CN104335734A - 油菜素内酯浸种缓解玉米不同逆境胁迫伤害的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业应用技术领域,具体涉及外源24-表油菜素内酯浸种缓解玉米盐与低温不同逆境胁迫伤害的方法,步骤是:将种子消毒后进行不同浓度EBR+NaCl溶液的盐胁迫与不同浓度EBR溶液的低温胁迫;之后进行萌发和幼苗生长实验。本发明通过分别探讨外源EBR对盐和低温胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响,反映出EBR对两种不同逆境下种子和幼苗的胁迫伤害具有缓解作用。本发明表明采用外源物EBR浸种有望成为实践中分别改善玉米在盐胁迫和低温胁迫下耐性的好方法,应用潜力很大;本发明对缓解逆境对植株的伤害,具有很高的应用价值。

Description

油菜素内酯浸种缓解玉米不同逆境胁迫伤害的方法
技术领域
本发明属于农业应用技术领域,具体涉及外源24-表油菜素内酯浸种对盐与低温两种不同逆境胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的缓解方法。 
背景技术
土壤盐渍化和低温冷害是农业生产中常见的自然灾害,是我国农业生产及生态环境面的严峻问题。土壤盐渍化(soil salinization)是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表,水分蒸发后,使盐分积累在表层土壤中的过程。全球约有8.31亿hm2的土壤受到盐渍化的威胁,其中我国盐渍土壤总面积约3600万hm2,占全国可利用土地面积的4.88%。低温冷害(low temperature and cold damage)是指农作物在生育期间,遭受低于其生长发育所需的环境温度,引起农作物生育期延迟,或使其生殖器官的生理机能受到损害,导致农业减产。它具有大尺度性、综合性及地区差异性等特点,严重灾害年可使我国粮食减产达100亿千克左右。随着我国各地种植制度的改革,复种指数增加,晚熟高产品种得到推广应用,如遇低温年,灾害的影响和造成的损失将更加突出。因此,加强对盐渍化和低温冷害发生规律及防御技术的研究,对农业稳定和国民经济的发展都具有重大意义。
对玉米盐害和低温冷害的防治方法已有大量报道,大多以物理方法为主,关于激素缓解逆境胁迫的方法在实际农业生产中少见应用。油菜素内酯(brassinolide,BR)是一种新型的植物生长调节剂,它在促进种子萌发、幼苗生长、提高光合作用效率、延迟器官衰老和提高抗逆性等方面具有重要的调节作用。因此探讨外源EBR对盐胁迫以及低温胁迫下玉米种子萌发及幼苗生理生化特性的影响,明确EBR分别诱导玉米幼苗抗盐性和抗冷性的可能生理机制是非常必要的。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种外源24-表油菜素内酯浸种缓解玉米盐与低温不同逆境胁迫伤害的方法;该方法简便易行,不受季节限制,不仅可以缩短实验时间,该方法分别能提高玉米萌发期和苗期抗盐、抗冷的耐受力,能够分别缓解盐害和低温冷害对玉米萌发和苗期的胁迫伤害。
为了解决上述技术问题,本发明采取如下技术方案:一种外源24-表油菜素内酯浸种缓解玉米盐与低温不同逆境胁迫伤害的方法,包括如下步骤: 
1. 材料准备:玉米种子,24-表油菜素内酯的配制;
2. 种子精选与消毒:选取色泽正常、籽粒饱满、整齐一致的玉米种子,玉米种子分别用0.5%的次氯酸钠消毒10 min,用蒸馏水冲洗3-5次,用无菌滤纸吸干附着水,得玉米消毒种子;
3.胁迫下浸种:(1)盐胁迫下浸种;将玉米自交系消毒种子分别浸泡在处理液:蒸馏水、180mmol/L·NaCl、180mmol/L·NaCl+0.025 mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl +0.100mg/L·EBR与
180mmol/L·NaCl+0.200mg/L·EBR的溶液中12h;(2)低温胁迫下浸种,即25℃与15℃下浸种;将消毒玉米种子分别浸泡在处理液:蒸馏水、0.001mg/L·EBR、0.010mg/L·EBR、0.050mg/L·EBR、0.100mg/L·EBR与1.000mg/L·EBR的溶液中12h;盐胁迫种子和低温胁迫种子分别进入步骤4与步骤5;蒸馏水浸种处理为对照样品;
