植物生长调节剂对青稞种子萌发、幼苗生长及耐旱性的影响

郑明阳 周锐 熊敏先 黄乙琼 崔岚冰 李彦 卢志豪 吴迪

摘要：为探究不同浓度的矮壮素（CCC）、赤霉素（GA3）、乙烯利（ETH）浸种对青稞种子萌发和幼苗生长的影响，以高旱地区常见作物青稞（HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.）为试验材料进行浸种试验，测定了青稞种子的发芽率、发芽势及青稞幼苗的根长与芽长，并通过20%PEG-6000模拟干旱胁迫，探究3种植物生长调节剂浸种与喷施2种方法对青稞幼苗耐旱性的影响，测定脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）活性，并利用隶属函数方法对青稞幼苗耐旱性进行综合评价，为减轻干旱对青稞的危害、提高青稞的产量供理论依据。结果表明：（1）40mg/L矮壮素，100、250mg/L赤霉素和200mg/L乙烯利浸种处理显著提高青稞种子的发芽率与发芽势。（2）400mg/L赤霉素浸种处理显著增加青稞幼苗的根长和芽长，200mg/L乙烯利浸种处理显著增加青稞幼苗芽长。（3）在12个处理中，筛选到3个强耐旱处理和3个耐旱处理，其中，200mg/L乙烯利浸种处理显著提高干旱胁迫下青稞幼苗的Pro含量和SOD活性，降低MDA含量，为提高青稞耐旱性的最佳处理方式。综上所述，适宜浓度的植物生长调节剂能促进青稞种子萌发、幼苗生长，增强青稞的耐旱性，且以200mg/L乙烯利浸种处理效果最佳。

关键词：干旱；青稞；植物生长调节剂；耐旱性

中图分类号：S512.301文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）10-0105-08

干旱是影响植物生长发育和产量品质的重要环境因素之一，干旱地区因水资源缺乏导致农作物减产甚至死亡，对全球粮食安全造成严重威胁［1-2］。研究发现，植物可通过一定途径响应干旱胁迫［3］，如根系的加速生长以吸收更多水分、脯氨酸（Pro）的积累以调节渗透胁迫［4］、抗氧化酶系统如超氧化物歧化酶（SOD）活性的升高以清除体内活性氧自由基及膜脂过氧化导致丙二醛（MDA）含量升高等［5-6］。因此，这3个指标也常被用来评估作物的耐旱性［7-8］，但单个指标评估耐旱性仍缺乏说服力，需要综合多个耐旱性相关指标进行综合性分析评价。其中，灰色关联法［9］、主成分分析法［10］和隶属函数法［11］常用于作物多指标耐旱性评价，而隶属函数法评价效果好，应用更加广泛。青稞（HordeumvulgareL.var.nudumHook.f.）作为重要农作物之一，在我国的西部高原、高旱地区广泛种植，在生态环境恶劣、农艺水平落后的高原地區具有重要地位［12］，因此提高青稞耐旱性对提升青稞产量品质、保障粮食安全具有重要意义。目前，关于青稞幼苗耐旱性评价的研究多集中在形态指标［13-15］，而通过生理生化指标对青稞幼苗耐旱性进行评价的研究较少。

种子植物的繁殖和生存能力会受到种子活力和顺利萌发成苗的影响［16］，而种子发芽也是植物适应环境变化以保持自身繁衍的重要特性［17］。植物生长调节剂是人工合成的，与植物激素具有类似生理和生物学效应的物质，可参与调节植物生长发育的各阶段。矮壮素（CCC）是一种植物生长延缓剂，使植株矮化、茎秆粗壮［18］。作为植物生长促进剂，赤霉素（GA3）打破种子休眠、促进植株伸长，而乙烯利（ETH）浸种能够提高植物种子萌发与生长能力［19-21］。然而，现有研究主要集中在其对作物生长发育的影响，而对作物耐旱性的影响报道较少。

