冠菌素和茉莉酸甲酯对玉米种子萌发和幼苗生长的影响

冠菌素和茉莉酸甲酯对玉米种子萌发和幼苗生长的影响
摘要玉米种子经COR和MeJA处理后发现，低浓度的COR（0.01μmol/L）和MeJA（1.0μmol/L）促进种子萌发；提高了种子中可溶性糖含量、α-淀粉酶活性、增加侧根数和株高，而高浓度COR（1.0μmol/L）和MeJA（100.0μmol/L）则相反；COR和MeJA诱导的根系表面积的增加主要是由于须根数增加导致的；在促进种子萌发方面，COR的活性比MeJA高，大约是MeJA的100倍，初步认为低浓度COR促进种子萌发与诱导的α－淀粉酶有关。

关键词冠菌素（COR）；茉莉酸甲酯（MeJA）；玉米；萌发
玉米是重要的粮食作物、饲料作物和能源作物。

培育齐苗壮苗是玉米田间生产的重要目标之一。

实际生产中，一些玉米种子因为仓储老化或者萌发环境恶劣导致出苗率低、幼苗不健壮，还有一些基因型玉米种子田间制种过程中也出现类似的问题，严重影响繁殖制种速度及田间生产应用[1]。

利用植物生长调节物质处理种子，可以促进或抑制种子的生长发育，使生长发育发生质的变化[2]。

玉米是使用化控调节剂较多的作物品种之一。

一些研究发现[3-4]，采用化学调控物质如赤霉素（GA）、6-苄基氨基嘌呤（6-BA）处理种子，可以打破玉米种子休眠，促进发育、发根，培育壮苗，提高幼苗的抗逆性。

冠菌素（Coronatine，COR）是丁香假单胞菌属的代谢产物[5]，研究发现，COR能影响植物生长发育、诱导防御相关的次生物质代谢和调节逆境胁迫等[6]，COR和茉莉酸/茉莉酸甲酯（JA/MeJA）都有环五烷结构，两者的许多生理功能相似[7-10]。

有很多报道涉及MeJA调节水稻和花生种子的萌发[11-12]，但尚未见COR和MeJA对玉米种子萌发的影响。

本文以玉米为材料，比较COR与MeJA 在种子萌发和幼苗生长方面的异同，明确COR和MeJA调控玉米种子萌发的效应，为种子萌发调控提供一条新的可行途径。

1材料与方法
1.1玉米种子和处理药剂
玉米（Zea may L.）品种为农大3138，种子由中国农业大学玉米中心提供。

COR由中国农业大学化控中心发酵生产，菌种为PG4180，浓度已经HPLC 检测标定好，直接用蒸馏水配制成0.001 μmol/L、0.01μmol/L、0.1μmol/L、
1.0μmol/L浓度溶液。

MeJA购买自SIGMA（北京）公司，先用少量95%乙醇溶解，再加水定容至1.0×10－3 mol/L浓度，乙醇终浓度为2%。

MeJA采用稀释法配制0.1μmol/L、1.0μmol/L、10.0μmol/L和100.0μmol/L浓度溶液（乙醇浓度相应也被稀释）。

清水处理作为对照，每浓度重复3次。

1.2测定方法
发芽率：选取均匀一致的种子用0.1%的次氯酸钠溶液浸泡消毒2～3min，后用自来水冲洗多次，在COR和MeJA各浓度的溶液中浸种24 h（25±1）℃。

然后将种子转移到垫有2层纱布和适量COR和MeJA溶液的白瓷盘中，于光照培养箱中萌发（光照和黑暗各12 h，培养温度（25±1℃），在萌发第3天和第7天时计算发芽率。

把浸种后的种子播在湿润的河沙中，置于温度为25±1℃的培养室中培养，维持光照和黑暗各12h，至萌发7d后，测定株高、主根长和侧根数。

用WinRHIZO 根系扫描仪测定根系表面积和须根数。

可溶性糖含量：在萌发第3天和第7天时测定，参照张志良等[13]的蒽酮比色法测定。

α-淀粉酶活性：在萌发的第0、2、4、6天分别取各处理萌发的玉米种子去种皮去胚，称取1 g胚乳供测定，α-淀粉酶活性测定采用陈毓荃[14]的3，5-二硝基水杨酸比色定糖法。

2试验结果
2.1COR与MeJA对玉米种子发芽势和发芽率的影响
如图1所示，0.01μmol/L COR处理显著提高了农大3138第3天和第7天的发芽率，而0.1~1.0μmol/L COR处理则显著降低了其发芽率。

1.0~10.0μmol/LMeJA 处理也提高了农大3138第3天和第7天的发芽率，但与对照相比增加不显著，100.0μmol/L MeJA处理降低了玉米的发芽率，第3天和第7天的发芽率分别比对照低10.6%和12.2%。