4. 种子萌发:将步骤3所得的盐胁迫和低温胁迫玉米种子分别置于长×宽×高分别为20cm×15cm ×10cm的塑料发芽盒中,双层滤纸作发芽床,每发芽盒20粒;分别加入步骤3溶液,实验设3次重复;盐胁迫发芽盒置于培养箱中(25±1℃)暗萌发;低温胁迫发芽盒分别置于培养箱中(25±1℃)和(15±1℃)暗萌发;萌发期间每天补加一次15ml对应浓度的溶液,待种子萌发处理4d后,计算发芽势;萌发14d后计算发芽率并在每个样品留取生长一致的10株萌发幼苗测定萌动期幼苗的株高、根长、植株干鲜重,从而确定盐胁迫EBR和低温条件下EBR的最佳浓度进行苗期实验;
5. 幼苗生长:(1)盐胁迫实验;蒸馏水、180mmol/L·NaCl、
180mmol/L·NaCl+0.025mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.100mg/L·EBR与180mmol/L·NaCl+0.200mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;(2)低温胁迫实验,蒸馏水、0.001mg/L·EBR、0.010mg/L·EBR、0.050mg/L·EBR、0.100mg/L·EBR与1.000mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;将步骤3所得的6个玉米盐胁迫和6低温胁迫种子,分别播在各对应浓度的消毒蛭石中,每钵20粒,进行胁迫处理,实验设3次重复;播种后置于植物生长室中培养;其中:盐胁迫生长室的昼夜温度为25±1℃/20±1℃;低温胁迫分两组,一组恒温25℃,一组恒温15℃;每天光照16h,黑暗8h,光照强度为600μmol/(s·m2),相对湿度60-80%;期间,每隔1d补加1次50ml的去离子水,每3d补加一次对应浓度的处理液50ml,胁迫处理14d后,待对照样品叶片生长到三叶一心时,每个样品留取生长一致的10株盐胁迫处理幼苗与低温胁迫处理幼苗进入步骤6.2测定幼苗株高、根长、干鲜重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量;
6. 各项指标测定
6.1将步骤4过程中每天记录种子发芽数并计算发芽率、发芽势、发芽指数;所得的萌发期幼苗用去离子水冲洗干净,测量株高、根长、植株鲜重后,置烘箱中105℃杀青30min再于80℃烘箱中烘干至恒重,测量植株干重;
6.2将步骤5所得的盐胁迫处理幼苗与低温胁迫处理幼苗用去离子水冲洗干净,测量株高、根长、植株鲜重后,置烘箱中105℃杀青30min再于80℃烘箱中烘干至恒重,测量植株干重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量;
7. 结果分析与最适EBR浓度筛选:对步骤6.1与步骤6.2测得的盐胁迫和低温胁迫处理幼苗的每个样品中的各项数据,采用Microsoft Excel2003软件进行数据处理,所有实验数据统计分析SPSS19.0进行处理,试验结果用平均值±标准偏差(SD)表示,采用Duncan’s新复极差法进行多重比较,对各处理进行显著性差异分析;根据种子萌发时的发芽率、发芽势、发芽指数、盐害指数;苗期株高、根长、植株干鲜重等筛选最佳EBR浓度,并找出EBR对玉米种子萌发期和苗期的影响。
本发明通过分别探讨外源EBR对盐和低温胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响,反映出EBR对两种不同逆境下种子和幼苗的胁迫伤害具有缓解作用。
在上述胁迫处理中,步骤4)发芽盒用酒精消毒,滤纸进行高压灭菌后使用;步骤4、步骤5中,为了得到更好的胁迫效果,种子经步骤2消毒后,应立即进入步骤3,在相应浓度的EBR溶液浸泡12h;本领域的技术人员知道:步骤3、步骤4与步骤5中的EBR浓度可随处理中盐浓度和温度的变化做适当调整,也可随玉米品种的变化调整,为了清楚地表述本发明,在步骤3、步骤4与步骤5中写明了EBR溶液的不同浓度。
本发明主要通过设计多个EBR浓度的基础上,找出最佳处理浓度,通过研究盐胁迫下及低温胁迫下EBR对玉米种子的发芽势、发芽率、株高、根长、植株鲜重的影响,以及对玉米幼苗的POD、SOD、CAT、MDA、相对电导率等指标的测定,探讨外源EBR对盐及低温胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长生理生化特性的影响,明确EBR诱导玉米幼苗抗盐和抗冷的可能生理机制,对缓解逆境对植株的伤害,具有很高的应用价值,本发明表明采用外源物EBR浸种有望成为实践中分别改善玉米在盐胁迫和低温胁迫下耐性的好方法,应用潜力很大。
