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      氯化鈣浸種對(duì)干旱脅迫下花生種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

      2022-05-13 13:39:00范小玉陳雷劉衛(wèi)星張楓葉賀群嶺李可吳繼華
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年8期
      關(guān)鍵詞:生理特性干旱脅迫種子萌發(fā)

      范小玉 陳雷 劉衛(wèi)星 張楓葉 賀群嶺 李可 吳繼華

      摘要:為探明鈣肥在干旱脅迫下對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控效應(yīng),以商花30號(hào)為試驗(yàn)材料,在10%聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫條件下,研究不同濃度的氯化鈣(CaCl2)浸種處理對(duì)花生種子萌發(fā)、幼苗生物量、膜脂過(guò)氧化作用及抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明,干旱脅迫條件下,CaCl2浸種處理顯著提高了花生種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù),促進(jìn)了種子的萌發(fā);CaCl2浸種處理顯著增加了花生幼芽胚根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)、根數(shù)量及幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量,促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)、構(gòu)建了健壯的植株形態(tài);CaCl2浸種處理顯著降低了幼苗葉片丙二醛(MDA)含量,增強(qiáng)了幼苗葉片SOD和POD活性。由此表明,本試驗(yàn)條件下,CaCl2浸種處理對(duì)干旱脅迫具有一定的緩解作用,其中40 mmol/L CaCl2對(duì)干旱脅迫的緩解效果最佳,可以有效地促進(jìn)干旱脅迫下花生種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。

      關(guān)鍵詞:氯化鈣;干旱脅迫;種子萌發(fā);幼苗;生理特性

      中圖分類號(hào):S565.201 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2022)08-0101-04

      花生(Arachis hypogaea L.)是我國(guó)重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物,隨著全球氣候變暖,干旱化的威脅越來(lái)越嚴(yán)重,我國(guó)作為花生的主產(chǎn)國(guó)之一,種植面積的2/3常年受到不同程度的干旱影響[1-2]。高國(guó)慶等統(tǒng)計(jì)表明,干旱常年造成的花生減產(chǎn)占全國(guó)總產(chǎn)量的20%以上[3]。姚君平等認(rèn)為,干旱除引起減產(chǎn)外,還降低了花生品質(zhì),加重了黃曲霉毒素污染和病蟲害發(fā)生頻率[4]?;ㄉ窍测}作物,對(duì)鈣極度敏感,對(duì)鈣肥的需求量次于氮,高于磷,與鉀相當(dāng)[5]。相關(guān)研究表明,適宜的外源鈣具有提高干旱脅迫下作物幼苗根系活力、植物體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、脯氨酸含量,降低丙二醛(MDA)含量,調(diào)節(jié)激素和一些重要的生化物質(zhì)代謝等作用,從而減緩干旱脅迫對(duì)花生造成的傷害,提高花生的抗旱性[6-7]。

      農(nóng)用氯化鈣是一種由氯元素和鈣元素構(gòu)成的鹽,化學(xué)式為CaCl2,可以為作物提供微肥,具有穩(wěn)定和保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)與功能、參與干旱信號(hào)的傳遞、調(diào)節(jié)保護(hù)酶活性等作用,從而緩解干旱脅迫對(duì)作物造成的傷害。目前,關(guān)于氯化鈣浸種提高作物抗旱性等研究可見(jiàn)于玉米[8]、銀杏[9]、小麥[10]、苜蓿[11]、大豆[12]、亞麻[13]等作物上。但鮮有報(bào)道氯化鈣浸種對(duì)干旱脅迫條件下花生種子萌發(fā)及幼苗生理指標(biāo)的影響,本研究通過(guò)在10%聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫條件下,研究不同濃度的CaCl2浸種對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生理指標(biāo)的影響,探討CaCl2浸種緩解干旱脅迫對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育造成傷害的機(jī)理及篩選最佳浸種濃度,以期為提高花生抗旱性提供重要理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      試驗(yàn)于2020年5月在河南省商丘市農(nóng)林科學(xué)院生理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。供試花生品種為商花30號(hào),是商丘市農(nóng)林科學(xué)院新育高油酸花生品種。氯化鈣(CaCl2含量≥96%),白色粉末狀,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。用10 %聚乙二醇(PEG-6000,分析純)模擬干旱處理。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      試驗(yàn)設(shè)4個(gè)CaCl2濃度處理,分別為 20 mmol/L(CA20)、40 mmol/L(CA40)、60 mmol/L(CA60)、80 mmol/L(CA80),蒸餾水浸種作為對(duì)照(CK)。選取籽粒飽滿、大小一致的花生種子,用1%次氯酸鈉溶液消毒5 min,無(wú)菌水沖洗3遍,用不同濃度的CaCl2溶液浸種12 h,CK采用蒸餾水浸種12 h。將浸好的種子分別置于培養(yǎng)皿內(nèi),每皿放20粒種子,加入10%PEG溶液,每處理重復(fù)3次,然后置于 28 ℃ 光照培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng)。每24 h更換1次濾紙和脅迫液。每天觀察記錄種子發(fā)芽情況,用于種子萌發(fā)指標(biāo)的測(cè)定。于處理第15天時(shí)測(cè)定幼苗的相關(guān)生長(zhǎng)指標(biāo)及生理指標(biāo)。

