CK 的2.89 降至2.40；在浓度为10.00 μmol/L 引发1 h 时，其发芽率、发芽指数、幼苗活力指数最低，平均发芽时间最高。这与在番茄中的研究结果类似，这可能是因为使用BR 能够积极促进种子中物质转换，促进萌发能力［41］。

4 结论

外源油菜素内酯引发对老化燕麦种子发芽率、发芽指数、平均发芽时间和幼苗活力指数的影响与其浓度及引发时间有密切关系。低浓度的油菜素内酯溶液能有效缓解燕麦种子的老化现象，提高种子发芽率、发芽指数、幼苗活力指数，降低平均发芽时间，缓解老化对燕麦种子造成的伤害；高浓度则反之。在该试验中，油菜素内酯浓度为0.01 μmol/L 引发24 h 为最佳处理。