CN116508439A - 一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 - Google Patents
一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116508439A CN116508439A CN202310405193.8A CN202310405193A CN116508439A CN 116508439 A CN116508439 A CN 116508439A CN 202310405193 A CN202310405193 A CN 202310405193A CN 116508439 A CN116508439 A CN 116508439A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seeds
- melatonin
- germination
- crop seeds
- seed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000035784 germination Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 title claims abstract description 10
- YJPIGAIKUZMOQA-UHFFFAOYSA-N Melatonin Natural products COC1=CC=C2N(C(C)=O)C=C(CCN)C2=C1 YJPIGAIKUZMOQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229960003987 melatonin Drugs 0.000 claims abstract description 54
- DRLFMBDRBRZALE-UHFFFAOYSA-N melatonin Chemical compound COC1=CC=C2NC=C(CCNC(C)=O)C2=C1 DRLFMBDRBRZALE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009331 sowing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims description 48
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims description 48
- 201000010099 disease Diseases 0.000 claims description 5
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 20
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 13
- JLIDBLDQVAYHNE-YKALOCIXSA-N (+)-Abscisic acid Chemical compound OC(=O)/C=C(/C)\C=C\[C@@]1(O)C(C)=CC(=O)CC1(C)C JLIDBLDQVAYHNE-YKALOCIXSA-N 0.000 description 12
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 12
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 9
- WSMYVTOQOOLQHP-UHFFFAOYSA-N Malondialdehyde Chemical compound O=CCC=O WSMYVTOQOOLQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229940118019 malondialdehyde Drugs 0.000 description 9
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 8
- IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N gibberellic acid GA3 Natural products OC(=O)C1C2(C3)CC(=C)C3(O)CCC2C2(C=CC3O)C1C3(C)C(=O)O2 IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229930191978 Gibberellin Natural products 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 239000003448 gibberellin Substances 0.000 description 7
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 description 6
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 description 6
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 6
- FCRACOPGPMPSHN-UHFFFAOYSA-N desoxyabscisic acid Natural products OC(=O)C=C(C)C=CC1C(C)=CC(=O)CC1(C)C FCRACOPGPMPSHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 4
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 4
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 3
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 3
