外源调节物质对低温下棉种萌发的影响

夏 军，吴 强，夏 钦，王宏军

（1陕西省农业技术推广总站，陕西 西安 710000；2石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态重点实验室，新疆 石河子 832003；3陕西省现代农业科学研究院，陕西 西安 710000）

新疆维吾尔自治区（后文简称新疆）是我国最大的优质棉生产基地，其种植面积、总产、单产和调出量已连续25年居全国首位[1]，据国家统计局2020年数据[2]，新疆棉花种植面积和产量分别占全国的78.93%和87.64%。低温是影响水稻、棉花、玉米、大豆等冷敏性作物生长发育及产量形成的最重要的非生物胁迫之一，也是限制农业生产发展的主要农业自然灾害之一[3]，因低温灾害，每年全球农作物经济损失高达数千亿元[4]。尤其在新疆特殊的气候条件下，棉花这种喜温作物的播种及幼苗生长期间经常遭遇雨雪等极端低温气象灾害，致使地表温度严重低于棉种萌发所需的最低生长温度，易导致棉花出苗至幼苗期烂种、烂芽、弱苗，甚至死苗等现象，严重影响棉花的生长发育、产量及品质的形成，最终造成棉花减产和巨大的经济损失[5]。据新疆气象局气候中心检测，2014年5月底6月初，在北疆地区发生低温天气，棉花受灾面积达1430hm2，其中绝收面积占60%左右，经济损失达一亿元左右[6]。因此，寻求切实可行的途径和措施来增强棉花萌发期抗寒耐低温能力，具有重要的实践意义。

品种选育[7]、地膜覆盖[8，9]、外源物质调控[10，11]等手段均可提高作物的抗冷性，但品种选育过于复杂，耗时长；地膜覆盖容易造成残膜污染，因此，外源物质调控可作为提高作物抗逆性的主要手段。研究发现，0.001μmol·L–1的2，4-表油菜素内酯（EBR）明显提高低温胁迫下水稻种子的发芽率和发芽势；300μmol·L–1赤霉素（GA3）显著提高低温处理后花生种子的发芽率、发芽指数（GI）和种子活力；0.7mmol·L–1水杨酸（BHA）明显提高低温胁迫下玉米种子的发芽率、GI、发芽势和活力指数。[12-16]但这些外源物质作用于棉种萌发的生理机制尚未有系统的研究。因此，本试验选用8种在棉花及其他作物上对提高耐冷性效果较明显的外源物质进行比较，通过监测低温胁迫下棉种的发芽率、发芽势等发芽特性，筛选出提高棉种萌发期抗冷性效果较好的外源物质，为新疆“倒春寒”天气棉种萌发及出苗提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为两种不同基因型的棉花品种：“新陆早65号”（Gossypium hirsutumL.，GL65）“海岛棉35号”（Gossypium barbadenseL.，GH35），由新疆农垦科学院棉花所提供。试验在石河子大学农学院人工气候箱内完成。人工气候箱模拟大田条件下棉花种子萌发的环境，相对湿度50%、14h光照/10h黑暗，光照强度283μmol·m-2·s-1。

1.2 试验方法

试验1：初步设定8种供试药剂浓度分别为100mg·L-1GA3[17]，10μmol·L-1氟啶酮（FL）[18]，2.5μmol·L-1茉莉酸甲酯（MeJA）[15]，0.25mg·L-1EBR[19]，0.5mmol·L-1亚 精 胺（Spd）[20]，0.5mmol·L-1硫 化 氢（H2S）[21]，100μmol·L-1一氧化氮（NO）[16]，5mmol·L-1BHA[5]，采用发芽盒蛭石法进行种子萌发试验。

试验2：由试验1得知GA3和FL的萌发效果较好，选取GA3和FL的抑制剂脱落酸（ABA）和多效唑（PA）进行萌发，各试剂浓度设定如表1所列可知，并筛选最优试剂及浓度。设2个温度处理，分别为：15℃（光照）/12℃（黑暗）（T12）和28℃（光照）/25℃（黑暗）（T25）。选取籽粒饱满，种胚完整，无霉变、机械损伤的棉花种子，先用75%无水乙醇浸洗1min进行表层消毒，再用200mL 1%的高锰酸钾消毒3～5min，用蒸馏水冲洗3～5遍；然后整齐摆放于铺有蛭石的发芽盒内，每盒摆放100粒种子，分别加入不同外源物质溶液80mL，对照（CK）加入无菌蒸馏水80mL，于不同温度处理下在人工气候室中进行萌发试验，每处理5次重复，每隔24h补充20～25mL不同外源物质溶液和蒸馏水。

表1 GA3和FL及合成抑制剂的不同浓度Table 1 Screening of different concentrations of GA3 and FL and inhibitors

1.3 种子发芽能力

胚芽长度大于棉种长度的1/2视为发芽，第1天开始每天统计发芽种子数。

发芽率（%）＝（发芽种子数/供试棉种数）×100%；

发芽势（%）＝（发芽达到高峰期时发芽种子数/供试棉种数）×100%；

发芽指数（GI）＝∑Gt/Dt，其中，Gt指t天的种子发芽率，Dt为相对应的种子发芽天数。

平均发芽时间（MTG）＝∑（GtDt）/∑Gt，其中，Gt指t时的发芽率，Dt指发芽天数。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2010进行处理。使用SPSS 18.0分析软件进行数据统计，差异显著性检验采用邓肯氏新复极差检验法（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 外源物质对棉种萌发特性的影响

