目的:探讨增强夏枯草种子抗旱性的有效途径。方法:以不同浓度的聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱胁迫;引发处理后种子置于25% PEG干旱胁迫下发芽。结果:随着PEG胁迫浓度增加,夏枯草种子发芽率、发芽指数、活力指数下降;经过20%~25%PEG,300~500 mg·L-1 GA3,1.60%~2.00% KNO3-KH2PO4引发处理,3个居群夏枯草种子在干旱胁迫下种子发芽率以及发芽指数显著提高;经过0.40%~1.20% NaCl引发处理,南京紫金山、安徽金寨夏枯草种子抗旱性显著增强,种子发芽率以及发芽指数显著提高;0.40%~2.00% NaCl引发处理,甘肃夏枯草种子发芽率、发芽指数降低。结论:适量浓度PEG,GA3,KNO3-KH2PO4引发,可以增强夏枯草种子萌发阶段抗旱能力。
Objective: To explore an effective way to increase drought tolerance of Prunella vulgaris seed. Method: The treatment of drought stress to P. vulgaris seeds was made by the different concentrations of PEG solutions. Primed seeds germinated under 25% PEG. Result: As concentrations of PEG increasing, seed germination percentage, germination index and vitality index reduced. Primed with 20%-25% PEG, 300-500 mg·L-1 GA3 and 1.6%-2.0% KNO3-KH2PO4 could enhance three population seeds germination index and vitality index under drought stress. Treated with NaCl, seeds germination percentage and germination index of two population increased, which came from Nanjing Zijinshan and Anhui Jinzhai, respectively, while those of seeds from Gansu Chengxian reduced. Conclusion: Treated with PEG, GA3, KNO3-KH2PO4 under proper concentration, seed vigor, seed resistance under drought stress would increase.
全 文 :种子引发对夏枯草种子抗旱性的影响
郭巧生,张贤秀,沈雪莲,陈宇航
(南京农业大学 中药材研究所,江苏 南京 210095)
[摘要] 目的:探讨增强夏枯草种子抗旱性的有效途径。方法:以不同浓度的聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱胁迫;引发
处理后种子置于25% PEG干旱胁迫下发芽。结果:随着PEG胁迫浓度增加,夏枯草种子发芽率、发芽指数、活力指数下降;经
过20%~25%PEG,300~500mg·L-1GA3,160%~200% KNO3KH2PO4引发处理,3个居群夏枯草种子在干旱胁迫下种子
发芽率以及发芽指数显著提高;经过040%~120% NaCl引发处理,南京紫金山、安徽金寨夏枯草种子抗旱性显著增强,种
子发芽率以及发芽指数显著提高;040% ~200% NaCl引发处理,甘肃夏枯草种子发芽率、发芽指数降低。结论:适量浓度
PEG,GA3,KNO3KH2PO4引发,可以增强夏枯草种子萌发阶段抗旱能力。
[关键词] 夏枯草;种子引发;抗旱性
[收稿日期] 20080718
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30772730);国家科技基础条
件平台工作项目(2005DKA21004)
[通信作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email:gqs@njau.edu.