具体实施方式
本发明下述实施例中所用的方法,如无特殊说明,均为常规方法;所用器材、试剂均为试剂公司购买的常规试剂、器材。
实验例,24-表油菜素内酯浸种对两种不同逆境胁迫下最适EBR浓度的筛选方法,按以下步骤进行:
1. 材料准备:玉米自交系TS141种子,24-表油菜苏内酯配制。
2. 种子消毒:精选无破损、大小一致的种子,用0.5%的次氯酸钠消毒10min,蒸馏水冲洗3-5次,用滤纸吸干附着水。
3.浸种:(1)盐胁迫下浸种:种子消毒后,将种子分别在蒸馏水、180mmol/L·NaCl、180mmol/L·NaCl+0.025mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl+0.050mg/L EBR、180mmol/L·NaCl +0.100mg/L·EBR、180mmol/L NaCl+0.200mg/L·EBR的溶液中浸泡12h。(2)低温胁迫下浸种:将种子分别在蒸馏水、0.001mg/L、0.010 mg/L、0.050mg/L、0.100mg/L、1.000mg/L·EBR的溶液中浸泡12 h。蒸馏水浸种处理为对照。
4. 种子萌发实验:将步骤3处理后的种子置于长×宽×高分别为20 cm×15cm×10cm的塑料发芽盒中,双层滤纸作发芽床,每发芽盒20粒。(1)盐胁迫分别加入:蒸馏水、180mmol/L·NaCl、180mmol/L·NaCl +0.025mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl +0.100mg/L·EBR、180mmol/L NaCl+0.200mg/L·EBR的溶液中浸泡12h。(2)低温胁迫下分别加入:蒸馏水、0.001mg/L、0.010mg/L、0.050mg/L、0.100mg/L、1.000mg/L·EBR的溶液中浸泡12h。蒸馏水浸种处理为对照。盐胁迫发芽盒置于培养箱中(25±1℃)暗萌发;低温胁迫发芽盒分别置于培养箱中(25±1℃)和(15±1℃)暗萌发,萌发期间每天补加一次15ml对应浓度的溶液,待种子萌发处理4d后,计算发芽势;萌发14后计算发芽率并在每个样品留取生长一致的10株萌发幼苗测定萌动期幼苗的株高、根长、植株干鲜重,从而确定盐胁迫和低温条件下EBR的最佳浓度。
5. 幼苗生长实验:(1)盐胁迫实验,蒸馏水、180mmol/L·NaCl、
180mmol/L·NaCl+0.025 mg/L·EB、180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.100mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl+0.200 mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;(2)低温胁迫实验,蒸馏水、0.001mg/L、0.010mg/L、0.050mg/L、0.100mg/L、1.000mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;将步骤3所得的3个玉米盐胁迫和低温胁迫种子,分别播在各对应浓度的消毒蛭石中,每钵20粒,进行胁迫处理,实验设3次重复;播种后置于植物生长室中培养,(盐胁迫生长室的昼夜温度为25±1℃/20±1℃;低温胁迫分两组,一组恒温25℃,一组恒温15℃)每天光照16h,黑暗8h,光照强度为600μmol/(s·m2),相对湿度60-80%;期间,每隔1d补加1次50ml的去离子水,每3 d补加一次对应浓度的处理液50ml,胁迫处理14d后,待对照样品叶片生长到三叶一心时,每个样品留取生长一致的10株盐胁迫处理幼苗进入步骤6.2测定幼苗株高、根长、干鲜重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量。
6.各项指标的测定:萌发期胁迫处理过程中每天记录种子发芽数,4d后,进行发芽势计算,14d后进行发芽率和发芽指数计算。幼苗生长期胁迫处理14d后,对照幼苗长到三叶一心时,每个样品留取生长一致的10株幼苗用去离子水冲洗干净,测定幼苗株高、根长、干鲜重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量。
第一,盐胁迫和低温胁迫下玉米各生长指标的变化
