复配浸种对干旱胁迫下谷子萌发及幼苗生长的影响

田敬园，王玉国，尹美强，原向阳，黄明镜，温银元，赵娟

（1.山西农业大学 农学院，山西 太谷030801；2.山西省农科院 旱地农业研究中心，山西 太原030031）

我国谷子主要分布在北方干旱半干旱地区，其中2／3分布在干旱最严重的华北地区。由于干旱的频繁发生，直接影响谷子的萌发和幼苗生长，造成出苗不全、幼苗生长势弱，严重影响谷子的产量和经济效益。就目前情况来看，水资源的短缺和干旱的威胁将是长期存在的问题，要提高谷子的生产水平，必须寻求科学、高效的节水栽培途径。提高种子抗旱性的方法除了选用抗旱性品种外，浸种是抗旱锻炼的常用方法。

赤霉素（GA3）作为一种高效的植物激素，在调控植物生长发育中起着重要作用，它可以解除种子的休眠，促进基因表达，增加植物内部水解酶的合成，并对完整性受到破坏的细胞膜进行一定程度的修复［1］。杨俊兴等［2］报道，GA与钙离子混合处理过的冬小麦种子MDA含量降低，Pro积累速度加快，抗氧化酶活性增强，能够提高冬小麦的抗旱能力。

许多研究表明，一定浓度的稀土元素及其化合物对植物生长具有刺激促进作用。唐家红等［3］研究认为，镧处理的小麦幼苗，其过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性升高，可溶性蛋白和脯氨酸含量提高，从而提高了幼苗的抗旱能力。赵依杰等［4］采用不同质量浓度的硝酸镧溶液处理甜瓜幼苗，硝酸镧可提高甜瓜叶片中SOD、POD的活性，降低MDA的含量，并能促进可溶性糖的累积，显著增强了植株的抗逆性。史东平等［5］认为，低质量浓度稀土可促进水稻种子萌发、生根及植株生长。

脯氨酸（Pr o）是植物蛋白质的组分之一，并可以游离状态广泛存在于植物体中。在干旱、盐渍等胁迫条件下，许多植物体内脯氨酸大量积累。积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外，还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒害以及作为能量库调节细胞氧化还原势等方面起重要作用［6］。朱虹等［7］报道，在逆境条件下（旱、盐碱、热、冷、冻），植物体内脯氨酸的含量显著增加。植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨酸。

已有不少试验证明上述3种试剂单独处理种子后，可以提高作物的抗旱能力，然而由于田间生产因素复杂，单一的药剂处理已不能满足生产的需求。本试验将赤霉素、脯氨酸和稀土3种药剂混合后对谷子种子进行浸种处理，研究在干旱胁迫下混合药剂浸种对谷子种子萌发及幼苗的生理生化效应，以期为抗旱剂的开发应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为晋谷21号，由山西省农科院提供。

1.2 试剂配制

250 mg·L－1赤霉素，460.4 mg·L－1脯氨酸，25 mg·L－1稀土，按体积比1∶1∶1混合。

1.3 试验方法

试验时种子先用0.1%Hg Cl2溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗5次并用干燥滤纸吸干，再将种子分别用蒸馏水（对照）和混合药剂浸泡10 min，然后将种子置于通风处使其自然风干。将种子播种于发芽盒中，每盒100粒，播种基质为试验地耕种土，每盒900 g（上部450 g，下部450 g），模拟轻度干旱的土壤含水量为9%。用保鲜膜将发芽盒密封防止水分散失，发芽盒置于25℃光照培养架，光照12 h·d－1，培养7 d后测定幼苗的各项指标。每个处理设计重复5次。

1.4 测定指标

发芽率（Gr）＝n／N＊100%（n：最终发芽数；N：种子总数）

发芽势（Ge）＝n／N＊100%（n：第36 h发芽数；N：种子总数）

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性分别采用氮蓝四唑光化还原抑制法、紫外吸收法和愈创木酚法测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TAB）法测定；脯氨酸含量采用茚三酮法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮兰染色法测定；超氧阴离子（O－2·）产生速率和过氧化氢（H2O2）含量采用高俊凤［8］方法测定。

1.5 数据分析和统计

采用Excel和DPS7.5统计软件处理数据，各表中的数据为平均数±SD，＊ 表示在0.05水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 混合浸种对干旱胁迫下谷子萌发及株高的影响

由表1可看出，干旱胁迫下混合药剂处理过的种子发芽率、发芽势和株高均高于对照。处理过的种子发芽率和株高分别比对照提高了12.40%和43.97%，差异显著；发芽势较对照提高12.53%，差异不显著。说明混合药剂处理谷子后可以显著提高谷子在干旱胁迫下的发芽率和幼苗株高。

表1 混合浸种对干旱胁迫下谷子萌发及幼苗的影响Table 1 Effects of mixed seed soaking on the seed germination and seeding under drought stress

2.2 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗抗氧化酶活性的影响

由表2可见，谷子经混合药剂浸种后，在9%的土壤含水量模拟干旱胁迫条件下，第7天时谷子幼苗叶片的POD、CAT活性比对照略高，分别提高了13.48%和15.48%，但未达到显著水平。谷子幼苗叶片中的SOD比对照提高了204.76%，差异显著。说明混合药剂浸种可以提高谷子幼苗在干旱胁迫下抗氧化保护酶活性，有利于谷子及时清除活性氧，减轻干旱胁迫对谷子的伤害。