因此，本研究拟利用不同浓度植物生长调节剂浸种，探究其对青稞种子萌发特性及下阶段幼苗生长的影响，探索浸种对干旱胁迫下青稞幼苗生理特性及耐旱性的影响及与喷施处理的差异，并依据生理生化指标对不同激素浓度处理进行耐旱性评价和分类，以期鉴定出耐旱性较强的激素处理浓度与方式应用于生产，为青稞耐旱性与产量的提升提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2021—2022年，在四川省成都理工大学生态环境学院植物恒温培养室进行。试验选用青稞种子品种为阿青6号。矮壮素（CCC）、乙烯利（ETH）、赤霉素（GA3），均购买自北京索莱宝科技有限公司，为AR分析纯。

1.2试验方法

1.2.1浸种处理对种子萌发、幼苗生长和耐旱性的影响

挑选颗粒饱满的种子进行浸种试验。试验共设置12个植物生长调节剂处理，即40、80、120、150mg/L矮壮素，100、250、400、600mg/L赤霉素处理，100、150、200、250mg/L乙烯利处理，并以蒸馏水浸种作为对照（CK）共13个处理，25℃下浸种24h。

随后，利用纸平板法对已浸种处理的种子进行发芽试验，每个平板放置50粒种子，每个处理设置3个生物学重复，放置于植物组培室中（光照16h，湿度65%，温度25℃）。每24h测定发芽率、发芽势，连续测定3d。

待浸种后萌发的幼苗长至约2cm，挑选长势一致的幼苗至添加有1/2MS培养液（pH值5.8）的水培盒中，置于植物组培室中培养，连续3d随机取样（n>10）测定其根长、芽长，并测定相关生理指标（Pro、MDA及SOD）（各设置3个生物学重复）。将剩下的幼苗转移至含20%PEG-6000的1/2MS培养液中模拟干旱胁迫3d，再次测量其生理指标。

1.2.2喷施处理对幼苗耐旱性的影响

将青稞种子用蒸馏水浸泡24h，采用纸平板法进行种子萌发，待芽长2cm左右移栽至水培盒，培养液为1/2MS。移栽后2d开始均匀喷施植物生长调节剂至幼苗每一叶片，共设置13个处理（浓度设置与浸种试验一致），每个处理设置3个生物学重复，待幼苗长至两叶时停止喷施激素，使用20%PEG-6000终浓度的1/2MS培养液进行模拟干旱胁迫。胁迫前和胁迫3d后分别取样测定幼苗的生理指标。

1.3测定方法

种子萌发测定：参照国家标准GB/T2930.4—2001，每24h统计1次种子的发芽数，以胚芽的长度为种子长度1/2时为发芽标准［22-23］，连续统计3d。

形态指标测定：移栽水培盒2d后取长势相较一致的青稞幼苗，蒸馏水清洗干净根部，直尺测定芽长和根长，记录数据，连续测量3d。

生理指标测定：使用酸性茚三酮法测定脯氨酸（Pro）含量［24］，采用硫代巴比妥法测定丙二醛（MDA）含量［25］，采用氮蓝四唑光还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性［24］。

耐旱系数计算：参考邹成林等的方法［11］计算耐旱系数并做如下改进：与耐旱性呈正相关的指标，即Pro含量与SOD活性，其耐旱系数计算公式为：耐旱系数=该激素浓度干旱处理测定均值/该激素干旱处理对照测定均值；与耐旱性呈负相关的指标，即MDA含量，其耐旱系数计算公式为：耐旱系数=1-［（该激素浓度干旱处理测定均值-该激素干旱处理对照测定均值）/该激素干旱处理对照测定均值］。

隶属函数值计算：隶属函数值（正相关）：U（X）=（X-a1）/（a2-a1）；隶属函数值（负相关）：U（X）=1-（X-a1）/（a2-a1）。式中，X为某一激素浓度某一指标的耐旱系数；a1、a2为所有激素浓度某一指标的最小值和最大值。

耐旱性分级：计算每个激素浓度处理各指标耐旱隶属函数平均值，平均值越大说明耐旱性越强。根据抗旱隶属函数的平均值分为4级，分别为1级，U≥0.7，属于强耐旱型；2级，0.5≤U<0.7，属于耐旱型；3级，0.4≤U<0.5，属于中耐旱型；4级，0