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- PKDBCJSWQUOKDO-UHFFFAOYSA-M 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride Chemical compound [Cl-].C1=CC=CC=C1C(N=[N+]1C=2C=CC=CC=2)=NN1C1=CC=CC=C1 PKDBCJSWQUOKDO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930192334 Auxin Natural products 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 2
- 101000994460 Homo sapiens Keratin, type I cytoskeletal 20 Proteins 0.000 description 2
- 102100032700 Keratin, type I cytoskeletal 20 Human genes 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 238000011529 RT qPCR Methods 0.000 description 2
- 108091023040 Transcription factor Proteins 0.000 description 2
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 2
- 239000002363 auxin Substances 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000003828 downregulation Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N indole-3-acetic acid Chemical compound C1=CC=C2C(CC(=O)O)=CNC2=C1 SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000003375 plant hormone Substances 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010839 reverse transcription Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- 240000008067 Cucumis sativus Species 0.000 description 1
- 235000010799 Cucumis sativus var sativus Nutrition 0.000 description 1
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 1
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005980 Gibberellic acid Substances 0.000 description 1
- 244000111261 Mucuna pruriens Species 0.000 description 1
- 235000006161 Mucuna pruriens Nutrition 0.000 description 1
- 238000002123 RNA extraction Methods 0.000 description 1
- 102000040945 Transcription factor Human genes 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000036579 abiotic stress Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000004790 biotic stress Effects 0.000 description 1
- 238000010804 cDNA synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000005779 cell damage Effects 0.000 description 1
- 208000037887 cell injury Diseases 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010195 expression analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- IXORZMNAPKEEDV-OBDJNFEBSA-N gibberellin A3 Chemical compound C([C@@]1(O)C(=C)C[C@@]2(C1)[C@H]1C(O)=O)C[C@H]2[C@]2(C=C[C@@H]3O)[C@H]1[C@]3(C)C(=O)O2 IXORZMNAPKEEDV-OBDJNFEBSA-N 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000005213 imbibition Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 210000001113 umbilicus Anatomy 0.000 description 1
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 description 1
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
- A01C1/00—Apparatus, or methods of use thereof, for testing or treating seed, roots, or the like, prior to sowing or planting
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
- A01C1/00—Apparatus, or methods of use thereof, for testing or treating seed, roots, or the like, prior to sowing or planting
- A01C1/02—Germinating apparatus; Determining germination capacity of seeds or the like
