PEG模擬干旱脅迫對不同黃瓜品種種子萌發(fā)的影響

許耀照 曾秀存 王勤禮 盧精林 王治江 張克多

（1河西學(xué)院農(nóng)學(xué)系，甘肅 張掖 734000；2河西綠洲農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 張掖 734000；3河西學(xué)院生命科學(xué)與工程系，甘肅 張掖 734000）

我國干旱半干旱耕地面積大約占總耕地面積的51 %，每年有近250萬hm2耕地不同程度上受到干旱的影響（李原園 等，1997）。干旱脅迫常常影響植物生長發(fā)育，造成農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)（康紹忠，1998），干旱對農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位（陳善福和舒慶堯，1999）。同樣，植物也具有抵御和適應(yīng)干旱環(huán)境的能力，不同植物間及植物的不同品種間其抗旱能力和機(jī)制存在顯著差異（Carvajal et al.，1996）。聚乙二醇（PEG6000）是一類不能通過細(xì)胞壁的大分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對細(xì)胞毒性小，使植物組織和細(xì)胞處于類似干旱的水分脅迫之中（張立軍 等，2004）。PEG6000處理作物種子萌發(fā)，起到干旱脅迫的作用，已在水稻（王賀正 等，2004；安永平 等，2006）、小麥（景蕊蓮和昌小平，2003）、大豆（楊劍平 等，2003）等農(nóng)作物上有較多報道。本試驗以3個黃瓜（Cucumis sativus L.）品種種子為材料，研究了不同濃度PEG6000模擬干旱脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響，以探討黃瓜耐干旱脅迫的生理機(jī)制，并為選育耐干旱品種和防止旱害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為中農(nóng) 16號（由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所選育，適于春秋大棚及露地栽培）、津園6號（由天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司黃瓜研究所選育，適于露地栽培）、蔬春寶優(yōu)26號（由山東省寧陽縣蔬春種業(yè)有限公司選育，適于露地栽培）。

1.2 試驗方法

試驗于2009年3～6月在河西學(xué)院農(nóng)學(xué)系栽培與生理實驗室進(jìn)行。PEG6000為分析純，由上海中泰化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。以不同濃度的PEG6000溶液（0、50、100、150、200g·kg-1，其溶液滲透勢分別為0、-0.05、-0.15、-0.30、-0.49 MPa）模擬干旱脅迫（Michel & Kaufmann，1973），每個黃瓜品種共設(shè)5個處理，3次重復(fù)。每個處理精選50粒大小均勻無破損的種子，經(jīng)0.1 % HgCl2消毒10min后，用蒸餾水洗滌3次，再用蒸餾水在室溫下吸脹6 h后，將種子放入國家標(biāo)準(zhǔn)的120mm×120mm×50mm發(fā)芽盒中，分別加入10mL不同濃度的滲透脅迫溶液，以去離子水作為對照，發(fā)芽盒加蓋后放入發(fā)芽箱，溫度為（25±1）℃，每隔24 h稱質(zhì)量補(bǔ)充水分，使處理間滲透脅迫濃度保持相對穩(wěn)定。

1.3 測定項目

第2天計算種子發(fā)芽率=n/N×100%；發(fā)芽指數(shù)∑（GI）=Gt/Dt；活力指數(shù)（VI）=發(fā)芽指數(shù)×S。式中，n為發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)；Gt為 t日發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)，S為平均胚根鮮質(zhì)量。

第6天每重復(fù)各取10株測定其胚根和下胚軸長，并計算平均值。同時統(tǒng)計幼胚一級側(cè)根數(shù)，稱取胚根鮮質(zhì)量后烘干稱干質(zhì)量。第7天測定電解質(zhì)外滲率，參照李合生等（2000）的方法稍加改良：將胚根、下胚軸剪成0.2 cm長段混勻，稱取0.2 g鮮樣，用去離子水洗凈，放入具塞試管中，加入去離子水15 mL浸沒樣品，振蕩30min，室溫放置60min，用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測定溶液的電導(dǎo)率（E1），再放入沸水浴15min，冷卻后再次測定溶液的電導(dǎo)率（E2），另外測定去離子水的電導(dǎo)率（E0）。并按照（E1-Eo）/（E2-Eo）×100%計算樣品的電解質(zhì)外滲率。

