赤霉素（GA3）对干旱胁迫下鸡冠花种子萌发的影响

毛永成

（杭州萧山技师学院 浙江杭州 311200）

鸡冠花（Celosia cristataL.）为苋科青葙属草本植物，花形美观，花色艳丽，具有较高的观赏价值，广泛应用于城市园林绿化中。鸡冠花多以种子为繁殖材料，种子萌发是其生活史中一个非常关键的阶段。对干旱胁迫的响应反映了种子适应环境的生态机制，并且种子萌发时期的耐旱程度在一定程度上是其抗旱性研究的重要内容[1]。利用聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱成为研究种子萌发的重要方法[1]。赤霉素（GA3）是一种重要的植物生长调节激素，在植物的生长发育中起重要作用，能够解除种子休眠，提高种子活力，促进种子发芽[2]。目前关于赤霉素缓解干旱胁迫对种子萌发和幼苗生长的影响已经在沙冬青[1]、烟草[3]等植物上有报道。本试验采用不同浓度的PEG-6000模拟干旱环境，研究3种不同浓度（10%、20%、40%）的PEG-6000（简称PEG）对鸡冠花种子萌发的影响，从而了解鸡冠花种子萌发过程中的耐旱性，揭示其抗旱机理。在模拟干旱环境中加入不同浓度的赤霉素，探讨赤霉素在鸡冠花种子萌发过程中对干旱胁迫缓解机制。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡冠花种子由海宁虹越花卉有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计挑选饱满大小均匀的鸡冠花种子，进行3遍蒸馏水清洗，用3%的次氯酸钠浸种消毒15 min，然后用蒸馏水冲洗5遍，减少消毒液对试验的干扰。将种子放入带有两层滤纸的培养皿（d=9 cm）中，每个培养皿中放置50粒种子，每个处理重复3次。各组分别加入质量分数为0（CK蒸馏水对照）、5%（T1轻度胁迫）、10%（T2中度胁迫）、20%（T3重度胁迫），40%（T4严重胁迫）的PEG-6000溶液进行干旱胁迫处理，处理后每组分别再用浓度为0、50、100、200 mg/L赤霉素在第0天进行干旱胁迫缓解处理，直至滤纸浸透并微量溢出为宜。将培养皿放入25℃恒温培养箱中，每2天分别向培养皿中加入一定量的赤霉素溶液。

1.2.2 项目测定处理第5天计算各组种子发芽势，第8天计算发芽率，第13天测定鲜重、胚轴胚根长度。第15天取一定量发芽种子胚根测定丙二醛（MDA）、可溶性蛋白含量以及保护酶活性[4]。MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定[5]；脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮显色法[6]；过氧化物酶POD活性测定采用愈创木酚显色法测定[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法[6]测定。

1.2.3 数据分析试验结果采用Excel 2007绘图及制表，用SPSS 16.0分析和检验试验结果差异显著性。

2 结果与分析

2.1 GA3对干旱胁迫下鸡冠花种子萌发形态指标的影响

GA3对干旱胁迫下鸡冠花种子萌发形态指标的影响见表1。如表1所示，在轻度干旱处理下，外源GA3浓度为200 mg/L时，鸡冠花种子发芽势、发芽率、鲜重最高，胚轴胚根长度最长，分别是对照的4.03、3.29、1.64、1.58、2.24倍。GA3浓度为0的中度和重度干旱处理下，种子各项形态指标与对照相比表现出不同程度的下降；相同浓度GA3处理下，种子在10%PEG处理中的发芽势、发芽率等5项指标均最高，说明干旱胁迫对种子萌发有一定的抑制作用，低浓度的PEG处理会促进鸡冠花种子的萌发。在相同干旱水平下，GA3不同浓度处理，发芽势表现出显著性差异（p<0.05）。在重度干旱处理中，不同浓度外源GA3处理，种子的发芽率、胚根胚轴长度以及鲜重数值基本相似，无显著性差异，说明随着干旱强度的增加会严重抑制种子的正常萌发，而在轻中程度干旱处理下，GA3可较好的促进鸡冠花种子萌发。

2.2 GA3对干旱胁迫下鸡冠花种子萌发过程MDA和可溶性蛋白含量的影响

种子在干旱胁迫下细胞中的活性氧逐渐得到积累，最终发生膜脂过氧化和膜脂脱氧化反应，导致过氧化物丙二醛（MDA）的产生和积累[6]。如图1所示，在同浓度GA3处理下，随着干旱胁迫的增强，鸡冠花种子中MDA含量出现逐渐增加的趋势；同强度干旱处理，随着GA3浓度的增加，种子中MDA含量也出现逐渐增加的趋势。说明GA3和PEG都会对细胞膜氧化系统造成不同程度的破坏，产生过氧化物MDA，随着二者浓度的增加，对细胞膜系统破坏的程度会加重。40%PEG+200 mg/L GA3处理下MDA含量最高，比0 PEG+0 GA3处理增加了2.39倍。在同一干旱水平下，200 mg/L GA3处理MDA含量均最高，分别是同一干旱水平0 GA3处理的1.73、1.58、1.32、1.21倍。

由图2还可知，相同GA3浓度处理下，可溶性蛋白含量随着干旱强度的增加表现出先增加后降低的趋势，在10%PEG+200 mg/L GA3处理下可溶性蛋白含量最高，是0 PEG+0 GA3处理的4.65倍。同一水平干旱处理，可溶性蛋白含量随着GA3浓度的增加表现出持续增加的趋势，在200 mg/L GA3处理下数值最大，比同一干旱水平0 GA3处理相应增加了3.32、2.10、3.31、4.23倍。说明一定浓度的GA3可促进可溶性蛋白的积累，低浓度PEG也可促进可溶性蛋白的积累；在10% PEG处理下，PEG与GA3有一定的协同效应，且随着GA3浓度的增加，可溶性蛋白含量也随之增加。