cn
《中国植物志》[1]记载,夏枯草生于荒坡、草
地、溪边及路旁等湿润土地上。由此看见,水分是
夏枯草生长发育过程的关键影响因子之一。探讨
水分胁迫对夏枯草种子萌发及幼苗生长的影响,
可以为系统研究水分对夏枯草生长发育整个周期
的影响奠定一定的理论基础。而采用种子引发技
术,提高夏枯草种子在干旱条件下的抗逆性,可以
为苗期、整个生长发育期提高夏枯草植株的抗逆
性起到揭示作用。
1 材料
夏枯草种子于2006年采自江苏南京紫金山、安
徽金寨和甘肃成县,经南京农业大学郭巧生教授鉴
定,室温储藏备用。赤霉素(GA3,国药集团化学试
剂有限公司);聚乙二醇 (PEG),NaCl,KNO3,
KH2PO4(广东汕头市西陇化工厂)。
2 方法
2.1 PEG模拟干旱胁迫 设 15%,20%,25%,
30%,35%的PEG溶液模拟干旱胁迫。
2.2 种子引发处理 PEG设 15%,20%,25%,
30%,35%共 5个处理;GA3设 100,200,300,400,
500mg·L-1共 5个处理;设 04%,08%,12%,
16%,20%的NaCl,共5个处理;设04%,08%,
12%,16%,20%的 KNO3KH2PO4复合盐,共 5
个处理。具体种子引发方法参考文献[2]。
2.3 种子发芽试验 根据干旱胁迫发芽结果,以
25%PEG作为溶质。种子浸种12h,20℃光照恒温
纸质发芽,3次重复,每重复100粒种子。每日统计
发芽情况,称重补水,第10天量根长,第15天统计
发芽率。发芽指数(GI)=∑Gt/Dt(Gt为在 td的种
子发芽数,Dt为对应的种子发芽天数。活力指数
(VI)=GI×S(S为幼芽根长)。
3 结果与分析
3.1 干旱胁迫下夏枯草种子发芽情况 随着 PEG
浓度的增加,3个居群夏枯草种子发芽率降低,发芽
指数及活力指数呈现显著性降低。当 PEG达到
25%时,3个居群夏枯草种子发芽率均下降到60%
以下;甘肃成县夏枯草种子在PEG为30%就不能萌
发。当PEG达到25%以上,3个居群夏枯草种子发
芽指 数 及 活 力 指 数 大 多 为 0,可 判 断 种 子
失活(表1)。
随着PEG浓度的增加,3个居群夏枯草种子相
对发芽率、相对发芽指数以及相对活力指数降低。
当PEG为15%时,江苏南京紫金山夏枯草种子相对
发芽率无显著降低,而其余2个居群夏枯草种子显
著降低;当PEG为25%时,江苏南京紫金山夏枯草
种子相对发芽率为063,而安徽金寨、甘肃成县 2
个居群夏枯草种子相对发芽率低于 050。随着
PEG浓度的增加,甘肃成县夏枯草种子相对发芽
率、相对发芽指数及相对活力指数下降较其余2个
居群快;江苏南京紫金山夏枯草种子相对发芽率、相
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表1 干旱胁迫对不同居群夏枯草种子发芽的影响
PEG
/%
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
活力指数
南京 金寨 成县
CK 9300aa 9500aa 9400aa 1801ca 2153aa 1938ba 5021ba 5997aa 4127ca
15 9167aab 8633ab 9000ab 1317ab 1308ab 1062bb 2839ab 2714ab 1235bb
20 8133ab 7433bc 6533cc 1010ac 948bc 621cc 1168ac 1141ac 245bc
25 5867ac 4567bd 2700cd 514ad 430bd 262cd 225bd 345ad 103cd
30 3400ad 1000be 000ce 263ae 091be 000ce 079ae 000be 000be
35 567ae 533af 000be 042af 029bf 000ce 000ae 000ae 000ae
注:不同字母者表示邓肯检验5%水平差异显著,上标字母为横向比较,下标字母为纵向比较(表2同)。
对发芽指数及相对活力指数下降最慢(表2)。由此
推测,江苏南京紫金山夏枯草种子最为耐旱;安徽金
寨夏枯草种子次之;甘肃成县夏枯草种子对干旱胁
迫最为敏感,耐旱性最差。
表2 干旱胁迫对不同居群夏枯草种子相对发芽情况的影响
PEG
/%
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
活力指数
南京 金寨 成县
CK 100aa 100aa 100aa 100aa 100aa 100aa 100aa 100aa 100aa
15 099aa 091bb 096abb 073ab 061bb 055cb 057ab 045bb 030cb
20 087ab 078bc 070cc 056ac 044bc 032cc 023ac 019bc 006cc
25 063ac 048bd 029cd 029ad 020bd 014cd 004bd 006ad 002cd
