全 文 :收稿日期:2015-10-27
基金项目:本项目由西南民族大学研究生创新型科研项目 (编号:CX
2015SZ 099);四川省科技厅应用基础计划(编号:2015JY
0004)和现代农业产业技术体系(编号:CARS 35-35)资助。
作者简介:雷 雄(1986—),男,四川广安人;在读硕士研究生,主要从
事牧草种子生产研究;E-mail:236552516@qq.com。
通讯作者:白史且,二级研究员,博士生导师,E-mail:baiturf@ yahoo.
com.cn。
3种植物生长调节剂对阿坝垂穗披碱草种子萌发的影响
雷 雄1, 白史且2, 游明鸿2, 闫利军2
(1.西南民族大学青藏高原研究院, 成都610041; 2.四川省草原科学研究院, 成都611731)
摘 要:针对阿坝垂穗披碱草(Elynus nutans Griseb.cv.Aba)种子存在休眠期长、种子发芽率低、幼苗活力较低等问题,
采用生长调节剂浸种的方法,研究了不同浓度的细胞分裂素(6-BA)、矮壮素(CCC)、多效唑(PP 333)对阿坝垂穗披碱草
种子萌发的影响。试验结果表明:低浓度(10~30mg/L)的6-BA可以促进阿坝垂穗披碱草种子萌发和胚芽的生长,提
高种子的发芽率、发芽势、发芽指数和种子活力,其中以10mg/L处理效果最好,种子的发芽率、发芽指数显著高于对照
(p<0.05),分别比对照提高了14.2%和20.8%。随着6-BA浓度的提高,种子萌发效果有所降低。PP 333与CCC降低
了发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,显著抑制了种子的萌发和幼苗的生长,其抑制效果随着其浓度的增加而增加。
关键词: 6-BA;PP 333;CCC;阿坝垂穗披碱草;种子萌发
DOI编码: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.04.005
中图分类号: S 543.+9 文献标志码: A 文章编号: 1001-4705(2016)04-0005-05
Effects of Three Kinds of Plant Growth Regulator on
Seed Germination of Elynus nutans
LEI Xiong1,BAI Shiqie2,YOU Minghong2,YAN Lijun2
(1.Institue of QingHai-tibetan Plateau,Southwest Univrsity for Nationalities,Chengdu 610041,China;
2.Sichuan Academy of Grassland Science,Chengdu 611731,China)
Abstract:Because of Elynus nutans Griseb.cv.Aba seeds have long seed dormancy,low seed germina-
tion rate and seedling vigor.We studied the influence of Aba seed germination with different concen-
trations of cytokinins(6-BA),cycocel(CCC),multi-effect azole(PP 333)with growth regulator of
seed soaking method.The results shows that low concentration of 6-BA(10-30mg/L)can promote
the seeds germination and the growth of embryo,improve seed germination rate、germination poten-
tial、germination index and seed vigor,of which 10mg/L treatment effect is best,the processing plant
the seed germination rate,germination index is significantly higher than controls(p<0.05),respec-
tively by 14.2%and 20.8%higher than that of control,with the increase of the concentration of the
6-BA seed germination effect is reduced.PP 333and CCC reduced the germination rate,germination
potential,germination index and vigor index,significantly inhibited the seed germination and seedling
growth,its inhibition effect increases with the increases of its concentration.