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0處理系統(tǒng)用Duncan進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫對黃瓜種子萌發(fā)的影響

發(fā)芽率是反映種子發(fā)芽能力的重要指標(biāo)，活力指數(shù)是種子活力水平的綜合體現(xiàn)。由圖 1可以看出：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）對發(fā)芽率有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號的發(fā)芽率分別較對照增加1.6、1.7、1.7個百分點(diǎn)；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對發(fā)芽率有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號的發(fā)芽率分別較對照降低5.0、6.3、6.7個百分點(diǎn)，與低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）處理間達(dá)到顯著差異。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種的發(fā)芽率大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

由圖2可以看出：3個黃瓜品種在不同滲透勢處理下，低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）對發(fā)芽指數(shù)有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號發(fā)芽指數(shù)分別較對照增加1.72 %、13.72 %、11.79 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對發(fā)芽指數(shù)有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號發(fā)芽指數(shù)分別較對照降低5.17 %、5.10%、3.25 %，與低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）處理差異顯著。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種的發(fā)芽指數(shù)大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

圖1 不同PEG濃度處理對黃瓜種子發(fā)芽率的影響

圖2 不同PEG濃度處理對黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖3可以看出：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）對活力指數(shù)有促進(jìn)作用，中農(nóng) 16號、津園 6號、蔬春寶優(yōu)26號活力指數(shù)分別較對照增加 12.55 %、15.54 %、35.35 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對活力指數(shù)有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號活力指數(shù)分別較對照降低58.09 %、46.86 %、44.53 %，與低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）處理間達(dá)到顯著差異。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種活力指數(shù)的大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

圖3 不同PEG濃度處理對黃瓜種子活力指數(shù)的影響

2.2 PEG脅迫對黃瓜胚根長與下胚軸長的影響

由圖4可知：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，低滲透勢（PEG6000=50g·kg-1）對胚根生長有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號胚根長分別較對照增加0.25 %、3.72 %、6.99 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對胚根生長有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號胚根長分別較對照降低33.33%、33.05%、12.94%，兩滲透勢處理間差異顯著。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種胚根長的大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

由圖5可知：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理，低滲透勢（PEG6000=50g·kg-1）對下胚軸伸長有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號下胚軸長分別較對照增加0.96 %、3.16 %、15.87 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對下胚軸伸長有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號下胚軸長分別較對照降低39.42 %、23.42 %、32.54 %，兩滲透勢處理間差異達(dá)到顯著水平。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種下胚軸長的大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

圖4 不同PEG濃度處理對黃瓜胚根長的影響

圖5 不同PEG濃度處理對黃瓜下胚軸長的影響

2.3 PEG脅迫對黃瓜幼胚一級側(cè)根數(shù)、電解質(zhì)外滲率、胚根干質(zhì)量的影響

由圖6可以看出：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）對幼胚一級側(cè)根數(shù)萌發(fā)有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號幼胚一級側(cè)根數(shù)分別較對照增加7.29 %、11.76 %、14.12 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對幼胚一級側(cè)根數(shù)萌發(fā)有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號幼胚一級側(cè)根數(shù)分別較對照降低28.47 %、39.61 %、27.12 %，兩滲透勢處理間差異達(dá)到顯著水平。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種的幼胚一級側(cè)根條數(shù)多少為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

圖6 不同PEG濃度處理對

圖7 不同PEG濃度處理對

由圖7可以看出：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，電解質(zhì)外滲率隨著滲透勢強(qiáng)度的增加而降低，這表明不同PEG6000濃度處理對黃瓜幼胚的細(xì)胞膜有一定的保護(hù)作用。這與Pandey（1988）報道的 PEG引發(fā)誘導(dǎo)法國菜豆細(xì)胞膜的修復(fù)，延緩電解質(zhì)外滲的結(jié)果相似。高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）處理黃瓜種子后，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號電解質(zhì)外滲率分別較對照降低17.9、10.9、7.3個百分點(diǎn)。

