， ， ， ， ， ， ， (.天津农学院农学与资源环境学院， 天津 300384; .天津市武清区种植业发展服务中心， 天津 30700)

水杨酸对玉米种子萌发早期耐旱性的影响

黄婷婷1，牛志浩1，丁振山2，丁希政1，高巧红1，曹高燚1，向春阳1，杜锦1
(1.天津农学院农学与资源环境学院， 天津 300384; 2.天津市武清区种植业发展服务中心， 天津 301700)

为了探讨水杨酸(SA)引发对干旱胁迫下玉米种子生理生化特性的影响，以郑单958玉米品种为试验材料，在15 ℃黑暗下用0.1 mmol/L的SA引发处理36 h，在15%的PEG-6000模拟干旱条件下吸胀不同时间(0，12，24，36，48 h)，研究SA引发对干旱胁迫下玉米种胚、胚乳和种皮生理生化特性的影响。结果表明，干旱胁迫期间，种胚中CAT活性、胚乳中可溶性糖含量、种皮中可溶性蛋白含量增加。相对未引发种子，SA引发显著提高了种子CAT活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量。因此，0.1 mmol/L SA引发处理可以提高玉米种子萌发早期的抗旱性。

水杨酸； 玉米种子； 水分胁迫； 生理指标

干旱是世界上最为严重的灾害之一。据统计，全世界由于水分胁迫导致的作物减产，可超过其他因素造成的减产总和[1]。干旱是对我国影响最大、最常见且分布范围最广的一种自然灾害[2]。植物在干旱逆境下发芽势明显降低、产量减少，对农业生产产生许多负面影响。玉米作为我国粮饲兼用型的主要农作物，是全国大部分干旱、半干旱地区的主要经济作物之一。干旱胁迫影响玉米出苗和植株的生长，进而导致玉米减产，如何提高玉米苗期的耐旱性是干旱土壤种植玉米的关键。种子播前处理有助于提高作物抗旱，种子引发便是一种有效的播前处理方法[3]。目前，国内外对液体引发的研究较多，水杨酸[4]、PEG[5]、脯氨酸[6]及赤霉素[7]等均被用作不同作物的种子引发剂，并取得了一定的成果，但前人研究主要集中在种子引发后种子发芽及幼苗生长的影响，关于引发后对种子胚、胚乳和种皮的内含物质及生理生化的研究尚未见报道。为此，本课题通过SA引发处理种子，以未引发种子为对照，研究引发对玉米种子在干旱胁迫下胚、胚乳和种皮内含物质及生理指标的变化，为种子引发机理的深入研究提供理论依据。

表2 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米种胚生理生化指标的变化

部位时间(h)种子处理CAT活性[U/(g·min)](FW)POD活性[U/(g·min)](FW)可溶性蛋白(mg/g)可溶性糖(%)胚0未引发处理136．05±9．51d428．15±1．06a140．49±4．03b10．42±0．37a引发处理127．18±15．84de388．50±5．13b185．77±4．86a10．48±0．27a12未引发处理54．95±13．96g174．67±5．69c88．45±12．98f8．83±0．13b引发处理103．94±13．07f112．42±0．13e102．85±3．54e8．03±0．04c24未引发处理146．7±10．78d42．27±2．35h116．55±9．20d6．33±0．01e引发处理109．76±3．27ef70．56±3．24fg102．55±9．29e6．69±6．68e36未引发处理175．07±4．07c157．41±18．59d66．41±7．53g5．46±0．26f引发处理222．99±8．90b79．41±6．45f118．03±1．33d8．27±0．11c48未引发处理189．70±16．24c57．20±2．78g130．78±8．97bc7．27±7．26d引发处理283．45±17．08a78．48±11．29f128．20±1．19cd6．37±0．12e

注:表中英文字母表示同列某一性状不同处理的方差分析，小写字母表示0.05水平。下同。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料为郑单958玉米品种，种子购于天津市武清区种子公司。

1.2 方 法

1.2.1 种子引发处理

在垫有2层滤纸的培养皿中，加入浓度为0.1 mmol/L的SA溶液10 mL，每个浓度设3次重复，每个培养皿均匀摆放50粒种子，加盖后用封口膜密封，在15 ℃黑暗引发36 h，引发结束后，用蒸馏水将种子快速冲洗3遍，滤纸吸干种子表面水分，种子放于室温下回干至原始含水量。以未进行引发处理的种子作对照。