1.4数据处理

采用Excel软件对数据进行处理，SPSS软件对数据进行统计分析。采用多重范围检验进行多重比较（α=0.05）。值表示为“平均值±标准误差”（x±s）。

2结果与分析

2.1植物生长调节剂浸种对青稞种子萌发和幼苗生长的影响

由图1可知，40mg/L矮壮素处理，100、250mg/L赤霉素处理和200mg/L乙烯利处理显著增加了青稞种子的发芽率和发芽势（P<0.05）。因此，采用该浓度的植物生长调节剂浸种处理对青稞种子萌发最为有利。

由图2可知，120mg/L矮壮素浸种对青稞芽的伸长具有最显著抑制作用（P<0.05），而对根的生长具有最显著促进作用（P<0.05）。400mg/L浓度赤霉素浸种时，对芽和根的伸长具有显著促进作用（P<0.05）。不同浓度乙烯利处理对青稞幼苗生长起到不同作用，200mg/L乙烯利浸種显著促进青稞芽的伸长（P<0.05），且对青稞根的长度无抑制作用。因此，采用400mg/L赤霉素、200mg/L乙烯利浸种处理对青稞幼苗生长最为有利。

2.2植物生长调节剂浸种对青稞耐旱性的影响

由图3可知，矮壮素浸种处理的幼苗Pro含量和MDA含量显著降低（P<0.05）；而150mg/L矮壮素处理显著增加了SOD活性（P<0.05）。400、600mg/L的赤霉素浸种能够在干旱胁迫下显著提高青稞Pro含量、降低MDA含量及抑制SOD活性（P<0.05）。200mg/L乙烯利处理显著增加Pro含量和SOD活性且降低MDA含量（P<0.05）。

由表1可知，矮壮素处理中，80mg/L处理具有最高的隶属函数平均值且达中耐旱等级，较其他浓度耐旱性效果更好。赤霉素处理中，600mg/L处理具有最高的隶属函数平均值，远超于其他浓度处理，达耐旱等级。乙烯利处理中，200mg/L处理耐旱性最为显著，达到强耐旱等级，而250mg/L处理隶属函数平均值仅有0.0285，耐旱性表现较差。此外，乙烯利处理和赤霉素处理的耐旱性评价高于矮壮素处理，因此，12个不同激素浓度浸种处理中，600mg/L赤霉素处理与200mg/L乙烯利处理耐旱性表现最佳。

2.3植物生长调节剂喷施对青稞幼苗耐旱性的影响

由图4可知，干旱胁迫后，各浓度矮壮素喷施均显著降低了Pro、MDA的含量和SOD的活性（P<0.05）。除400mg/L赤霉素喷施显著降低了Pro含量（P<0.05），其余浓度均使Pro含量显著增加（P<0.05）。在干旱胁迫后，赤霉素喷施均显著降低了青稞幼苗MDA的含量（P<0.05），而100、250、400mg/L赤霉素显著降低了青稞幼苗的SOD的活性（P<0.05）。干旱胁迫后，200、250mg/L乙烯利喷施青稞幼苗显著增加了Pro的含量，降低了MDA的含量，并增加了青稞SOD活性（P<0.05）。

由表2可知，矮壮素处理中，150mg/L处理具有最高隶属函数平均值，但该激素喷施处理的耐旱性等级均较低，仅达弱耐旱等级。赤霉素处理中，600mg/L处理具有最高隶属函数平均值且达耐旱等级。乙烯利处理中，200、250mg/L处理耐旱性最为显著，达强耐旱等级，而150mg/L处理也达耐旱等级。总之，12个不同激素浓度喷施处理中，600mg/L赤霉素处理与150、200、250mg/L乙烯利处理耐旱性表现最佳。

2.4植物生长调节剂的不同施用方式对青稞幼苗耐旱性的影响

矮壮素浸种处理显著降低了青稞幼苗的Pro、MDA含量（P<0.05）（图3-A、图3-D），这与喷施处理呈现相同趋势（图4-A、图4-D），而浸种处理能够增加SOD活性（图3-G），这与喷施处理降低SOD活性的结果相反（图4-G）。赤霉素浸种处理能够提高Pro含量，降低MDA含量和SOD活性（图3-B、图3-E、图3-H），这与喷施处理总体趋势相一致（图4-B、图4-E、图4-H）。200mg/L乙烯利在浸种与喷施处理下呈现相同的结果，即提高Pro含量和SOD活性并降低MDA含量（图3-C、图3-F、图3-I和图4-C、图4-F、图4-I），而250mg/L乙烯利浸种与喷施处理存在较大差异，浸种处理均降低了Pro、MDA含量和SOD活性，而喷施处理下对Pro含量和SOD活性起到增加的作用。