30 037ad 011be 000ce 015ae 004be 000ce 002ae 000be 000be
35 006ae 006af 000be 002af 001bf 000ce 000af 000ae 000ae
3.2 GA3引发对干旱逆境条件下夏枯草种子发芽
的影响 在300~500mg·L-1,经 GA3引发处理,3
个居群夏枯草种子的耐旱性显著增强,种子发芽率、
发芽指数均显著提高。经300~500mg·L-1GA3引
发,紫金山夏枯草种子发芽率、发芽指数显著性提
高,以500mg·L-1的 GA3引发紫金山夏枯草种子
发芽率、发芽指数显著性提高最大;经200~500mg
·L-1GA3引发,安徽金寨夏枯草种子发芽率、发芽
指数显著性提高,500mg·L-1的GA3引发金寨夏枯
草种子发芽率、发芽指数显著性提高最大;经200~
500mg·L-1GA3引发,甘肃夏枯草种子发芽率、发
芽指数显著性提高,以300mg·L-1GA3引发种子
发芽率、发芽指数以及活力指数显著性提高最大
(表3)。结果表明,经适量浓度GA3引发,夏枯草种
子发芽率、发芽指数显著性提高,GA3引发可以提高
夏枯草种子耐旱能力。
3.3 PEG引发对干旱逆境条件下夏枯草种子发芽
的影响 经过20% ~25%PEG引发处理,3个居群
夏枯草种子抗旱性显著增强,种子发芽率以及发芽
指数显著提高。经15%~35%的PEG引发,紫金山
夏枯草种子发芽率、发芽指数显著性提高,以20%
表3 不同浓度GA3引发对干旱逆境条件下
夏枯草种子发芽的影响
GA3
/mg·L-1
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
CK 2967c 3967d 2467c 279d398d227c
100 3033c 4267cd4767ab260d474c460b
200 3200c 4367c 4833ab329c466c512a
300 3800b 4800b 4900a 442a574b533a
400 3867ab4533bc4533b 400b499c478b
500 4300a 5867a 4500b 459a777a520a
注:同一列中不同字母表示邓肯检验 5%差异显著(表 4~6
同)。
的PEG引发紫金山夏枯草种子发芽率、发芽指数显
著性提高最大;经20% ~35%的 PEG引发,安徽金
寨夏枯草种子发芽率、发芽指数著性提高,以30%
的PEG引发效果最佳;经15%~35%的PEG引发,
甘肃夏枯草种子发芽率显著性提高,以25%的 PEG
引发甘肃夏枯草种子发芽指数、活力指数显著性提
高最大(表4)。结果表明适量浓度 PEG引发可以
提高夏枯草种子抗盐能力。
3.4 NaCl引发对干旱逆境条件下夏枯草种子发芽
的影响 经过040%~120%NaCl引发处理,南京
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表4 不同浓度PEG引发对干旱逆境条件下夏枯草种子
发芽的影响
PEG
/%
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
Ck 2967e 3967c 2467c 279d 398d 227c
15 4233c 4267c 2967b 426b 430d 267b
20 5600a 4667b 3033b 555a 497c 271b
25 4667b 6567a 3333a 449b 705b 295a
30 4533b 6600a 2933b 435b 802a 229c
35 3433d 6733a 1833d 325c 735b 158d
紫金山、安徽金寨夏枯草种子抗旱性显著增强,种
子发芽率以及发芽指数显著提高;040% ~
200%NaCl引发处理,甘肃夏枯草种子发芽率、
发芽指数降低(表 5)。结果表明 NaCl引发对耐
旱性较差的甘肃夏枯草种子起反作用,因此 NaCl
引发是否增强夏枯草种子的抗旱性,有待进一步
研究。
表5 不同浓度NaCl引发对干旱逆境条件
下夏枯草种子发芽的影响
NaCl
/%
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
Ck 2967d 3967c 2467a 279d 398d 227a
040 3567c 4400b 2367ab368c 470b 193c
080 3567c 4833a 2267b 346c 531a 207bc
120 4167a 4300b 2200b 436a 444c 221ab
160 3933b 4233bc 1800c 406b 420cd 160d
200 3367c 3033d 867d 356c 276e 068e
3.5 KNO3KH2PO4引发对干旱逆境下夏枯草种子