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physiology (AREA)
- Pretreatment Of Seeds And Plants (AREA)
Abstract
本发明公开了一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法，属于种子处理技术领域。所述方法包括在播种前采用褪黑素水溶液引发作物种子的步骤；所述褪黑素水溶液的浓度为10‑50μM，所述引发的时间为1‑6h。本发明采用褪黑素引发作物种子，可促进种子在水淹下的萌发能力，具有时效快、成本低和效果好的优点，为作物种子抵抗涝害胁迫，促进萌发生长提供新思路。
Description
技术领域
本发明涉及种子处理技术领域，特别是涉及一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法。
背景技术
现阶段，在植物种子引发技术方面，主要是通过一些化学试剂水溶液对种子进行引发处理。如使用植物激素及类似物、高锰酸钾、过氧化氢、氯化钙、硝酸钾、聚乙二醇(PEG)等物质进行浸种，通过提高种子的活力、吸水能力等方面，促进种子的萌发与出苗整齐，进而达到增产的效果。
虽然，现有的这些引发方法能够一定程度增强种子的萌发能力，以及提高植物在萌发阶段对非生物及生物胁迫的抵抗能力。然而，这些方法仍有不足之处，如氯化钙、硝酸钾等盐类试剂，其本身就是一种会对种子萌发具有胁迫能力的物质，不能控制好用量时则会抑制植物的后续生长；过氧化氢、高锰酸钾等化学试剂具有强氧化性，虽然能在较短的时间内分解，但其施用时氧化能力可能会对种子产生难以逆转的损伤效果；常用的植物激素如赤霉酸，虽然具有微量高效的特点，但由于化学结构复杂，合成成本较高，不常用于农业生产中。
化控技术具有时空上局限性，相同的化控手段对不同的植物生长期有着不同甚至完全相反的效果：如植物长势较差，生长素类化学物质可促进生长，而在萌发期间施用生长素类化学物质则抑制萌发，抑制了生长；赤霉素类化学物质促进种子萌发，但在花芽分化时却进行抑制，延后了开花时间。以上示例处理相同，结果完全相反，因此，本领域的技术人员不会贸然地将已有化控技术试验于其他生长期。现有已公开的技术专利文献“CN105076136B褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用”和期刊文献“淹水胁迫下褪黑素浸种对水稻幼苗生长的影响”，两技术阐述了褪黑素在幼苗生长过程中抵抗涝害的应用，而针对种子水淹后萌发率显著下降的情况，如何引发处理种子才能快速高效地恢复其表型，现有研究甚少。
另外，上述相关公开文献技术亦存在着一定缺陷及不足：公开专利需两天进行一次技术处理，总需进行5-10次处理，即处理总时长至少10天，长则可达20天。在客观上，淹水会在短时间(数小时至几天内)内对植物造成不可逆的损伤，已公开的专利不能在短时间内挽救淹水事件造成的损伤。而针对播种时期，在遭遇不可预见的淹涝灾害时(如暴雨、水利设施损毁、人为造成的意外事件)，本领域技术人员需在数小时或短短几天内完成播种准备，没有公开技术所需的时间进行提前准备；再者，由于排水等技术手段无法排除积水造成的淹水，加以客观气候，尤其是温度变化造成需短时间内进行播种时，在客观条件上本领域技术人员亦无法将播种时间延后至按公开专利技术完成处理。因此，现有技术是存在一定缺陷及局限性的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明采用褪黑素水溶液引发作物种子，具有时效快、低成本和效果好的优点，为作物种子抵抗涝害胁迫，促进萌发生长提供新思路。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法，包括在播种前采用褪黑素水溶液引发作物种子的步骤。
进一步地，所述褪黑素水溶液的浓度为10-50μM，所述引发的时间为1-6h。
进一步地，所述褪黑素水溶液的浓度为30μM，所述引发的时间为6h。
进一步地，所述引发的操作为：将所述褪黑素水溶液完全淹没作物种子，且液面高度为作物种子上端1-3cm处。
进一步地，所述作物种子为正常收获、自然风干且大小均一、颗粒饱满和无病害的作物种子。
进一步地，所述作物种子包括大豆种子。
本发明公开了以下技术效果：
现有促进萌发出苗的引发技术中，大多需在引发后进行回干等其他额外的操作，多则数天少则数小时，在实际农业生产需“抢种”等抢时间的情况下仍需较长时间的等待。而本发明研究发现经过褪黑素引发的大豆种子不需要经过回干等处理，可以直接抵抗淹水胁迫，促进大豆种子在水淹下的萌发能力。
褪黑素引发与盐、高锰酸钾等引发方式比较，具有施用剂量广泛，引发处理对种子及幼苗阶段的植物无明显损伤的优点。此外，根据本发明探索的最适浓度，褪黑素引发液的成本低(配制100L的褪黑素溶液约4元(不计水成本))，具有成本低效果好的优势。
本发明还探索了褪黑素在种子萌发过程中的机理，研究发现，褪黑素提高了水淹下大豆种子活力；在分子层面，褪黑素引发提高了大豆种子内源褪黑素的合成；经褪黑素引发的种子在萌发过程中脱落酸的合成受抑制，赤霉素的合成受到促进；同时，褪黑素引发过程降低了细胞膜的损伤，体现在种子萌发过程中过氧化物酶和过氧化氢酶的酶活性低于未经引发的淹水处理的大豆种子，及经褪黑素引发的大豆种子中的丙二醛含量低于未经引发的淹水处理的大豆种子。多重因素共同促进了大豆种子淹水胁迫下的萌发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1中的样品处理示意图；
图2是种子在不同处理下萌发率的统计结果；A：表型图；B：统计数据；
图3是褪黑素引发促进大豆种子活力；A：表型图；B：胚根长度数据统计结果；C：胚根鲜重数据统计结果；
图4是褪黑素引发促进了大豆种子内源褪黑素的合成；A：GmCOMT；B：GmASMT；
图5是种子在萌发过程中与激素相关的基因的表达量；A：GmNCED5；B：GmNCED9；C：GmABI5；D：GmRGL1；E：GmKAO；F：GmGA3ox1；
图6是种子萌发过程中细胞膜损伤相关生理指标的测定；A：过氧化氢酶；B：过氧化物酶；C：丙二醛。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
本发明采用水溶液引发种子的方式，以提高种子在淹水情况下的萌发率，主要操作过程如下：
选取正常收获，经自然风干并储存的大小均一，颗粒饱满，无病害的大豆种子。如图1所示，进行以下几种处理方式：
1.干种子直接于含有20mL水的培养皿中萌发(此时水面约在种子的1/2处)，记为CK20；