通过耐旱性综合评价发现，矮壮素浸种处理相较喷施处理有着更高的隶属函数平均值且耐旱性等级较高，赤霉素浸种处理同样比喷施处理有着更高的耐旱性表现，而乙烯利浸种处理的耐旱性评价较喷施处理差，尤其是250mg/L浓度时存在较大差异（表1、表2）。

3讨论与结论

3.1植物生长调节剂浸种能促进青稞种子萌发、幼苗生长并提高耐旱性

植物幼苗的耐旱性可能会受到其种子萌发和幼苗生长状况的影响。大量研究表明，植物生长调节剂浸种能够提高植物种子的萌发率［26-32］，本研究发现，40mg/L矮壮素处理，100、250mg/L赤霉素处理和200mg/L乙烯利处理对青稞种子萌发有显著促进作用（P<0.05）。此外，120mg/L矮壮素浸种使青稞芽长显著降低、根长显著增长（P<0.05），400mg/L赤霉素和200mg/L乙烯利浸种处理也显示出对青稞幼苗生长的显著促进作用（P<0.05）。其中，矮壮素的结果与前人研究［33］一致但使用浓度较低，或因为浸种时间较长、青稞生长周期短且对矮壮素敏感性较高。而赤霉素使用浓度相比前人使用浓度较高［34］，可能因为单、双子叶植物种子对赤霉素的敏感程度不同，及在赤霉素促进种子萌发、幼苗生长过程中的生理生化与代谢机理存在差异。乙烯利处理结果与徐小玉等的研究结果［29］相一致。这些结果提示植物生长调节剂浸种对青稞幼苗的耐旱性有潜在作用。

前人关于矮壮素浸种处理对植物耐旱性影响的报道较少，而本研究发现矮壮素显著降低了青稞幼苗在干旱胁迫下MDA的含量，同时150mg/L浓度使SOD活性显著升高（P<0.05）。通过综合评价分析发现，矮壮素浸种能够达中耐旱等级。陈志飞等发现，高羊茅种子受赤霉素浸种后MDA含量降低，但未探究对Pro含量以及SOD活性的影响［35］，本研究则发现400、600mg/L赤霉素浸种显著增加了Pro含量，综合评价分析结果也显示600mg/L赤霉素浸种有着较高的耐旱性。200mg/L乙烯利浸种处理结果与前人研究结果［36］一致，且综合评价分析结果表现出强耐旱性。本研究发现，植物生长调节剂浸种对后续幼苗生长与耐旱性具有影响，可能是因为植物在种子阶段拥有着较强的可塑性，而浸种处理能够引起种子生长素、赤霉素、脱落酸等内源激素的变化，并引起种子内部生理与代谢活动的一系列变化，及影响物质与能量的动员和积累，从而对后续生长形态及耐旱性产生生理生化的持续性影响。然而其耐旱机制尚不清楚，需进一步对植物内源激素、内生微生物等进行相关分子机制研究。

