文景锜，陳仕勇，柏曉玲，周青平，李世丹

(1.西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041； 2.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川 成都 610041)

燕麥(AvenasativaL.)是禾本科燕麥屬的一年生草本植物，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，喜濕潤、涼爽的氣候條件，耐寒、耐旱。燕麥不僅是優(yōu)良的飼料作物，也是營養(yǎng)價(jià)值極高的糧食作物；廣泛分布于世界各地，在全球谷物產(chǎn)量排名中居第6位[1]。我國燕麥主要種植在華北、西南和西北地區(qū)，其對我國農(nóng)牧業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境改善、消費(fèi)者健康及可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要作用[2]。為推進(jìn)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)燕麥生產(chǎn)發(fā)展，保全苗、育壯苗是燕麥生產(chǎn)與種質(zhì)資源保存中需要研究的問題，而燕麥種子的萌發(fā)條件及其影響因素是其中重要組成部分[3,4]。

過氧化氫(H2O2)是植物體內(nèi)的活性氧(ROS)，是一種有毒害性的細(xì)胞有氧代謝產(chǎn)物。同時(shí)，H2O2還是植物細(xì)胞中響應(yīng)生物或非生物脅迫的一種重要信號分子，可以介導(dǎo)多種植物對逆境脅迫的應(yīng)答反應(yīng)，并維持和調(diào)控其生長發(fā)育的平衡[5]。植物種子的萌發(fā)過程伴隨著一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，其中也涉及到H2O2等活性氧物種的轉(zhuǎn)化代謝等活動(dòng)。所以，H2O2也已經(jīng)被證實(shí)在植物種子萌發(fā)過程中扮演著重要角色，適宜濃度的添加能夠起到促進(jìn)萌發(fā)及幼苗生長的作用，例如在大豆、玉米、水稻、雀稗等作物中成功應(yīng)用[6-8]。目前在燕麥中的研究還較少，特別是在不同品種之間的作用是否存在差異等問題還有待進(jìn)一步研究。本研究通過分析H2O2浸種對3種高寒燕麥品種萌發(fā)期和苗期生長的影響，旨在為探究外源H2O2對燕麥種植的影響，并為優(yōu)質(zhì)燕麥的生產(chǎn)實(shí)踐提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究選用了加燕2號、青海甜燕麥和青燕1號3個(gè)在青藏高原地區(qū)推廣應(yīng)用的皮燕麥品種，種子均由西南民族大學(xué)牧草創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選飽滿均勻的燕麥種子，經(jīng)75%的無水乙醇消毒2 min后，用蒸餾水沖洗3次，并用濾紙吸干種子表面水分。用濃度分別為0.05%、0.1%、0.2%的H2O2溶液在室溫避光下浸種24 h，以蒸餾水浸種作為對照(ck)。將種子置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中整齊均勻擺放50粒種子，每種處理重復(fù)4次。把培養(yǎng)皿置于條件為白天23 ℃/14 h，夜間18 ℃/10 h的培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行處理。

圖1 不同濃度H2O2處理對燕麥種子萌發(fā)的影響

1.3 指標(biāo)測定及方法

每天定時(shí)觀察發(fā)芽情況，以胚根伸出種皮作為種子發(fā)芽標(biāo)志，記錄發(fā)芽數(shù)，第5天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第10天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并測定幼苗的形態(tài)指標(biāo)。每個(gè)處理隨機(jī)選取15株幼苗，共3個(gè)重復(fù)。小心清洗種子，用直尺測量幼苗的株高和根長，并用游標(biāo)卡尺測定幼苗的莖粗。

參照《國際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[9]進(jìn)行以下種子萌發(fā)指標(biāo)的計(jì)算：

發(fā)芽率(%)=(G10/N)×100%；

發(fā)芽勢(%)=(G5/N)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gi/Di)；

活力指數(shù)=GI×S；

根芽比=根長/株高；

式中，G10為第10天正常發(fā)芽的種子數(shù)，G5為第5天正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)；Gi為第i天發(fā)芽數(shù)，Di為發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗平均長度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并用Origin 2018軟件繪制圖表。通過SPSS Statistics 24軟件進(jìn)行單因素方差分析，運(yùn)用Duncan法進(jìn)行不同處理間的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度H2O2對燕麥種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

由圖1可知，隨著H2O2濃度的增大，不同燕麥種子在不同濃度間發(fā)芽率表現(xiàn)出不同的變化。加燕2號隨著H2O2濃度的增大，其發(fā)芽率顯著升高(p<0.05)；并在0.1% H2O2時(shí)，發(fā)芽率提高最多，比對照提高了54.67%。青海甜燕麥的種子發(fā)芽率則隨著H2O2處理濃度的增大而逐漸降低，其中在0.05%和0.1%濃度處理下下降不顯著(p>0.05)，而在0.2% H2O2處理下下降最多，達(dá)到79.33%(p<0.05)。青燕1號發(fā)芽率在0.05%和0.1%濃度下呈先降低再升高的趨勢，但是與對照的發(fā)芽率相比，差異不顯著；僅在0.2% H2O2處理下發(fā)芽率比對照下降程度達(dá)到顯著水平(p<0.05)。供試燕麥種子的發(fā)芽勢則表現(xiàn)出和發(fā)芽率一致的變化趨勢。發(fā)芽指數(shù)也是反映種子活力的指標(biāo)，還能表示種子的萌發(fā)速度和出苗的整齊度。3個(gè)供試燕麥品種的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率和發(fā)芽勢結(jié)果相一致。外源H2O2處理提高了加燕2號種子的發(fā)芽指數(shù)，其中0.1%濃度效果較為明顯；高濃度(0.2%)H2O2處理顯著降低了青海甜燕麥和青燕1號的發(fā)芽指數(shù)，抑制了其種子發(fā)芽。

