梁帥克,樊 宏,張文明,姚大年

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,安徽合肥 230036)

紫花苜蓿(Medicago sativa)是種植面積最廣的多年生豆科牧草,具有適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn),素有“牧草之王”的美稱。由于紫花苜蓿種子細(xì)小,萌發(fā)速度慢,萌發(fā)期不一致,幼芽細(xì)弱,苗期生長(zhǎng)緩慢,易受各種不良逆境和雜草的影響,給人工草地建植帶來(lái)了極大的不便。因此,提高紫花苜蓿種子活力和幼苗抗逆性是牧草生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題[1,2]。

種子引發(fā)也稱為滲透調(diào)節(jié),是提高種子活力的處理技術(shù)。早在1973年Heydecker等人提出,它是控制種子緩慢吸收水分使其停留在吸脹的第2階段,讓種子進(jìn)行預(yù)發(fā)芽的生理生化代謝和修復(fù)作用,促進(jìn)細(xì)胞膜、細(xì)胞器、DNA的修復(fù)和酶的活化,使其處于準(zhǔn)備發(fā)芽的代謝狀態(tài),但防止胚根的伸長(zhǎng)[3,4]。目前,常用的種子引發(fā)方法有滲透引發(fā)、滾筒引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)和生物引發(fā)等[5,6]。大量研究表明,經(jīng)引發(fā)的種子活力增強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、耐低溫、出苗快而齊、成苗率高,可節(jié)約種子用量,減少成本[7]。該技術(shù)已應(yīng)用于多種蔬菜和農(nóng)作物種子,但關(guān)于紫花苜蓿種子的引發(fā)研究報(bào)道較少[6-8]。通過(guò)研究無(wú)機(jī)鹽引發(fā)對(duì)紫花苜蓿種子活力及幼苗抗逆性的影響,探討無(wú)機(jī)鹽引發(fā)提高種子活力的生理生化機(jī)理,為紫花苜蓿種子引發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及方法

供試紫花苜蓿種子,是2007年收獲由合肥安美園林種業(yè)公司提供,試驗(yàn)于2008年10～2009年6月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)種子科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

采用3種無(wú)機(jī)鹽溶液KNO3、CaCl2、K2HPO4浸種保濕進(jìn)行引發(fā)。每種溶液設(shè)2%、4%2種濃度,浸種時(shí)間均為5 min,將浸過(guò)的種子放入封閉的種子袋中進(jìn)行保濕,保濕時(shí)間設(shè)12,24和36 h。引發(fā)處理后的種子,用自來(lái)水沖洗30 s,再用吸水紙吸干種子表面水分,溫室回干24 h,即用于實(shí)驗(yàn)。

1.2 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定

對(duì)各引發(fā)處理種子及對(duì)照進(jìn)行幼苗生長(zhǎng)測(cè)定、加速老化試驗(yàn)、抗冷測(cè)定和模擬田間出苗率測(cè)定,設(shè)干種子(種子不做任何處理)和水引發(fā)處理為對(duì)照。每種無(wú)機(jī)鹽溶液選擇一種效果較好的引發(fā)處理,進(jìn)行幼苗的抗鹽性、抗酸性和抗旱性測(cè)定,超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定,丙二醛(MDA)和葉綠素含量測(cè)定。

1.2.1 幼苗生長(zhǎng)測(cè)定 參照GB/T 2930-2001牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程[9]進(jìn)行,采用紙床進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每處理100粒種子,3次重復(fù),置床后放入智能人工氣候箱中培養(yǎng)(25℃恒溫、光照8 h)。各處理均于第4 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì),于第10 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率,同時(shí)隨機(jī)取10株正常幼苗測(cè)定芽長(zhǎng)(下胚軸+子葉)、芽鮮重、芽干重,并計(jì)算簡(jiǎn)化活力指數(shù)(簡(jiǎn)化活力指數(shù)=發(fā)芽率×芽干重)。

1.2.2 加速老化試驗(yàn) 取不同處理的種子500粒平鋪在塑料紗網(wǎng)袋里,放入智能人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi),用41℃、100%相對(duì)濕度條件老化處理72 h,然后隨機(jī)數(shù)取300粒種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn),測(cè)定發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。

1.2.3 抗冷測(cè)定 參照文獻(xiàn)[10]方法,每處理100粒凈種子,置于濕潤(rùn)紙床,5℃低溫下處理7 d,后轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽溫度下發(fā)芽,3次重復(fù),測(cè)定發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。

1.2.4 模擬田間測(cè)定出苗率 參照文獻(xiàn)[6]方法進(jìn)行。每處理100粒種子,土壤與砂(各一半)混合發(fā)芽床,3次重復(fù),室溫下第10 d統(tǒng)計(jì)出苗率。

1.2.5 幼苗抗逆性測(cè)定 抗鹽性測(cè)定 參照文獻(xiàn)[11]方法。設(shè)置 4個(gè) Na2CO3濃度梯度:0.0% 、0.1%、0.3%、0.5%。用不同濃度的Na2CO3溶液代替水,對(duì)引發(fā)種子進(jìn)行沙床發(fā)芽試驗(yàn),3次重復(fù);抗酸性測(cè)定 參照[12]的方法。以自來(lái)水為母液,將給定濃度的H2SO4和HNO3混合液分別調(diào)成pH值為2.0、3.0、4.0、5.0和6.0的酸溶液,進(jìn)行紙床發(fā)芽試驗(yàn),3次重復(fù);抗旱性測(cè)定 參照[13]的方法,用分子量為6 000的 PEG 配制成0%、5%、10%、15%和 20%5種濃度PEG溶液,進(jìn)行紙床發(fā)芽試驗(yàn),3次重復(fù)。

1.2.6 酶活性,丙二醛和葉綠素含量測(cè)定 SOD活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]的方法;POD活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[15]方法;CAT活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[16]的方法;MDA含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[17]的方法;葉綠素含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[18]的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)對(duì)紫花苜蓿種子幼苗的生長(zhǎng)

試驗(yàn)中不同的引發(fā)處理對(duì)紫花苜蓿種子幼苗生長(zhǎng)的影響差異較大,低濃度的無(wú)機(jī)鹽溶液,較短的保濕時(shí)間,引發(fā)效果較好。通過(guò)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽長(zhǎng)、鮮重、干重和簡(jiǎn)化活力指數(shù)6項(xiàng)活力指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)來(lái)分析,2%KNO312 h和2%KNO324 h;2%CaCl212 h和2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h和2%K2HPO4 24 h這6種引發(fā)處理效果較好(表1)。

2.2 無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)對(duì)紫花苜蓿種子抗老化、抗低溫能力、模擬田間出苗率及相對(duì)電導(dǎo)率的影響

無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)后,紫花苜蓿種子的抗老化能力、抗低溫能力及田間出苗率均有所提高。通過(guò)對(duì)加速老化試驗(yàn)、抗冷測(cè)定以及模擬田間出苗率試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析來(lái)看,2%KNO312 h和2%CaCl224 h 2個(gè)處理效果最好,各項(xiàng)考察指標(biāo)均高于對(duì)照,大部分差異達(dá)顯著或極顯著水平。以K2HPO4為引發(fā)劑的各處理效果較差,部分指標(biāo)甚至低于對(duì)照(表2)。

結(jié)果表明,紫花苜蓿種子3種無(wú)機(jī)鹽引發(fā)的適宜濃度為:2%KNO312 h;2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h。

表1 無(wú)機(jī)鹽引發(fā)紫花苜蓿種子幼苗生長(zhǎng)測(cè)定結(jié)果及比較Table 1 The growth index of alfalfa seedling under inorganic salt processing

續(xù)表1

表2 無(wú)機(jī)鹽引發(fā)紫花苜蓿加速老化、抗冷測(cè)定和模擬田間出苗率測(cè)定結(jié)果比較Table 2 Aging,cold resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing %

2.3 無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)對(duì)紫花苜蓿幼苗抗逆性的影響

隨著Na2CO3濃度的增加,各處理種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),但引發(fā)處理的種子發(fā)芽率均明顯高于干種子對(duì)照,Na2CO3濃度越高,效果越明顯。說(shuō)明適宜的無(wú)機(jī)鹽引發(fā)能有效地提高紫花苜蓿幼苗的抗鹽性(圖 1)。

