亞精胺浸種對燕麥種子萌發(fā)期的耐鹽性影響研究

張碧茹， 米俊珍， 趙寶平， 海 霞， 張?zhí)m英， 李英浩， 劉景輝

(內蒙古農業(yè)大學雜糧產業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/內蒙古自治區(qū)高校燕麥工程研究中心/內蒙古自治區(qū)雜糧工程技術研究中心/內蒙古自治區(qū)燕麥工程實驗室， 呼和浩特 010019)

燕麥(AvenasativaL.)作為內蒙古特色糧飼兼用作物，具有一定的耐鹽性，而高濃度鹽脅迫會抑制燕麥種子萌發(fā)及生長發(fā)育[1-2]，鹽分會改變種子和環(huán)境間的滲透勢，造成種子吸水困難，進而影響種子萌發(fā)和幼苗生長[3-4]。因此，如何促進燕麥種子萌發(fā)和提高幼苗耐鹽性是目前亟待解決的問題，在眾多方法中，外源物質浸種[5-7]是簡便有效的途徑，具有廣闊的應用前景。亞精胺作為多胺(Polyamines，PAs)的一種，能在一定程度上提高種子活力和發(fā)芽能力[8-9]，而亞精胺浸種的有效性依賴于合適的浸種濃度和浸種時間。王玉等[10]研究發(fā)現(xiàn)，0.2 mmol/L 亞精胺浸種10 h后番茄種子發(fā)芽最快，活力指數(shù)最高，苜蓿種子以0.5 mmol/L 亞精胺浸種24 h時萌發(fā)效果最佳[11]，1 mmol/L 亞精胺溶液浸種24 h可明顯提高小麥幼苗的相對干重[12]，說明浸種濃度和浸種時間因作物不同而存在差異。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒經亞精胺浸種后，改善了種子萌發(fā)并促進其早期幼苗生長[13]，鹽脅迫下由亞精胺浸種處理后的小麥幼苗具有更高耐鹽性[14-15]。以上表明，外源亞精胺浸種能夠促進作物種子萌發(fā)，對提高幼苗在鹽脅迫下的抵抗能力具有重要意義，而目前關于亞精胺浸種改善燕麥種子萌發(fā)期耐鹽性方面的研究報道較少。因此，本研究以耐鹽性不同的燕麥品種為材料，研究鹽脅迫下適宜亞精胺浸種時間和濃度對燕麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為亞精胺提高燕麥種子萌發(fā)期耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2019—2020年在內蒙古農業(yè)大學燕麥產業(yè)研究中心進行。

1.2 試驗材料

試驗選用鹽敏感品種草莜1號和耐鹽品種白燕2號，分別由內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院和吉林省白城市農業(yè)科學院提供。

1.3 試驗方法

1.3.1外源亞精胺浸種濃度及時間篩選

亞精胺設5個處理濃度，分別為1.0 mmol/L、0.5 mmol/L、0.25 mmol/L、0.01 mmol/L和0 mmol/L；在黑暗條件下(20±2)℃，用裝有10 mL不同濃度亞精胺溶液的培養(yǎng)皿分別浸泡(要求藥劑浸沒種子)燕麥種子6 h、12 h、18 h和24 h，以未浸泡的種子為對照(ck)。在浸泡之前，燕麥種子用4% NaClO表面滅菌10 min，并用蒸餾水沖洗3次。預浸泡處理后，將種子用蒸餾水漂洗并在通風環(huán)境下(27±3)℃晾干48 h。發(fā)芽試驗的具體方法為：將浸泡后晾干的種子均勻放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿50粒種子，加入蒸餾水(以濾紙和種子浸濕為宜)，放入恒溫箱培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為16 h光照(23 ℃)、8 h黑暗(18 ℃)，周期循環(huán)，相對濕度控制在60%～80%。試驗期間用蒸餾水補充水分，使濾紙保持濕潤，每天記錄種子發(fā)芽數(shù)，一直記錄到第7天。種子發(fā)芽以胚根達到種子長度的一半為標準。第4天計算發(fā)芽勢，第7天計算發(fā)芽率，并測量燕麥種子的胚根長、胚芽長和胚根、胚芽及種子殘體干重等指標[16-18]。

發(fā)芽勢(%)=(第4天時全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(最終種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

物質轉化率(%)=[(胚根干重+胚芽干重)/(種子殘體干重+胚根干重+胚芽干重)]×100%。

1.3.2亞精胺浸種對鹽脅迫下種子萌發(fā)的影響

將燕麥種子用亞精胺浸種后，用0、50、72.5、100 mmol/L鹽溶液(NaCl和Na2SO4摩爾比1∶1)對種子進行處理，計算鹽脅迫條件下燕麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢，并測定種子胚根長、胚芽長和胚根、胚芽及種子殘體干重等指標。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016軟件整理和制圖，用SPSS 22.0軟件進行雙因素方差分析和SAS 19.0軟件進行差異顯著性統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 亞精胺浸種濃度和浸種時間對燕麥種子萌發(fā)的影響

雙因素方差分析表明(表1)，亞精胺浸種時間、浸種濃度及兩者交互作用均顯著影響燕麥種子的發(fā)芽勢、胚芽長、胚根長及物質轉化率(p<0.05)；浸種濃度對燕麥種子的發(fā)芽率影響顯著，而浸種時間及浸種時間與濃度之間的交互作用對燕麥種子的發(fā)芽率影響不顯著。

表1 發(fā)芽指標雙因素方差分析結果Table 1 Results of two-factor variance analysis of germination indexes

燕麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長、胚根長及物質轉化率隨亞精胺浸種濃度增加及時間延長呈單峰曲線變化，在浸種濃度為0.5 mmol/L，浸種時間為12 h時達到最大值(表2)，鹽敏感品種種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長、胚根長及物質轉化率分別為74.0%、84.7%、11.8 cm、11.1 cm及86.3%，較耐鹽品種分別增加了37、22、1、2、9個百分點。

表2 亞精胺浸種濃度和浸種時間對燕麥種子萌發(fā)的影響Table 2 Effects of concentration and soaking time of spermidine on germination of oat seeds

2.2 亞精胺浸種對鹽脅迫下燕麥種子萌發(fā)的影響

隨著鹽脅迫濃度的增加，燕麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長、胚根長及物質轉化率均呈下降趨勢，且差異顯著(p<0.05)(表3)。浸種后，在0、50、72.5 mmol/L和100 mmol/L鹽脅迫下鹽敏感品種發(fā)芽勢增加了9.6%、49.8%、115.0%和201.4%，發(fā)芽率增加了15.3%、55.0%、51.5%和112.4%，胚芽長增加了15.7%、26.1%、31.6%和118.1%，胚根長增加了18.6%、54.29%、92.3%和172.3%，物質轉化率增加了13.2%、40.0%、97.6%和80.0%；而耐鹽品種發(fā)芽勢增加了1.3%、18.5%、19.3%和33.0%，發(fā)芽率增加了10.7%、26.8%、12.6%和7.8%，胚芽長增加了3.3%、13.2%、9.7%和109.1%，胚根長增加了15.9%、5.2%、26.1%和170.0%，物質轉化率增加了12.2%、18.2%、75.5%和37.3%。綜上表明，在72.5 mmol/L鹽脅迫下，亞精胺浸種后對鹽敏感品種草莜1號萌發(fā)能力提升更顯著。

表3 亞精胺浸種對鹽脅迫下燕麥種子萌發(fā)的影響Table 3 Effects of spermidine on seed germination of oats under salt stress

3 討 論

3.1 亞精胺浸種時間和浸種濃度對燕麥種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是保證出苗、全苗、壯苗的關鍵，為作物整齊生長及優(yōu)質高產奠定了堅實的基礎[19]。選擇亞精胺浸種可有效提高種子萌發(fā)能力。本研究結果顯示，濃度在0.5 mmol/L下浸種12 h對燕麥種子發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、物質轉化率的提升效果最優(yōu)，而在夏關雪瑩等[11]的研究中發(fā)現(xiàn)，相同亞精胺濃度浸種24 h時苜蓿種子發(fā)芽率、生物量等指標達到最高值，與本研究結果不一致?？赡芤驗槌鲅帑湻N子適宜浸種時間導致種子發(fā)生吸脹損傷[20-21]，造成種子萌發(fā)能力減弱、幼苗生長受到抑制，說明浸種時長是影響種子萌發(fā)的重要因素。同樣，杜紅陽等[22]對玉米種子萌發(fā)的研究表明，濃度在1.0 mmol/L下浸種24 h時能有效提高種子發(fā)芽勢、胚芽鞘長，這是因為亞精胺浸種濃度和浸種時間共同作用的結果，可能會因作物種類不同而不同。

3.2 亞精胺浸種對鹽脅迫下燕麥種子萌發(fā)的影響

土壤鹽漬化最先影響種子萌發(fā)進而影響生長，因此提高種子的萌發(fā)能力和耐鹽性至關重要[26]。鹽脅迫下可以通過亞精胺浸種處理提高種子的出苗率和耐鹽性[6,23]。有研究表明，亞精胺浸種不僅可以通過增大根冠比來降低鹽脅迫對番茄種子萌發(fā)的影響[24]，而且會增強肥披堿草、星星草及野大麥牧草種子的萌發(fā)及植株的抗鹽性[25]。本研究發(fā)現(xiàn)， 亞精胺浸種顯著促進鹽脅迫下燕麥種子的萌發(fā)和生長，說明亞精胺浸種在提高燕麥種子耐鹽性方面作用效果顯著。有學者認為，鹽脅迫會破壞種子內部滲透勢，使萌發(fā)受抑制[26-27]，適宜濃度和時間的亞精胺可能改變了燕麥種子內部滲透調節(jié)物質的含量及轉化，進而抵御鹽脅迫帶來的傷害[28-29]，出現(xiàn)差異的作用機制尚需進一步研究證實。同時本試驗發(fā)現(xiàn)，在72.5 mmol/L鹽脅迫下，亞精胺浸種對鹽敏感品種作用效果顯著大于耐鹽品種，原因可能是耐鹽品種自身具有較高的耐鹽基因表達量[28]，對亞精胺敏感程度存在差異。