3.2植物生长调节剂浸种处理较喷施处理更有优势

种子植物的生存能力会受到种子萌发的直接影响，矮壮素浸种处理能促进青稞根的伸长，增强调蓄地上、地下部分资源分配的能力，同时对芽长的抑制使地上部分水分耗散更少，而赤霉素浸种具有能破除种子休眠和促进植物生长的作用。因此，矮壮素与赤霉素浸种处理下的耐旱性评价总体优于喷施处理。此外，植物在种子阶段细胞可塑性强，易受到外源因素影响且浸种处理具有对后续生长的持续性影响，或是浸种处理耐旱性表现优于喷施处理的一个原因。200mg/L乙烯利喷施与浸种处理显示相同结果，对耐旱性具有最好的促进作用。研究显示，250mg/L乙烯利浸种处理与喷施处理存在较大差异，或是因为高浓度乙烯利浸种对青稞幼苗生长具有显著抑制作用，因此对耐旱性表现较差。现有对植物耐旱性的研究多集中在幼苗期进行激素喷施处理［37-39］，而在种子时期进行浸种处理或许具有更加高效的作用。本研究发现，浸种处理能够显著促进青稞种子萌发率及幼苗生长，提高青稞幼苗早期存活率，从而能够高效地应对干旱胁迫。在农业生产中，喷施处理或面临着药材耗用量大、处理难度大、易造成环境激素残留等问题，而浸种处理因其处理方便、药材耗用少且高效、经济、环保从而有着更好的应用前景。

3.3结论

40mg/L矮壮素，100、250mg/L赤霉素和200mg/L乙烯利浸种处理对青稞种子萌发最为有利。促进青稞幼苗生长的最适处理方式为400mg/L赤霉素和200mg/L乙烯利浸种处理。在12个处理中，筛选到3个强耐旱处理和3个耐旱处理，其中，200mg/L乙烯利浸种处理为提高青稞耐旱性的最佳处理方式。综上所述，适宜浓度的植物生长调节剂能促进青稞种子萌发、幼苗生长，增强青稞的耐旱性，且以200mg/L乙烯利浸种处理效果最佳。

参考文献：

［1］HussainMI，LyraDA，FarooqM，etal.Saltanddroughtstressesinsafflower：areview［J］.AgronomyforSustainableDevelopment，2016，36（1）：4.

［2］GolldackD，LiC，MohanH，etal.Tolerancetodroughtandsaltstressinplants：Unravelingthesignalingnetworks［J］.FrontiersinPlantScience，2014，5：151.

［3］安玉艷，梁宗锁.植物应对干旱胁迫的阶段性策略［J］.应用生态学报，2012，23（10）：2907-2915.

［4］王霞，侯平，尹林克.植物对干旱胁迫的适应机理［J］.干旱区研究，2001，18（2）：42-46.

［5］赵雅静，翁伯琦，王义祥，等.植物对干旱胁迫的生理生态响应及其研究进展［J］.福建稻麦科技，2009，27（2）：45-50.

［6］单长卷，韩蕊莲，梁宗锁.干旱胁迫下黄土高原4种乡土禾草抗氧化特性［J］.生态学报，2012，32（4）：170-180.

［7］丁久玲，孟海涛，郑凯.10个空气凤梨品种对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价［J］.浙江农业科学，2022，63（11）：2677-2683.

［8］鲁晓民，曹丽茹，张新，等.PEG胁迫下玉米自交系苗期抗旱性鉴定及评价［J］.河南农业科学，2017，46（5）：39-44.

［9］杨子光，张灿军，冀天会，等.小麦抗旱性鉴定方法及评价指标研究Ⅳ萌发期抗旱指标的比较研究［J］.中国农学通报，2007，23（12）：173-176.

［10］张军，吴秀宁，鲁敏，等.拔节期水分胁迫对冬小麦生理特性的影响［J］.华北农学报，2014，29（1）：129-134.

［11］邹成林，吕巨智，翟瑞宁，等.广西玉米品种萌芽期生理生化特性及其抗旱性综合评价［J］.南方农业学报，2022，53（3）：785-794.

［12］赵雪雁，王伟军，万文玉，等.近50年气候变化对青藏高原青稞气候生产潜力的影响［J］.中国生态农业学报，2015，23（10）：1329-1338.

［13］宋国英，刘国一，边巴卓玛.模拟干旱胁迫下7个黑青稞品种的萌发特性与抗旱性评价［J］.江苏农业科学，2021，49（16）：84-88.

［14］王兴荣，李玥，张彦军，等.青稞种质资源成株期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选［J］.作物学报，2022，48（5）：1279-1287.

［15］彭玉琳，曾凡茹，东强，等.干旱胁迫对青稞种子萌发期的影响及抗旱性评价［J］.江苏农业科学，2023，51（4）：91-99.

［16］邹竣竹.激素浸种对野牛草种子发芽与幼苗生长生理的影响［D］.北京：中国林业科学研究院，2017.

