葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的调节作用
摘要：干旱胁迫会抑制小麦种子的萌发及生长，20%聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫的同时施以不同浓度的外源葡萄糖处理小麦种子，探讨外源葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的影响。14h光照/10h黑暗的光周期培养条件下，较低浓度的葡萄糖（0.02mmol/L和0.05mmol/L）促进了干旱胁迫下小麦种子的萌发及幼苗生长，但较高浓度的葡萄糖（0.1mmol/L，0.2mmol/L及0.5mmol/L）加强了干旱胁迫对小麦种子萌发及幼苗生长的抑制效应；而在黑暗条件下培养，葡萄糖的上述调节作用消失以上结果说明葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及幼苗生长的调节作用具有浓度效应，并且依赖于光。
关键词：葡萄糖；干旱胁迫；小麦；萌发和生长；光
中图分类号：Q945 文献标识码：A 文章编号：1007-7847（2015）01-0059-03
RegulationofGlucoseonSeedGerminationandSeedlingGrowthofWheatunderDroughtStress
GAOMing-quan，ZHAOPeng-fei，ZHAOHui-jie，XUERui-li，LIhua
（CollegeofLifeSciences，HenanAgriculturalUniversity，Zhengzhou450002，Henan，China）
Abstract：Droughtstressinhibitsseedgerminationandseedlinggrowthofwheat.20%polyethyleneglycol（PEG-6000）wasusedtosimulatedroughtstress.Inordertoinvestigatetheeffectsofexogenousglucoseonseedgerminationandseedlinggrowthofwheatunderdroughtstress，thedifferentconcentrationsofexoge?nousglucosewasappliedin20%PEG-6000.Seedswereculturedunder14hlight/10hdarkconditions，lowerconcentrationsofglucose（0.02mmol/Land0.05mmol/L）promotedtheseedgerminationandseedlinggrowthunderdroughtstress，buthigherconcentrationsofglucose（0.1mmol/L，0.2mmol/Land0.5mmol/L）enhancedtheinhibitoryeffectsofdroughtstressonseedgerminationandseedlinggrowth.However，underdarkculturecondition，therolesofglucoseabovedisappeared.Theseresultsshowedthattheregulationofglucoseonseedgerminationandseedlinggrowthofwheatunderdroughtstresswasbothdose―dependentandlight-dependent.
Keywords：glucose；droughtstress；wheat；germinationandgrowth；light
（LifeScienceResearch，2015，19（1）：059?061）
干旱胁迫是植物非生物胁迫中最普遍的逆境因子之一，对农作物的产量和品质都有很大影响[1]。小麦是主要农作物之一，其产量高低直接影响人们生活水平和国家粮食安全。随着全球气候变化，干旱的发生率和严重程度增加，使我国麦区尤其是北方冬麦区小麦很容易遭受持续旱灾。种子的萌发是种子发育的重要阶段，也是对外界环境变化最敏感的阶段。干旱胁迫严重抑制了小麦种子的萌发，从而影响以后的生长和产量，因此研究干旱胁迫下小麦种子萌发的调节具有重要的意义。
长期以来，葡萄糖被普遍认为是植物生命活动的能量来源，但是越来越多的证据表明，葡萄糖还可以作为信号分子参与植物各种生长发育的调控，如种子萌发、根的生长、开花和老化等生理过程[2、3]。葡萄糖对种子萌发的调节作用是复杂的，可能涉及多种调控机制[4]，与脱落酸（ABA）、乙烯及一氧化氮（NO）的信号途径均有关系[5、6]。葡萄糖对种子萌发的影响在拟南芥中已有大量报道，但在小麦中的研究较少。另外，种子萌发还受多种环境因子影响，如光、湿度和温度，其中光对种子萌发的诱导作用已广为人知，那么，葡萄糖信号与光信号之间是否存在联系？本文旨在研究葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及生长的调节作用，并初步探讨其与光信号的关系，为进一步的研究提供线索。