2.干种子直接于含有45mL水的培养皿中萌发(此时，水完全将种子淹没)，记为CK45；
干种子于水中引发后捞出，直接将种子置于20mL水中萌发，记为H20；干种子于水中引发后捞出，直接将种子置于45mL水中萌发，记为H45；干种子于含有褪黑素的水溶液中引发后捞出，直接将种子置于45mL水中萌发，记为MT45。其中，引发操作为：将选取的种子置于容积为250mL的烧杯中，加入蒸馏水或者含有褪黑素的水溶液，直至液面完全没过种子上段，并高于种子最上端至少1cm。经前期探究，褪黑素引发6小时为最佳，最适浓度为30μM。以下内容均以褪黑素引发6小时进行展示。
将经过水溶液(纯水、褪黑素水溶液)引发的大豆种子和正常的未经过引发的大豆种子在不同的水中萌发。具体操作是选取正常的未经过引发处理的大豆种子及经过水引发的大豆种子各20粒，将其置于铺有双层滤纸的9cm培养皿中，在其中添加不同的水量(正常萌发的水量为每皿20mL，淹涝胁迫为45mL)。在种子吸涨的过程中统计其萌发率。
结果如图2所示，正常的大豆种子在水淹的情况下萌发率显著下降几乎无法萌发(CK45)；水引发不能回复种子在水淹下不能萌发的表型(H45)；褪黑素引发能够大幅提高大豆种子在水淹下萌发率(MT45)。图2中A为大豆种子在不同的水含量以及不同处理后萌发的表型图，B为统计数据。本试验在9cm培养皿中进行，每个培养皿中选取大小均一，无明显病虫害的大豆种子20粒，在进行不同预处理后，再添加不同的水，待其萌发结束后(吸涨后120小时)统计数据并拍照。
实施例2
相关原理及机制研究如下：
1.实验过程：
将经过各种处理的大豆，在正常水量或淹水下萌发6小时，选取外观完整的大豆，沿种脐方向切开，加入含有1％(w/v)的TTC(2，3，5—氯化三苯基四氮唑，CAS号:298-96-4，购自上海源叶生物，货号S19026)水溶液(pH＝7.4)并完全没过种子。于25℃黑暗下处理12小时，用纸吸净液体后，用无菌水漂洗种子直至红色无变化。使用单反相机(尼康D3500)进行拍摄(图3中A)。
将萌发完成后(吸涨120小时)的种子，统计其胚根长度(图3中B)：用手术刀剥取全部的萌发种子的胚根，使用单反相机拍摄胚根长度，并使用软件“ImageJ”软件中“Analyze”选项，统计每个胚根长度。完成后，使用Excel进行数据处理，包括胚根长度的平均值、胚根长度的标准误等。并通过SPSS软件进行显著性分析。相似的，将全部萌发种子的胚根使用精密天平(赛多利斯，BSA223S)称取样品的胚根重量(图3中C)，通过Excel及SPSS软件进行数据处理分析。以上“胚根长度”、“胚根重量”均指的是已萌发的种子，未萌发的种子不计入其中，全部未萌发种子，长度或重量记为“0”。
随后，对种子进行基因表达分析。首先，选取干种子、经褪黑素引发第3小时、褪黑素引发第6小时的种子各8颗(选取标准：无机械损伤、种子饱满，外观具有该时刻代表性的种子)，于液氮中研磨至细粉状，使用北京全式金生物公司“Plant RNAKit”试剂盒(货号：ER311)，提取大豆种子中的总RNA，提取方法完全依照试剂盒说明书。随后，使用北京全式金公司“/>One-Step gDNARemoval and cDNA Synthesis SuperMix”试剂盒(货号：AT311)，进行去基因组及反转录操作，操作方法完全依照试剂盒说明书。完成后，进行荧光定量PCR实验。内参基因为GmACT11，引物序列为：F：ATCTTGACTGAGCGTGGTTATTCC；R：GCTGGTCCTGGCTGTCTCC。定量基因GmCOMT，引物F：CTTCTGTCCTTCCAATGATCCTCA；引物R：ACGGTCCAACATAACGGGTG。定量基因GmASMT，引物F：AATGTGCGATTGAGCTTGGC；引物R：TTGAGAATAGCCCCTGCTGC。进行荧光定量PCR使用的酶是北京全式金公司“/>GreenqPCR SuperMix”(货号：AQ601)，使用方法完全按说明书进行。仪器为Applied Biosystems公司的StepOnePlusTMReal-Time PCR System。实验结果见图4中A-B。
然后，选取种子萌发过程中0、3、6、9小时的大豆种子，进行萌发过程中的基因表达变化检测(图5)。RNA提取、去基因组DNA、反转录、qPCR操作同前所述，内参基因仍为GmACT11，内参引物序列同前，其他引物序列详见表1。
表1实验所用引物
最后，测定了萌发过程中的过氧化物酶、过氧化氢酶的活性剂丙二醛含量(图6)。实验均选用北京索莱宝科技有限公司试剂盒进行测定。实验方法完全依照过氧化物酶试剂盒(货号BC0090)、过氧化氢酶试剂盒(货号BC0205)、丙二醛(MDA)试剂盒(货号BC0025)的说明书进行。定量的酶标仪为BioTek公司Synergy Neo2。测得结果见图6中A-C。
2.实验结果
如图2-图3所示，正常的大豆种子在经过褪黑素引发后其在水淹情况下萌发率和种子活力显著提高。由图2可以看出经过水引发的种子，在水淹的情况下其萌发率显著提升，同时根长和鲜重均显著的提高(图3中B-C)。本实验采用9cm培养皿，每皿选取健康的无明显的病虫害的种子20粒，添加不同的水，在其萌发的过程中统计萌发率。图2中A为陈种子经过引发处理和未经过引发处理在不同的水中萌发后的表型照片，其中“CK20”和“H20”分别为正常的种子经过引发和未经过引发处理在20mL水中萌发后的表型图，“CK45”为未经过引发的大豆种子在45mL水中萌发的表型图，“H45”为经过引发的大豆种子在45mL水中萌发的表型图，“MT45”为经过褪黑素引发的大豆种子在45mL水中萌发的表型图。图3中B和图3中C分别为不同处理的种子在不同的水中萌发后胚根长和胚根重的数据统计。
如图4所示，经褪黑素引发的大豆种子中，内源褪黑素合成基因GmCOMT和GmASMT基因表达上调。这一结果表明，褪黑素引发能够诱导植物内源褪黑素的合成，使得植物可利用的褪黑素含量进一步提高，使大豆种子能够进一步进行种子萌发进程。
如图5所示，不同处理下的大豆种子在萌发过程中，种子萌发负调控激素脱落酸合成、信号，正调控激素赤霉素负调控转录因子、合成等相关基因均发生了变化。具体地，淹水胁迫未经处理材料中，脱落酸合成、信号相关基因较对照组表达上调；经褪黑素引发大豆种子脱落酸合成(GmNCED5、GmNCED9)、信号相关基因(GmABI5)较对照组发生下调。赤霉素相关基因中，褪黑素引发处理上调了赤霉素合成基因的表达(GmKAO、GmGA3ox1基因)，下调了赤霉素负调控转录因子基因的表达(GmRGL1基因)。这一结果表明，正常大豆经过褪黑素引发处理后，促进了赤霉素的合成，抑制了脱落酸的合成，在激素层面促进了种子萌发这一生物学进程。