［17］刘长乐，寇佩雯，许祎珂，等.逆境胁迫和植物生长调节剂对甘草种子萌发的影响［J］.中国野生植物资源，2022，41（2）：14-20.

［18］汤海军，周建斌，王春阳.矮壮素浸种对不同小麦品种萌发生长及水分利用效率的影响［J］.干旱地区农业研究，2005，23（5）：29-34.

［19］DuanCR，WangBC，LiuWQ，etal.EffectofchemicalandphysicalfactorstoimprovethegerminationrateofEchinaceaangustifoliaseeds［J］.ColloidsandSurfacesB：Biointerfaces，2004，37（3/4）：101-105

［20］董臣飞，顾洪如，丁成龙，等.水稻生育后期外源赤霉素调控稻草饲用品质的机理研究［J］.草业学报，2016，25（11）：94-102.

［21］牛玉，戚志强，韩旭，等.矮壮素和乙烯利对樱桃番茄幼苗生长的影响［J］.热带作物学报，2013，34（12）：2353-2357.

［22］卢艳敏，苏长青，李会芬.不同盐胁迫对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响［J］.草业学报，2013，22（4）：123-129.

［23］汪建军，麻安卫，汪治刚，等.不同温度和PEG处理对中华羊茅种子萌发的影响［J］.草业学报，2016，25（4）：73-80.

［24］冯斐.干旱胁迫对酸枣幼苗影响的研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2017.

［25］HodgesDM，DeLongJM，ForneyCF，etal.Improvingthethiobarbituricacid-reactive-substancesassayforestimatinglipidperoxidationinplanttissuescontaininganthocyaninandotherinterferingcompounds［J］.Planta，1999，207（4）：604-611.

［26］陈婧，龙友华.生长调节剂浸种对玉米种子萌发及幼苗生长的影响［J］.贵州农业科学，2011，39（2）：57-59.

［27］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.

［28］蹇黎.赤霉素对喀斯特山区野生燕麦种子萌发的影响［J］.种子，2016，35（10）：102-104.

［29］徐小玉，张凤银，曹阳.赤霉素和乙烯利对美女樱种子萌发及幼苗生长的影响［J］.种子，2014，33（6）：72-74.

［30］ShakeriS，SaeidNematpourF，SafipourAfsharA.Effectofsalicylicacidandethephononseedgerminationandseedlinggrowthofwheatundersaltstress［J］.JournalofCropEcophysiology，2016，10（39（3））：719-790.

［31］郭爱华，曹媛.不同调节剂浸种对苦苣菜种子萌发及幼苗生长的影响［J］.江苏农业科学，2022，50（9）：148-153.

［32］QuLP，WangXP，HoodE，etal.EthephonpromotesgerminationofEchinaceaangustifoliaandE.pallidaindarkness［J］.HortScience，2004，39（5）：1101-1103.

［33］賀笑，庞春花，张永清，等.多效唑和矮壮素浸种对藜麦幼苗生长的影响［J］.河南农业科学，2018，47（1）：26-31.

［34］坎平，王莎莎，马文广，等.赤霉素引发同时提高烟草种子及幼苗抗旱性和抗冷性［J］.种子，2014，33（2）：30-34，38.

［35］陈志飞，宋书红，张晓娜，等.赤霉素对干旱胁迫下高羊茅萌发及幼苗生长的缓解效应［J］.草业学报，2016，25（6）：51-61.

［36］闫秋洁，刘再婕，杨欣.乙烯利浸种对聚乙二醇胁迫下玉米种子萌发的影响［J］.中国农学通报，2013，29（3）：53-58.

［37］王非，于成龙，刘丹.植物生长调节剂对苗木抗旱性影响的综合评价［J］.林业科技，2007，32（3）：56-61.

［38］蒋洪涛，黄梅燕，郭强，等.水分胁迫下不同植物生长调节剂对甘蔗伸长初期抗旱性的影响［J］.西南农业学报，2016，29（9）：2114-2120.

［39］隋永超，冷暖，姜赫男，等.乙烯利对干旱胁迫下草地早熟禾生理指标的影响［J］.草业科学，2018，35（4）：822-828.