霍俊豪李 峰劉 璇韓 猛鄒曉霞*

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點實驗室,山東 青島 266109;2.棗莊市市中區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,山東 棗莊 277100)

花生是重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物,中國是世界最大的花生生產(chǎn)國和消費(fèi)國[1],大力發(fā)展花生產(chǎn)業(yè)對加快我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用和積極的戰(zhàn)略意義[2]。

溫度是花生種子萌發(fā)的必要條件,研究表明14～23℃范圍內(nèi)日均氣溫每升高1℃,出苗時間縮短約1.5 d[3],日均溫度升至25℃左右時,花生株高顯著增加[4]。花生種子不僅在貯藏和播種過程中可能會受到低溫冷害,在我國東北地區(qū),花生如未能及時收獲或遇初霜期提前,很容易發(fā)生凍害,也會導(dǎo)致花生種子發(fā)芽率大幅降低甚至喪失萌發(fā)能力[5-7]。陶群等[8]研究發(fā)現(xiàn),種子經(jīng)低溫處理后能降低花生幼苗主、側(cè)根長度和側(cè)根數(shù)量,降低根系活力。史普想等[9]觀察到,花生種子含水量為5%時,經(jīng)-20℃低溫貯藏后,種子活力下降不明顯,對出苗率的影響較小;但種子含水量為10%時,活力明顯降低,出苗率僅為70.0%;種子含水量為15%時則完全喪失發(fā)芽能力。

植物對逆境信號的響應(yīng)是一個極其復(fù)雜的過程,而內(nèi)源激素水平的變化是植物逆境響應(yīng)的重要信號因子。生長素(IAA)最基本的生理作用是促進(jìn)生長,但對不同器官生長的促進(jìn)作用因濃度而異[10],于運(yùn)華等[11]發(fā)現(xiàn),受低溫脅迫時,冬小麥根系中生長素(IAA)含量會提高,利于解決根系生長的脅迫以恢復(fù)正常功能;赤霉素(GA3)能促進(jìn)種子萌發(fā)和植物生長發(fā)育,在植物響應(yīng)非生物脅迫過程中同樣發(fā)揮著重要作用[12]。劉瑜霞[13]研究發(fā)現(xiàn),在楨楠種子萌發(fā)過程可通過調(diào)控GA3水平來響應(yīng)溫度的變化,提高種子發(fā)芽率。脫落酸(ABA)具有協(xié)調(diào)作物體內(nèi)代謝的能力,可促進(jìn)碳水化合物向庫的運(yùn)輸,對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用[14]。張東琴等[15]研究發(fā)現(xiàn),低溫對內(nèi)源ABA 的形成和積累有抑制作用,可減緩黃瓜子房發(fā)育的進(jìn)程。李雪苗[16]研究大葉黃楊的抗寒性時發(fā)現(xiàn),IAA 能夠抵御一定程度的寒冷環(huán)境,但隨著溫度的降低,IAA 增強(qiáng)抗寒的效果減弱。玉米素核苷(ZR)是植株體內(nèi)主要的并可在木質(zhì)部中轉(zhuǎn)運(yùn)的細(xì)胞分裂素[17],研究發(fā)現(xiàn),在根部受到低溫脅迫和生長延緩劑共同作用下,ZR 含量有明顯提高[18]。綜上可見,低溫脅迫可引起多種植物內(nèi)源激素水平發(fā)生變化,盡管作用機(jī)制不同,但激素水平的變化并不是孤立單一的,而是彼此相互作用、相互影響。如羅寧[19]觀察到玉米受低溫脅迫時,ABA 顯著高于對照,IAA 變化不顯著,GA3減少;王曉嬌等[20]研究發(fā)現(xiàn),受水分脅迫時,IAA 含量逐漸降低,ABA 含量升高,IAA/ABA 降低;胡朝暉等[21]研究表明,水分脅迫下,花生幼苗GA3含量先升后降,出現(xiàn)兩個高峰值,ABA 含量則逐漸升高,IAA 和ZR先降低后升高,隨著脅迫時間的延長,葉片中ABA/IAA 先升后降,ABA/ZR 則逐漸升高。

前人對低溫脅迫下花生種子生活力、幼苗形態(tài)變化、根系活力、葉綠素含量及部分生理特性展開了研究[22-23],但不同含水量花生種子受低溫脅迫后,幼苗生長特性和內(nèi)源激素含量變化并不明確。因此,本研究以青花7號花生品種為供試材料,以自然風(fēng)干未受低溫脅迫處理種子為對照,研究了不同含水量種子經(jīng)低溫脅迫后其萌發(fā)幼苗干物質(zhì)積累和功能葉片的內(nèi)源激素含量變化,明確了低溫脅迫對不同含水量花生種子品質(zhì)的影響,以期為花生種植生產(chǎn)提供有效保障。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019-2020年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可控溫濕培養(yǎng)室進(jìn)行,供試花生品種為青花7號,供試土壤為營養(yǎng)土與蛭石混合的培養(yǎng)基質(zhì)(營養(yǎng)土∶蛭石=7∶3),試驗培養(yǎng)裝置規(guī)格為直徑10 cm,高15 cm 的花盆。

