基本信息
- 项目名称：
- 干旱胁迫对桔梗种子及幼苗萌发生长的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 桔梗属于桔梗科、桔梗属，为多年生双子叶草本，是一种药用、食用、观赏兼用型植物。 正常情况下桔梗种子田间出苗率仅为1%左右，而桔梗种子在人工条件下具有较高的发芽能力，则萌发温度和水分限制可能是造成种子田间出苗率较低的主要原因之一。因此，对水分胁迫下桔梗种子的萌发和幼苗生长规律的研究，对桔梗的生产和遗传育种群体的构建均有重要的实践意义，
- 详细介绍：
- 桔梗属于桔梗科、桔梗属，为多年生双子叶草本，是一种药用、食用、观赏兼用型植物。近年来，桔梗抗衰老、抑癌、抗虫杀菌和气味掩饰剂等功效相继被发现使社会对桔梗原材料的需求迅速增加，单靠野生桔梗资源已不能满足需求。在此情况下，各地普遍开展了桔梗野种质资源及遗传育种研究[1]。桔梗种子千粒重平均约为1.21g[2]，种子较为细小，因此人工栽培时通常将其播种在2cm左右的土壤表层，由于春季多风、温度回升快、降雨也逐渐增多，很容易导致表层土壤种子处于干湿交替的环境之中，使种子萌发阶段遭受干旱胁迫干扰，使其出苗率下降造成缺苗断垄，给生产带来严重损失。正常情况下桔梗种子田间出苗率也仅为1%左右，植物性状遗传分析和新品种选育均需要一定的群体规模，桔梗种子较低出苗率是其育种群体扩大的限制因素之一，这不仅增加了其优良新品种选育的难度，也严重影响了桔梗育种的总体进程。对桔梗种子发芽能力的研究结果显示，桔梗成熟种子在人工条件下其发芽率和发芽势分别为93%和78%[2]，表明桔梗种子具有较高的发芽能力。与人工发芽条件相比，萌发温度和水分限制可能是造成种子田间出苗率较低的主要原因之一。因此，对水分胁迫下桔梗种子萌发和生长规律的研究，对桔梗生产和遗传育种群体的构建均有重要的实践意义。 目前对桔梗种子的研究主要集中在种子成熟、休眠、贮藏方法等方面。刘自刚等对桔梗成熟过程中种子活力变化和生理动态进行了研究[2]；严一字等分析了桔梗种子质量与出苗间关系[3]；赵敏等发现内源抑制物质是引起桔梗休眠的主要原因[4]；刘自刚对桔梗种子休眠破除方法进行了研究，结果表明0.5% KNO3和250 mg/L GA3浸种24h可明显促进种子萌发[5]；郭巧生等筛选了桔梗种子发芽的最佳培养条件[6]。而关于水分对桔梗种子萌发和幼苗生长的影响及其生理响应研究尚未见报道，本试验采用聚乙二醇（PEG-6000）作为水分胁迫剂模拟不同程度的干旱胁迫，摸索干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生长的影响，为桔梗遗传分析及育种群体的构建提供参考。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 人工栽培桔梗种子时通常将其播种在2cm左右的土壤表层，由于春季多风、温度回升快、降雨也逐渐增多，很容易导致表层土壤种子处于干湿交替的环境之中，使种子萌发阶段遭受干旱胁迫干扰，使其出苗率下降造成缺苗断垄，给生产带来严重损失。本试验采用聚乙二醇（PEG-6000）作为水分胁迫剂模拟不同程度的干旱胁迫，研究干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生长的影响，为桔梗规范化栽培以及遗传育种群体的构建提供依据。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目从桔梗育种和栽培实践中发现并提出问题，采用PEG模拟干旱胁迫的实验方法，研究桔梗种子萌发和幼苗生长对干旱胁迫的形态、生理的响应机制。 1，随干旱胁迫程度的加深，桔梗种子萌发的起始时间明显延后； 2，胚根/胚芽比值明显下降，是造成桔梗萌发和幼苗期对干旱胁迫忍耐性弱的重要原因之一； 3，明确了桔梗种子萌发的抗旱半致死PEG-6000浓度和抗旱极限。
应用价值和现实意义
- （1）桔梗种子萌发阶段常常遭受干旱胁迫干扰，很容易引起出苗率下降，出现缺苗断垄现象，给生产带来严重损失。因此在干旱胁迫下对桔梗种子萌发特性的影响研究，可为桔梗人工栽培中种苗的培育提供科学依据。 （2）植物性状遗传分析和新品种选育均需要一定的群体规模，桔梗种子较低田间出苗率是其育种群体扩大的限制因素之一，因此本研究结果对桔梗育种选择群体的构建具有重要意义。
学术论文摘要