2.2 不同濃度H2O2對燕麥幼苗生長的影響

由圖2可知，供試燕麥幼苗的株高隨著H2O2濃度的升高表現(xiàn)出先降低再增高的趨勢。在0.05%H2O2濃度處理下，3個(gè)品種幼苗的株高均比對照下降(p<0.05)。加燕2號和青燕1號幼苗的株高分別在0.2%和0.1%條件下達(dá)到最大，與對照相比，分別顯著增加了105%和59%(p<0.05)。外源H2O2對青海甜燕麥幼苗的株高則產(chǎn)生了抑制作用，株高下降。

隨H2O2濃度的增加，3種燕麥幼苗的莖粗呈先增大后減少的變化。在0.05%濃度條件下其莖粗達(dá)到最大值，與對照相比分別顯著提高了15%、69%、45%(p<0.05)。在中、高濃度(0.1%和0.2%)條件下，加燕2號與對照間差異不顯著(p>0.05)，青海甜燕麥和青燕1號則顯著高于對照(p<0.05)。

2.3 不同濃度H2O2對燕麥幼苗根系的影響

由圖3可知，隨著外源H2O2處理濃度的升高，供試燕麥幼苗根的數(shù)量呈增加的趨勢。在0.2%濃度下，3個(gè)品種的根數(shù)均達(dá)到最大，且顯著高于其它濃度(p<0.05)。與ck處理相比，加燕2號、青海甜燕麥和青燕1號的根數(shù)增幅分別為29%、25%、45%。在低濃度(0.05%)處理下，加燕2號、青海甜燕麥的根數(shù)與對照相比表現(xiàn)出了一定的抑制作用。另外，隨著H2O2添加濃度的升高，供試燕麥幼苗根的長度大體呈下降趨勢。

圖2 不同濃度H2O2浸種對燕麥幼苗的影響

圖3 不同濃度H2O2浸種對燕麥幼苗根系的影響

2.4 不同濃度H2O2對燕麥種子活力指數(shù)的影響

活力指數(shù)是判斷種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，它綜合了種子的發(fā)芽、出苗以及幼苗長勢情況，是能較全面表示種子活力的一個(gè)指標(biāo)。由圖4可知，供試燕麥品種在外源H2O2處理下表現(xiàn)差異明顯。加燕2號活力指數(shù)隨著H2O2濃度的增大而逐漸升高，在濃度為0.2%時(shí)活力指數(shù)達(dá)到最大。青海甜燕麥和青燕1號的活力指數(shù)呈降低-升高-降低的趨勢，在濃度為0.2%時(shí)活力指數(shù)降到最低。

圖4 不同濃度H2O2對燕麥種子活力指數(shù)的影響

3 討 論

植物在正常環(huán)境下參與有氧代謝，在植物體內(nèi)會(huì)形成活性氧。當(dāng)活性氧的濃度較低時(shí)，植物不會(huì)受到傷害。但是當(dāng)植物受到某種生物或非生物脅迫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生并積累大量的活性氧，如果它的產(chǎn)生與清除無法達(dá)到平衡，超出植物本身清除活性氧的能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)大分子物質(zhì)受到嚴(yán)重的氧化損傷，所以活性氧對植物的作用與它的臨界濃度水平有關(guān)[10]。高濃度的H2O2對種子的處理會(huì)直接加劇膜脂過氧化及膜蛋白降解，導(dǎo)致細(xì)胞膜流動(dòng)性降低、透性增加，細(xì)胞代謝受到影響，對種子萌發(fā)非常不利[11]。如高濃度H2O2能夠降低莖瘤芥的發(fā)芽率與種子活力，抑制小麥根細(xì)胞的正常生長，并促進(jìn)其細(xì)胞凋亡[12]。而低濃度H2O2能通過調(diào)控酶的活性，讓植物的代謝水平得到提升，促進(jìn)大豆、小麥、玉米等[6,7,13]作物種子的萌發(fā)。

本研究結(jié)果表明，不同品種對H2O2濃度的響應(yīng)存在明顯差異。隨著處理濃度的增加，加燕2號萌發(fā)指標(biāo)先升高再降低；青海甜燕麥和青燕1號萌發(fā)指標(biāo)均為先降低再升高再降低的趨勢。這與供試的加燕2號種子的活力較低有關(guān)，在對照條件下其發(fā)芽率不到20%。這也說明H2O2對于提高低活力燕麥種子萌發(fā)具有顯著的促進(jìn)作用，其中以0.1%處理的濃度效果最好。青海甜燕麥和青燕1號在低濃度(0.05%) H2O2受到了輕微的抑制；在中低濃度0.1%表現(xiàn)出了促進(jìn)作用，在高濃度條件下就表現(xiàn)出顯著的抑制，這也與之前在燕麥中的研究結(jié)果類似[14]。本研究初步揭示了H2O2對3種燕麥種子的萌發(fā)和幼苗生長的影響，而關(guān)于H2O2對燕麥生長發(fā)育過程中各種滲透調(diào)節(jié)物和活性酶的影響，以及其介導(dǎo)植物種子生理生化代謝的機(jī)理等，還需要更深入的研究和探討。

4 結(jié) 論

本研究中不同燕麥品種的萌發(fā)和幼苗生長對外源的H2O2表現(xiàn)出了明顯不同的響應(yīng)，不同濃度間也表現(xiàn)出了顯著的差異。外源H2O2處理對低活力的加燕2號的萌發(fā)和幼苗生長具有較好的促進(jìn)作用，其中0.1%的濃度處理效果最顯著。外源H2O2處理對青海甜燕麥和青燕1號的萌發(fā)等的促進(jìn)效果不明顯，特別是在0.05%和0.2%濃度處理下還有一定的抑制作用。