如表1所示,在盐胁迫下,较低浓度的EBR处理也可以促进玉米出苗,NaCl单独处理时,玉米株高、根长、植株鲜重、发芽率、发芽势、发芽指数均显著低于未经NaCl胁迫处理的(CK),活力指数也低于未经NaCl胁迫处理的(CK),分别下降了27.99%,26.21%,49.26%,52.73%,54.72%,17.71%,83.15%。与NaCl单独处理相比,0.025~0.200mg/L EBR处理均使萌发期幼苗在盐胁迫下的生物量增加,不同浓度EBR处理对玉米幼苗生物量积累的影响存在浓度差异,其中以EBR0.050mg/L处理效果最好,株高、根长和植株鲜重、发芽率,发芽指数均显著高于NaCl单独处理的,分别提高了21.61 %,40.44 %,94.92 %,84.63 %和101.27 %,盐害指数显著低于NaCl单独处理,降低了77.29 %。EBR浓度高于0.050mg/L后,生物量积累呈下降趋势。因此本实验选用0.05mg/L EBR为最佳浓度。
 
说明:不同小写字母abcd表示不同盐浓度下0.05水平差异显著,下同。
由表2可知,在15℃和25℃下,与对照相比,各质量浓度的EBR均可以提高种子的发芽率,在0.100mg/L时发芽率达到最高;25℃下,各质量浓度的EBR对发芽势没有规律性影响,但其发芽势和发芽率均高于15℃下处理的玉米种子。低温15℃下,与对照相比,各质量浓度的EBR处理均能显著的提高玉米幼苗的株高和单株鲜重;25℃下,各质量浓度EBR处理均能显著的提高玉米幼苗的株高,只有在0.100mg/L时,株高、根长、单株干鲜重显著提高。
第二,盐胁迫和低温胁迫下玉米叶片内含物的变化
由表3可以看出,NaCl单独处理时,MDA含量、相对电导率;POD、CAT、SOD和APX活性;脯氨酸、可溶性糖含量均显著高于未经NaCl胁迫处理的(CK),NaCl+EBR可以降低MDA和相对电导率的含量,且可以进一步提高POD、CAT、SOD、APX;脯氨酸、可溶性糖含量,其中以0.050mg/L EBR处理效果最好。与NaCl单独处理相比,MDA含量和相对电导率降低了20.86 %、21.70%;POD、CAT、SOD和APX的活性分别增加了20.17 %、12.74 %、20.06%、17.02%,脯氨酸和可溶性糖含量,分别增加了9.73%和40.21 %。
由表4看出,在温度15℃下,除1.000mg/L的EBR对丙二醛积累的缓解作用不显著外,其他浓度的EBR处理均可以显著降低MDA的含量,在15℃下,各质量浓度的EBR均可以降低叶片的相对电导率;在15℃和25℃下,0.100mg/L对MDA积累和相对电导率的缓解作用最好,当EBR浓度为1.000mg/L时,玉米幼苗体内MDA累计量和相对电导率上升,说明高浓度的EBR不能缓解低温对植物的伤害。
15℃低温条件下,POD、CAT、SOD和APX的含量均显著高于25℃常温条件下的,低温15℃下,与对照相比,各质量浓度的EBR处理均能提高玉米幼苗的POD、CAT、SOD和APX活性,0.100mg/L时效果最好,与对照相比POD、CAT、 SOD和APX分别提高了44.59%、52.63 %、92.27 %、53.93%。25℃下,添加EBR也能提高POD、CAT、SOD和APX活性,0.100mg/L的效果最显著,说明在正常温度条件下,外施EBR也可以提高幼苗体内抗氧化酶活性,但整体效果不明显。
15℃低温条件下,脯氨酸含量和可溶性糖含量均显著高于25℃常温条件下的。在15℃下,与对照相比,各浓度EBR均能提高脯氨酸和可溶性糖的含量,除0.001mg/L和1.000mg/L不显著外,其他3个浓度均达到显著,其中0.100 mg/L的处理效果最好,脯氨酸和可溶性糖含量分别增加了60.31%和74.77%;在25℃下,0.100 mg/L的EBR也能显著提高可溶性糖和脯氨酸的含量,其他浓度有促进作用,但总体效果不明显。
7.数据处理和分析
数据的处理采用Microsoft Excel 2003软件,所有实验数据统计分析SPSS 19.0进行处理,试验结果用平均值±标准偏差(SD)表示,采用Duncan’s新复极差法进行多重比较,对各处理进行显著性差异分析。显著水平设定为α = 0. 05。
从以上实例可以看出,外源24-表油菜素内酯可有效地促进不同逆境胁迫下玉米种子的萌发和幼苗的生长,增加玉米幼苗生物量的积累,分别提高盐和低温胁迫下玉米叶片中的抗氧化酶活性,降低其体内活性氧含量,减少胁迫下电解质外渗,从而减轻盐胁迫和低温胁迫对植株的伤害。采用外源物EBR浸种在实践中易操作,有实效,有望成为实践中有效提高玉米种子发芽率,并分别改善玉米在盐胁迫和低温胁迫下耐性的好方法,应用潜力很大。 

Claims (1)