1材料与方法
1.1实验材料与试剂
供试小麦为豫农949。葡萄糖（Glc）、聚乙二醇（PEG-6000）为一般分析纯。
1.2实验设计
小麦种子经0.1%HgCl2浸泡消毒10min，用蒸馏水冲洗多次后，用蒸溜水浸泡6h，选取饱满种子均匀播种到铺有3层滤纸的培养皿中，每个培养皿50粒种子，然后分别处理。处理组如下：0mmol/L Glc+20%PEG；0.02mmol/L Glc+20%PEG；0.05mmol/L Glc+20%PEG；0.1mmol/L Glc+20%PEG；0.2mmol/LGlc+20%PEG；0.5mmol/LGlc+20%PEG，另设置对照组CK（即培养液为蒸馏水），每组实验重复3次。放置到14h光照/10h黑暗或24h黑暗的光周期条件下培养5d，每天更换培养液。 1.3测定指标及方法
种子萌发率的测定：以种子露出白色的胚芽为萌发标志，对1?5d的萌发情况进行统计。
幼苗芽长及根长的测定：处理5d后测量和记录幼苗的芽长、根长。
3次重复，利用Excel软件进行数据计算。
2结果与分析
2.1光照条件下葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发的影响
光照条件下，不同浓度葡萄糖对干旱胁迫下小麦萌发的影响如图1。小麦种子在正常情况下，发芽率能达到95%，干旱胁迫后种子萌发率明显下降低浓度葡萄糖（0.02mmol/L和0.05mmol/L）显著提高了干旱胁迫下小麦种子的萌发率，在第5d时达到48.7%和34.7%，分别是0mmol/LGlc+20%PEG处理组（16%）的3.0和2.2倍。相反，高浓度葡萄糖（0.1mmol/L，0.2mmol/L和0.5mmol/L）加强了干旱对种子萌发的抑制作用。由此说明，葡萄糖调节干旱胁迫下小麦种子萌发具有浓度效应，不同浓度糖分子可能介导了不同的信号通路，从而产生不同生理效应。
2.2光照条件下葡萄糖对干旱胁迫下小麦根长和芽长的影响
如图2，光照条件下，葡萄糖对干旱胁迫下小麦根长和芽长的影响与对种子萌发的影响相似。低浓度葡萄糖缓解了干旱对小麦根及芽生长的抑制作用，其中0.02mmol/L的葡萄糖效果最佳，其根长和芽长分别是无葡萄糖处理时根长和芽长的2.2和2.3倍。随着葡萄糖浓度增加，根和芽的生长受到进一步抑制，其中0.5mmol/L的葡萄糖处理后的根长和芽长分别只有无葡萄糖处理组的52%和33%。说明干旱胁迫下葡萄糖对小麦幼苗生长的调节作用也具浓度效应。
2.3黑暗条件下葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发、根长及芽长的影响
由图3可知，黑暗培养条件下，与无葡萄糖处理组相比，不管是低浓度还是高浓度葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发，根长及芽长的影响都没有显著差异，不能表现光照培养条件下显现出的浓度效应。由此推测，干旱胁迫下，葡萄糖调节小麦种子萌发及幼苗生长需要光信号介导，依赖于光。
3讨论
葡萄糖对种子萌发的调节作用是复杂的。在拟南芥中，高浓度葡萄糖可延缓种子萌发[4、7]，低浓度葡萄糖能缓解外源ABA对种子萌发的抑制作用[4]。在小麦中，本文也得到了相似结果，低浓度葡萄糖可显著提高干旱胁迫下小麦种子的萌发率，高浓度葡萄糖则加强了干旱对种子萌发的抑制作用。这可能与葡萄糖介导的脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）信号途径有关。众所周知，在种子萌发过程中，ABA和GA是一对拮抗因子，共同调控着种子的萌发。ABA可维持种子的休眠状态，从而延迟种子萌发。而GA可通过促进细胞的分裂和增长诱导种子萌发。高浓度的糖信号可以对植物种子的萌发和早期幼苗发育起负调控作用，其原因之一就是高浓度的葡萄糖促进了ABA的积累。另外，外源葡萄糖可降低大麦和水稻胚中GA的含量[8、9]，使土豆中自由态GA含量减少，结合态GA含量增加[10]，说明GA信号途径也参与了葡萄糖的信号调节。
本研究结果显示，葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及生长的调节作用依赖于光，说明葡萄糖信号途径与光信号途径具有一定的联系。光是影响种子萌发的主要环境因素之一，其对种子萌发的诱导主要由光敏色素介导[11]，因为激活的光敏色素可以调节ABA及GA代谢途径中的某些基因的表达变化[12]，从而影响种子中ABA和GA含量。如拟南芥中，光敏色素可抑制ABA合成基因（ABA1、NCED6和NCED9）和诱导ABA分解基因（CYP70742）的表达[13，14]，减少ABA的含量，诱导GA合成基因（GA3ox1和GA2ox2）和抑制GA分解基因（GA2ox2）的表达[15]，积累GA含量。由此推测，葡萄糖对干旱胁迫下小麦种子萌发及生长的调节作用可能由光敏色素介导，只有当光敏色素在光下被活化后，才能激活ABA和GA信号途径，从而表现出葡萄糖对种子萌发促进和抑制的调节作用，但具体的调控机制需进一步的研究。
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