1.2.2 种子吸胀试验及生理生化指标测定

将引发和对照种子置于培养皿中，加入11 mL 15%的PEG-6000 溶液，每个处理3次重复，25 ℃吸胀0，12，24，36，48 h后，取出种子用滤纸将表面水分吸干，用刀片将引发和对照种子的种皮、胚和胚乳切割开，并分别测定各项指标。

采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量，愈创木酚法测定POD活性，以每分钟A470变化0.1为1个活力单位(U)，酶活性以[U/(g·min)](FW)表示；蒽酮法测定可溶性糖含量，分光光度法测定CAT活性，以每分钟A 240变化0.1为1个活力单位(U)，酶活性以[U/(g·min)](FW)表示；参照Deswal和Sheoran[8]方法测定核苷酸含量。

1.3 统计分析

采用SPSS软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各性状指标方差分析

从表1可以看出，不同吸胀时期种胚、胚乳、种皮3个部位的CAT活性、POD活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均表现为极显著差异，因此可以进一步进行新复极差检验。

表1 各性状的方差分析(F值)

变异来源CATPOD可溶性蛋白可溶性糖 胚94．207∗∗777．459∗∗72．161∗∗190．818∗∗ 胚乳20．097∗∗56．109∗∗21．150∗∗36．168∗∗ 种皮12．731∗∗15．072∗∗36．168∗∗195．852∗∗

2.2 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米种子胚、胚乳、种皮生理生化指标的变化

从表2可以看出，未引发和引发处理种胚的CAT活性随吸胀时间的延长呈先下降后上升的趋势。未引发种胚的CAT活性在12 h显著低于对照，24 h与对照差异不显著，36 h和48 h种胚的CAT活性显著高于对照，分别比对照增加了28.68% 和39.43%。引发种胚的CAT活性在12 h显著低于对照，24 h与对照差异不显著，在36 h和48 h种胚的CAT活性显著高于对照，分别增加了75.33%和122.87%；在吸胀0 h，引发种胚的CAT活性与未引发差异不显著；在12，36 h和48 h，引发种胚CAT的活性均显著高于未引发种胚CAT的活性。

表3 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米胚乳生理生化指标的变化

部位时间(h)种子处理CAT活性[U/(g·min)](FW)POD活性[U/(g·min)](FW)可溶性蛋白(mg/g)可溶性糖(%)胚乳0 未引发处理 12．24±2．48e 28．87±6．18cd 35．07±1．16a 8．79±0．15e 引发处理 25．64±2．02cd 44．21±2．22a 23．08±0．58cd 4．42±0．23i12 未引发处理 10．84±0．72e 28．18±3．06cd 17．39±10．05e 3．33±0．01j 引发处理 31．54±3．45c 27．25±1．82d 8．34±0．40f 7．24±0．10g24 未引发处理 25．15±2．66cd 10．29±0．18e 16．26±6．35e 13．42±0．15a 引发处理 20．76±2．28d 4．32±1．31f 20．24±0．10de 12．68±0．07b36 未引发处理 26．63±4．37cd 25．36±1．79d 28．47±3．88bc 6．55±0．13h 引发处理 32．15±2．09c 32．70±1．97c 31．66±3．13ab 7．67±0．14f48 未引发处理 40．05±10．83b 26．97±1．07d 23．22±3．94cd 9．68±0．21c 引发处理 48．39±4．37a 37．39±0．94b 25．33±2．42cd 9．15±0．03d

表4 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米种皮生理生化指标的变化

部位时间(h)种子处理CAT活性[U/(g·min)](FW)POD活性[U/(g·min)](FW)可溶性蛋白(mg/g)可溶性糖(%)种皮0 未引发处理 98．99±2．85cd 43．09±9．40c 43．33±0．00c 4．23±0．11a 引发处理 161．18±12．49bc 71．19±7．98a 5．45±0．62e 1．93±0．13b12 未引发处理 128．35±12．49bcd 51．92±6．14bc 41．29±8．16c 1．23±0．04d 引发处理 80．11±12．48d 51．68±4．53bc 44．84±1．268c 0．57±0．27e24 未引发处理 173．99±12．48b 23．18±2．59d 28．25±2．18d 1．71±0．14bc 引发处理 327．46±12．48a 19．14±0．87d 37．73±4．04c 1．64±0．02c36 未引发处理 94．81±12．49cd 69．73±14．61a 55．03±5．52b 0．54±0．02e 引发处理 95．07±12．49cd 63．72±5．12ab 63．68±8．07a 0．63±0．01e48 未引发处理 192．21±12．49b 47．35±10．27c 39．78±6．62c 1．54±0．24c 引发处理 190．94±12．49b 50．25±6．96bc 44．84±3．88c 0．49±0．00e