2.3 赤霉素对干旱胁迫下鸡冠花种子萌发过程SOD和POD活性的影响

SOD作为可清除植物体内具有强烈毒性的超氧阴离子自由基的活性酶之一，其活性与植物抗逆性有密切关系[7]。如图3所示，在同一干旱处理下，随着外源GA3浓度的增减，SOD活性也随之增加，并在200 mg/L GA3处理下达到最大值。相同浓度GA3处理下，种子中SOD活性随着干旱强度的增加表现出先增加后降低的趋势，在中度干旱环境中，不同浓度的GA3处理下，SOD活性均达到最大值。在重度干旱处理下，不同浓度GA3处理SOD活性均最低，SOD保护酶活性在遭到逆境破坏导致其含量不断下降。同一干旱水平，不同浓度GA3处理，SOD活性具有显著性差异。

图3 赤霉素对干干早胁迫下鸡冠花种子葫发SOD活性的影响

由图4还可看出，同一浓度GA3处理，鸡冠花种子中POD酶活性会随着干旱胁迫程度的增加而增加，20% PEG+200 mg/L GA3处理下POD活性最大，是对照的2.37倍。在40% PEG处理下，不同浓度GA3处理种子POD酶活性出现不同程度的下降，差异性并不显著。0 PEG、10%PEG、20% PEG三个干旱处理，每个处理POD酶活性均随外源GA3浓度的增加表现出逐渐增加的趋势，在200 mg/L GA3处理下POD活性达到峰值，且各处理GA3不同浓度之间POD活性差异性显著（p<0.05）。

图4 赤霉素对干早胁迫下鸡冠花种子萌发POD活性的影响

3 讨论与结论

干旱胁迫是植物生长和种子萌发的主要逆境之一[8]。PEG-6000为大分子聚合物，水溶性较好，能够夺取水分但不会引起质壁分离从而使植物组织和细胞处于类似于干旱水分胁迫之中[9]。本试验利用PEG-6000模拟干旱胁迫，研究其对鸡冠花种子萌发的影响，结果表明：10%浓度的PEG可以促进鸡冠花种子的萌发，20%PEG处理，只有少许种子可以继续萌发，40%PEG处理种子的萌发受到干旱胁迫的严重抑制，随着干旱胁迫程度的增加会抑制种子胚根、胚轴的生长，破坏细胞膜过氧化物系统，降低SOD和POD的活性，减少可溶性蛋白的积累。赤霉素等外源激素不仅对植物的代谢调控及生长发育有重要的影响，对植物种子的萌发也有一定促进或抑制作用[10]。结果表明，同一干旱强度下，随着外源GA3处理浓度的增加，对鸡冠花种子萌发促进作用越明显。0~200 mg /L浓度的外源赤霉素处理鸡冠花种子，可以显著提高轻度和中度干旱胁迫环境中种子的发芽率、发芽势以及SOD、POD保护酶的活性，在一定程度上减缓MDA含量的增加速率，促进可溶性蛋白的积累，有效缓解干旱胁迫对鸡冠花种子萌发的抑制作用。

发芽势和发芽率是影响种子出苗的重要指标之一，胚根胚轴长可以评价种子萌发过程中吸收水分的能力[11]。与对照相比加入外源GA3可以显著提高鸡冠花种子发芽势和发芽率，缓解干旱胁迫，提高种子萌发过程中的吸水能力，促进种子正常出苗。可溶性蛋白具有较强的亲水性，参与植物体内众多酶代谢，是重要的渗透调节物质。逆境环境中可溶性蛋白含量增加，可增强细胞的持水力，其含量的变化是衡量植物抗逆性的重要指标[12]。试验表明，干旱胁迫会促使种子内部可溶性蛋白含量增加，但随着干旱强度的增加会抑制蛋白质的合成，促使其分解，参与渗透调节，缓解逆境伤害。

SOD和POD酶是植物体内参与活性氧代谢的主要酶，可清除植物体内积累的活性氧，保护细胞膜的结构功能，缓解逆境胁迫对植物的损伤，其活性变化能够较好地反映植物对逆境的适应能力[13]。MDA是膜脂过氧化的最终产物，与保护酶活性存在一定的相关性[13]。在轻度和中度干旱胁迫处理下，同一浓度外源处理，SOD和POD酶活性总体呈大幅度升高趋势，可能是鸡冠花种子内部通过保护酶活性来抵御干旱逆境对其造成的伤害，表现出一定的抗旱能力。轻度和中度干旱处理，MDA含量有所增加，但升幅较小，说明干旱初期种子内部保护酶系统可清除活性氧，促使膜脂过氧化物含量维持较低水平，减少逆境对种子自身的伤害。同一干旱水平，随着加入外源GA3浓度的升高，MDA含量也会升高，高浓度的外源GA3会破坏细胞膜保护系统。在重度干旱胁迫下，同一外源处理种子中的MDA含量出现大幅升高，SOD和POD酶活性出现下降趋势，可能是种子内部保护酶系统遭到破坏，外源GA3处理不能有效缓解重度干旱对种子萌发的抑制作用。保护酶活性和脂质过氧化产物存在一定协同作用，这与高诗文[14]、金龙飞等[15]研究结果一致。

综上所述，不同浓度的赤霉素和低浓度的PEG-6000对鸡冠花种子萌发均具有促进作用，适当浓度的PEG-6000和GA3浸种可以有效缓解中低强度干旱胁迫对鸡冠花种子萌发的抑制影响。