圖1 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗鹽性測(cè)定結(jié)果Fig.1 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

隨著pH值的降低,各處理種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),當(dāng)pH降到2時(shí),各處理的發(fā)芽率均為0。但引發(fā)處理的紫花苜蓿種子發(fā)芽率均明顯高于對(duì)照,pH越低,效果越明顯。說(shuō)明適宜的無(wú)機(jī)鹽引發(fā)能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗酸性(圖2)。

圖2 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗酸性測(cè)定結(jié)果Fig.2 Acidity resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

在PEG溶液模擬的不同干旱梯度下,無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)處理的紫花苜蓿種子發(fā)芽率均明顯高于對(duì)照,PEG溶液濃度越高,效果越明顯。說(shuō)明適宜的無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗旱性,其中,2%K2HPO412 h處理效果更好(圖3)。

2.4 無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)對(duì)紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及葉綠素含量的影響

經(jīng)無(wú)機(jī)鹽引發(fā)的紫花苜蓿種子,其幼苗 SOD、POD、CAT活性、丙二醛及葉綠素含量均與對(duì)照有明顯差異。3種引發(fā)處理的SOD、POD活性均顯著高于對(duì)照,其中,2%CaCl224 h的處理效果更好;3種引發(fā)處理的CAT活性均高于對(duì)照,其中,2%KNO312 h處理CAT活性顯著高于對(duì)照,2%CaCl224 h和2%K2HPO412 h處理均與對(duì)照差異不顯著。3種引發(fā)處理的丙二醛含量均顯著低于對(duì)照,其中,2%CaCl224h處理效果更好。3種引發(fā)處理的葉綠素含量均顯著高于對(duì)照,2%KNO312 h的效果更好(表3)。

圖3 引發(fā)處理紫花苜蓿幼苗抗鹽性測(cè)定結(jié)果Fig.3 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

3 討論

眾多研究表明,種子引發(fā)技術(shù)能有效提高種子活力、在低溫、高溫、干旱、鹽漬或低氧等逆境條件下能加速發(fā)芽,提高發(fā)芽一致性以及出苗速率、出苗率和成苗率[19,20],其機(jī)理在于種子在引發(fā)過(guò)程中發(fā)生各種生理生化變化,不僅RNA、蛋白質(zhì)合成發(fā)生變化,而且還能誘導(dǎo)細(xì)胞膜的修復(fù),提高萌發(fā)種子的某些酶的活性,增加萌發(fā)種子ATP含量[21]。對(duì)紫花苜蓿種子進(jìn)行PEG引發(fā)試驗(yàn),結(jié)果表明PEG引發(fā)可提高紫花苜蓿種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù),并能提高對(duì)逆境的抵抗力。對(duì)紫花苜蓿進(jìn)行砂引發(fā)試驗(yàn),結(jié)果表明適宜的砂引發(fā)處理能有效提高紫花苜蓿種子的活力,對(duì)與活力相關(guān)酶的活性也有一定的提高。劉慧霞等[2]對(duì)紫花苜蓿進(jìn)行水引發(fā)試驗(yàn),結(jié)果表明水引發(fā)處理對(duì)種子活力也有一定的促進(jìn)作用。

以往對(duì)紫花苜蓿的引發(fā)處理均有一定缺陷。如PEG引發(fā)成本較高,不利于推廣;砂引發(fā)處理相對(duì)繁瑣,對(duì)砂的含水量難以控制;水引發(fā)處理的效果則不太明顯。試驗(yàn)研究表明,適宜的無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)能有效提高紫花苜蓿種子的活力及幼苗的抗逆性。因此,作者認(rèn)為,無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)便易行,成本低廉,引發(fā)效果明顯,具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。無(wú)機(jī)鹽溶液引發(fā)的機(jī)理,尚需要進(jìn)一步深入研究。

表3 無(wú)機(jī)鹽引發(fā)紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及葉綠素含量測(cè)定結(jié)果及比較Table 3 Enzyme activity,MDA content and Chl content of alfalfa seedling under inorganic salt processing

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