干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

劉自剛，沈 冰 ，張 雁,3

(1 西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048；2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，甘肅省干旱生境作物學(xué)質(zhì)量點(diǎn)試驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新質(zhì)量點(diǎn)試驗(yàn)室,甘肅 蘭州730070；3 商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000)

干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

劉自剛1,2，沈 冰1，張 雁1,3

(1 西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048；2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，甘肅省干旱生境作物學(xué)質(zhì)量點(diǎn)試驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新質(zhì)量點(diǎn)試驗(yàn)室,甘肅 蘭州730070；3 商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000)

【目的】 闡明桔梗種子萌發(fā)及幼苗生長對干旱脅迫的形態(tài)與生理響應(yīng)機(jī)制?！痉椒ā?以桔梗種子為材料，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，10%，15%，20%，25%的聚乙二醇(PEG-6000)模擬不同程度的干旱脅迫，以蒸餾水處理為對照，測定干旱脅迫下桔梗種子的發(fā)芽特征及幼苗葉片的抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和丙二醛含量等指標(biāo)，探討干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長的影響?！窘Y(jié)果】 (1)干旱脅迫下桔梗種子初始萌發(fā)時(shí)間延后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚芽長、胚根長、胚根長/胚芽長和苗鮮質(zhì)量等指標(biāo)均較對照明顯降低，且隨干旱脅迫程度的加劇，以上指標(biāo)均呈顯著下降趨勢；干旱脅迫對桔梗幼苗胚根生長的抑制作用較其對胚芽的影響更為明顯。(2)隨著干旱脅迫程度的增大，桔梗幼苗葉色逐漸變?yōu)榘稻G色，葉片卷曲，氣孔關(guān)閉。(3)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% PEG-6000處理桔梗幼苗的脯氨酸含量略高于對照，其余各處理的游離脯氨酸含量均低于對照；低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≤5%)PEG-6000處理桔梗幼苗的可溶性糖含量略低于對照，但高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥10%)PEG-6000處理的可溶性糖含量均顯著高于對照。(4) 與對照相比,不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理后桔梗幼苗葉片的SOD活性均顯著升高，而POD活性均顯著下降；質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%PEG-6000處理桔梗幼苗葉片的CAT活性較對照略有升高，但差異并不顯著，而高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥10%)PEG-6000處理葉片的CAT活性較對照顯著降低；PEG-6000處理幼苗葉片的MDA含量均顯著高于對照?！窘Y(jié)論】 干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)和幼根、幼芽生長均有明顯的抑制作用，但對幼根生長的抑制作用更加明顯，輕度干旱脅迫即能顯著抑制幼根生長可能是造成桔梗種子田間出苗率低的主要原因之一。

桔梗；種子萌發(fā)；幼苗生長；干旱脅迫；生理特性

全球氣候變化與局部干旱化導(dǎo)致越來越多的地區(qū)受到嚴(yán)重的干旱脅迫影響[1]，水分短缺成為這些地區(qū)作物生產(chǎn)與植被恢復(fù)的關(guān)鍵制約因素[2-3]。大多數(shù)植物在干旱脅迫下氣孔關(guān)閉，葉片水勢下降，形態(tài)特征及生物量分配格局也發(fā)生變化[4-5]，使植物機(jī)體受到脅迫傷害甚至死亡。植物在長期演化過程中，形成了一套通過調(diào)節(jié)體內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)以適應(yīng)干旱脅迫生境的防御機(jī)制[6-7]。

桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.) A.DC)屬桔?？啤⒔酃俣嗄晟p子葉草本植物，是一種藥用、食用、觀賞兼用型植物[8]。種子萌發(fā)和幼苗生長階段是一個(gè)植物種群能夠在特定環(huán)境下定植的關(guān)鍵時(shí)期。桔梗種子較為細(xì)小，千粒質(zhì)量平均約為1.21 g[9]，桔梗土壤種子庫通常分布在2 cm左右的土壤表層。由于春季多風(fēng)，溫度回升快，降雨也逐漸增多，很容易導(dǎo)致表層土壤的桔梗種子處于干濕交替的環(huán)境之中，使其在種子萌發(fā)階段遭受干旱脅迫的干擾，進(jìn)而影響其種群更新過程和群體規(guī)模維系。桔梗人工栽培中常由于干旱造成生產(chǎn)田缺苗斷壟，是產(chǎn)量形成的主要限制因素之一[10-13]，但目前就桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力及適應(yīng)機(jī)制的研究尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以聚乙二醇(PEG-6000)作為水分脅迫劑模擬不同程度的干旱脅迫，分析干旱脅迫下桔梗種子的萌發(fā)特性以及幼苗生長、形態(tài)特征、生物量分配、體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)能力、抗氧化能力、傷害程度等的變化特征，以期為了解桔梗幼苗對干旱生境的適應(yīng)機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試桔梗種子于2008-10采自陜西香菊制藥有限公司商洛植物藥園2年生栽培群體，選取深黑色大小基本一致的飽滿種子備用。PEG-6000購自華大生物公司。

