无机盐溶液引发对紫花苜蓿种子活力及幼苗抗逆性的影响

梁帅克,樊 宏,张文明,姚大年

(安徽农业大学农学院,安徽合肥 230036)

紫花苜蓿(Medicago sativa)是种植面积最广的多年生豆科牧草,具有适应性强、产量高、品质好等优点,素有“牧草之王”的美称。由于紫花苜蓿种子细小,萌发速度慢,萌发期不一致,幼芽细弱,苗期生长缓慢,易受各种不良逆境和杂草的影响,给人工草地建植带来了极大的不便。因此,提高紫花苜蓿种子活力和幼苗抗逆性是牧草生产中亟待解决的问题[1,2]。

种子引发也称为渗透调节,是提高种子活力的处理技术。早在1973年Heydecker等人提出,它是控制种子缓慢吸收水分使其停留在吸胀的第2阶段,让种子进行预发芽的生理生化代谢和修复作用,促进细胞膜、细胞器、DNA的修复和酶的活化,使其处于准备发芽的代谢状态,但防止胚根的伸长[3,4]。目前,常用的种子引发方法有渗透引发、滚筒引发、固体基质引发和生物引发等[5,6]。大量研究表明,经引发的种子活力增强、抗逆性强、耐低温、出苗快而齐、成苗率高,可节约种子用量,减少成本[7]。该技术已应用于多种蔬菜和农作物种子,但关于紫花苜蓿种子的引发研究报道较少[6-8]。通过研究无机盐引发对紫花苜蓿种子活力及幼苗抗逆性的影响,探讨无机盐引发提高种子活力的生理生化机理,为紫花苜蓿种子引发技术的研究与应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料及方法

供试紫花苜蓿种子,是2007年收获由合肥安美园林种业公司提供,试验于2008年10～2009年6月在安徽农业大学种子科学与工程实验室进行。

采用3种无机盐溶液KNO3、CaCl2、K2HPO4浸种保湿进行引发。每种溶液设2%、4%2种浓度,浸种时间均为5 min,将浸过的种子放入封闭的种子袋中进行保湿,保湿时间设12,24和36 h。引发处理后的种子,用自来水冲洗30 s,再用吸水纸吸干种子表面水分,温室回干24 h,即用于实验。

1.2 各项指标测定

对各引发处理种子及对照进行幼苗生长测定、加速老化试验、抗冷测定和模拟田间出苗率测定,设干种子(种子不做任何处理)和水引发处理为对照。每种无机盐溶液选择一种效果较好的引发处理,进行幼苗的抗盐性、抗酸性和抗旱性测定,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性测定,丙二醛(MDA)和叶绿素含量测定。

1.2.1 幼苗生长测定 参照GB/T 2930-2001牧草种子检验规程[9]进行,采用纸床进行发芽试验。每处理100粒种子,3次重复,置床后放入智能人工气候箱中培养(25℃恒温、光照8 h)。各处理均于第4 d统计发芽势,于第10 d统计发芽率,同时随机取10株正常幼苗测定芽长(下胚轴+子叶)、芽鲜重、芽干重,并计算简化活力指数(简化活力指数=发芽率×芽干重)。

1.2.2 加速老化试验 取不同处理的种子500粒平铺在塑料纱网袋里,放入智能人工气候培养箱内,用41℃、100%相对湿度条件老化处理72 h,然后随机数取300粒种子进行发芽试验,测定发芽势和发芽率。

1.2.3 抗冷测定 参照文献[10]方法,每处理100粒净种子,置于湿润纸床,5℃低温下处理7 d,后转入标准发芽温度下发芽,3次重复,测定发芽势和发芽率。

1.2.4 模拟田间测定出苗率 参照文献[6]方法进行。每处理100粒种子,土壤与砂(各一半)混合发芽床,3次重复,室温下第10 d统计出苗率。

1.2.5 幼苗抗逆性测定 抗盐性测定 参照文献[11]方法。设置 4个 Na2CO3浓度梯度:0.0% 、0.1%、0.3%、0.5%。用不同浓度的Na2CO3溶液代替水,对引发种子进行沙床发芽试验,3次重复;抗酸性测定 参照[12]的方法。以自来水为母液,将给定浓度的H2SO4和HNO3混合液分别调成pH值为2.0、3.0、4.0、5.0和6.0的酸溶液,进行纸床发芽试验,3次重复;抗旱性测定 参照[13]的方法,用分子量为6 000的 PEG 配制成0%、5%、10%、15%和 20%5种浓度PEG溶液,进行纸床发芽试验,3次重复。

1.2.6 酶活性,丙二醛和叶绿素含量测定 SOD活性测定参照文献[14]的方法;POD活性测定参照文献[15]方法;CAT活性测定参照文献[16]的方法;MDA含量测定参照文献[17]的方法;叶绿素含量测定参照文献[18]的方法进行。