2.2COR与MeJA对玉米幼苗生长的影响
如表1所示，不同浓度COR浸种7d后，幼苗形态发生变化。

0.01μmol/L COR 处理显著增加了株高和侧根数，分别比对照增加9.2%和8.9%。

1.0μmol/L COR
处理则显著降低株高、主根长和侧根数，而显著增加了根系表面积和须根数。

根系表面积和须根数随COR浓度增加而逐渐增加，其变化趋势一致。

如表2所示，不同浓度MeJA浸种7d后，0.1~1.0μmol/L MeJA处理对玉米幼苗株高和主根长增加不显著，侧根数显著增加15.4%；而100.0μmol/L MeJA 处理则显著降低主根长，比对照降低12.0%，株高和侧根数变化不显著，而显著增加了根系表面积和须根数。

根系表面积和须根数随MeJA浓度增加而逐渐增加，其变化趋势一致。

2.3COR与MeJA对玉米种子萌发过程中可溶性糖含量的影响
如图2所示，在萌发第3天和第7天时，0.001~0.01 μmol/L COR处理显著提高了玉米种子中可溶性糖含量，而1.0μmol/L COR处理显著降低了可溶性糖含量，分别比对照低26.7%和23.5%。

MeJA和COR变现出类似趋势，0.1~1.0μmol/L MeJA处理显著提高了玉米种子中的可溶性糖含量，而100.0μmol/L MeJA处理则显著降低了其含量。

2.4COR与MeJA对玉米种子萌发过程中α-淀粉酶活性的影响
如表3所示，浸种结束时，0.001μmol/L和0.01μmol/L COR浸种的玉米种子α-淀粉酶活性较对照显著增高，分别比对照高56.5%和32.9%。

第2天时，0.001~0.1μmol/L COR浸种的玉米种子α-淀粉酶活性增加迅速，但处理间变化不显著。

第4天时，各处理均有增加趋势，但是只有0.01μmol/L COR处理增加幅度最大，至第6天时，种子中α-淀粉酶活性开始下降，但仍比对照显著。

0.01~1.0μmol/L COR处理的α-淀粉酶活性先增后降，而1.0μmol/L COR处理的α-淀粉酶活性一直呈增加趋势。

如表4所示，MeJA浸种后对α-淀粉酶活性的影响随
时间和COR浓度也发生很大的变化。

0~4d，1.0μmol/L和10.0μmol/L MeJA 处理的α-淀粉酶活性均比对照要高，第6天时呈降低趋势。

而100.0μmol/L MeJA 处理0~4d时与对照无明显差异，第6天时比对照显著降低。

1.0~10.0 μmol/L MeJA 处理的α-淀粉酶活性在玉米种子萌发初期（0~4d）显著提高。

3讨论
COR在0.01μmol/L浓度时促进了种子萌发，而在1.0μmol/L时则降低了种子发芽率。

MeJA与COR对种子发芽率的影响趋势是一致的，只是促进和抑制玉米种子萌发的MeJA处理浓度不同，表现出类似的剂量效应。

对于种子萌发，0.01μmol/L COR和1.0μmol/L MeJA是较适浓度。

COR与MeJA都显著促进了侧根数，0.01~1.0μmol/L COR处理增加了幼苗株高。

而根系表面积和须根数随处理浓度的增加迅速增加，从试验数据中看，根系表面积的增加主要时由于须根数的增加而增加的。

COR能提高α-淀粉酶酶的活性，0.01μmol/L COR处理时在第2天时有个高峰，而高浓度1.0μmol/L COR处理时α-淀粉酶虽然低于同期各个处理，但0~3d 一直呈现增加趋势。

MeJA处理的玉米种子在1.0~10.0μmol/L处理之间分别在第2天和第4天时α-淀粉酶活性最高。

而高浓度（100.0μmol/L）的MeJA处理玉米种子则抑制了α-淀粉酶活性。

从这一点上看出，COR的活性比MeJA的高，大约是MeJA的100倍左右。

国外有人报道，COR比JA/MeJA的生物活性高100~10 000倍[9]。

研究发现，MeJA低浓度（0.01μmol/L、0.1μmol/L）促进花生子叶淀粉酶活性和淀粉降解，高浓度（100μmol/L、10μmol/L）作用相反[11]。

MeJA促进和抑制水稻种子萌发都与α-淀粉酶活性有关[12]。

试验发现，MeJA在玉米种子萌发上也有类似的作用。

低浓度（0.01μmol/L）COR促进α-淀粉酶活性，而高浓度（1.0μmol/L）则相反。

MeJA和COR对α-淀粉酶诱导趋势与对发芽势和发芽率的影响趋势一致，初步认为，低浓度COR促进玉米种子萌发与其诱导的α-淀粉酶活性有关。

萌发种子中可溶性糖含量与α-淀粉酶活性变化一致，说明低浓度COR可通过诱导α-淀粉酶活性的增加以促进种子内部物质的转化。

COR与JA/MeJA在结构上比较相近，功能上有部分类似，都能调节植物生长和抗逆，但JA/MeJA价格昂贵，目前尚未工业化生产，难以大规模直接用于农业生产，若能大量发酵生产COR，在农业生产上应有广阔的前景。

4参考文献
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[14] 陈毓荃.生物化学实验方法与技术[M].北京：科学出版社，2002.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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