Study on Seed Osmopriming for Alleviation of Stresses During Post--Germinative Seedling Growth in Wh

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小麦是世界上第二大粮食作物。同时也是在温带环境中种植最广泛的谷类作物。小麦苗期生长对外界不利环境非常敏感,比如水分和温度胁迫影响小麦幼苗形态建成,并导致产量降低。育种家和农民希望获得田间壮苗。实现抗逆丰产。在耐性基因型的开发中,材料本身的低遗传性和试验筛选中的限制,使得人们意识到引发技术的重要性。近年来,农学家们发现,种子播前预处理(过氧化氢、渗透胁迫和激素预处理种子)可以加速根系和地上部生长,提高植株活力以及抗逆性。在种子引发处理中,渗透引发被认为是诱导萌发期间的种子抗逆性的重要措施之一。种子渗透引发通过控制种子在高渗溶液中水合作用和干燥处理。使得种子在所含水分被吸收之前迅速萌发。虽然对种子预处理的认识已有二十多年,但大多数的研究主要关注于种子预处理提高逆境条件下种子萌发能力,对种子渗透引发缓解逆境对植株幼苗形态建成和幼苗生长影响的研究较少。本研究的目的是探索种子渗透引发缓解逆境对小麦幼苗形态建成和幼苗生长的潜力,阐明由种子渗透引发诱导的胁迫记忆对正常环境下种子萌发和幼苗形态建成的扩散效应。
  为探索最优种子渗透引发的浓度和温度。本试验以当地主栽品种扬麦16为材料,分别浸种在浓度为0,-0.3,-0.6和-0.9MPa的PEG溶液中。于14、18和23℃的光照培养箱中培养。种子达到最大吸水量后将处理的种子自然风干,分别置于正常环境,渗透胁迫和低温胁迫下萌发。结果表明。渗透胁迫和低温胁迫明显影响了不同渗透浓度和低温处理引发种子的吸水量、胚根突破率、平均发芽时间、淀粉含量以及抗氧化酶活性。确定适宜扬麦16种子渗透引发最适时间为30h,渗透浓度为.0.9MPa,温度为18℃。
  为阐明优化的渗透引发方案能诱导植株渗透胁迫的抗性,本试验采用经过渗透引发的种子,对在正常环境下萌发后生长48h的小麦幼苗进行为期7d的渗透胁迫处理。结果表明,与未经渗透引发的种子相比,渗透引发的种子显著提高了正常环境下生长的植株干物重和株高。在渗透胁迫下,渗透引发的种子植株根系干物重、根系长度和根系表面积显著提高,说明在渗透胁迫下经过渗透引发种子的植株具有较好的幼苗素质:渗透引发促进了渗透胁迫下植株根系可溶性糖的转运、以及可溶性糖和脯氨酸的积累。这说明渗透引发种子形成的植株,可通过渗透调节物质的增加,更好地适应渗透胁迫。与未经渗透引发的种子的植株相比,渗透引发炼种子的植株具有较高的抗氧化酶活性和较低的丙二醛含量,说明渗透引发通过提高植株抗氧化酶活性,降低膜脂过氧化程度。从而增强对渗透胁迫的抵御能力。
  渗透引发能够通过调控根系生长和根系抗氧化能力缓解渗透胁迫对幼苗的影响。结果表明,经过40h渗透胁迫处理后,渗透引发的种子的植株根系比未渗透引发种子的植株增加了87.29%,且根系表面积增加了29.11%。说明渗透引发的植株根系可能是通过增大根毛的产生量,根系表面积以及长度来截获更多的水分。与未经渗透引发种子的植株根系相比。经渗透胁迫处理6h后,渗透引发的植株根系中O2·-含量降低了8.10%,MDA含量减少了50%,增加了SOD。POD活性,说明了渗透引发种子通过提高抗氧化酶活性,增强清除活性氧能力,从而降低膜脂过氧化程度,减少膜损伤。因此,在渗透胁迫下,渗透引发种子通过有效提高根系生长截获和利用水分能力以及提高根系抗氧化系统保护能力,来较好的适应渗透胁迫。
  对渗透引发的种子形成的小麦幼苗、和前期渗透锻炼的小麦幼苗,在三叶期进行渗透胁迫,研究渗透引发种子和前期渗透锻炼诱导的渗透胁迫抗性及其生理机制。渗透引发种子和前期渗透锻炼处理均明显提高了渗透胁迫下的幼苗根系干物重,增加了根系长度。渗透引发种子形成的幼苗在正常环境下具有较高的可溶性糖含量:而在渗透胁迫环境下,脯氨酸含量高。此外,在渗透胁迫处理18h后发现,种子渗透引发处理和前期渗透锻炼处理的植株具有较高的SOD活性。表明种子渗透引发和前期渗透锻炼能通过提高植株抗氧化系统保护能力以及渗透调节能力抵御渗透胁迫。在未渗透胁迫处理之前,前期渗透锻炼植株干物重降低,光合能力受到明显影响。渗透引发的种子可诱导较强的渗透胁迫抗性,而对幼苗形态建成影响较小。
  由渗透引发种子诱导的胁迫记忆还可以提高萌发12d时小麦幼苗对低温胁迫的耐性。在低温胁迫胁迫下,渗透引发种子形成的幼苗O2·-和H2O2的积累量低。SOD活性增强,MDA含量明显减少,表明种子渗透引发通过提高活性氧清除系统活性,提高抗氧化保护能力,从而抵御/适应低温胁迫。因此,渗透引发种子是缓解冬小麦幼苗形态建成期低温胁迫可靠有效的手段。
  总之,本研究发现渗透引发种子对逆境的缓解是由于种子渗透预处理诱导的响应机理。渗透引发的种子再干燥和,或短期贮藏在正常环境下,再次萌发和幼苗形态建成时.不会影响胁迫记忆的消失。小麦种子渗透引发技术可有效缓减小麦萌发以及生长早期渗透胁迫和低温胁迫。
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