      1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

      1.3.1 種子萌發(fā)指標(biāo)的測(cè)定項(xiàng)目和方法 以胚根長(zhǎng)度等于種子長(zhǎng)度作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn),每天觀察記錄發(fā)芽情況并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)。參照《種子生物學(xué)研究指南》[14]計(jì)算種子的露白率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。處理第7天采用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼芽的幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng),統(tǒng)計(jì)根數(shù)量。

      1.3.2 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 每處理選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株10株,沖洗干凈,吸干表面水分,分別稱其鮮質(zhì)量;將選取的材料立即置入恒溫干燥箱內(nèi),先殺青(105 ℃、30 min),后烘干(80 ℃)至恒質(zhì)量,稱其干質(zhì)量。試驗(yàn)均重復(fù)3次,取其平均值。

      1.3.3 幼苗生理指標(biāo)的測(cè)定項(xiàng)目和方法 每處理取同等部位的葉片部分,用于以下生理指標(biāo)的測(cè)定。丙二醛含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法;過(guò)氧化物酶活性采用愈傷木酚法測(cè)定;超氧化物歧化酶活性采用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定,具體測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[15],每次測(cè)定均重復(fù)3次。

      1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

      采用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。采用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差顯著性分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 CaCl2浸種對(duì)干旱脅迫下花生種子萌發(fā)的影響

      種子萌發(fā)狀況的好壞直接關(guān)系到后期幼苗的建立、植株密度以及最終產(chǎn)量的形成[16]。由表1可知,經(jīng)CaCl2浸種處理的花生種子的露白率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均高于對(duì)照,隨著CaCl2浸種濃度的升高,各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)值均呈先上升后下降趨勢(shì)。4個(gè)CaCl2浸種處理中,CA20處理花生種子露白率、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、幼根長(zhǎng)測(cè)定值最低,但均高于CK;CA40處理的種子發(fā)芽率最高,達(dá)78.60%,為CK的1.21倍,CA60處理的種子的露白率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均最高,分別為CK的1.03、1.10、1.43倍,2個(gè)處理間無(wú)顯著差異;當(dāng)浸種濃度達(dá)到 80 mmol/L 時(shí),各萌發(fā)指標(biāo)值均下降明顯,對(duì)花生種子的萌發(fā)促進(jìn)作用逐漸減弱。說(shuō)明適宜濃度的CaCl2浸種可以有效地緩解干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用,從而保證苗全苗齊,提高幼苗的整齊度。

      花生萌發(fā)后幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)和根數(shù)量可以很好地反映出幼苗生長(zhǎng)初期的形態(tài)構(gòu)建狀況。由表1可知,CaCl2浸種對(duì)提高種子的幼根長(zhǎng)度、胚軸長(zhǎng)度及根的數(shù)量有明顯的促進(jìn)作用。花生種子幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)和根數(shù)量均隨著CaCl2浸種濃度的增加呈先上升后下降趨勢(shì),且各處理值均大于CK;其中CA40處理的幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)及根數(shù)均最大,分別是CK的1.40、2.02、2.29倍;CA20、CA80處理花生種子的幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)和根數(shù)均低于其他2個(gè)處理,但均顯著高于CK。說(shuō)明適宜濃度的CaCl2浸種處理能夠顯著增加幼根、胚軸長(zhǎng)和根數(shù),促進(jìn)根系生長(zhǎng),為構(gòu)建健壯的花生植株打下良好的基礎(chǔ)。