如表2所列可知，不同棉花品种的发芽率、发芽势和GI均随温度的降低而降低，且差异显著（P＜0.05）。外源物质不同程度提高棉种在低温胁迫下的发芽率、发芽势和GI，缩短MTG，8种外源物质中GA3和FL效果最好。T12条件下GA3的平均发芽率、发芽势和GI分别增加18%、11.78%和54.80%，MTG降低15.87%；T25条件下其平均发芽率、发芽势和GI分别增加2.67%、3.33%和27.27%，MTG降低18.86%。

表2 低温胁迫下不同外源物质对棉花种子萌发特性的影响Table 2 Effect of different exogenous substances on the germination characteristics of cotton seeds under low temperature stress

2.2 不同浓度的GA3及其抑制剂PA对棉种萌发特性的影响

如表3所列可知，50mg·L-1和100mg·L-1GA3均对棉种发芽有明显的促进作用，而200mg·L-1GA3在低温胁迫下抑制棉种萌发，其中100mg·L-1GA3效果最好。GH35和GL65的发芽率、发芽势和GI在T12条件下分别增加11%、3.5%、4.19和42%、12%、3.81，MTG分别降低1.27d和1.33d；T25条件下分别增加5.5%、14%、6.2和5%、12%、6.08，MTG分别降低0.51d和0.63d。GA3抑制剂PA降低棉种的发芽率、发芽势和GI。

表3 低温胁迫下GA3及其抑制剂PA对棉种萌发特性的影响Table 3 Effects of GA3 and its inhibitors PA on the germination characteristics of cotton under low temperature stress

2.3 不同浓度的FL及其抑制剂ABA对棉种萌发特性的影响

如表4所列可知，3.29mg·L-1FL促进棉种在低温胁迫下的发芽率、发芽势和GI，缩短MTG，其中GH35和GL65的发芽率、发芽势和GI在T12条件下分别增加5%、3.5%、0.06和34.5%、9.5%、1.88，MTG分别增加0.36d和0.7d；T25条件下分别增加2%、10%、2.65和2%、8.5%、3.08，MTG分别降低0.18d和0.31d，但1.65mg·L-1和6.58mg·L-1FL均抑制棉种的萌发。ABA处理后，棉种的发芽率、发芽势、GI明显下降，其中20mg·L-1ABA对棉种的抑制作用最强，GH35发芽率下降幅度最大，与CK相比平均降低65.55%，GL65发芽率平均下降49.5%。

表4 低温胁迫下FL及其抑制剂ABA对棉种萌发特性的影响Table 4 Effects of FL its inhibitors ABA on the germination characteristics of cotton under low temperature stress

3 讨论与结论

低温胁迫限制种子发芽和幼苗生长的速度。有研究表明一些外源物质在低温胁迫下可提高种子的萌发速度和整齐度，促进种子萌发，提高其耐冷性[22]。低温胁迫下，适宜浓度的EBR可提高黄瓜种子的发芽率、发芽势、GI等[23]。许高平等研究发现低温胁迫使玉米发芽率、发芽势显著下降[24]。姜秀梅研究发现低温胁迫下辣椒种子发芽率、发芽势、GI和活力指数可以通过适宜浓度的外源Spd、壳聚糖、BHA、CaCl2、甜菜碱、海藻糖等浸种处理得到不同程度的提高，促进种子萌发，其中Spd和壳聚糖的诱导效果较好[25]。

GA3和ABA作为植物体内广泛存在的一类生长调节剂，参与并调控植物种子萌发；其抑制剂PA和FL可以有效调节作物的生育过程。葛娜等研究外源激素GA3和ABA对三七种子萌发的影响，发现500mg·L-1GA3显著提高种子的萌发率；10mg·L-1ABA则明显抑制种子的萌发[26]。前人研究发现，FL和GA3均可显著影响种子萌发效果，提高萌发率，其中以FL效应最强[27，28]。研究GA3和ABA对小豆种子萌发的影响，发现不同浓度GA3对萌发的促进作用也不同，而ABA和高浓度的GA3明显抑制种子萌发[29]。

本试验表明，8种外源物质均不同程度地提高低温胁迫下棉种的发芽率、发芽势、GI，缩短MTG，促进种子萌发，其中GA3和FL处理下棉种萌发效果较好。GA3和FL及其抑制剂PA、ABA对棉种萌发影响的试验显示，50mg·L-1和100mg·L-1GA3、3.29mg·L-1FL均增加棉种发芽率、发芽势和GI，缩短MTG，而200mg·L-1GA3、1.65mg·L-1和6.58mg·L-1FL则抑制棉种的发芽，其中100mg·L-1GA3对棉种的萌发效果表现最好。ABA和PA显著抑制棉种萌发，20mg·L-1ABA和5.88mg·L-1PA对棉种萌发的抑制作用最大。