干旱胁迫下种子引发对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响

孟衡玲，卢丙越，苏一兰，王田涛，张 薇

(红河学院/云南省高校农作物优质高效栽培与安全控制重点实验室，云南 红河 661100)

板蓝根为十字花科菘蓝属植物，含有总生物碱、有机酸、多糖、苯丙素类等多种活性成分[1-4]，广泛用于治疗流行性感冒、腮腺炎、流脑等病毒性、细菌性疾病[5]。板蓝根为大宗药材，市场需求量大，在我国大部分地区均可种植。我国1/2以上的耕地处于水资源紧缺的干旱、半干旱地区，因此，干旱在所有的非生物胁迫中占首位，对作物的生长发育及产量影响最大[6]。有研究表明，干旱胁迫导致板蓝根种子萌发延迟，发芽势、发芽指数下降[7]，并导致根系活力降低[8]、丙二醛含量升高、叶绿素含量及净光合速率降低[9]。种子引发是控制种子缓慢吸收水分，促进细胞膜、DNA的修复和酶的活化，使其处于准备发芽状态的一项技术，现已有许多关于种子引发的相关报道，种子引发可提高种子在逆境胁迫下的种子活力及抗性[10-12]，增加光合色素含量[13]，降低种子浸出液中的核苷酸含量[14]。目前，关于板蓝根种子引发的报道较少，且是关于磁力引发的[15]。鉴于此，采用渗调引发、激素引发和水引发3种方法(4种引发剂)对板蓝根种子进行研究，探讨板蓝根种子在干旱胁迫下的发芽特性和幼苗形态变化，为板蓝根在干旱地区种植提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

板蓝根种子通过网络购买，由张薇副教授鉴定。

1.2 试验方法

1.2.1 PEG-6000模拟干旱胁迫的质量分数筛选 用PEG-6000模拟干旱胁迫，分别设置0(CK)、5%、10%、15%、20%、25% 6个处理。在培养皿底部铺上双层滤纸，分别在滤纸上喷对应质量分数的PEG-6000溶液4 mL，CK喷4 mL蒸馏水，每个培养皿中30粒种子，3次重复，每天更换滤纸，并统计1次发芽数(以露白为准)。

1.2.2 种子引发处理 选取籽粒饱满健康的板蓝根种子放入大烧杯中，用70%乙醇浸泡5 min，期间不断搅动，用自来水冲洗数次，沥干水分。选用PEG-6000、CaCl2、GA3、水4种试剂作为引发剂，每种引发剂设置4个处理，其中，PEG-6000引发设置15%、20%、25%、30% 4个质量分数；CaCl2引发设置0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 4 个质量分数；GA3引发设置50、100、150、200 mg/L 4个质量浓度；水引发设置6、12、18、24 h 4个引发时间。每个处理3次重复，每个重复30粒种子。引发剂完全浸没种子，置于28 ℃恒温培养箱内，PEG-6000、CaCl2、GA33种引发剂处理的种子，在引发24 h后取出(水引发处理按照试验设计的对应时间段取出)，用清水冲洗干净，在室温下回干24 h。

1.2.3 干旱胁迫下不同引发剂处理的发芽试验 将引发处理后的板蓝根种子用蒸馏水浸泡24 h后，放入含有4 mL 20% PEG-6000(干旱胁迫处理)的培养皿中培养，同时以蒸馏水培养为对照1(CK1)，以20% PEG-6000胁迫但未引发培养为对照2(CK2)，每皿50粒，每个处理3次重复，将培养皿置于28 ℃恒温培养箱中培养，之后每天更换滤纸，定量加入4 mL 20% PEG-6000溶液(CK1用蒸馏水代替)，将种子一一对应换到新的培养皿中。每天统计1次发芽数(以露白为准)，第8天统计发芽势，第15天统计发芽率。

1.2.4 种子发芽特性测定 种子发芽势=初期(第8天)发芽种子数/供试种子数×100%；

种子发芽率=终期(第15天)发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt,其中Gt为当天的发芽种子数,Dt为相应发芽天数。