1.2 試驗設(shè)計

將成熟飽滿花生莢果設(shè)(36±1)%、(43±1)%兩個含水量(其中(43±1)%含水量為收獲后未晾曬,(36±1)%含水量為收獲后晾曬1 d),分別置于2℃和-1℃下處理12 h,然后自然風(fēng)干,組合為4 個處理,以自然風(fēng)干成熟飽滿莢果為對照(CK),共計5個處理:CK,自然風(fēng)干莢果,未受低溫脅迫;T1,含水量(36±1)%,2℃低溫處理;T2,含水量(36±1)%,-1℃低溫處理;T3,含水量(43±1)%,2℃低溫處理;T4,含水量(43±1)%,-1℃低溫處理。將浸種后的種子播于花盆中,每組處理25盆(每盆1粒),置于培養(yǎng)室內(nèi)培養(yǎng),溫度設(shè)置為25℃,期間每日保持12 h黑暗,12 h光照,空氣相對濕度穩(wěn)定為75%。

1.3 測定指標(biāo)與方法

出苗后10 d開始取樣,之后每4 d取樣一次,共取樣5次,每次每處理取樣3盆。取樣后,取植株倒三葉于自封袋中,置于-80℃冰箱保存,用于測定內(nèi)源激素,采用酶聯(lián)免疫吸附測定法(ELISA)[24]。將植株分為地上和地下兩部分,于烘箱中105℃殺青30 min,然后75℃烘干到恒質(zhì)量,冷卻至室溫,分別測定兩部分干物質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果利用Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖,利用DPS統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對不同含水量種子萌發(fā)植株干物質(zhì)量的影響

2.1.1 地上部干物質(zhì)積累

圖1結(jié)果顯示,花生地上部干物質(zhì)量隨植株生育進(jìn)程呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,出苗后10～18 d生長較為緩慢,18～22 d增長速率達(dá)到最大,最后一次取樣時(出苗后26 d)地上部干物質(zhì)量達(dá)最大值。出苗后22～26 d,T1和T2處理地上部干物質(zhì)量均顯著高于對照,T3處理顯著低于對照,T4與對照差異不顯著,出苗后26 d取樣時,相較于對照,T1、T2地上部干物質(zhì)量分別增加24.38%、35.88%,T3處理降低18.23%。就生育期內(nèi)地上部干物質(zhì)量的總體趨勢而言:含水量36%(T1、T2)的種子萌發(fā)植株地上部干物質(zhì)量總體高于含水量43%(T3、T4)的種子,并且在相同含水量下,處理均以-1℃處理(T2、T4)干物質(zhì)量最高。

圖1 不同處理對花生地上部干物質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of different treatments on aboveground dry matter mass of peanut

2.1.2 地下部干物質(zhì)積累

圖2顯示,花生地下部干物質(zhì)量隨生育時期逐漸增加,10～14 d增長速率最大,出苗后26 d達(dá)到最大值。出苗后22～26 d,各低溫處理地下部干物質(zhì)量均顯著高于對照,出苗后26 d 取樣時,相較于對照,T1、T2、T3、T4地下部干物質(zhì)量分別增加63.39%、85.43%、15.35%和20.87%。地下部干物質(zhì)量的總體積累趨勢與地上部干物質(zhì)量積累趨勢相似:含水量36%(T1、T2)的種子萌發(fā)植株地下部干物質(zhì)量總體高于含水量43%(T3、T4)的種子,并且在相同含水量種子處理下,均以-1℃處理(T2、T4)地下部干物質(zhì)量最高。

圖2 不同處理對花生地下部干物質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of different treatments on underground dry matter mass of peanut

2.2 低溫脅迫對不同含水量花生種子萌發(fā)植株葉片內(nèi)源激素的影響

2.2.1 玉米素核苷(ZR)

