不同电场处理条件对糜子种子萌发抗旱性的影响

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(内蒙古大学物理科学与技术学院， 呼和浩特 010021)

·研究报告·

不同电场处理条件对糜子种子萌发抗旱性的影响

李伟，杨体强，赵清春，王文星

(内蒙古大学物理科学与技术学院， 呼和浩特 010021)

采用平行板电场，研究不同电场处理条件对糜子种子萌发抗旱性的影响。结果表明，在干旱胁迫条件下，糜子种子发芽率下降，胚根长与胚芽长显著下降，胚根质量与胚芽质量显著上升。而经过电场处理后的糜子种子在干旱胁迫下发芽率整体呈上升趋势，胚根长与胚芽长下降趋势减缓，同时胚根质量与胚芽质量相对胁迫对照组有所增加。综合评价结果显示，电场处理糜子种子可以增强种子对干旱的耐受性。

电场； 糜子种子； 抗旱性

干旱是影响植物生长发育的逆境因子之一，已经成为制约粮食产量和质量的重要因素。糜子广泛种植于我国北方，具有生长周期短，耐旱和耐盐碱等优点，是重要的粮食作物和经济作物[1-2]。在一些地区，糜子是不可替代的作物，其生长面积平稳且有小幅增长趋势。但糜子多种植在丘陵旱地，种植条件较差，受年度间自然降雨量的制约，平均单产较低[3]。因而探索提高糜子的抗旱特性有重要战略意义。

大量研究表明，电场处理植物种子可以使其产生显著的抗逆性[4-6]，因此这种省时、无污染的技术手段在农牧业生产中具有重要的开发利用价值。在植物生命周期中，种子萌发和初期生长阶段对周围环境最为敏感，同时种子的发芽率和萌发情况影响着苗期的生长发育和产量，因此常用种子这一时期的生长状况来评价植物的抗逆性[7]。本实验用不同电场条件处理糜子种子，测定种子萌发期与抗旱性显著相关的性状指标，比较不同电场条件对种子萌发抗旱性的影响程度。 旨在筛选出有效稳定的提高糜子抗旱能力的电场条件，促进电场生物技术的开发与利用。同时为提高糜子的抗旱性，缓解和减轻干旱对糜子种植区的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

实验材料为糜子(PanicummiliaceumL.)种子(JM 28)，由内蒙古农业科学研究院提供。

1.2 方 法

根据实验内容的设定，挑选饱满均匀的糜子种子若干份待用，每份100粒。

1.2.1 电场处理条件

电场由平行板电极形成，调节两极板间的电场频率和电压,设置电场处理条件。本实验设定的电场处理条件参数：电场频率(f)=(n+3)kHz(n=1,2,3),电场强度(E)=(1+n)kV/cm(n=1…4)，处理时间(T)=(5n)min(n=1,2)。

1.2.2 种子的处理条件

种子单层置于平行板电场中进行电场处理。用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫。将电场处理后的种子放入盛有20 mL，浓度为16%(w/v)的PEG-6000溶液的小锥形瓶中，置于25 ℃人工气候室。吸胀24 h后，用纯净水清洗3次，将100粒种子均匀平铺在发芽床上(发芽床为直径为14.5 cm，铺有2层滤纸的培养皿)，分别加入10 mL相应浓度的PEG-6000溶液。盖上培养皿盖子，置于人工气候室中恒温培养。从置床之日起每天统计发芽个数，计算发芽率。

实验设2个对照组，不经电场处理的种子用纯水浸泡，并在培养皿中加入纯水，此自然对照组记为ck，不经电场处理的种子用相应浓度的PEG-6000溶液浸泡，且发芽床加入的为相应浓度的PEG-6000溶液，此胁迫对照组记为Sck。电场处理组记为ES。

每天定时定量对ck组补充纯水，对Sck组和ES组补充PEG-6000溶液，以保持水势不变。实验设3次重复。

1.3 测定内容和方法

1.3.1 萌发指标

发芽率(%)=GI/G×100%，式中，GI为7 d内种子发芽数，G为供试种子总数。

1.3.2 芽期形态指标

种子萌发第8天，从100粒实验种子中随机取20粒正常发芽的种子，测量胚芽长(包括胚芽鞘和上胚轴)和根长。分别取下根、芽，在105 ℃烘箱内杀青1 h,80 ℃烘干后分别称量干重[8]。

1.4 数据处理方法

实验重复3次，结果为4次实验的统计结果。利用SPSS 19.0中LSD法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同电场处理条件对干旱胁迫下糜子种子发芽率的影响

电场条件包括处理时间T(min)、电场频率

f(kHz)和电场强度E(kV/cm)，将其记为(T-f-E)。发芽率可以反映植物种子发芽整齐度和幼苗健壮的趋势，作为评价种子发芽的指标。种子发芽率高，则表示有生命活力种子多，播种后出苗数多[9-10]。比较ck组与Sck组可以看出，干旱胁迫导致了糜子种子发芽数量减少(图1)。ES组相对于Sck组，经电场处理的种子在干旱胁迫下，发芽率整体呈增加趋势，变化率在1.38%～15.60%之间。其中，处理条件(5-5-5)对种子发芽率的影响达到极显著(plt;0.01),(5-5-4)、(5-6-4)、(10-5-3)、(10-5-5)及(10-6-5)对种子发芽率的影响达到显著(plt;0.05)。