发芽的影响 经过160% ~200%KNO3KH2PO4
引发处理,3个居群夏枯草种子抗盐性显著增强,种
子发芽率、发芽指数显著提高。080% ~200%
KNO3KH2PO4引发,紫金山夏枯草种子发芽率、发
芽指数显著性提高,以160%的KNO3KH2PO4引发
紫金山夏枯草种子发芽率、发芽指数显著性提高最
大;040%~200%KNO3KH2PO4引发,金寨夏枯草
种子发芽率、发芽指数显著性提高,以 120% ~
160%的 KNO3KH2PO4引发效果最佳;040% ~
200%KNO3KH2PO4引发,甘肃夏枯草种子发芽率、
发芽指数提高,以20%的 KNO3KH2PO4引发效果
最佳(表6)。结果表明适量 KNO3KH2PO4引发,夏
枯草种子发芽率、发芽指数显著提高,增强了夏枯草
种子的抗盐性。
表6 不同浓度KNO3KH2PO4引发对干旱
逆境条件下夏枯草种子发芽的影响
KNO3
KH2PO4
/%
发芽率/%
南京 金寨 成县
发芽指数
南京 金寨 成县
Ck 2967d 3967c 2467d 279cd 398c 227d
040 2767cd4267b 3200c 245e 478b 286c
080 3133bc4367b 3467b 267d 471b 296c
120 3367b 4867a 3033c 298c 474b 239d
160 3867a 4467b 3533b 367a 513a 341b
200 3300b 3500d 3867a 325b 335d 406a
4 讨论
干旱胁迫是植物逆境最普遍的形式之一,是农
业生产中面临的严峻挑战。据统计,世界干旱、半干
旱地区占地球陆地面积的1/3;我国干旱、半干旱地
区约占国土面积的1/2[3]。严重干旱时导致植物的
生长发育停滞,甚至死亡,造成作物的严重减产。因
此开展作物干旱胁迫研究,阐明植物在干旱条件下
的生理生化变化及抗旱机制、寻找适当的对策具有
十分重要的意义。
聚乙二醇(PEG)是一种中性长链多聚化合物,
可配制成预定的水势溶液,可用来模拟土壤的自然
水势,造成水分胁迫,它使组织失水而起到类似自然
的干旱作用。利用 PEG模拟干旱水分胁迫鉴定不
同品种或种群的耐旱性是一种比较可靠的方法[47]。
不同浓度 PEG胁迫处理植物种子,种子萌发延缓;
种子的发芽率、发芽指数和发芽势随胁迫强度的增
加呈现明显下降趋势[8]。而在本实验中,随着 PEG
浓度的增加,3个居群的夏枯草种子活力均下降,发
芽率降低,幼苗生长受抑制。不同居群夏枯草种子
对干旱胁迫的响应不同,总体来说,江苏南京紫金山
抗旱性相对较强,安徽金寨夏枯草种子次之,甘肃成
县夏枯草种子抗旱性最差。甘肃夏枯草种子在正常
实验室条件下发芽率、发芽指数以及活力指数都较
高,但在干旱胁迫条件下种子相对指标下降最快,具
体原因有待进一步研究。
本实验中,PEG,GA3,KNO3KH2PO4作为引发
剂达到了很好的效果,20% ~25%PEG,300~500
mg·L-1GA3,160% ~200%KNO3KH2PO4引发
均促进干旱胁迫条件下夏枯草种子萌发,种子发芽
率、发芽指数及活力指数均提高,增强夏枯草种子在
萌发阶段的抗旱性。在本实验中,06% ~30%
NaCl引发,夏枯草种子发芽时间虽不同程度提前,
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但夏枯草种子发芽率降低。此结果再次证明了夏枯
草种子对于 NaCl盐十分敏感[3],当种子活力不高
时,Na+,Cl-通过渗透调节在夏枯草中积累过多,对
夏枯草种子造成离子毒害,导致了甘肃夏枯草种子
最终发芽率降低;而抗旱性较强的南京紫金山夏枯
草种子、安徽金寨夏枯草种子活力较强,NaCl则有
引发促进作用。几种液体引发试剂中,以PEG引发
效果最佳,在胁迫条件下金寨夏枯草种子发芽率甚
至可以显著提高到60%以上。GA3对抗旱性最差的
甘肃成县夏枯草种子萌发有非常显著性的促进作
用,具体原因有待进一步深究。
种子引发可以促进种子在干旱胁迫下萌发,种
子萌发速率加快,发芽整齐度、最终发芽率提高;引
发促进干旱逆境条件下植株出苗,提高出苗整齐度,
促进植株生长,增强植株活力,增强植株耐旱能力,
使植株提早开花、结果,提高作物产量[910]。本研究
表明种子引发技术对干旱胁迫下夏枯草种子萌发具
有促进作用,可以增强夏枯草种子的抗旱性。而
Ghana等人研究认为引发对于实验条件下小麦苗生
长速率和高度有促进作用,对大田小麦幼苗生长和
最终产量无显著作用[11]。因此,开展种子引发技术
对干旱胁迫条件下夏枯草植株生长发育影响的研
究,进一步开展种子引发对大田栽培条件下夏枯草
植株生长发育、药材产量以及品质的影响,检验夏枯
草种子引发效应的延续性,具有十分重要的意义。
[参考文献]
[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志.第65卷.