      2.2 CaCl2浸種對(duì)干旱脅迫下花生幼苗株高及生物量的影響

      由圖1可以看出,CaCl2浸種處理后,在干旱脅迫條件下,各處理幼苗株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量值均高于CK,花生幼苗的株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量在CaCl2浸種濃度為0~40mmol/L范圍內(nèi)隨浸種濃度的升高而增高,并在40 mmol/L時(shí)達(dá)最大值,當(dāng)CaCl2浸種濃度高于40 mmol/L時(shí),則呈降低趨勢(shì)。其中CA40處理幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量比對(duì)照增加40.04%、67.50%、102.22%,對(duì)花生幼苗的生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用;隨著CaCl2浸種濃度的增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)80 mmol/L時(shí),與CA40處理相比,其幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量分別降低10.15%、21.64%、18.68%。說(shuō)明適宜濃度的CaCl2浸種處理能夠較好地促進(jìn)幼苗生長(zhǎng),而較高濃度的CaCl2浸種對(duì)幼苗生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。

      2.3 CaCl2浸種對(duì)干旱脅迫下花生幼苗葉片MDA含量的影響

      當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí),往往會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用,MDA是膜脂過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物之一,其含量可以直接反映出逆境脅迫對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害程度[17]。由圖2可知,在干旱脅迫下,CaCl2浸種處理可以有效降低葉片MDA含量,且隨浸種濃度的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)。與CK相比,CA40處理葉片MDA含量大幅下降,說(shuō)明40 mmol/L CaCl2浸種濃度可以明顯抑制花生幼苗葉片MDA的合成與積累,減輕干旱脅迫對(duì)幼苗葉片造成的傷害;CA20、CA60、CA80處理也能有效降低葉片內(nèi)MDA含量,與CK相比,其值分別下降20.09%、27.72%、9.81%。說(shuō)明CaCl2浸種能有效降低幼苗葉片MDA積累量,從而減輕膜脂過(guò)氧化作用對(duì)細(xì)胞造成的傷害,其中40 mmol/L CaCl2浸種效果最好。

      2.4 CaCl2浸種對(duì)干旱脅迫下幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

      SOD、POD是種子萌發(fā)過(guò)程中重要的代謝酶,也是保護(hù)氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害的保護(hù)酶[18]。由圖3可知,CaCl2浸種處理后,在干旱脅迫下,花生幼苗葉片的SOD、POD活性變化趨勢(shì)基本一致,均隨CaCl2濃度的增加先大幅升高后小幅降低。各濃度處理幼苗葉片SOD、POD活性均高于CK,其中CA40處理幼苗葉片SOD、POD活性最高,與CK相比,分別增加32.53%、44.01%;CA20、CA60、CA80處理后幼苗葉片SOD活性分別為CK的1.15、1.45、1.37倍,POD活性分別為CK的1.34、1.76、1.57倍。說(shuō)明CaCl2浸種可以有效促進(jìn)SOD、POD活性的提高,從而有助于消除氧自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害,緩解干旱脅迫對(duì)幼苗葉片的傷害,且 40 mmol/L CaCl2為提高花生幼苗抗氧化能力的最佳濃度。