图1 不同电场处理条件对糜子种子发芽率的影响

图2 不同电场处理条件对糜子种子胚芽长度的影响

2.2 不同电场处理条件对糜子种子胚芽长度的影响

比较自然对照组(ck)与胁迫对照组(Sck)可以发现，在PEG作用下，胚芽长度极显著减小，干旱胁迫显著影响胚芽生长(图2)。电场处理条件(5-4-5)、(10-6-3)、(10-6-4)及(10-6-5)可降低PEG-6000对胚芽长度的抑制。电场处理组(ES)与胁迫对照组(Sck)比较，胚芽长度显著增加，增加幅度最高可达到17.03%。但是(5-4-2)和(5-4-3)处理条件，胚芽长度显著减少。说明适当的电场处理条件可以刺激胚芽的生长，而较短时间的与较低的电场强度，电场频率组合的电场条件会抑制胚芽的生长。

2.3 不同电场处理条件对糜子种子胚根长度的影响

比较自然对照组(ck)与胁迫对照组(Sck)可知，干旱胁迫极显著抑制胚根生长(图3)。经过电场处理，在干旱胁迫条件下，萌发的种子胚根长度整体呈现增长的趋势，其中(5-4-4)及(5-5-4)处理条件的影响达到极显著，增长率分别为17.85%、18.87%。

图3 不同电场处理条件对糜子种子胚根长度的影响

2.4 不同电场处理条件对糜子种子胚芽质量的影响

在干旱胁迫条件下,芽干重反映了植物对干旱的敏感程度[11]。从自然对照组(ck)与胁迫对照组(Sck)测定值可知，干旱胁迫作用使萌发种子的胚芽质量显著增加(图4)。当处理时间为5 min时，胚芽质量在(5-4-2)、(5-4-3)与(5-6-3)处理条件下与(Sck)比较显著降低，下降幅度最大，为15.6%，但仍然高于ck组。而当处理时间为10 min时，各电场处理条件促进胚芽质量的增加，变化率在0.62%～14.77%之间，个别条件达到显著。

图4 不同电场处理条件对糜子种子胚芽质量的影响

2.5 不同电场处理条件对糜子种子胚根质量的影响

从自然对照组(ck)与胁迫对照组(Sck)的差异可知，在干旱胁迫下，胚根质量会显著增加(图5)。当电场处理时间为5 min时，电场处理后的种子的胚根质量相对于Sck没有显著变化。当处理时间增加为10 min时，在(10-4-5)、(10-6-2)与(10-6-3)条件下，差异达到显著，电场处理增长幅度分别为10.00%、13.2%和21.60%。

图5 不同电场处理条件对糜子种子胚根质量的影响

3 结果与讨论

若仅用单项指标评价电场处理对糜子种子萌发期抗旱性的影响，可能会存在评价结果的局限性，因此本实验选择了在干旱条件下与抗旱性显著相关的5个性状指标。王贺正研究表明,根系生长的深度、广度和数量与水稻品种的抗旱性关系密切[12]。而张盼盼等在糜子芽期抗旱性指标鉴选与利用研究中指出，用发芽率、芽干重和胚根长作为综合指标较好[11]。

本研究结果表明，PEG-6000溶液对糜子种子萌发期胚根胚芽长度等形态指标有显著抑制作用，这与张美俊等[13]的研究结果一致。也有研究结果表明，除个别品种外,PEG-6000处理的糜子根干重普遍较对照增加,只是增加的幅度不同，即PEG-6000胁迫后促进糜子根系的生长[11]，与本研究结果相符。经不同电场条件处理后的糜子种子在干旱胁迫下指标的变化各不相同，表明不同电场处理条件对植物种子抗旱性的影响并不相同。而经过电场处理，糜子种子发芽率整体呈上升趋势，胚根胚芽长度降低程度减弱，即降低了糜子在干旱条件下的敏感度。使胚根胚芽质量继续增加，增强了种子对干旱的耐受性。恰当的电场条件可以促进种子萌发的整齐度以及胚根胚芽的生长，提高其出苗率，可以为实际生产实践中的稳产奠定一定的基础，也为加速糜子抗旱研究方法的工作提供理论依据。

电场可以对植物产生显著的作用[14-15]，刘翔宇等报道，电场处理柠条种子增强了其萌发能力的原因，在于种子萌发过程中的多种生理生化过程的综合效果[16]。而赵清春研究显示，恰当的电场条件处理糜子种子可以促进糜子种子萌发且影响其植株幼叶的基因表达[17]。综上所述，电场处理糜子种子对其萌发期与抗旱有关的性状有促进作用，但是糜子整个生育期会受很多因素的影响，要从形态指标，生理生化指标进行综合评价，同时电场是否对糜子苗期、后熟期以及产量有积极影响还需要进一步研究。

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Effect of Different Electricfield Treatments on Drought-resistance of theGermination of Broomcorn Millet (PanicummiliaceumL.)Seeds

LIWei,YANGTiqiang,ZHAOQingchun,WANGWenxing

(Physical Science and Technology College of Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China)

Broomcorn millet seeds were placed in parallel plate electricfield,the drought resistance indexes of germ of broomcorn millet in different conditions of electric fields were studied.The results indicated,under drought stress,there was a significant reduction in germination rate,radicle length and germ length.Dry weight of germ and dry weight of radicle considerably increased at the same time.When the seeds were treated by electricfield,compared with stress group,germination rate of seeds increase on the whole,and radicle length and germ length downward trend had slowed,at the same time,electricfield promote the quality of radicle and embryo quality.The above results indicated that electric field deal with corn millet seeds can strengthen seeds to drought tolerance.

electricfield; broomcorn millet; drought resistance

2017-02-16

国家自然科学基金项目(51067005)。

李 伟(1992—)，女，内蒙古赤峰市人；硕士研究生，研究方向：环境生物物理；E-mail：liwei1521913@163.com。

通迅作者：杨体强，教授，主要从事电场和低能离子束对植物影响的研究；E-mail:yangtq@imu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.001

S 516

A

1001-4705(2017)06-0001-04