表2 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗抗氧化保护酶活性的影响Table 2 Effects of mixed seed soaking on activity of antioxidant enzymes under drought stress

2.3 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗渗透调节物质的影响

由表3可看出，谷子经混合药剂浸种后，在干旱胁迫第7天时谷子幼苗叶片中的渗透调节物质含量均比对照高。处理后的谷子叶片中可溶性蛋白含量较对照提高了2.23%，差异不显著；谷子叶片中的脯氨酸含量比对照提高了63.44%，差异达到显著水平。说明混合药剂浸种可以促进干旱胁迫下谷子幼苗中的脯氨酸的积累，脯氨酸积累可能与干旱胁迫下降低谷子幼苗叶片的渗透势，促进幼苗吸水有关。

表3 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗渗透调节物质的影响Table 3 Effect of mixed seed soaking on content of praline and protein under drought stress

2.4 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗活性氧及膜脂过氧化的影响

由表4可以看出，谷子经混合药剂浸种后，在干旱胁迫第7天时谷子幼苗叶片中的MDA、H2O2含量及O－2·产生速率均低于对照。处理过的叶片中MDA含量比对照降低了20.51%，但差异未达显著水平；处理过的叶片中H2O2含量及O－2·产生速率分别比对照降低47.61%和14.81%，达显著水平。说明混合药剂浸种可以降低干旱胁迫下谷子幼苗中膜脂过氧化产物MDA和H2O2的积累，减缓O－2·的产生速率。

表4 混合浸种对干旱胁迫下谷子幼苗活性氧及MDA含量的影响Table 4 Effects of mixed seed soaking on production rate of superoxide radicals and MDA content of seeding under drought stress

3 讨论与结论

植物在正常的代谢过程中产生少量的活性氧会被植物体内的多种抗氧化机制及时清除，使得活性氧的产生和清除处于动态平衡状态。植物细胞主要有两种清除活性氧的系统：抗氧化酶系统和非酶系统。抗氧化酶系统主要包括SOD、POD和CAT等，它们在清除超氧自由基、过氧化氢和过氧化物以及阻止或减少羟基自由基形成等方面起着重要作用［7］。SOD的主要功能是清除·，即其产物H2O2也是一种自由基，细胞中的 H2O2可以通过 Haber－Weiss反应：或Fenton反应产生更多的自由基。因此，及时消除细胞中H2O2，使其维持在一个较低水平，对防止自由基伤害也是非常重要的。而POD、CAT具有分解H2O2的作用。因此这三种保护酶的活性是衡量植物自身活性氧清除能力的重要指标［9，10］。本试验表明，混合药剂处理后谷子幼苗在干旱胁迫下的POD和CAT活性分别比对照提高了13.48%和15.48%，SOD活性比对照提高了204.76%，达显著水平；此外混合药剂处理谷子可以显著降低幼苗中的H2O2的含量和O－2·的产生速率，分别比对照降低了47.61%和14.81%，达显著水平。说明混合药剂浸泡处理种子可以提高谷子幼苗叶片抗氧化保护酶SOD、POD和CAT的活性，同时可以降低叶片中H2O2的累积，减缓O－2·的产生速率；在干旱条件下加快细胞内活性氧的代谢速率，使膜脂过氧化处于较低水平，增强了幼苗对逆境的抵抗能力。

干旱胁迫可以打破活性氧产生与清除的动态平衡而导致活性氧过量产生，从而引发膜脂过氧化反应。MDA是膜脂过氧化的最终产物，其含量是反映膜脂过氧化强弱的重要指标。郝福顺等［11］证实了渗透胁迫下活性氧大量产生从而加剧了MDA的累积。本试验中经过混合药剂处理后的谷子幼苗叶片在干旱胁迫下MDA的含量比对照降低了20.51%。说明了混合药剂浸种可以降低膜脂过氧化产物MDA的含量，减轻膜脂过氧化程度，缓解了谷子在干旱胁迫下细胞膜的损伤。

渗透调节作用也是植物适应水分胁迫的主要生理机制，植物在干旱时会主动积累大量的可溶性渗透物质，来维持渗透平衡，保护细胞结构［12］。这些渗透调节物质主要包括可溶性蛋白，可溶性糖和脯氨酸。本试验中经过混合药剂处理后的谷子幼苗叶片在干旱胁迫下可溶性蛋白比对照提高了2.23%，脯氨酸含量比对照提高了63.44%。说明用混合药剂处理谷子后，在干旱胁迫下谷子幼苗叶片会大量积累渗透调节物质，改善了幼苗的渗透调节能力，提高了对干旱的适应能力，缓解了干旱对谷子萌发和生长的抑制作用。

［1］代勋，李忠光，龚明.赤霉素、钙和甜菜碱对小桐子种子萌发及幼苗抗低温和干旱的影响［J］.植物科学学报，2012，30（2）：204－212.

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［5］史东平，杨笑，张永清.镧浸种对盐胁迫下小麦幼苗生长及其生理特征的影响［J］.西北植物学报，2008，28（4）：0730－0736.

［6］焦蓉，刘好宝，刘贯山.论脯氨酸累积与植物抗渗透胁迫［J］.中国农学通报，2011，27（7）：216－221.

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