表1可見,在培養(yǎng)周期內(nèi),各處理花生功能葉片ZR含量均呈上升趨勢,其中T2、T4處理變化趨勢相似,在出苗后18 d達(dá)最大值;CK、T3處理變化趨勢相似,在出苗后26 d達(dá)最大值。出苗后18 d采樣時,T1處理功能葉片ZR含量最高,較CK、T3和T2處理分別高出3.54%、16.45%和14.76%;第26 d采樣時,CK 處理功能葉片ZR 含量最高,此時T3、T2、T1和T4處理的功能葉片ZR含量分別比CK 低2.50%、12.46%、13.30%和15.62%。由此表明,低溫脅迫和含水量處理種子對其萌發(fā)植株功能葉片ZR 含量均有影響:出苗后10～18 d,溫度和含水量越低的處理,功能葉片ZR 含量越高,出苗后18～22 d,低溫脅迫越輕、含水量越低的處理,功能葉片ZR 含量越高。

表1 不同處理下各取樣時期花生功能葉片ZR 含量 (ng·g-1)Table 1 ZR content of functional leaves at different sampling time under different treatments

2.2.2 生長素(IAA)

隨著處理種子萌發(fā)幼苗的生長,花生功能葉片IAA 含量在T1、T3和CK 處理下均呈逐漸下降趨勢;T2、T4處理均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。出苗后第10 d采樣時,2℃處理(T1、T3)種子萌發(fā)幼苗功能葉片IAA 含量明顯高于CK和-1℃處理(T2、T4),此時,T1 比T2、CK 分別高出49.02%、39.00%,T3比T4、CK 分別高出41.39%、14.91%,表明種子含水量相同時,溫度越低,種子萌發(fā)幼苗功能葉片IAA 含量越高;出苗后第26 d采樣時,-1℃處理(T2、T4)IAA 含量明顯高于2℃處理(T1、T3)和CK 處理,在相同含水量43%情況下,-1℃處理的T4比2℃處理的T3和CK 分別高出51.23%和70.30%。以上結(jié)果表明,脅迫溫度和含水量越低,IAA 含量越高 (表2)。

表2 不同處理下各取樣時期花生功能葉片IAA 含量 (ng·g-1)Table 2 IAA content of functional leaves at different sampling time under different treatments

2.2.3 赤霉素(GA3)

研究發(fā)現(xiàn),T2、T4處理下花生功能葉片GA3含量呈現(xiàn)高—低—高的動態(tài)變化,均在出苗后18 d降到最低值;T1、T3處理呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢,分別在出苗后的26 d、22 d達(dá)到最大值。出苗后14 d采樣時,-1℃處理(T2、T4)的GA3含量顯著高于T1、T3和CK,T2比T1和CK 分別高出82.93%、45.78%,T4比T3和CK 分別高出99.84%、51.47%;出苗后22 d采樣時,T4比T3和CK 分別高出36.21%和13.54%,T2較T1高0.95%;出苗后26 d采樣時,36%含水量處理(T1、T2)GA3含量顯著高于CK 和43%含水量處理(T3、T4),T2 處理比T4、CK 分別高出50.15%、52.91%,T1 處理比T3、CK 分別高出32.29%、46.93%。綜上可見,出苗后10～22 d,GA3的變化趨勢與種子受脅迫溫度有一定相關(guān)性,脅迫溫度越低,GA3含量越高 (表3)。

表3 不同處理下各取樣時期花生功能葉片GA3含量 (ng·g-1)Table 3 GA3 content of functional leaves at different sampling time under different treatments

2.2.4 脫落酸(ABA)

表4可看出,在培養(yǎng)周期內(nèi),CK 和T3處理種子萌發(fā)花生幼苗功能葉片ABA 含量變化趨勢相近,均在出苗后26 d時達(dá)最大值;T2和T4處理趨勢相近,T1呈先高后低趨勢,在出苗后18 d達(dá)到最大值。出苗后18 d采樣時,各處理間均存在顯著差異,除T1處理外,其余處理均低于CK,由高至低依次為T1＞CK＞T3＞T4＞T2,表明在含水量相同時,脅迫溫度越低葉片ABA 含量越低;出苗后26 d采樣時,T2和T3處理葉片ABA含量顯著高于CK,T1和T4處理顯著低于CK,此時T2和T3 處理較CK 分別提升10.25%和12.63%,在36%含水量情況下,溫度越低葉片ABA 含量越高,在43%含水量情況下,隨溫度的降低,葉片ABA 含量逐漸降低。

表4 不同處理種子萌發(fā)幼苗各取樣時期花生功能葉片ABA 含量 (ng·g-1)Table 4 ABA content of functional leaves at different sampling time under different treatments