图6所示，经过褪黑素引发的大豆种子其生物膜损伤较低。与正常大豆在淹水胁迫下相比，经过褪黑素引发的大豆种子过氧化物酶与过氧化氢酶的酶活性较未经引发以及水引发在淹水胁迫下萌发的大豆种子活性更低，说明种子在淹水胁迫下本身具有较少的过氧化物。过氧化物能够氧化细胞膜并破坏细胞膜，而丙二醛则是细胞膜被破坏程度的指征物，丙二醛含量越高，细胞膜损伤越大。本发明进一步对丙二醛含量进行了检测，发现经过褪黑素引发的种子在淹水胁迫下，有更少的细胞损伤。说明褪黑素降低了淹水胁迫对细胞膜的破坏，维持了细胞膜的完整性，进一步促进种子萌发的过程。
综上，经过褪黑素引发的大豆种子能够抵抗淹水胁迫，促进大豆种子在水淹下的萌发能力(图2)，这是由于褪黑素提高了水淹下大豆种子活力(图3)。在分子层面，褪黑素引发大豆种子提高种子淹水胁迫下的萌发，是由于褪黑素引发提高了大豆种子内源褪黑素的合成(图4)；经褪黑素引发的种子在萌发过程中脱落酸的合成受抑制，赤霉素的合成受到促进(图5)；同时，褪黑素引发过程降低了细胞膜的损伤，体现在种子萌发过程中过氧化物酶和过氧化氢酶的酶活性低于未经引发的淹水处理的大豆种子，及经褪黑素引发的大豆种子中的丙二醛含量低于未经引发的淹水处理的大豆种子(图6)。多重因素共同促进了大豆种子淹水胁迫下的萌发。
在本实施方案中，选用大豆种子作为种子材料，也可选用其它作物种子，如黄瓜、小麦、山黧豆作为种子材料。
本发明采用褪黑素引发植物种子萌发的使用方法与现有公开技术不一致，且使用的植物生长时期不一致，本领域的技术人员并不能依据以往的试验经验、公开技术进行联想或常规调整，获得本发明的技术操作，根据已有成果以及试验经验和公开技术进行调整使用，存在着不可预料的风险(如减产、绝收等)。因此，本发明的技术方案应当予以专利上的技术保护。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法，其特征在于，包括在播种前采用褪黑素水溶液引发作物种子的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述褪黑素水溶液的浓度为10-50μM，所述引发的时间为1-6h。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述褪黑素水溶液的浓度为30μM，所述引发的时间为6h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发的操作为：将所述褪黑素水溶液完全淹没作物种子，且液面高度为作物种子上端1-3cm处。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作物种子为正常收获、自然风干且大小均一、颗粒饱满和无病害的作物种子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述作物种子包括大豆种子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310405193.8A CN116508439A (zh) | 2023-04-17 | 2023-04-17 | 一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310405193.8A CN116508439A (zh) | 2023-04-17 | 2023-04-17 | 一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116508439A true CN116508439A (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=87398648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310405193.8A Pending CN116508439A (zh) | 2023-04-17 | 2023-04-17 | 一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116508439A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050097640A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-05-05 | Mary Fernandes | Methods for enhancing stress tolerance in plants and compositions thereof |
| CN103108955A (zh) * | 2010-07-15 | 2013-05-15 | 工业研究与发展基金会有限公司 | 用于提高植物中非生物胁迫耐受性的核酸构建体 |
| CN105076136A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-25 | 中国农业大学 | 褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用 |
-
2023
- 2023-04-17 CN CN202310405193.8A patent/CN116508439A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050097640A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-05-05 | Mary Fernandes | Methods for enhancing stress tolerance in plants and compositions thereof |
| CN103108955A (zh) * | 2010-07-15 | 2013-05-15 | 工业研究与发展基金会有限公司 | 用于提高植物中非生物胁迫耐受性的核酸构建体 |
| CN105076136A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-25 | 中国农业大学 | 褪黑素在提高植物抵抗涝害胁迫中的新应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGLI ZENG ET AL.: "Seed-Soaking with Melatonin for the Improvement of Seed Germination, Seedling Growth, and the Antioxidant Defense System under Flooding Stress", 《AGRONOMY》, vol. 12, 15 August 2022 (2022-08-15), pages 4 - 5 * |