Key words: 6-BA;PP 333;CCC;Elynus nutans Griseb.cv.Aba;seeds germination
阿坝垂穗披碱草(Elynus nutans Griseb.cv.Aba)
为禾本科披碱草属多年生牧草,是国内仅有的3个国
审垂穗披碱草品种之一。该品种具有牧草产量高、品
质优良、抗寒性强、适应性好等优点,是一种品质优良
的饲用牧草[1-2],并于2012年被四川省政府确定为四
川省首批突破性牧草新品种,形成了“政府购买品种、
企业集中繁育、项目配套转化”的突破性牧草新品种的
大面积应用推广模式。自2012年以来,每年推广种子
达500t,取得了显著的经济、社会和生态效益。然而,
种子生产过程中发现阿坝垂穗披碱草存在种子休眠期
长、发芽率低,幼苗活力较低等问题,严重制约了该品
种的推广与应用。因此,研究如何提高阿坝垂穗披碱
草种子萌发的条件具有重要的现实意义。
采用植物生长调节剂(Plant growth regulator)浸
·5·
研究报告 雷 雄 等:3种植物生长调节剂对阿坝垂穗披碱草种子萌发的影响
种以改善休眠种子的理化特性、提高发芽率和幼苗的
抗逆能力,并以投入成本小、见效快、可操作性强等特
点,被广泛应用于农作物、花卉、草坪草、牧草等种子萌
发研究[3-5]。然而目前使用外源激素对阿坝垂穗披碱
草种子萌发及活力方面的研究还未见报道。因此,本
试验采用不同浓度细胞分裂素 (6-BA)、多效唑
(PP 333)、矮壮素(CCC)浸种处理阿坝垂穗披碱草种
子,旨在探索3种植物生长调节剂对其种子萌发、生
理活性以及幼苗生长的影响,以期为促进阿坝垂穗披
碱草种子萌发和提高幼苗存活力提供依据和参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
植物生长调节剂(6-BA,PP 333和CCC)均采购于
上海伊卡生物制药有限公司;供试种子于2014年在阿
坝州红原县二农场四川省草原科学研究院试验地采集。
1.2 实验方法
试验于2015年3月进行,选择若干籽粒饱满、大
小一致的种子,经1%次氯酸钠溶液灭菌消毒5min,
蒸馏水清洗数次后晾干。在室温下,分别用不同浓度
(0,10,20,30,40mg/L)的6-BA、PP 333(0,50,100,
150,200mg/L)、CCC(0,1,2,3,4g/L)浸种24h,灭菌
蒸馏水浸种作为对照(ck),然后将种子捞出,蒸馏水清
洗数次晾干后备用。
采用纸上发芽[6],蒸馏水浸湿滤纸,将处理好的种
子置于已消毒的培养皿中,于光照培养箱中发芽(白天
20℃,8h,照度1 000lx;晚上15℃,16h、照度0lx)。每
个处理4个重复,每个重复50粒种子。定时给培养皿
中加蒸馏水,保证有充足的水分。每天09:00~10:00时
观察统计种子萌发数,以胚芽达到种子长度的一半以上
或胚根达到种子长度记为发芽[7]。第7天统计发芽势,
在第14天统计发芽率;统计发芽率的同时,在每个处理
中随机选取10株幼苗测其胚芽和胚根长。
1.3 测定指标
1)发芽率:从放入种子之日起至第14天止,统
计正常发芽种子粒数占供试种子总数的百分率,即发
芽率(GR)(%)=(N0/N)×100%。式中,N0 为发芽
终期全部发芽的种子数;N 为供试种子数。
2)发芽势:从放入种子之日起至第7天止,统计
正常发芽种子粒数占供试种子总数的百分率,即发芽
势(GE)(%)=(n7/N)×100%。式中,n7 为种子发芽
第7天的正常种子发芽数;N 为供试种子数。
3)发芽指数(GI)=∑Gt/Dt,式中:Gt为当天的
发芽数,Dt为发芽日数。
4)活力指数(VI)=S×GI,式中S为发芽t时间
时胚根及胚轴的总长度,GI为发芽指数。
5)芽长和根长:随机取10个正常生长的幼苗,
用直尺分别测胚芽和胚根的长度(cm)。
1.4 数据处理