2.3 內(nèi)源激素變化影響因素分析

取樣時間、取樣時間×種子脅迫溫度及取樣時間×種子含水量的交互作用,對種子萌發(fā)幼苗功能葉片4種內(nèi)源激素含量均有極顯著影響。除GA3外,種子含水量對葉片ZR、IAA、ABA 含量均有極顯著影響,種子脅迫溫度對葉片ZR、IAA、GA3含量有極顯著影響,對葉片ABA含量有顯著影響,種子含水量與脅迫溫度的交互作用對葉片GA3含量影響不顯著,對ABA 和ZR、IAA 含量分別呈顯著和極顯著影響。取樣時期、種子含水量和脅迫溫度三者的交互作用對葉片ZR 含量無顯著影響,對葉片IAA、GA3、ABA 含量均呈極顯著影響?？梢?取樣時間可能對判斷種子脅迫溫度和含水量對萌發(fā)幼苗功能葉片內(nèi)源激素含量的影響有一定干擾,具體還需進(jìn)一步研究驗證 (表5)。

表5 種子脅迫溫度、含水量及幼苗取樣時期對花生葉片內(nèi)源激素含量的影響Table 5 Effects of stress temperature and water content of seeds and sampling period on endogenous hormone content in peanut leaves

3 討論

種子含水量會影響其對低溫脅迫的耐受性[25]。干物質(zhì)量是指示作物生長狀況的基本特征,而種子受到低溫脅迫后會導(dǎo)致萌發(fā)幼芽生長減緩,植株干物質(zhì)量下降[26],林煜春[25]研究發(fā)現(xiàn)花生種子經(jīng)過低溫處理后含水量高的種子生活力、出苗率及其發(fā)育植株的高度、葉綠素含量均下降。本研究也發(fā)現(xiàn)低溫脅迫(-1℃、2℃)后,含水量36%的花生種子發(fā)育植株苗期干物質(zhì)積累總量明顯高于含水量43%的花生種子,這表明花生種子遭遇一定范圍的低溫脅迫后,含水量越高,受害越明顯,原因可能是由于種子含水量越高,脂肪酶和其他酶活性增強(qiáng),呼吸作用加強(qiáng)[26],抗性降低,不利于抵御低溫脅迫。

低溫條件下,作物生長活力下降,為保證作物的生長,主要通過調(diào)控作物體內(nèi)的內(nèi)源激素含量調(diào)節(jié)植株的生理反應(yīng)[27]。馬學(xué)才等[28]發(fā)現(xiàn)隨低溫處理時間的延長,ABA/IAA、ABA/GA3 的比值升高,通過增加ABA 的合成,同時適當(dāng)減少IAA、GA3的合成來抵御低溫;趙彩霞[29]發(fā)現(xiàn)油菜可以通過積累ABA含量緩解低溫受到的脅迫;王興[30]研究發(fā)現(xiàn)小麥抗寒性強(qiáng)的品種IAA 含量高于抗寒性差的品種;田小霞等[31]在對薰衣草的研究中發(fā)現(xiàn)低溫影響植株體內(nèi)GA3合成導(dǎo)致其含量降低,進(jìn)而使植株生長速率減慢以適應(yīng)低溫脅迫;閆世江[32]研究表明低溫脅迫的黃瓜種子萌發(fā)后葉片中內(nèi)源激素(ABA、IAA、GA3)含量都較對照增幅顯著。在本研究中也發(fā)現(xiàn)相較于含水量,內(nèi)源激素變化與低溫脅迫的相關(guān)性更強(qiáng),并且隨低溫脅迫程度的增加,植物體的內(nèi)源激素含量也逐漸增加。

探究不同含水量花生種子受低溫脅迫后萌發(fā)幼苗的生長和功能葉片中內(nèi)源激素含量變化,對深刻理解低溫脅迫對花生種子活力的影響有積極意義。但本研究也發(fā)現(xiàn),取樣時間、取樣時間×溫度及取樣時間×含水量的交互作用,對內(nèi)源激素含量均有極顯著影響,表明在花生幼苗生長階段內(nèi)源激素含量隨著植株生長變異較大。王寶卿[33]研究也發(fā)現(xiàn)甘薯苗期內(nèi)源激素含量在時間上存在顯著差異,因此,取樣時期可能會干擾對含水量和低溫脅迫影響的判斷,具體還需開展進(jìn)一步的研究驗證。

4 結(jié)論

花生種子含水量對受低溫脅迫后萌發(fā)幼苗的干物質(zhì)積累量有顯著影響,呈種子含水量越高,受低溫脅迫后萌發(fā)幼苗的干物質(zhì)積累量越低的趨勢;種子受低溫脅迫后萌發(fā)幼苗的功能葉片內(nèi)源激素變化與低溫和含水量均有一定相關(guān)性,但受低溫脅迫的影響更顯著,因此,生產(chǎn)上應(yīng)避免種子受到低溫脅迫危害,同時在花生種子貯藏期間應(yīng)盡量降低其含水量。