| XIN WANG ET AL.: "Proteomic analysis reveals the effects of melatonin on soybean root tips under flooding stress", 《JOURNAL OF PROTEOMICS》, 1 December 2020 (2020-12-01), pages 1 - 12 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cohen et al. | Brown planthopper, Nilaparvata lugens, resistance in rice cultivar IR64: mechanism and role in successful N. lugens management in Central Luzon, Philippines | |
| Rodríguez-Gamir et al. | Root signalling and modulation of stomatal closure in flooded citrus seedlings | |
| Thomson et al. | Compensation for herbivory by Cucumis sativus through increased photosynthetic capacity and efficiency | |
| Halaly et al. | Similar mechanisms might be triggered by alternative external stimuli that induce dormancy release in grape buds | |
| Jain et al. | The potential of the smoke-derived compound 3-methyl-2H-furo [2, 3-c] pyran-2-one as a priming agent for tomato seeds | |
| Tamura | Recent advances in research on Japanese pear rootstocks | |
| Ma et al. | Genetic improvement of cotton tolerance to salinity stress | |
| Ha et al. | Effects of air-exposure time on water relations, longevity, and aquaporin-related gene expression of cut roses | |
| JP6207012B2 (ja) | アブシジン酸作用の低減による植物の耐冷性強化法 | |
| CN109234285A (zh) | Zm-Remorin基因在玉米茎腐病防治中的应用 | |
| RU2374254C1 (ru) | Стимулятор для предпосевной и внекорневой обработки семян | |
| CN116508439A (zh) | 一种在淹涝胁迫下促进作物种子萌发的方法 | |
| CN103421807A (zh) | OsMYB91转录因子基因在水稻发育和抗逆中的应用 | |
| Kretzschmar et al. | Chilling requirement for dormancy bud break in European pear | |
| Javadi Khederi et al. | Study of defense-related gene expression in grapevine infested by Colomerus vitis (Acari: Eriophyidae) | |
| CN114645055B (zh) | 烟草NtMYB1基因及其编码蛋白与应用 | |
| Singh et al. | Effect of water and salinity stress on germination and seedling characters in onion | |
| CN114287427A (zh) | 提高木薯抗旱性的组合物、制剂及其应用 | |
| CN108887268B (zh) | 一种提早茭白孕茭的生长调节剂及其喷施方法 | |
| Çavuşoğlu | Role of Propolis in Alleviation of Detrimental Effects of Salt Stress on Some Physiological and Cytogenetical Parameters in Onion (Allium cepa L.). | |
| Al-Rabadi et al. | Proline and agronomic production responses of different barley cultivars to salinity stress: A correlation analysis | |
| RU2654865C2 (ru) | Способ повышения всхожести семян амурского винограда | |
| CN114287428B (zh) | 提高木薯抗盐胁迫的组合物、制剂及方法 | |
| Badr et al. | Ameliorative impacts of gamma-aminobutyric acid (GABA) on seedling growth, physiological biomarkers, and gene expression in eight wheat (Triticum aestivum L.) cultivars under salt stress | |
| Guhgare et al. | Studies on pruning of grape II. Influence of dormant pruning on the carbohydrate metabolism of Pusa Seedless (Vitis vinifera L.) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |