不同植物生长调节剂对复合盐胁迫下黑小麦种子萌发的影响

作者:未知

  摘 要:【目的】探讨α-萘乙酸钠(NAA)、赤霉素(GA3)和6-苄氨基嘌呤(6-BA)3种植物生长调节剂不同质量浓度对不同程度盐胁迫条件下黑小麦种子萌发的影响,为在盐渍地区种植黑小麦提供可能性和科学依据。【方法】以紫麦一号的种子为试验材料,采用纸床法分别测定不同质量浓度的3種植物生长调节剂对不同程度盐胁迫条件下黑小麦种子萌发的影响。【结果】在无盐胁迫条件下,NAA、GA3、6-BA质量浓度分别为150 mg·L-1、GA3 200 mg·L-1和6-BA 5 mg·L-1时,黑小麦种子的发芽率、发芽势等萌发指标均为最佳;复合盐(NaCl∶Na2SO4=1∶1)溶液浸种显著抑制了黑小麦种子的萌发;用不同质量浓度的植物生长调节剂预处理均可在一定程度上缓解复合盐胁迫对黑小麦种子萌发的抑制作用;在中低浓度(40~80 mmol·L-1)复合盐胁迫条件下,GA3 200 mg·L-1和6-BA 5 mg·L-1预处理均能有效缓解复合盐胁迫对种子萌发的影响;随着复合盐浓度的增加,各处理种子的发芽势和发芽率明显下降,当复合盐浓度为120 mmol·L-1时,只有6-BA 5 mg·L-1预处理对缓解胁迫有一定作用。【结论】在中低复合盐浓度胁迫条件下,采用GA3(200 mg·L-1)或6-BA(5 mg·L-1)预处理能够缓解盐胁迫对黑小麦种子的伤害,从而显著促进在盐胁迫条件下黑小麦种子的萌发。
  关键词:黑小麦种子;萌发;植物生长调节剂;复合盐;胁迫
  中图分类号:S 512.1文献标识码:A文章编号:1008-0384(2019)03-358-06
  Abstract: 【Objective】Effects of 3 plant growth regulators on the germination of black wheat seeds under salt-stress were studied to provide possible relief for the wheat planting in saline-alkali areas.【Method】 Using a paper bedding method,1-N aphthaleneacetic acid (NAA),gibberellic acid ( GA3) or 6-benzylamino-purine (6-BA) was applied on seeds of black wheat (Zimai 1) to observe the germination under varied salt concentrations.【Result】The best rate,potential and other indices on the seed germination were found when 150 mg·L-1 NAA,200 mg·L-1  GA3 or 5 mg·L-1 6-BA was used without salt-stress. The presence of NaCl∶Na2SO4=1∶1 significantly inhibited the germination. Addition of the plant growth regulators in different concentrations relieved the inhibitive effect to a certain extent. Both  GA3 at 200 mg·L-1 and 6-BA at 5 mg·L-1 significantly alleviated the germination inhibition when medium to low salt-stress (i.e.,40-80 mmol·L-1) was imposed on the seeds. The germination tendency and rate were significantly decreased with increasing salt-stress. When the salt concentration was raised to 120 mmol·L-1,only the application of  6-BA 5 mg·L-1 exhibited an effect on the germination. 【Conclusion】 The treatment of   GA3 200 mg·L-1 or  6-BA 5 mg·L-1 could protect the black wheat seeds from being permanently harmed by a medium-to-low salt-stress and improve the germination.