2 结果与分析

2.1 无机盐溶液引发对紫花苜蓿种子幼苗的生长

试验中不同的引发处理对紫花苜蓿种子幼苗生长的影响差异较大,低浓度的无机盐溶液,较短的保湿时间,引发效果较好。通过发芽势、发芽率、芽长、鲜重、干重和简化活力指数6项活力指标的综合评价来分析,2%KNO312 h和2%KNO324 h;2%CaCl212 h和2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h和2%K2HPO4 24 h这6种引发处理效果较好(表1)。

2.2 无机盐溶液引发对紫花苜蓿种子抗老化、抗低温能力、模拟田间出苗率及相对电导率的影响

无机盐溶液引发后,紫花苜蓿种子的抗老化能力、抗低温能力及田间出苗率均有所提高。通过对加速老化试验、抗冷测定以及模拟田间出苗率试验数据综合分析来看,2%KNO312 h和2%CaCl224 h 2个处理效果最好,各项考察指标均高于对照,大部分差异达显著或极显著水平。以K2HPO4为引发剂的各处理效果较差,部分指标甚至低于对照(表2)。

结果表明,紫花苜蓿种子3种无机盐引发的适宜浓度为:2%KNO312 h;2%CaCl224 h;2%K2HPO412 h。

表1 无机盐引发紫花苜蓿种子幼苗生长测定结果及比较Table 1 The growth index of alfalfa seedling under inorganic salt processing

续表1

表2 无机盐引发紫花苜蓿加速老化、抗冷测定和模拟田间出苗率测定结果比较Table 2 Aging,cold resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing %

2.3 无机盐溶液引发对紫花苜蓿幼苗抗逆性的影响

随着Na2CO3浓度的增加,各处理种子的发芽率均呈现下降趋势,但引发处理的种子发芽率均明显高于干种子对照,Na2CO3浓度越高,效果越明显。说明适宜的无机盐引发能有效地提高紫花苜蓿幼苗的抗盐性(图 1)。

图1 引发处理紫花苜蓿幼苗抗盐性测定结果Fig.1 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

随着pH值的降低,各处理种子的发芽率均呈现下降趋势,当pH降到2时,各处理的发芽率均为0。但引发处理的紫花苜蓿种子发芽率均明显高于对照,pH越低,效果越明显。说明适宜的无机盐引发能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗酸性(图2)。

图2 引发处理紫花苜蓿幼苗抗酸性测定结果Fig.2 Acidity resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

在PEG溶液模拟的不同干旱梯度下,无机盐溶液引发处理的紫花苜蓿种子发芽率均明显高于对照,PEG溶液浓度越高,效果越明显。说明适宜的无机盐溶液引发能有效提高紫花苜蓿幼苗的抗旱性,其中,2%K2HPO412 h处理效果更好(图3)。

2.4 无机盐溶液引发对紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及叶绿素含量的影响

经无机盐引发的紫花苜蓿种子,其幼苗 SOD、POD、CAT活性、丙二醛及叶绿素含量均与对照有明显差异。3种引发处理的SOD、POD活性均显著高于对照,其中,2%CaCl224 h的处理效果更好;3种引发处理的CAT活性均高于对照,其中,2%KNO312 h处理CAT活性显著高于对照,2%CaCl224 h和2%K2HPO412 h处理均与对照差异不显著。3种引发处理的丙二醛含量均显著低于对照,其中,2%CaCl224h处理效果更好。3种引发处理的叶绿素含量均显著高于对照,2%KNO312 h的效果更好(表3)。

图3 引发处理紫花苜蓿幼苗抗盐性测定结果Fig.3 Salt resistance of alfalfa seedling under inorganic salt processing

3 讨论

众多研究表明,种子引发技术能有效提高种子活力、在低温、高温、干旱、盐渍或低氧等逆境条件下能加速发芽,提高发芽一致性以及出苗速率、出苗率和成苗率[19,20],其机理在于种子在引发过程中发生各种生理生化变化,不仅RNA、蛋白质合成发生变化,而且还能诱导细胞膜的修复,提高萌发种子的某些酶的活性,增加萌发种子ATP含量[21]。对紫花苜蓿种子进行PEG引发试验,结果表明PEG引发可提高紫花苜蓿种子的发芽势和发芽指数,并能提高对逆境的抵抗力。对紫花苜蓿进行砂引发试验,结果表明适宜的砂引发处理能有效提高紫花苜蓿种子的活力,对与活力相关酶的活性也有一定的提高。刘慧霞等[2]对紫花苜蓿进行水引发试验,结果表明水引发处理对种子活力也有一定的促进作用。

以往对紫花苜蓿的引发处理均有一定缺陷。如PEG引发成本较高,不利于推广;砂引发处理相对繁琐,对砂的含水量难以控制;水引发处理的效果则不太明显。试验研究表明,适宜的无机盐溶液引发能有效提高紫花苜蓿种子的活力及幼苗的抗逆性。因此,作者认为,无机盐溶液引发技术简便易行,成本低廉,引发效果明显,具有较好的生产应用价值。无机盐溶液引发的机理,尚需要进一步深入研究。

表3 无机盐引发紫花苜蓿幼苗酶活性、丙二醛及叶绿素含量测定结果及比较Table 3 Enzyme activity,MDA content and Chl content of alfalfa seedling under inorganic salt processing

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