干旱脅迫對(duì)葛藤種子萌發(fā)的影響

譚景晨，趙麗麗，張淑煒，席 溢，陳 超

(貴州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

種子萌發(fā)是實(shí)現(xiàn)植物種群更新和物種延續(xù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其受到自身因素和外界環(huán)境因素的共同影響[1]。水分是一切生命活動(dòng)必要的條件，是種子萌發(fā)的先決條件[2]。西南巖溶地區(qū)土層淺薄且分布不連續(xù)、巖石裸露率高、土壤總量少、儲(chǔ)水能力低，常常造成土壤干旱[3]，嚴(yán)重影響了植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育，并制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[4]。

葛藤[Puerarialobata(Wild) Ohwi]是豆科蝶形花亞科多年生藤本植物。中國(guó)為葛的原產(chǎn)地，全國(guó)除西藏和新疆外，各省區(qū)均有分布，主產(chǎn)于長(zhǎng)江及以南地區(qū)。葛藤的適應(yīng)性強(qiáng)，扎根深，根莖發(fā)達(dá)，可在山坡、陡壁、荒谷沙地旺盛生長(zhǎng)，入土深，堅(jiān)固土壤，具有很強(qiáng)的萌芽力，能有效防止徑流和沖刷，是世界各國(guó)極為重視的水土保持植物。目前關(guān)于葛的研究主要集中在葛葉、葛根的藥用價(jià)值[5]及葛藤的飼用價(jià)值[6-8]等方面，而關(guān)于葛藤如何適應(yīng)干旱的機(jī)制研究較少。鑒于此，以葛藤為材料，開展室內(nèi)模擬干旱脅迫試驗(yàn)，研究葛藤種子萌發(fā)期的適應(yīng)性及其對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)策略，以期為西南巖溶山區(qū)葛藤種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

葛藤種子由江蘇園林綠化種子公司提供，產(chǎn)地為澳大利亞，選用籽粒飽滿的種子為材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

以不同濃度的聚乙二醇-6000(PEG-6000)溶液來(lái)模擬-0.2 MPa、-0.4 MPa、-0.6 MPa、-0.8 MPa、-1.2 MPa的干旱脅迫(標(biāo)記為P2、P4、P6、P8、P12)，同時(shí)以蒸餾水處理為對(duì)照組(CK)。將籽粒飽滿的葛藤種子用次氯酸鈉溶液∶蒸餾水體積比=1∶2的混合液浸泡20 min消毒，然后用蒸餾水洗凈，均勻擺放在已滅菌過的墊有2層濾紙的15 cm培養(yǎng)皿中，每皿50粒。向各培養(yǎng)皿中加入30 mL PEG-6000溶液，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，置于25℃光照培養(yǎng)箱中。記錄每天的種子發(fā)芽情況，并采用稱重法補(bǔ)充散失的水分，直到第10 d種子發(fā)芽結(jié)束。每個(gè)培養(yǎng)皿隨機(jī)選取15株，測(cè)量其胚芽、胚根的長(zhǎng)度后將其放入烘箱，120℃殺青，65℃烘干至恒重測(cè)重。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及胚芽與胚根的長(zhǎng)度比和干重比。

發(fā)芽率=(10 d種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

發(fā)芽勢(shì)=(6 d種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

活力指數(shù)=GI×S

式中，Gt為種子在第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)，S為平均苗重(g)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用GraPhPad Prism 5軟件作圖，差異性分析采用SPSS 21.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)葛藤種子萌發(fā)特性的影響

2.1.1 發(fā)芽率 由圖1可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的發(fā)芽率隨脅迫濃度增大呈現(xiàn)出一直下降的趨勢(shì)。發(fā)芽率-0.4 MPa處理顯著低于CK和-0.2 MPa處理(P<0.05)，-0.6 MPa和-0.8 MPa 處理顯著低于-0.4 MPa處理(P<0.05)，-1.2 MPa處理顯著低于-0.6 MPa和-0.8 MPa處理(P<0.05)。其中-0.4 MPa處理較CK降低了32.65%，-0.6 MPa處理較CK降低了52.04%，-0.8 MPa處理較CK降低了62.24%，-1.2 MPa處理較CK降低了89.29%。

圖1 不同濃度PEG脅迫下的葛藤種子發(fā)芽率

2.1.2 發(fā)芽勢(shì) 由圖2可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的發(fā)芽勢(shì)隨脅迫濃度增大呈現(xiàn)出一直下降的趨勢(shì)。發(fā)芽勢(shì)-0.2 MPa處理顯著低于CK(P<0.05)，-0.4 MPa處理顯著低于-0.2 MPa處理(P<0.05)，-0.6 MPa 處理顯著低于-0.4 MPa處理(P<0.05)，-0.8 MPa處理顯著低于-0.6 MPa處理(P<0.05)。其中-0.2 MPa處理比CK降低了17.35%，-0.4 MPa處理比CK降低了60.20%，-0.6 MPa處理比CK降低了84.69%，-0.8 MPa處理比CK降低了97.19%。

圖2 不同濃度PEG脅迫下的葛藤種子發(fā)芽勢(shì)

2.1.3 發(fā)芽指數(shù) 由圖3可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的發(fā)芽指數(shù)隨脅迫濃度增大呈現(xiàn)出一直下降的趨勢(shì)。發(fā)芽指數(shù)-0.2 MPa處理顯著低于CK(P<0.05)，-0.4 MPa 處理顯著低于-0.2 MPa處理(P<0.05)，-0.6 MPa處理、-0.8 MPa處理和-1.2 MPa處理顯著低于-0.4 MPa處理(P<0.05)。其中-0.2 MPa處理比CK降低了69.65%，-0.4 MPa處理比CK降低了88.03%；-0.6 MPa處理比CK降低了92.84%，-0.8 MPa處理比CK降低了94.76%，-1.2 MPa處理比CK降低了97.07%。

圖3 不同濃度PEG脅迫下的葛藤種子發(fā)芽指數(shù)

2.1.4 活力指數(shù) 由圖4可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的活力指數(shù)隨脅迫濃度增大呈現(xiàn)為一直下降的趨勢(shì)?；盍χ笖?shù)-0.2 MPa和-0.4 MPa處理均顯著低于CK(P<0.05)。其中-0.2 MPa處理比CK降低了83.75%；-0.4 MPa處理比CK降低了96.92%。

圖4 不同濃度PEG脅迫下的葛藤種子活力指數(shù)

2.2 干旱脅迫對(duì)葛藤種子胚芽胚根生長(zhǎng)的影響

2.2.1 胚芽及胚根長(zhǎng)度 由表1可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的胚芽及胚根長(zhǎng)隨脅迫濃度增大均呈現(xiàn)為一直下降的趨勢(shì)。胚芽長(zhǎng)-0.2 MPa處理顯著低于CK(P<0.05)，-0.4 MPa處理顯著低于-0.2 MPa處理(P<0.05)，其中-0.2 MPa處理比CK降低了21.75%、0.4 MPa處理比CK降低了53.70%。胚根長(zhǎng)-0.2 MPa和-0.4 MPa 處理都顯著低于CK(P<0.05)，分別比CK降低了60.32%和73.81%。

2.2.2 胚芽及胚根干重 由表1可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的胚芽及胚根干重隨脅迫濃度增大均呈現(xiàn)為一直下降的趨勢(shì)。胚芽重-0.2 MPa和-0.4 MPa 處理均顯著低于CK(P<0.05)，其中-0.2 MPa處理比CK降低了48.51%、-0.4 MPa處理比CK降低了73.52%。胚根重-0.2 MPa處理顯著低于CK(P<0.05)，-0.4 MPa處理顯著低于-0.2 MPa處理(P<0.05)，其中-0.2 MPa處理比CK降低了38.59%、-0.4 MPa處理比CK降低了64.39%。