1.2.5 幼苗形态指标和生理指标测定 发芽试验结束后，将幼苗移栽到18 cm(上口径)×16 cm(高)的营养袋中，每个营养袋3株幼苗，并做好标记，进行正常的水肥管理。40 d后测量株高、根长、叶绿素含量及相对电导率等指标。从每个处理营养袋中取出10株幼苗，用自来水冲洗干净后，用卷尺测量其根长、株高。其中，根长为初生根着生部位到根尖的距离(cm)，精确到0.1 cm；株高为茎基部到幼苗顶端的距离(cm)，精确到0.1 cm。叶绿素含量测定采用95%乙醇浸提法，相对电导率测定采用电导仪法[16]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理，采用SPSS 17.0软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同质量分数PEG-6000模拟干旱胁迫对板蓝根种子萌发的影响

由表1可知，随着PEG-6000质量分数的增加，板蓝根种子的发芽率、发芽势以及发芽指数均呈下降趋势。与CK相比，5%、10% PEG-6000胁迫处理的发芽率和发芽势无显著差异，但发芽指数差异显著。当PEG-6000质量分数为20%时，板蓝根种子的发芽率仅为60.00%，发芽势仅为45.56%，与其他处理均差异显著。当PEG-6000质量分数为25%时，板蓝根种子的发芽率、发芽势、发芽指数均为0，因此，本研究选择20% PEG-6000模拟干旱胁迫。

2.2 不同质量分数PEG-6000引发对干旱胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响

由表2可知，在20% PEG-6000胁迫下，25% PEG-6000引发处理的种子发芽率最高，显著高于其他质量分数引发处理，发芽率、发芽势、发芽指数较CK2分别提高了35.2%、51.2%、32.8%。采用不同质量分数PEG-6000对板蓝根种子进行引发后，各生长指标均有不同程度提高，其中，25% PEG-6000引发处理幼苗的生长指标与CK1无显著差异。因此，采用25% PEG-6000对板蓝根种子进行引发处理，可有效提高干旱胁迫下板蓝根种子的发芽指标及幼苗的生长势。

表1 不同质量分数PEG-6000模拟干旱胁迫对板蓝根种子萌发的影响Tab.1 Effects of different mass fraction of PEG-6000 on seed germination of Radix Isatidis

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments (P<0.05)，the same below.

表2 干旱胁迫下不同质量分数PEG-6000引发处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响Tab.2 Effects of different mass fraction of PEG-6000 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.3 不同时间水引发对干旱胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响

从表3可以看出，20% PEG-6000胁迫下，4个不同时间水引发处理的板蓝根种子发芽率均显著高于CK2。12、18 h水引发处理效果相当，2个处理的发芽率、发芽势和发芽指数均无显著差异。其中，18 h水引发处理的发芽率、发芽势和发芽指数较CK2分别提高了33.3%、36.6%和106.4%。从后期幼苗的生长来看，18 h水引发处理幼苗的株高、根长和叶绿素含量均显著高于CK2，其相对电导率显著低于CK2。因此，18 h水引发处理能够显著提高板蓝根种子在干旱胁迫下的发芽率、发芽势及发芽指数，对后期幼苗的生长也有明显的促进作用。

表3 干旱胁迫下不同时间水引发处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响Tab.3 Effects of different time of water priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.4 不同质量浓度GA3引发对干旱胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响

从表4可以看出， 在20% PEG-6000胁迫下，板蓝根种子经不同质量浓度GA3引发后，可显著提高发芽率。其中以50 mg/L GA3引发处理效果最好，发芽率、发芽势和发芽指数较CK2分别提高了25.9%、21.9%和171.1%。从幼苗的生长状况来看，50 mg/L GA3引发处理的板蓝根幼苗根长和叶绿素含量与CK2无显著差异，但株高、相对电导率均与CK2存在显著差异。因此，结合各指标综合分析来看，50 mg/L GA3对板蓝根种子的引发效果最好，可有效缓解干旱胁迫对板蓝根的抑制作用。

表4 干旱胁迫下不同质量浓度GA3引发处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响 Tab.4 Effects of different mass concentration of GA3 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.5 不同质量分数CaCl2引发对干旱胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响

从表5可以看出， 在20% PEG-6000胁迫下，1.5% CaCl2溶液对板蓝根种子的引发效果最好，其发芽率、发芽势和发芽指数较CK2分别提高了16.7%、19.5%和23.9%。其余3个质量分数CaCl2引发下的种子发芽率与CK2无显著差异。从幼苗生长来看，CaCl2引发处理对幼苗的长势影响较小，叶绿素含量低、相对电导率较高，幼苗生长势较弱。

表5 干旱胁迫下不同质量分数CaCl2引发处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响Tab.5 Effects of different mass fraction of CaCl2 priming on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

2.6 干旱胁迫下4种引发剂最佳处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长的影响比较

对4种引发剂中的最佳引发处理进行综合比较，从表6可以看出，25% PEG-6000、50 mg/L GA3和18 h水引发处理下的板蓝根种子发芽率无显著差异，1.5% CaCl2引发处理的发芽率最低，但均显著高于CK2。从发芽势来看，25% PEG-6000和18 h水引发处理最好，说明这2种引发处理有利于提高种子的发芽势。50 mg/L GA3处理下的发芽指数显著高于其他3个引发处理，可有效提高种子的发芽速率。从板蓝根幼苗的生长指标来看，18 h水引发可促进板蓝根根系生长，显著高于其他处理。1.5% CaCl2引发处理幼苗的叶绿素含量最低、相对电导率最高，与其余3个引发处理存在较大差异。综合分析表明，4个引发剂处理中，引发效果优劣依次为18 h水>25% PEG-6000>50 mg/L GA3>1.5% CaCl2。

表6 干旱胁迫下4种引发剂最佳引发处理对板蓝根种子萌发及幼苗生长影响的比较Tab.6 Effect comparison of the four best priming treatments on seed germination and seedling growth of Radix Isatidis under drought stress

3 结论与讨论

本试验采用20% PEG-6000模拟干旱胁迫进行板蓝根种子萌发试验，结果表明，板蓝根种子在干旱胁迫下萌发受阻，发芽率、发芽势和发芽指数降低，株高、根长及叶绿素含量降低，相对电导率升高，这与前人的研究结果一致[7,9,17]。种子引发是目前提升种子发芽率和整齐度的简便有效方法，可以显著增加逆境防御蛋白质类、能量相关蛋白质类以及蛋白质合成和目标类蛋白质丰度[18]。种子引发主要包括水引发、滚筒引发、膜引发、渗调引发、激素引发、固体基质引发等[19]。本研究选取了水引发、渗调引发和激素引发3种方式对板蓝根种子进行引发。

渗调引发是以溶质为引发剂，通过调节细胞渗透势，阻止细胞内容物渗出的一种方法，本研究以不同浓度PEG-6000和CaCl2作为引发剂对板蓝根种子进行引发，结果发现，25% PEG-6000引发效果远优于1.5% CaCl2，与孟静静等[17]的研究结果基本一致。杨小环等[20]研究也发现，25% PEG-6000可以促进甘蓝种子迅速萌发，提高甘蓝种子的发芽势、发芽率和发芽指数。但在老化南瓜种子的引发中发现，1% CaCl2引发效果好于PEG-6000和GA3引发[21]，这可能与作物种类不同有关。

植物的发芽特性可以通过植物生长调节剂来改善，特别是在逆境条件下可以促进植物萌芽和生长。本研究发现，采用50 mg/L GA3进行种子引发在干旱胁迫下可大大提高板蓝根种子的发芽指数，但其发芽率和发芽势低于25% PEG-6000和18 h水引发。马文广等[22]报道，适宜的GA3引发处理可使MS云烟87和MSK326丸化种子的发芽指数和活力指数显著提高，但对发芽率和发芽势效果不明显，与本研究结果基本一致。

水引发是先将种子放在水中预浸，然后将其放于相对湿度为100%的密闭容器中进行种子引发处理的一种方法，在植物中的应用较多[8]。在本研究中，水引发对板蓝根种子的引发效果最明显，种子的发芽率和发芽势均得到了较大提高，且幼苗的生长指标相对较好。这与刘慧霞等[23]对紫花苜蓿和张泽旭等[24]对甜菜的研究结果一致。