- 采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟不同程度的干旱胁迫，测定在干旱胁迫下桔梗种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及其幼苗叶片游离脯氨酸含量、抗氧化酶活性和丙二醛含量等指标，结果表明：（1）在干旱胁迫下桔梗种子初始萌发时间延后，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚芽长、胚根长、根长/芽长和苗鲜重等指标均比对照明显降低，且随干旱胁迫程度的增加，上述各指标均呈显著下降趋势。（2）10% PEG-6000处理的幼苗脯氨酸含量略高于对照，其余各处理游离脯氨酸含量均低于对照；低浓度（≤5%）处理桔梗幼苗可溶性糖含量略低于对照，而高于一定浓度（≥10%）处理后其含量显著高于对照。(3) 与对照相比，不同浓度聚乙二醇处理后桔梗幼苗叶片SOD活性均显著升高，而POD活性均显著下降，低浓度（5%）处理后叶片CAT活性比对照略有升高，但差异不显著，较高浓度（≥10%）处理叶片CAT活性比对照显著降低；聚乙二醇处理后的幼苗叶片MDA含量均显著高于对照。研究发现，干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生长具有明显的抑制作用，轻度干旱胁迫显著抑制桔梗胚根生长可能是造成桔梗种子田间出苗率低的主要原因之一。
获奖情况
- 该作品未在报刊杂志上发表
鉴定结果
- 通过文献检索和比对，目前国内外还未见有类似研究报道
参考文献
- 与本作品相关的文献检索目录 [1] 李文娆, 张岁岐, 山仑. 水分胁迫下紫花苜蓿和高梁种子萌发特性及幼苗耐旱性[J]. 生态学报, 2009,29(6):3067-3074 [2] 朱慧, 马瑞君, 吴双桃, 等. 干旱胁迫对五爪金龙种子萌发与幼苗生长的影响. 西北植物学报, 2009,29(2):0344-0349 [3] 鲁萍, 桑卫国, 马克平. 外来入侵种飞机草在不同环境胁迫下抗氧化酶系统的变化[J]. 生态学报, 2006, 26(11):3 578-3 582 [4] 刘世鹏, 刘济明, 陈宗礼, 等. 模拟干旱胁迫对枣树幼苗的抗氧化系统和渗透调节的影响[J]. 西北植物学报, 2006,26(9):l781~1787 [5] 肖强, 高建明, 罗立廷, 等. 干旱胁迫对空心莲子草抗氧化酶活性和组织学的影响[J]. 生物技术通讯, 2006,17(4):556~559 [6] 焦树英, 李永强, 沙依拉, 等. 干旱胁迫对3种狼尾草种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 西北植物学报, 2009,29(2):0308-0313
同类课题研究水平概述
- 目前,有关干旱胁迫对植物种子萌发和幼苗生长影响的研究已有较多报道，许多植物在干旱胁迫下种子萌发受到抑制，并随胁迫程度的加深抑制效应逐渐加重，萌发起始时间也明显延后，但干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生长的研究仍未见报道，国内外对桔梗种子的研究主要集中在种子成熟、休眠、贮藏方法等方面。 桔梗开花后55d千粒重达到最大，开花后55~61d千粒重开始逐渐下降，但发芽率却迅速上升，61d时达到最大为93.3%，此时种子细胞膜结构完整性，POD活性也最高，种子性能达到最佳状态；桔梗种子成熟过程中存在着明显的生理后熟现象，主要气象因子对桔梗种子成熟过程不产生明显影响，而主要受自身遗传特性控制。桔梗种子成熟程度不仅影响种子发芽率、出苗率等指标，还影响桔梗单株开花数、单株重量和根重；成熟度还影响种子休眠特性，未达到成熟时采摘的会加深种子的休眠程度。 目前认为，引起桔梗种子休眠的主要原因是其内包含有高活性的内源萌发抑制物质，这些抑制物质主要包含有水溶液物质和非极性物质两类，但均可通过温水或有机溶剂浸种的方法部分除去；对桔梗种子休眠破除方法的研究结果表明0.5% KNO3和250 mg/L GA3浸种24h可明显促进种子萌发，KMnO4、H2O2和NAA浸种对种子萌发和解除休眠无显著作用，而0~100 mg/L 6-BA浸种明显抑制桔梗种子萌发。 桔梗种子在9月中旬至10约上旬均可成熟收获，一般于次年3月中下旬播种，其间存在一定时期的贮藏过程，在种子贮藏过程中，桔梗种子发芽能力均呈逐渐下降趋势，但贮藏条件对种子活力的保持有明显影响；贮藏时间在8个月以内，在室温条件下保存的桔梗种子比低温（0~4℃）贮藏的桔梗种子有更高的发芽率和生活力，而贮藏时间长于8个月后，则低温贮藏的种子发芽率和生活力均高于室温贮藏，表明室温贮藏适于短期保存桔梗种子，而低温有利于长期贮藏桔梗种子。此外，郭巧生等还筛选了桔梗种子发芽的最佳培养条件，认为光照不是桔梗种子萌发的必须条件，种子萌发的适宜温度范围是20~30℃，以25℃光培养的萌发效果最好。 而关于水分对桔梗种子萌发和幼苗生长的影响及其生理响应研究尚未见报道，本试验采用聚乙二醇（PEG-6000）作为水分胁迫剂模拟不同程度的干旱胁迫，摸索干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生长的影响，为桔梗栽培以及育种群体的构建提供参考。