  Key words: black wheat seed; germination; hormone; compounded salt; stress
  0 引言
  【研究意义】随着人们生活水平的提高及市场消费向多元化发展,作为黑色谷物的黑小麦以其自然性、营养性、功能性日益受到人们的重视[1]。黑小麦蛋白质含量高达17%,氨基酸及矿物质含量也显著高于普通小麦,还富含各类维生素及膳食纤维[2],具有抗氧化、保护血管、预防癌症等多种保健功能,应用前景广阔。黑小麦对土壤没有特殊要求,具有耐寒、耐旱、耐贫瘠的特点[3],在我国北方干旱、高寒地区都能正常生长。我国陕西、甘肃、青海等地分布着大量的盐碱地,若能根据黑小麦的生长特性,对这些盐碱地资源加以利用,对提升我国耕地农业生产能力,保障国家粮食安全具有重要意义。【前人研究进展】盐胁迫是影响当今农业生产最重要的非生物胁迫因素之一,严重危害植物生命周期的各个阶段,包括种子萌发、出苗、营养生长和生殖生长等[4]。目前,通过外源化学物质提高植物耐盐性的研究报道较多,如水杨酸[5-6]、氮元素[7]、壳聚糖 [8-9]、海藻糖[10]及甜菜碱[11]等。种子能否在盐胁迫下萌发成苗是植物在盐碱条件下正常生长的前提。已有的研究结果表明,适宜浓度的萘乙酸(NAA)、细胞分裂素(6-BA)和赤霉素(GA3)可明显促进烟草[12]、苦瓜[13]、葫芦[13]、油棕[14] 等种子的萌发;6-BA和GA3能够有效缓解盐胁迫对向日葵种子萌发的抑制作用 [15];IAA和GA3可有效促进盐胁迫条件下番茄种子的萌发[16]。【本研究切入点】目前关于盐胁迫对种子萌发的影响研究多以单盐(NaCl)作为胁迫因子,鲜有复合盐胁迫对黑小麦种子萌发方面的报道。本研究结合我国盐碱地的田间实际情况,采用复合盐(Na2SO4+NaCl)作为胁迫因子,研究复合盐胁迫条件下不同植物生长调节剂对黑小麦种子萌发的促进作用。【拟解决的关键问题】探究对盐胁迫抑制黑小麦种子萌发具有显著缓解作用的植物生长调节剂及其最佳质量浓度,为在盐渍地区种植黑小麦提供可能性和科学依据。   1 材料与方法
  1.1 供试品种
  供试黑小麦品种紫麦一号的种子由沭阳绿友种业有限公司提供。
  1.2 种子处理方法
  1.2.1 不同植物生长调节剂及其不同质量浓度对种子浸种处理
  挑选饱满一致的种子,以10%次氯酸钠浸泡 10 min,经无菌蒸馏水冲净后晾干备用。在25℃下,以不同浓度梯度的植物生长调节剂(15个处理组合)分别浸种24 h(表1),以无菌蒸馏水浸种作为对照处理(CK)。每个培养皿(直径为90 mm)50粒种子(1个处理),每个处理3个重复,用48个培养皿。各处理在浸种后,均用无菌蒸馏水冲洗3次,置于垫有2层滤纸的培养皿中排列整齐(滤纸和培养皿均经灭菌处理),每个培养皿用15 mL无菌蒸馏水浸透滤纸,置于培养室培养。设置温度25℃、光强60 μmol·m-2·s-1、光周期12 h·d-1。每日定时向培养皿中喷洒无菌蒸馏水,保持水分。
  1.2.2 不同浓度的复合盐胁迫处理
  选种消毒同上,用复合盐(NaCl∶Na2SO4=1∶1)对消毒后的种子进行胁迫处理,复合盐浓度梯度设置为0、40、80、120、160、200 mmol·L-1。以培养皿中的滤纸作为发芽床,分别用15 mL不同浓度的复合盐溶液浸透发芽床,每个培养皿各放置50粒种子, 3次重复,培养条件同上。
  1.2.3 植物生长调节剂预浸种后的复合盐处理
  采用1.2.1试验筛选出的各植物生长调节剂的最佳质量浓度,即NAA(150 mg·L-1)、GA3(200 mg·L-1)和6-BA(5 mg·L-1),分别进行浸种预处理24 h,用无菌蒸馏水冲洗3次,进行盐胁迫试验。复合盐浓度梯度设为40、80、120、160、200 mmol·L-1,分别以未用植物生长调节剂预处理的种子作为对照, 3次重复,培养条件同上。
  1.3 测定方法
  每天定时观察统计种子萌发数,以胚根突破种皮达到种子长度一半时为发芽标准[17],4 d后统计发芽势,8 d后从每个处理中随机抽取10个正常生长的幼苗,用直尺分别测量幼苗地上部长度及根长度。种子发芽势、发芽率、相对盐害率计算公式参照文献[18]的方法进行。
  1.4 数据分析
  试验数据均用Excel 进行处理,以SPSS 16.0 软件进行统计分析,用Duncan′s法分析不同处理间的差异显著性,显示数据为平均数值±标准差。
  2 结果与分析
  2.1 不同植物生长调节剂对黑小麦种子萌发的影响
  用植物生长调节剂浸种预处理24 h后,大部分种子都能吸水膨胀、发芽;继续培养 8 d后,所有种子发芽完毕;不同的预处理对黑小麦种子萌发的促进效果因其质量浓度不同而存在一定的差异(表2)。方差分析结果显示,当NAA浓度为50 mg·L-1时,黑小麦种子两项萌发指标与对照差异不显著,当NAA浓度达到150 mg·L-1时,种子的发芽率、发芽势及幼苗地上部长度3项指标均处于高值,且与对照差异达极显著水平(P<0.01);在100~200 mg·L-1的范围内,GA3能够极显著促进黑小麦种子的萌发,且以200 mg·L-1效果最好;经6-BA 5 mg·L-1预处理后,种子的发芽率、发芽势及幼苗地上部长度3项指标均处于高值,且极显著高于对照(P<0.01),当6-BA浓度超过5 mg·L-1时,对种子萌发影响效果减弱,6-BA浓度达到10 mg·L-1以上时会对地上部分的生长产生一定的抑制作用; NAA和6-BA各处理均在一定程度上抑制了黑小麦根长的生长(表2)。
  2.2 复合盐胁迫对黑小麦种子萌发的影响
  复合盐胁迫下黑小麦种子的萌发受到了不同程度的抑制(表3),在无进行植物生长调节剂浸种预处理的各复合盐胁迫处理中,黑小麦种子发芽率、发芽势指标均明显低于无胁迫的对照处理(CK),且随着复合盐浓度的增加,黑小麦种子的发芽率、发芽势等萌发指标明显下降,而相对盐害率则显著上升;当复合盐浓度达到200 mmol·L-1时,各试验处理均无种子萌发,表明已达到对黑小麦种子的致死浓度。
  2.3 植物生长调节剂对盐胁迫抑制黑小麦种子萌发的影响
  在以上试验(2.1和2.2)的基础上,分别用NAA(150 mg·L-1)、GA3(200 mg·L-1)和6-BA(5 mg·L-1)对种子进行预处理24 h后,进行复合盐胁迫试验。试验结果显示,3种植物生长调节剂的处理均能在一定程度上缓解盐胁迫对种子萌发的影响(表3):在中低复合盐浓度(40~80 mmol·L-1)胁迫下,GA3(200 mg·L-1)和6-BA(5 mg·L-1)预处理效果明显,两个处理黑小麦种子的两项萌发指标均显著高于对照;随着复合盐浓度的增加,3种植物生长调节剂的缓解效果逐渐减弱,当复合盐浓度达到120 mmol·L-1时,仅6-BA(5 mg·L-1)预处理能起到一定的缓解作用;当复合盐浓度达到200 mmol·L-1时,3种植物生长调节剂预处理已不能有效缓解盐胁迫对黑小麦种子的伤害。
  3 讨论与结论
  种子萌发及幼苗生长是植物生命活动的起点[19],直接影響植物的生长和经济效益。天然植物激素是调控种子休眠与萌发过程中最重要的内源因素[20]。植物生长调节剂是通过人工合成(或从植物中提取)的与天然植物激素具有类似生理和生物学效应的物质。不同的研究者已先后证实植物生长调节剂对烟草[12]、盐穗木[21]、茄子[22]等植物种子萌发具有明显的促进作用,并能显著提高种子的发芽势和发芽率,从而提高种子发芽的整齐度和种子的利用率。本研究结果显示,在无盐胁迫条件下用不同质量浓度的NAA、GA3和6-BA浸种均能在一定程度上促进黑小麦种子萌发,提高种子发芽的一致性,其中以NAA(150  mg·L-1)、GA3(200 mg·L-1)和6-BA(5 mg·L-1)效果最佳;GA3在100~250 mg·L-1范围内对根长生长具有明显的促进作用,NAA 和6-BA反而抑制了根的生长。这与彭茂林等[12]对烟草种子的研究结果一致。   环境条件是影响种子萌发的外在因素,包括水分、温度、盐生环境等。有研究表明,盐胁迫对植物种子的萌发及生长均有显著的抑制作用[23],种子的萌发指标随着盐胁迫浓度的增加而显著下降[24]。用植物生长调节剂预处理能显著提高植物种子的发芽率和发芽势,缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用[17, 25]。本试验结果表明,不同植物生长调节剂预处理对复合盐胁迫下黑小麦种子的萌发均具有一定的缓解作用,只是不同植物生长调节剂之间的作用效果存在差异。在40~80 mmol·L-1的中低复合盐浓度梯度范围内,用GA3(200 mg·L-1)或6-BA(5 mg·L-1)对黑小麦种子进行预处理均能较好地缓解盐胁迫的伤害;当复合盐浓度为120 mmol·L-1时,6-BA(5mg·L-1)依然具有一定的缓解效果;但当复合盐浓度达到200 mmol·L-1时,所有植物生长调节剂预处理均无效。表明植物生长调节剂预处理对黑小麦种子萌发的促进作用主要集中在中低盐浓度,这与前人在二月兰[24]、菘蓝[26]上报道的结果类似。
  土壤盐化问题已成为当前农业发展过程中面临的主要逆境胁迫之一[27],且目前关于盐胁迫对植物种子萌发及幼苗影响的研究多以单盐(NaCl)作为胁迫因子,而在我国除滨海盐碱区盐分种类以NaCl为主外,内陆盐碱区多以SO2-4和CO2-3与NaCl的复合盐为主要盐分种类。因此,本试验结合我国盐碱地的田间实际情况,采用复合盐(Na2SO4+NaCl)代替单盐(NaCl)作为胁迫因子,比较分析了不同植物生长调节剂处理对盐胁迫下黑小麦种子萌发的促进作用。试验结果显示,在中低复合盐浓度胁迫下,适宜质量浓度的GA3或6-BA预处理均能显著缓解盐胁迫对黑小麦种子萌发的抑制作用,促进黑小麦幼苗生长,这为在盐碱地带开展黑小麦种植提供了重要启示。
  参考文献:
  [1]裴自友, 孙玉, 孙善澄, 等. 中国黑小麦研究利用现状 [J]. 种子, 2002, 4 (124): 42-44.
  PEI Z Y, SUN Y, SUN S C, et al. Research progress of chinese black wheat [J]. Seed, 2002, 4 (124): 42-44.(in Chinese)
  [2]陈志成, 秦秋萍. 黑小麦系列食品的研究与开发 [J]. 粮食加工, 2005(3): 33-35.
  CHEN Z C, QIN Q P. Study and developing on series of food of rye [J]. Grain Processing, 2005(3):33-35. (in Chinese)
  [3]杨峰, 孙玉, 鲁晋秀, 等. 黑小麦研究现状及优质高产栽培技术 [J]. 陕西农业科学, 2014, 60 (11): 109-112.
  YANG F, SUN Y, LU J X, et al, Planting status and high yield and quality cultivation techniques of black wheat [J]. Shaanxi Journal of Agricultural Sciences, 2014, 60 (11): 109-112.(in Chinese)
  [4]SHU K, QI Y, CHEN F, et al. Salt stress represses soybean seed germination by negatively regulating GA biosynthesis while positively mediating ABA biosynthesis [J]. Frontiers in Plant Science, 2017, 8: 1-12.
  [5]楊洪兵, 孙萍. 外源水杨酸和茉莉酸对荞麦幼苗耐盐生理特性的效应 [J].植物生理学报, 2012, 48 (8): 767-771.
  YANG H B, SUN P. Effects of exogenous salicylic acid and jasmonic acid on physiological traits of salt tolerance in buckwheat (Fagopyrum esculentum moench) seedlings [J]. Plant Physiology Journal, 2012, 48 (8): 767-771.(in Chinese)
  [6]NAZAR R, IQBAL N, SYEED S, et al. Salicylic acid alleviates decreases in photosynthesis under salt stress by enhancing nitrogen and sulfur assimilation and antioxidant metabolism differentially in two mungbean cultivars [J]. Journal of Plant Physiology, 2011, 168 (8): 807-815.
  [7]穆静, 刘小京, 徐进, 等. 氮素对NaCl胁迫下甜高粱种子萌发及芽苗生长与生理的影响 [J].中国生态农业学报, 2012, 10 (20): 1303- 1309.
  MU J, LIU X J, XU J, et al. Effects of nitrogen on sweet sorghum seed germination, seedling growth and physiological traits under NaCl stress [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 10 (20): 1303- 1309. (in Chinese)   [8]GU L Q. Effects of chitosan on physiological chatacteristics of tomato seedings under salt stress [J]. Agricultural Science and Technology,2012,13 (3): 551-553.
  [9]NADEGE A A, PACOME A N, ADJANOHOUN A, et al. Synergistic effects of plant growth promoting rhizobacteria and chitosan on in vitro seeds germination, greenhouse growth, and nutrient uptake of Maize (Zea mays L.) [J/OL]. Biotechnology Research International, 2016, 2016: 1-11. [2018-12-20]. http://dx.doi.org/10.1155/2016/7830182. DOI: 10.1155/2016/7830182.
  [10]闫道良, 郑炳松. 海藻糖浸种对盐胁迫下扬麦19生理特性的影响 [J]. 浙江农业学报, 2016, 28 (8): 1271-1276.
  YAN D L, ZHENG B S. Effects of soaking seeds in trehalose on physiological characteristics of wheat Yangmai-19 under salt stress [J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2016, 28 (8): 1271-1276.(in Chinese)
  [11]DEMIRAL T, TURKAN I. Does exogenous glycinebetaine affect antioxidative system of rice seedlings under NaCl treatment [J]. Journal of Plant Physiology, 2004, 161 (10): 1089-1100.
  [12]彭茂林, 杜康兮, 李立芹. 3种植物生长调节剂对烟草草种子萌发的影响 [J]. 种子, 2012, 7 (31): 110-113.
  PENG M L, DU K X, LI L Q. Effects of 3 kinds plant growth regulators on tobacco seed germination [J]. Seed, 2012, 7 (31): 110-113.(in Chinese)
  [13]田月娥, 车志平, 刘圣明, 等.十种植物生长调节剂处理对苦瓜和葫芦种子萌发的影响[J]. 北方园艺, 2018(12): 1-6.
  TIAN Y E, CHE Z P, LIU S M, et al. Effect of ten kinds of plant growth regulators on seeds germination of Momordica charantia and Lagenaria siceraria [J]. Northern Horticulture, 2018(12): 1-6.(in Chinese)
  [14]KAEWTAPHAN P, CHANPRASERT W, SAYASOONTHOM S, et al. Germination of de-operculated oil palm (Elaeis guineensis) seed as affected by gibberellic acid (GA3) [J]. Seed Science and Technology, 2016, 44 (2): 1-12.
  [15]顏宏, 赵伟, 胡晓悦, 等. NaCl胁迫下激素预浸种对向日葵种子萌发的影响 [J].东北师大学报(自然科学版), 2012, 3 (44): 136-139.
  YAN H, HU X Y, NIU C Y, et al, Influences of priming treatments of plant hormones on seed germination of Helianthus annuus under salt stress [J]. Journal of Northeast Normal University (Natural Science Edition), 2012, 3 (44): 136-139.(in Chinese)
  [16]刘栓成, 曹兴明, 穆俊祥, 等. 植物生长调节剂对盐胁迫下番茄种子萌发及幼苗生长的影响 [J]. 种子, 2016, 12 (35): 94-98.
  LIU S C, CAO X M, MU J X, et al. Effects of exogenous hormones on seed germination and seedling growth of tomato under salt stress [J]. Seed, 2016, 12 (35): 94-98. (in Chinese)
  [17]温福平, 张檀, 张朝晖, 等. 赤霉素对盐胁迫抑制水稻种子萌发的缓解作用的蛋白质组分析 [J]. 作物学报, 2009, 35(3): 483-489. WEN F P, ZHANG T, ZHANG ZHAO H P, et al. Proteome analysis of relieving effect of gibberellin on the inhibition of rice seed germination by salt stress [J]. Acta Agronomica Sinica, 2009, 35 (3): 483-489. (in Chinese)   [18]李双男, 郭慧娟, 王晶, 等. 不同盐碱胁迫对棉花种子萌发的影响[J]. 种子, 2018, 37 (1): 38-45.
  LI S N, GUO H J, WANG J, et al. Effects of different saline and alkaline stress on seed [J]. Seed, 2018, 37 (1): 38-45. (in Chinese)
  [19]肖小君, 黄倩, 罗陈勇, 等. 水杨酸浸种对干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响 [J]. 福建农业学报, 2017, 32 (6): 683-586.
  XIAO X J, HUANG Q, LUO C Y, et al. Effect of salicylic acid soaking on seed germination and seedling growth of corn under drought stress [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2017, 32 (6): 683-586.(in Chinese)
  [20]于敏, 徐恒, 张华, 等. 植物激素在种子休眠与萌发中的调控机制 [J]. 植物生理学报, 2016, 52(5): 599-606.
  YU M, XU H, ZHANG H, et al. Regulation of plant hormones on seed dormancy and germination [J]. Plant Physiology Journal, 2016, 52 (5): 599-606.(in Chinese)
  [21]王丽敏, 张霞, 张富春. 植物激素赤霉素和萘乙酸对盐穗木种子萌发的影响 [J]. 新疆农业科学, 2014, 51 (3): 504-510.
  WANG L M, ZHANG X, ZHUANG F C. Effects of plant hormones-GA3 and NAA on seed germination of halostachys caspica [J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2014, 51 (3): 504-510.(in Chinese)
  [22]王荣青. 赤霉素浸种处理对茄种子萌发的影响 [J]. 上海农业学报, 2001, 17 (3): 61-63.
  WANG R Q. Effects of GA3 seed soaking treatment on germination of eggplant seeds [J]. Acta Agriculturae Shanghai, 2001, 17 (3): 61-63.(in Chinese)
  [23]INAN G, ZHANG Q, LI P H, et al. Salt cress. A halophyte and cryophyte arabidopsis relative model system and its applicability to molecular genetic analyses of growth and development of extremophiles [J]. Plant Physiology, 2004, 135 (3): 1718-1737.
  [24]韩建秋. 外源GA3对NaCL胁迫下二月兰种子萌发的影响 [J]. 上海农业学报, 2012, 28 (2): 59-62.
  HAN J Q. Effects of exogenous GA3 on germination of Orychophragmus violaceus seeds under NaCl stress [J]. Acta Agriculturae Shanghai, 2012, 28 (2): 59-62. (in Chinese)
  [25]蔡蕾, 丁同樓, 王宝山. 外源GA3、ABA和Ca(NO3)2缓解盐对小麦种子萌发的抑制作用 [J]. 西北植物学报, 2004, 24 (4): 583-587.
  CAI L, DING T L, WANG B S. Ameliorative effects of exogenous GA3、ABA and Ca(NO3)2 on germination of wheat seeds under salt stress [J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2004, 24 (4): 583-587.(in Chinese)
  [26]刘清玮, 宋宇鹏, 高延辉. 6-BA处理对盐碱胁迫下菘蓝种子萌发的影响 [J]. 江苏农业科学, 2017, 45 (24): 115-118.LIU Q W, SONG Y P, GAO Y H. Effects of 6-BA on the germination of isatis woad under saline-alkali stress [J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2017, 45(24): 115-118. (in Chinese)
  [27]王利民, 黄东风, 林琼, 等. 番茄作物抗盐性研究进展 [J]. 福建农业学报, 2015, 30 (10): 1019-1026.
  WANG L M, HUANG D F, LIN Q, et al. Recent advances in research on salt tolerance of tomato plants [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2015, 30 (10): 1019-1026. (in Chinese)
  (责任编辑:杨小萍)
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14873201.htm

服务推荐