2.2.3 胚芽與胚根比 由表1可知，在不同濃度PEG脅迫下，葛藤種子的胚芽胚根長(zhǎng)度比呈先上升后下降趨勢(shì)，胚芽胚根干重比呈一直下降趨勢(shì)。胚芽胚根長(zhǎng)度比-0.2 MPa處理和-0.4 MPa處理均顯著高于CK(P<0.05)，其中-0.2 MPa處理比CK提高了93.53%，-0.4 MPa處理比CK提高了87.91%。胚芽胚根干重比-0.2 MPa處理和-0.4 MPa處理與CK比變化不顯著(P>0.05)。

表1 不同濃度PEG脅迫下的葛藤種子胚芽胚根長(zhǎng)度和干重

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是植物生活史的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，種子萌發(fā)策略對(duì)貴州巖溶地區(qū)植物的種群更新及植被恢復(fù)都具有重要意義[9-11]。植物種子萌發(fā)特性與其自然分布區(qū)的生境條件和氣候密切相關(guān)，是植物對(duì)分布區(qū)自然生境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果[12]。干旱是影響巖溶山區(qū)植物種子萌發(fā)的關(guān)鍵因素[13]，主要體現(xiàn)在發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚芽胚根生長(zhǎng)等方面。本研究表明，隨著干旱脅迫程度的增加，種子萌發(fā)逐漸受到抑制。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)隨著干旱脅迫程度的增加均存在顯著的降低(P<0.05)。發(fā)芽率代表種子的萌發(fā)能力，發(fā)芽率的降低表明隨著干旱脅迫的加強(qiáng)，種子的萌發(fā)能力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)代表種子萌發(fā)速度，這兩項(xiàng)指標(biāo)的降低表示隨著干旱脅迫加強(qiáng)，葛藤種子的萌發(fā)速度顯著減慢(P<0.05)?；盍χ笖?shù)表示幼苗的生長(zhǎng)能力，活力指數(shù)的下降表示隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，葛藤的種苗生長(zhǎng)能力受到抑制。這與張燕燕[14]對(duì)斑子麻黃種子萌發(fā)的研究結(jié)果相似。

干旱脅迫下種子萌發(fā)、吸水特性對(duì)幼苗生存具有重要意義[15]，植物根系對(duì)土壤水分的缺失最為敏感，胚根的伸長(zhǎng)有利于從不同深度的土層獲取更多水分，這是植物適應(yīng)干旱脅迫的一種生態(tài)適應(yīng)表現(xiàn)[16]。本研究表明，葛藤種子萌發(fā)的胚芽胚根長(zhǎng)、胚芽胚根干重均隨著干旱脅迫程度的增加顯著降低(P<0.05)，進(jìn)一步證明隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，葛藤種苗的生長(zhǎng)能力顯著減弱(P<0.05)，這與王東麗[17]對(duì)樟子松種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的研究結(jié)果相似。

而隨著干旱脅迫程度加強(qiáng)，胚芽與胚根的長(zhǎng)度比呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)殡S著脅迫濃度升高，胚根的生長(zhǎng)能力被激發(fā)，同時(shí)隨著干旱脅迫程度加強(qiáng)，胚芽與胚根的干重比呈一直下降趨勢(shì)，說(shuō)明胚根中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越來(lái)越聚集，為提升胚根生長(zhǎng)能力做準(zhǔn)備，胚根的生長(zhǎng)有利于從不同深度土層獲得更多水分，這與薛盼盼[16]對(duì)酸棗種子萌發(fā)的研究結(jié)果相似。但因本試驗(yàn)干旱脅迫處理間差異未達(dá)到顯著水平，該適應(yīng)機(jī)制有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究分析了葛藤在干旱環(huán)境下種子萌發(fā)及其胚芽胚根生長(zhǎng)的差異，發(fā)現(xiàn)不同濃度干旱脅迫下，葛藤種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚芽胚根長(zhǎng)、胚芽胚根干重均顯著下降。胚芽胚根的長(zhǎng)度則隨著干旱脅迫程度的增大呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)、胚芽胚根的干重比呈現(xiàn)一直降低的趨勢(shì)，初步揭示了葛藤種子在萌發(fā)期對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)策略。