随吸胀时间的延长，无论是引发还是未引发种胚的POD活性总体均呈下降的趋势。引发和未引发种胚的POD活性均在0 h达到最大，分别为428.15和388.50，在吸胀24 h时降至最低，分别为42.27和70.56。而未引发的种子胚POD活性在36 h有一定幅度的上升，在48 h急剧下降；经过引发的种子胚的POD活性在吸胀24～48 h间趋于稳定，差异不显著。

未引发种胚的可溶性蛋白含量随时间的延长呈现不规律的变化趋势，引发种胚的可溶性蛋白含量随吸胀时间的延长呈先下降后逐渐上升的趋势。未引发种胚的可溶性蛋白含量在吸胀12～36 h均显著低于对照，分别比对照减少了37.04%、17.04%、52.73%，引发种胚的可溶性蛋白含量在12～48 h均显著低于对照，分别比对照减少了44.64%、44.80、36.46%和30.99%；引发和未引发种胚的可溶性蛋白含量均在吸胀0 h最大，分别为140.49 mg/g和185.77 mg/g；在吸胀0，12，36 h，引发种胚的可溶性蛋白含量显著高于未引发种胚，在48 h引发和未引发种胚的可溶性蛋白含量差异不显著。

随着吸胀时间的延长，种胚中可溶性糖含量总体均呈逐渐下降趋势。在吸胀36 h时，未引发种胚中的可溶性糖含量达到最低值，48 h有所上升。引发和未引发种胚的可溶性糖含量均在吸胀0 h最大，分别为10.42%和10.48%；在36 h，引发种胚的可溶性糖含量显著高于未引发种胚，在吸胀0 h和24 h引发和未引发处理间可溶性糖含量差异不显著。

从表3可知，随着吸胀时间的延长引发和未引发种子胚乳CAT活性变化趋势不同。引发和未引发处理种子胚乳的CAT活性在48 h达到最大，引发和未引发均显著高于对照，分别增加了88.73%、227.20%。未引发种子在吸胀0～12 h和24～36 h间CAT活性差异不显著。引发种子胚乳的CAT活性在24 h达到最小，与对照差异不显著。

未引发和引发处理种子胚乳的POD活性随吸胀时间的延长呈先下降后上升的趋势。在0～24 h，无论引发还是未引发种子胚乳的POD活性均在0 h最大，分别为28.87和44.21，在吸胀24 h降到最低，分别为10.29和4.32，与对照差异均达到显著水平。在吸胀0，36，48 h引发种子胚乳的POD活性均显著高于未引发种子胚乳的POD活性，在24 h，引发种子胚乳的POD活性显著低于未引发种子胚乳的POD活性，在12 h差异不显著。

随着吸胀时间的延长，各处理种子胚乳中可溶性蛋白含量均呈现先下降后上升再下降的趋势。在吸胀12 h时，引发和未引发种子胚乳的可溶性蛋白含量均急剧下降，与对照差异显著，分别比对照减少了63.87%、50.41%。在36 h引发种子胚乳的可溶性蛋白含量显著高于对照，比对照增加了37.18%；在吸胀0～12 h，引发种子的可溶性蛋白含量显著低于未引发种子胚乳的可溶性蛋白含量；在24～48 h间，引发和未引发种子胚乳的可溶性蛋白含量差异不显著。在12 h和36 h未引发种子胚乳的可溶性蛋白含量均显著低于对照，分别减少了62.12%和25.20%，在24 h和48 h未引发种子胚乳的可溶性蛋白含量显著高于对照，分别增加了52.67%和10.01%。

随着吸胀时间的延长，引发和未引发种子胚乳的可溶性糖含量在24 h达到最高值，分别比对照增加了186.88%、52.67%。在吸胀0，24，48 h，引发种子胚乳的可溶性糖含量显著低于未引发种子胚乳的可溶性糖含量，在吸胀12 h和36 h，引发种子胚乳的可溶性糖含量显著高于未引发种子胚乳的可溶性糖含量。

未引发种子种皮的CAT活性随吸胀时间的延长呈先上升后降低再上升的趋势，引发种子种皮的CAT活性随吸胀时间的延长呈现不规律的变化趋势(表4)。未引发种子种皮的CAT活性在24 h和48 h显著高于对照，分别比对照增加了75.17%和94.17%，在12 h引发种子种皮的CAT活性最低，与对照差异显著，比对照减少了50.30%，在24 h引发种子种皮的CAT活性达到最大，显著高于对照，比对照增加了103.16%，与未引发种子种皮差异达到显著水平，比未引发种子增加了88.21%。在吸胀12，36，48 h，引发和未引发种子种皮CAT活性差异不显著。

随吸胀时间的延长，引发和未引发处理种子种皮的POD活性呈不规则的变化规律。引发和未引发种子种皮的POD活性均在24 h达到最小，与对照差异显著，分别比对照减少了73.11%、46.21%。在吸胀36 h，未引发种子种皮的POD活性显著高于对照，比对照增加了61.82%。在12，24，48 h引发种子种皮的POD活性均显著低于对照，分别比对照减少了27.41%、73.11%、10.49%。在0 h时，引发种子种皮的POD活性显著高于未引发种子种皮，在12～48 h，引发种子种皮的POD活性与未引发种子种皮的POD活性差异不显著。

在12～48 h，引发和未引发种子种皮可溶性蛋白含量均呈先下降后上升在下降的趋势，在12 h，引发种子种皮中可溶性蛋白含量急剧上升，与对照差异显著，比对照增加了87.85%。未引发种子种皮的可溶性蛋白含量在24 h达到最小，与对照差异显著，比对照减少34.80%。无论是引发还是未引发种子种皮可溶性蛋白含量均在吸胀36 h达到最高，显著高于对照，分别比对照增加了1 068.44%、27.00%。在吸胀0 h，引发种子的可溶性蛋白含量显著低于未引发处理的，在12～48 h引发种子的可溶性蛋白含量高于未引发处理的，且在24 h 和36 h差异达到显著水平。

在0～36 h引发和未引发种子种皮的可溶性糖含量均呈先下降后上升再下降的趋势，在吸胀36 h之后，引发种子种皮的可溶性糖含量平缓下降，而未引发种子种皮的可溶性糖含量有所升高。在吸胀0 h引发和未引发种子种皮的可溶性糖含量均最高，在12～48 h引发和未引发种子种皮的可溶性糖含量均显著低于对照，分别比对照减少70.47%、15.03%、82.90%、74.61%和47.28%、59.57%、87.23%、63.59%；在0，12，48 h，引发种子种皮的可溶性糖含量显著低于未引发种子种皮可溶性糖含量，在24 h和36 h差异不显著。

2.3 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米种子核苷酸含量的变化

表5 干旱胁迫下不同吸胀时期玉米种子核苷酸含量的变化

时间(h)种子处理核苷酸含量(μg/mL)0 未引发处理 4．49±0．85ab 引发处理 4．99±1．71a12 未引发处理 2．86±1．51cde 引发处理 1．80±0．82ef24 未引发处理 4．01±2．14abc 引发处理 2．40±0．92def36 未引发处理 3．22±1．31bcd 引发处理 1．48±0．93f48 未引发处理 4．17±1．36abc 引发处理 3．74±1．17abc

在吸胀0 h时，无论是引发还是未引发种子核苷酸含量均达到最高，二者差异不显著。在吸胀12～48 h间，未引发种子的核苷酸含量均高于引发种子的核苷酸含量，且在24 h和36 h差异达到显著水平，分别高于引发处理67.08%、117.57%。

3 讨论与结论

本试验使用PEG模拟干旱环境，PEG是模拟干旱胁迫最好的材料[9]，种子在干旱胁迫条件下引起体内一系列的生理生化反应以增强植物体的抗旱能力。种子引发根据种子的性质和吸水速率，控制种子缓慢吸水，使种子处于发芽的准备状态。本研究使用水杨酸引发种子，水杨酸(SA)能诱导植物产生抗病性、抗旱性、耐盐性和影响种子发芽的数量、质量、速度，它被认为是一种内源生长调节物质和一种新型的植物激素[10]。吸胀萌发期间种子需要对受到损伤的细胞膜结构进行修复，对种子形成及萌发过程中产生的活性氧等各种有害物质进行清理，这些过程与种子内的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶密切相关[11]。