本试验数据初期处理采用 Microsoft Excel 2013,
图形制作采用sigmaplot软件,统计分析采用SPSS 19
进行多重比较、方差分析。
2 结果与分析
2.1 6-BA对阿坝垂穗披碱草种子发芽动态的影响
不同浓度的6-BA处理下,阿坝垂穗披碱草种子
的发芽动态见图1。由图1可以看出,所有处理均在
第5天开始发芽,随着发芽天数的增加,种子的日发芽
数整体呈先降后增再降的趋势。即在5~7d为发芽
最高峰,第8天迅速降低,在9~10d出现发芽小高
峰,到第11天发芽数降低,直到第14天发芽结束。浓
度为10,30mg/L处理与对照均在第6天日发芽数最
高,分别达到11.75、11.00和9.75。浓度为20mg/L
和40mg/L处理在第5天日发芽数最高,分别为12.75
和10.25。
图1 6-BA处理下阿坝垂穗披碱草种子发芽动态
2.2 PP 333对阿坝垂穗披碱草种子发芽动态的影响
图2 PP 333处理下阿坝垂穗披碱草种子发芽动态
阿坝垂穗披碱草种子在不同浓度多效唑(PP 333)
处理下,其种子的发芽动态与对照差异显著(见图2)。
·6·
第35卷 第4期 2016年4月 种 子 (Seed) Vol.35 No.4 Apr. 2016
表1 不同生长调节剂各浓度处理下阿坝垂穗披碱草种子的萌发特征
生长调节剂
种类
处理浓度
(mg/L)
发芽率
(%)
发芽势
(%)
发芽指数 活力指数
芽长
(cm)
根长
(cm)
6-BA
0 81c 52ab 6.02c 81.57a 6.45a 4.74a
10 92.5a 52ab 7.27a 84.42a 6.82a 3.81b
20 84c 66a 6.6bc 74.97ab 5.75bc 3.46bc
30 86bc 55.5ab 6.44c 69.79ab 6.29ab 2.97c
40 77d 50b 5.73d 59.22b 5.55c 2.86c
PP 333
0 81a 52a 6.02a 81.57a 6.45a 4.74a
50 13b 0b 0.59b 2.00b 1.52b 1.62b
100 11b 0b 0.52b 1.38b 0.84c 1.53b
150 13b 0b 0.62b 1.89b 0.64c 1.31b
200 8.5b 0b 0.37b 1.17b 0.44c 1.23b
CCC
0 81a 52a 6.02a 81.57a 6.45a 4.74a
1000 74ab 29.5b 4.78b 35.97b 3.23b 3.45b
2000 65b 12c 3.67c 25.97c 2.95bc 2.68c
3000 61.5b 18c 3.67c 27.10c 2.78bc 2.60c
4000 63b 13.5c 3.53c 25.96c 2.63c 2.46c
注:用LSD检验法进行分析,相同小写字母表示差异不显著(p<0.05),不同字母表示差异显著(p<0.05)。
随着发芽天数的增加,对照组的日发芽数整体呈降低
趋势,在第5天开始发芽,第6天日发芽数最高,为
9.75,到第14天发芽结束,平均日发芽数为8.2。各试
验组日发芽趋势一致,均在第9天开始发芽,较对照推
迟了4d,且种子的日发芽数显著低于对照。试验组在
50mg/L处理下,平均日发芽数最高,为1.1;各试验组
均在第10天达到发芽高峰,其中以在100mg/L处理
下最高,日发芽数也仅为2.0。
2.3 CCC对阿坝垂穗披碱草种子发芽动态的影响
图3 CCC处理下阿坝垂穗披碱草种子发芽动态
由图3可以看出,各处理均在第5天开始发芽,
CCC处理供试材料整体发芽趋势与6-BA处理的发芽
趋势类似。即在第5~7天日发芽数较高,在发芽第8
天时迅速下降,第9~10天日发芽数则迅速增加,在第
11~14天逐渐下降直至日发芽率为0。在发芽第6天