      3 結(jié)論與討論

      種子萌發(fā)是植株正常生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的基礎(chǔ),是植物體生命周期的起點(diǎn)。本研究結(jié)果表明,在干旱脅迫條件下,花生種子萌發(fā)受到顯著抑制,而采用CaCl2浸種預(yù)處理則能明顯促進(jìn)干旱脅迫下花生種子萌發(fā)和幼芽的生長(zhǎng),主要表現(xiàn)在花生種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比均顯著提高,且幼根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)和根的數(shù)量均較對(duì)照顯著增加,這與代海芳等的研究結(jié)果[12,19]一致。從本試驗(yàn)可以看出,CA60處理對(duì)于種子的露白率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)有明顯的提高作用,與CA40處理無(wú)顯著差異,但對(duì)于提高種子發(fā)芽率及后期促進(jìn)幼芽生長(zhǎng)效果則低于CA40處理,說(shuō)明 40 mmol/L CaCl2處理對(duì)于種子萌發(fā)和幼芽的生長(zhǎng)為最佳浸種濃度。在干旱脅迫條件下,CaCl2浸種之所以能夠提高花生種子的發(fā)芽能力,可能是由于外源Ca2+存在時(shí),種子細(xì)胞內(nèi)能迅速產(chǎn)生O2+和H2O2等活性氧分子,進(jìn)而啟動(dòng)機(jī)體內(nèi)其他信號(hào),引起一系列保護(hù)性的生理反應(yīng),從而緩解干旱脅迫下對(duì)花生種子萌發(fā)造成的傷害。

      鈣是植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素與第二信使,能調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育[20-22]。本研究結(jié)果表明,CaCl2浸種預(yù)處理可以顯著提高干旱脅迫下幼苗株高、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量,且均高于對(duì)照,各項(xiàng)幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)隨浸種濃度增加呈先上升后下降趨勢(shì),這與羅永華等的研究結(jié)果[13]一致。CaCl2浸種預(yù)處理能夠顯著提高干旱脅迫下幼苗株高、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量,可能是由于通過(guò)CaCl2浸種預(yù)處理能促使花生種子萌發(fā)和幼芽生長(zhǎng)上升,增強(qiáng)一些種子在物質(zhì)代謝水平上的相關(guān)酶活性,一旦種子體內(nèi)的代謝水平加強(qiáng)、酶活性增加,外在的幼苗株高、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量會(huì)相應(yīng)提高,從而可以構(gòu)建健壯花生植株,提高幼苗抗旱能力,這是一個(gè)由內(nèi)而外的過(guò)程。其中 40 mmol/L CaCl2浸種處理幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量比對(duì)照增加40.04%、67.50%、102.22%,為最佳浸種濃度。

      當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí),其體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)就會(huì)對(duì)其形成相應(yīng)適應(yīng)逆境的生理生化代謝反應(yīng),而SOD、POD是植物活性氧防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶[20]。CaCl2浸種能夠有效提高干旱脅迫條件下幼苗葉片SOD、POD活性,且活性均顯著高于對(duì)照,說(shuō)明干旱脅迫破壞了活性氧防御系統(tǒng)及自由基產(chǎn)生和消除的平衡,通過(guò)CaCl2浸種,提高了保護(hù)酶活性,增強(qiáng)了活性氧防御系統(tǒng)能力,維持了細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性,提高了花生幼苗的干旱性,從而緩解了花生幼苗葉片在逆境下造成的傷害,這與周錄英等的研究結(jié)果[21]一致。同時(shí)CaCl2浸種可在一定濃度范圍內(nèi)提高幼苗葉片MDA含量,說(shuō)明適宜濃度的CaCl2對(duì)穩(wěn)定雙脂層的膜結(jié)構(gòu)、防止膜損傷和膜滲透、維持膜的完整性起著積極的作用,這與李永勝等的研究結(jié)果[22-25]一致。從本試驗(yàn)可以看出,干旱脅迫下,40 mmol/L CaCl2浸種濃度在降低幼苗葉片MDA含量,提高SOD和POD活性效果最好,為最佳浸種濃度。

      綜上所述,干旱脅迫條件下,采用40 mmol/L CaCl2浸種預(yù)處理,能有效促進(jìn)干旱脅迫下種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),抑制膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量,誘導(dǎo)SOD、POD活性提高,從而減輕干旱脅迫對(duì)花生幼苗帶來(lái)的傷害,獲得較好的植株構(gòu)建,為培育健壯幼苗打下基礎(chǔ)。然而,關(guān)于CaCl2浸種預(yù)處理提高花生抗旱性的具體作用機(jī)制還要進(jìn)一步研究。

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