由圖8可以看出：3個黃瓜品種經(jīng)不同滲透勢處理后，低滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）對胚根干質(zhì)量有促進(jìn)作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號胚根干質(zhì)量分別較對照增加 20.00%、22.22 %、5.88 %；高滲透勢（PEG6000=200g·kg-1）對胚根干質(zhì)量有抑制作用，中農(nóng)16號、津園6號、蔬春寶優(yōu)26號胚根干質(zhì)量分別較對照降低35.00%、50.00%、64.71 %，與低滲透勢處理間差異顯著。在相同滲透勢條件下，3個黃瓜品種的胚根干質(zhì)量的大小為：中農(nóng)16號＞津園6號＞蔬春寶優(yōu)26號。

圖8 不同PEG濃度處理對黃瓜胚根干質(zhì)量的影響

3 結(jié)論與討論

PEG引發(fā)是近20年來興起的一項種子處理技術(shù)，其主要功能是減緩萌發(fā)初期水分進(jìn)入種子的速率，減輕種子吸脹過程中膜系統(tǒng)的損傷，有利于受損膜系統(tǒng)的修復(fù)（馬紅媛 等，2005）。PEG被廣泛應(yīng)用于種子引發(fā)和模擬干旱試驗，本試驗中采用4個滲透勢水平對3個黃瓜品種的種子進(jìn)行處理，結(jié)果表明低滲透勢可以提高黃瓜種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，但超過一定滲透勢強(qiáng)度時，3個黃瓜品種種子發(fā)芽率逐漸下降。說明-0.15 MPa的滲透勢（PEG6000=100g·kg-1）脅迫濃度處于黃瓜種子萌發(fā)耐受范圍之內(nèi)，能夠啟動種子體內(nèi)一系列保護(hù)機(jī)制，減少種子吸脹過程中膜系統(tǒng)的損傷，有利于膜系統(tǒng)的修復(fù)，從而提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)幼胚的生長；當(dāng)滲透勢繼續(xù)增大，超過黃瓜種子的耐受范圍時，種子萌發(fā)受阻。這一結(jié)果與劉杰等（2002）研究認(rèn)為一定濃度的PEG可以提高多種牧草種子的發(fā)芽率的結(jié)果一致。另外，通過比較3個黃瓜品種種子萌發(fā)胚根長、下胚軸長、幼胚一級側(cè)根數(shù)、胚根干質(zhì)量的差異，表明3個黃瓜品種的抗旱性存在差異，其中中農(nóng)16號的抗旱性強(qiáng)于津園6號和蔬春寶優(yōu)26號，說明通過PEG模擬干旱脅迫法可以測定和比較不同種子的耐旱能力（郭彥軍 等，2003）。但已有結(jié)果表明PEG脅迫會延緩種子的萌發(fā)（朱教君 等，2005），這可能是由于種子類型不同所致，有待進(jìn)一步的研究。

電解質(zhì)外滲率表示植物細(xì)胞膜的相對透性，細(xì)胞電解質(zhì)外滲率的大小可以反映水分脅迫對植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞程度。本試驗結(jié)果表明隨著滲透勢的增加，胚根和下胚軸的電解質(zhì)外滲率逐漸下降，這表明PEG滲透處理降低了種子細(xì)胞膜透性，增強(qiáng)了種子對逆境的適應(yīng)能力（崔秀敏等，2000）。但有研究表明，隨著PEG濃度的升高細(xì)胞電解質(zhì)外滲率呈上升趨勢（賈根良 等，2008），這可能是研究材料和滲透勢強(qiáng)度和處理時間不同所致。在相同滲透勢條件下，比較 3個黃瓜品種胚根和下胚軸的電解質(zhì)外滲率，中農(nóng)16號，津園6號、蔬春寶優(yōu)26號的電解質(zhì)外滲率依次增大，說明在干旱脅迫時，滲透勢對不同黃瓜品種種子的胚根和下胚軸細(xì)胞膜的破壞不同，使細(xì)胞電解質(zhì)外滲存在差異。這對于評價黃瓜的抗旱性及抗旱黃瓜品種的選育具有一定的理論和實踐意義。

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