时,对照组的日发芽数达到最高,为9.75;试验组均在
发芽第7天出现第一个发芽小高峰,其中以1 000mg/
L处理日发芽数最高,为8.75;在发芽第10天,对照组
与试验组均出现第二个发芽高峰期,此时试验组的日
发芽数达到最大值,并且显著高于对照组。
2.4 3种植物生长调节剂对阿坝垂穗披碱草种子萌
发效果的影响
由表1可知,10mg/L 6-BA处理下供试种子的发
芽率、发芽指数显著高于对照组(p<0.05),分别比对
照提高了14.2%和20.8%;种子的发芽势和活力指数
与对照差异不显著,其中发芽势与对照相同,均为
52.0%,活力指数略高于对照;10mg/L 6-BA处理下
能够促进芽的生长,同时显著抑制了根发育(p<
0.05)。在20mg/L和30mg/L 6-BA处理下对供试
种子的发芽率、发芽势、发芽指数均有一定的促进作
用,但与对照差异不显著。在40mg/L 6-BA处理下显
著抑制了发芽率、发芽指数、活力指数、芽长和根长。
PP 333在50~200mg/L范围内,浸种显著抑制了阿
坝垂穗披碱草种子的发芽率、发芽势、发芽指数及活力
指数(p<0.05),其抑制效果随着PP 333浓度的增加
而增加。PP 333各浓度处理下,阿坝垂穗披碱草胚芽
长和胚根长均受到抑制,其抑制效果与对照相比,芽长
降低了64.5%~65.24%,根长降低了 37.56%~
33.03%,且与对照存在显著差异(p<0.05)。
CCC在1~4g/L范围内,除1g/L浓度处理的种
子发芽率和对照差异不显著外,其它各指标与对照相比
显著降低(p<0.05);其余各处理与对照相比显著降低
了阿坝垂穗披碱草的发芽率、发芽势、活力指数、发芽指
数,其抑制效果随着浓度的增加而增加。CCC各浓度处
理下阿坝垂穗披碱草胚芽长和胚根长对照也存在显著
差异(p<0.05),其抑制效果与对照相比,芽长降低了
92.56%~82.48%,根长降低了69.68%~65.38%。
·7·
研究报告 雷 雄 等:3种植物生长调节剂对阿坝垂穗披碱草种子萌发的影响
3 讨 论
3.1 6-BA对种子萌发的影响
在生产过程中,为提高种子发芽率、增强幼苗的抗
逆性,常用的方法之一则是采用植物生长调节剂浸
种[4]。这是因为植物生长调节剂能够调节种子内源激
素的分泌与合成、打破种子的休眠,提高种子内淀粉酶
活性,加快种子代谢活动,从而提高种子发芽能
力[11-13]。本试验中,6-BA对阿坝垂穗披碱草种子萌发
表现出低浓度(10~30mg/L)促进种子的萌发,高浓
度(40mg/L)抑制其萌发,10~30mg/L的6-BA能够
有效提高阿坝垂穗披碱草的发芽率、发芽势、芽长和活
力指数,这与李魏飞[8]、龙治坚[9]的研究结果相一致;
朱霞等[10]研究决明种子的萌发结果也得出类似结论。
前人研究表明,6-BA具有解除种子休眠、促进种子萌
发和细胞分裂,诱导芽的分化,促进光化学反应等作
用[11]。这可能是促进阿坝垂穗披碱草种子萌发的原
因。本试验还得出,6-BA显著抑制了胚根的生长,其
抑制作用随着浓度的升高而增加。然而蒙真铖认为,
在20mg/L浓度范围内的6-BA对毛萼紫薇幼苗的株
高、侧根数、最长侧根长度均有促进作用[5],这与本试
验得出的结果略有不同,这是否是因为试验的条件或
试验材料不同而造成6-BA使用浓度的差异,还有待
于进一步研究。
3.2 PPP 333对种子萌发的影响
多效唑(PP 333),是一种抑制内源赤霉素合成的
三唑类植物生长调节剂,其抑制机理是阻抑贝壳杉烯
形成贝壳杉烯酸酶促反应中酶的活性从而抑制赤霉素
的生物合成[12]。已有研究表明:用多效唑浸种可以加
快稻种的萌发进程,提高稻种的发芽率和发芽指
数[13],矮化壮秧、提高成秧率及种子产量[14]。刘芳芳
也指出,在干旱胁迫条件下,低浓度的多效唑可以提高
黑麦草种子的发芽率、发芽势、促进对根系的生长,但