第2分册[M].北京:科技出版社,1977:386.
[2] 张贤秀,郭巧生,王艳茹.种子引发对夏枯草种子活力影响的
初步研究[J].中国中药杂志,2008,33(5):493.
[3] 彭立新,李德全,束怀瑞.园艺植物干旱胁迫生理及耐旱机制
研究进展[J].西北植物学报,2002,22(5):1275.
[4] 薛慧勤,甘信民,顾淑媛,等.花生种子萌发特性和抗旱性关
系的高渗透溶液法[J].中国油料,1997,19(3):30.
[5] 施积炎,丁贵杰.水分胁迫对不同种源马尾松种子发芽的影
响[J].山地农业生物学报,2000,19(5):332.
[6] 揭雨成,黄丕生,李宗道.苎麻基因型抗旱性差异及其早期鉴
定研究[J].作物学报,2000,26(6):942.
[7] 曾彦军,王彦荣,萨 仁,等.几种旱生灌木种子萌发对干旱
胁迫的响应[J].应用生态学报,2002,13(8):953.
[8] 朱教君,李智辉,康宏樟,等.聚乙二醇模拟水分胁迫对沙地
樟子松种子萌发影响研究[J].应用生态学报,2005,16(5):
801.
[9] HarisD,PathanAK,GothkarP,etal.Onfarmseedpriming:
Usingparticipatorymethodstoreviveandrefineakeytechnology
[J].AgrSyst,2001,69:151.
[10] FotiR,AbureniK,TigereA,etal.Theeficacyofdiferent
seedprimingosmoticaontheestablishmentofmaize(Zeamays
L)caryopses[J].JAridEnviron,2008(20):1.
[11] GhanaSG,WiliamFS.Seedprimingwinterwheatforgermina
tion,emergence,andyield[J].CropSciSocAmer,2003,43:
2135.
EfectsofseedprimingondroughttolerenceinPrunelavulgaris
GUOQiaosheng,ZHANGXianxiu,SHENXuelian,CHENYuhang
(InstituteofChineseMedicinalMaterials,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)
[Abstract] Objective:ToexploreanefectivewaytoincreasedroughttoleranceofPrunelavulgarisseed.Method:Thetreat
mentofdroughtstresstoP.vulgarisseedswasmadebythediferentconcentrationsofPEGsolutions.Primedseedsgerminatedunder
25% PEG.Result:AsconcentrationsofPEGincreasing,seedgerminationpercentage,germinationindexandvitalityindexreduced.
Primedwith20%25% PEG,300500mg·L-1GA3and1.6%2.0% KNO3KH2PO4couldenhancethreepopulationseedsgermina
tionindexandvitalityindexunderdroughtstress.TreatedwithNaCl,seedsgerminationpercentageandgerminationindexoftwopopu
lationincreased,whichcamefromNanjingZijinshanandAnhuiJinzhai,respectively,whilethoseofseedsfromGansuChengxianre
duced.Conclusion:TreatedwithPEG,GA3,KNO3KH2PO4underproperconcentration,seedvigor,seedresistanceunderdrought
stresswouldincrease.
[Keywords] Prunelavulgaris;seedpriming;droughttolerance
[责任编辑 吕冬梅]
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Vol.34,Issue 10
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