1.一种外源24-表油菜素内酯浸种缓解玉米盐与低温不同逆境胁迫伤害的方法,包括如下步骤:
(1)材料准备:玉米种子,24-表油菜素内酯的配制;
(2)种子精选与消毒:选取色泽正常、籽粒饱满、整齐一致的玉米种子,玉米种子分别用0.5%的次氯酸钠消毒10 min,用蒸馏水冲洗3-5次,用无菌滤纸吸干附着水,得玉米消毒种子;
(3)胁迫下浸种:a.盐胁迫下浸种;将玉米自交系消毒种子分别浸泡在处理液:蒸馏水、180mmol/L·NaCl、180mmol/L·NaCl+0.025 mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl +0.100mg/L·EBR与
180mmol/L·NaCl+0.200mg/L·EBR的溶液中12h;b.低温胁迫下浸种,即25℃与15℃下浸种;将消毒玉米种子分别浸泡在处理液:蒸馏水、0.001mg/L·EBR、0.010mg/L·EBR、0.050mg/L·EBR、0.100mg/L·EBR与1.000mg/L·EBR的溶液中12h;盐胁迫种子和低温胁迫种子分别进入步骤4与步骤5;蒸馏水浸种处理为对照样品;
(4)种子萌发:将步骤3所得的盐胁迫和低温胁迫玉米种子分别置于长×宽×高分别为20cm×15cm ×10cm的塑料发芽盒中,双层滤纸作发芽床,每发芽盒20粒;分别加入步骤3溶液,实验设3次重复;盐胁迫发芽盒置于培养箱中(25±1℃)暗萌发;低温胁迫发芽盒分别置于培养箱中(25±1℃)和(15±1℃)暗萌发;萌发期间每天补加一次15ml对应浓度的溶液,待种子萌发处理4d后,计算发芽势;萌发14d后计算发芽率并在每个样品留取生长一致的10株萌发幼苗测定萌动期幼苗的株高、根长、植株干鲜重,从而确定盐胁迫EBR和低温条件下EBR的最佳浓度进行苗期实验;
(5)幼苗生长:a.盐胁迫实验;蒸馏水、180mmol/L·NaCl、
180mmol/L·NaCl+0.025mg/L·EBR、180mmol/L·NaCl+0.050mg/L·EBR、
180mmol/L·NaCl+0.100mg/L·EBR与180mmol/L·NaCl+0.200mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;b.低温胁迫实验,蒸馏水、0.001mg/L·EBR、0.010mg/L·EBR、0.050mg/L·EBR、0.100mg/L·EBR与1.000mg/L·EBR溶液各100mL分别与500g已灭菌的蛭石搅拌均匀,而后分装于15cm×13cm的营养钵中;将步骤3所得的6个玉米盐胁迫和6低温胁迫种子,分别播在各对应浓度的消毒蛭石中,每钵20粒,进行胁迫处理,实验设3次重复;播种后置于植物生长室中培养;其中:盐胁迫生长室的昼夜温度为25±1℃/20±1℃;低温胁迫分两组,一组恒温25℃,一组恒温15℃;每天光照16h,黑暗8h,光照强度为600μmol/(s·m2),相对湿度60-80%;期间,每隔1d补加1次50ml的去离子水,每3d补加一次对应浓度的处理液50ml,胁迫处理14d后,待对照样品叶片生长到三叶一心时,每个样品留取生长一致的10株盐胁迫处理幼苗与低温胁迫处理幼苗进入步骤6.2测定幼苗株高、根长、干鲜重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量;
(6)各项指标测定
6.1将步骤(4)过程中每天记录种子发芽数并计算发芽率、发芽势、发芽指数;所得的萌发期幼苗用去离子水冲洗干净,测量株高、根长、植株鲜重后,置烘箱中105℃杀青30min再于80℃烘箱中烘干至恒重,测量植株干重;
6.2将步骤(5)所得的盐胁迫处理幼苗与低温胁迫处理幼苗用去离子水冲洗干净,测量株高、根长、植株鲜重后,置烘箱中105℃杀青30min再于80℃烘箱中烘干至恒重,测量植株干重;叶片相对电导率、MDA;POD、SOD、CAT、APX;可溶性糖、脯氨酸含量;
(7)结果分析与最适EBR浓度筛选:对步骤6.1与步骤6.2测得的盐胁迫和低温胁迫处理幼苗的每个样品中的各项数据,采用Microsoft Excel2003软件进行数据处理,所有实验数据统计分析SPSS19.0进行处理,试验结果用平均值±标准偏差(SD)表示,采用Duncan’s新复极差法进行多重比较,对各处理进行显著性差异分析;根据种子萌发时的发芽率、发芽势、发芽指数、盐害指数;苗期株高、根长、植株干鲜重等筛选最佳EBR浓度,并找出EBR对玉米种子萌发期和苗期的影响。
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