显著抑制胚芽的生长,且抑制作用随着多效唑质量浓
度升高而加强[15]。而本试验中,使用多效唑浸种显著
抑制了阿坝垂穗披碱草胚芽的生长和种子的萌发,这
可能是因为阿坝垂穗披碱草种子对多效唑的耐受能力
较差,从而使种子赤霉素合成受到抑制,降低了细胞酶
活性从而抑制了种子的萌发。
3.3 CCC对种子萌发的影响
矮壮素(Chlormequat chloride,CCC)是一种季铵
盐类植物生长调节剂,主要作用是抑制赤霉酸的生物
合成,其作用机理是抑制占巴焦磷酸生成贝壳杉烯,致
使内源赤霉酸的生物合成受到阻抑。其重要生理作用
是控制植株徒长、使节间缩短,促进生殖生长,改善种
子品质,提高某些作物的抗逆性等[16-17]。本试验中,矮
壮素浸种处理对抑制了幼苗的生长,这与高晓旭[18]提
出矮壮素浸种处理能显著降低黄瓜幼苗下胚轴的长度
相一致;低浓度的矮壮素有利于种子发芽势和发芽率
的提高,而高浓度的CCC则抑制其种子的萌发,这与
汤海军对小麦[19]和水稻[20]的研究结果相一致。
4 结 论
在6-BA不同浓度处理下,所有处理均在第5天
开始发芽,随着发芽天数的增加,种子的日发芽数整体
呈先降后增再降的趋势。10~30mg/L的6-BA可以
促进种子萌发和胚芽的生长,提高种子的发芽率、发芽
势、发芽指数和种子活力,其中以10mg/L处理效果
最佳。
PP 333与CCC降低种子日发芽数、延迟了种子
的萌发,显著降低了发芽率、发芽势、发芽指数和活力
指数,抑制了种子的萌发和幼苗的生长,其抑制效果随
着其浓度的增加而增加。
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达,包括包裹在花序外面的苞叶,而在授粉前的合蕊柱
中表达量最高。
注:1为授粉前合蕊柱;2为授粉后3天的合蕊柱;
3为唇瓣;4为花瓣;5为花萼;6为苞叶。
图3 SEP1基因在各个花器官的表达
3 讨 论
本实验以莲瓣兰大雪素为材料分离出SEP1基
因,通过RACE方法快速克隆出全长cDNA,确定该
基因为1 047bp的全长cDNA序列,编码250个氨基
酸。获得的序列及其推导的氨基酸序列在NCBI上进
行Blastx分析,发现其编码的蛋白质含有典型的
MADS结构域(MADS-MEF 2-like)和K结构域,这两
个保守结构域是MADS-box 基因家族的典型特征,具
有高度的保守性,与MADS-box家族中从其他植物提
取出的SEP1基因的同源性很高[3]。MADS-box 结
构域在MADS-box蛋白因子的 N末端,大约有60个
氨基酸组成具有高度保守结构域,可以和特异 DNA
结合[4],因此,MADS-box结构域具有DNA结合和蛋
白质二聚化的功能[5]。
SEP 类基因属于E类基因,在拟南芥中已研究得
比较清楚。用RACE方法从蝴蝶兰花葶和春兰中克
隆并己经证明SEP 基因参与花器官发育和植物开花
的调控[8]。而从莲瓣兰大雪素中还没有研究过,本研
究结果显示,该序列还与其他植物上克隆出来的
SEP1基因有很高的同源性[9]。在表达模式上,SEP1
在四轮中花器官中都表达,这与高等真双子植物中分
离出来的SEP1不一致,这也许与兰科比较复杂的花
器官结构有关系,将为后续的研究提供基础,并且了解
SEP1在莲瓣兰大雪素中的调控。
虽然对花发育相关基因的研究已经有几十年,但
是对于SEP 基因功能的研究仍然存在着很多问题,
在兰花上的研究更少见,并且兰花SEP1基因的克隆
以及SEP1与开花相关基因、蛋白的作用关系还有待
进一步研究,另外,SEP1基因可以诱导开花,但其分
子机制和在莲瓣兰花中的调控机制还有待研究。
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第35卷 第4期 2016年4月 种 子 (Seed) Vol.35 No.4 Apr. 2016