种胚相比种子其它部位对氧化应激更敏感，在种子吸胀0～24 h，胚部的膜脂过氧化反应显著高于种皮和胚乳。本研究发现，在各处理干旱胁迫下，种胚在12 h CAT的活性显著低于对照，在24～48 h CAT的活性显著高于对照，原因可能是12 h种胚在吸胀期间遭受干旱逆境胁迫，抑制了CAT的活性，24～48 h种子进入延滞期，种子代谢活动能力强，通过各种途径抵御干旱胁迫，CAT活性的增强可以清除H2O2等有毒物质，从而提高种子的抗性，研究结果与李明、王根轩等研究结果相似。干旱胁迫条件下，种子内保护酶系统的活力和平衡受到破坏，使活性氧等有毒物质累积，启动并加剧膜脂过氧化而造成整体膜的损伤，CAT能高效的清除H2O2，确保较低的膜脂过氧化水平，以维持细胞膜的完整性，降低膜的伤害率，表现出强的抗旱适应性。试验结果表明：SA引发种子的CAT活性在吸胀各个时期普遍高于未引发种子的CAT活性。引发种子进行预发芽的生理生化代谢和修复过程，体内代谢活动强于未引发种子，进而促进种子萌发和抵御外界干旱胁迫环境。

可溶性糖和可溶性蛋白都是有效的渗透调节物质，在干旱胁迫条件下植物会产生一些可溶性蛋白和可溶性糖来降低体内的渗透势，从而维持体内所需的水分[12]。本试验研究表明，玉米在干旱胁迫初期，引发和未引发种胚和胚乳中可溶性蛋白含量均下降，未引发种子的种皮中可溶性蛋白含量趋于稳定，引发种子种皮中可溶性蛋白含量急剧上升。高含量的可溶性蛋白可帮助维持植物细胞较低的渗透势，提高细胞内溶质的浓度，降低水势，使细胞能从外界继续吸水，抵抗外界胁迫带来的伤害，使植物能正常生长[13]。引发种子会改变种子的渗透势，合成与抗逆性有关的物质，对核酸和蛋白质合成产生影响，从而维持细胞正常的生理活动，从而提高作物抗性。试验分析显示，在干旱胁迫条件下，种子胚乳中可溶性糖含量在干旱胁迫后期呈上升趋势，这说明在干旱胁迫条件下种子靠胚乳产生一定的可溶性糖来调节体内的渗透势，维持种子正常的代谢。干旱胁迫导致渗透调节作用即溶质主动积累的反应相对迟缓，可溶性糖主要在胁迫中后期才开始积累，与其它渗透调节物质相比表现一定的滞后性[14]。SA引发种子的可溶性蛋白、可溶性糖的含量吸胀前期显著低于未引发种子的可溶性蛋白、可溶性糖含量，后期显著高于未引发种子的可溶性蛋白、可溶性糖含量。说明SA引发种子比未引发的种子在吸胀后期更能适应干旱胁迫。

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Effect on Drought Tolerance of Maize Seed by Salicylic Acidin the Early Stage of Germination

HUANGTingting1，NIUZhihao1，DINGZhenshan2，DINGXizheng1，GAOQiaohong1，CAOGaoyi1，XIANGChunyang1，DUJin1
(1.College of Agronomy﹠Resources and Environmental Science,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China;2.Development and Service Center of Planting Industry in Wuqing District of Tianjin,Tianjin 301700,China)

For exploring the effect on physiological and biochemical characteristics of maize seed by salicylic acid (SA) priming under drought stress,maize hybrid Zhengdan 958 was selected to implement the experiments.The seeds were treated with 0.1 mmol/L SA for 36 h,subsequent manipulating by drought treatment through simulating by 15% PEG-6000 for various divided imbibition durations 0、12、24、36 and 48 h,respectively.All the processing were performed at 15 ℃ in the dark.The physiological and biochemical characteristics of seed embryo,endosperm and seed coat were measured for depth research.The results showed that,CAT activity of the embryo showed increased pattern under drought stress,consistent with the results for the soluble sugar in the endosperm and soluble protein in the seed coat.Compared with the control,SA could increase the activities of CAT,soluble sugar and soluble protein.In short,0.1 mmol/L SA could improve the drought tolerance of maize seed during the early stage of germination.

salicylic acid; corn seeds; water deficit stress; physiological indexes

2016-10-22

天津农学院科技发展基金项目(2013 N 06)；天津农学院大学生创新创业训练计划项目(201510061092)。

黄婷婷(1995—)，女，四川简阳人；在读本科生。

杜 锦(1984—)，男，山西阳泉人；硕士，实验师，主要从事玉米遗传育种和种子科学相关的研究；E-mail：401558171@qq.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.033

S 513

A

1001-4705(2017)02-0033-05