1.2 方 法

1.2.1 種子萌發(fā)試驗(yàn) 選取桔梗優(yōu)質(zhì)種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的KMnO4溶液表面消毒，蒸餾水沖干凈，培養(yǎng)皿墊雙層濾紙作為發(fā)芽床，將供試種子分別放入加有等量質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，10%，15%，20%，25%聚乙二醇溶液(PEG-6000) 和蒸餾水(對照)的發(fā)芽床中，每皿100粒，準(zhǔn)確稱質(zhì)量后放入培養(yǎng)箱中于25 ℃下進(jìn)行光培養(yǎng)，每天觀察統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)情況，并根據(jù)實(shí)際情況添加蒸餾水至原始質(zhì)量，每處理重復(fù)5次。將胚根與種子等長視為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，8 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，11 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，發(fā)芽結(jié)束后計(jì)算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

種子發(fā)芽率(%)=n/N×100%；

種子相對發(fā)芽率(%)=(PEG處理組發(fā)芽數(shù)/對照組發(fā)芽數(shù))×100%；

發(fā)芽勢=規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)(GI)×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為胚根平均鮮質(zhì)量。

在種子萌發(fā)試驗(yàn)進(jìn)行12 d后，每重復(fù)各取10株測量其胚根和胚芽長度，計(jì)算平均值。同時(shí)稱取幼苗鮮質(zhì)量，以發(fā)芽率為對照10%、50%時(shí)的PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別作為種子抗旱極限質(zhì)量分?jǐn)?shù)和種子抗旱半致死質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.2 幼苗干旱處理 將石英砂、蛭石和有機(jī)質(zhì)土按質(zhì)量比1∶1∶2混合均勻配成基質(zhì)，稱取等量基質(zhì)分裝于盆缽組成培養(yǎng)床，選取發(fā)育良好的桔梗種子播種于基質(zhì)中，每杯播種20粒種子，添加適量的蒸餾水后稱質(zhì)量，以后每天根據(jù)蒸發(fā)量添加蒸餾水。將播種的盆缽放入人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng) (溫度28 ℃，光照時(shí)間24 h)，待子葉離開土面1 cm后，在28 ℃(晝)/18 ℃(夜)條件下進(jìn)行變溫培養(yǎng)，每天光照12 h，光強(qiáng)500 μmol/(m2·s)。待第1對真葉展開后定苗，每杯選取發(fā)育良好且大小一致的幼苗10株繼續(xù)培養(yǎng)。

幼苗展開3對真葉后進(jìn)行模擬干旱處理，處理前7 d停止?jié)菜?，使土壤含水量下降到田間持水量的40%左右，此時(shí)盆土的實(shí)際質(zhì)量含水量約為16%。分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，10%，15%，20%，25%的PEG-6000溶液，然后將盆缽放在28 ℃下讓土壤水分不斷蒸發(fā)，每天用稱質(zhì)量法補(bǔ)充PEG-6000溶液至原質(zhì)量，2 d后水分蒸發(fā)量達(dá)到盆土質(zhì)量的16%左右，此時(shí)作為干旱處理的起始時(shí)間。干旱處理7 d后觀察幼苗的形態(tài)反應(yīng)和干旱表現(xiàn)，以蒸餾水處理為對照，測定桔梗葉片的各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定[14]，超氧化物歧化酶(Superoxide dismultase，SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測定，過氧化物酶(Peroxidase，POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，過氧化氫酶(Catalase，CAT)活性采用紫外吸收法測定，丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)反應(yīng)法測定[15]。試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。氣孔觀察采用指甲油印膜法[16]，將功能葉片下表皮取下制成臨時(shí)切片，光學(xué)顯微鏡下觀察氣孔特征。

干旱處理期間觀察葉片形態(tài)、氣孔狀態(tài)等變化情況，根據(jù)幼苗形態(tài)特征按4級標(biāo)準(zhǔn)記載和評級，級數(shù)越小，則受干旱脅迫危害越輕。幼苗形態(tài)特征的4級標(biāo)準(zhǔn)為：1級.無受害癥狀，氣孔開放；2級.小部分葉片萎縮，并失去應(yīng)有光澤，有較少的葉片卷曲，氣孔半開放，有少數(shù)氣孔關(guān)閉；3級.大部分葉片萎縮卷曲，多數(shù)氣孔關(guān)閉；4級.葉片卷縮嚴(yán)重，顏色顯著深于該品種正常顏色，下部葉片開始變黃，氣孔全部關(guān)閉。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對桔梗種子發(fā)芽起始時(shí)間的影響

根據(jù)觀察記錄，在萌發(fā)培養(yǎng)6 d時(shí)，對照(5個(gè)重復(fù))種子均開始大量萌發(fā)，萌發(fā)種子數(shù)平均為21.6；培養(yǎng)皿中加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% PEG-6000溶液的種子也開始萌發(fā)，但萌發(fā)種子數(shù)明顯少于對照，其發(fā)芽種子數(shù)平均為15.0；質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% PEG-6000溶液處理僅2個(gè)重復(fù)有種子萌發(fā)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)15% PEG-6000溶液處理培養(yǎng)8 d時(shí)僅1個(gè)重復(fù)有種子萌發(fā)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% PEG-6000溶液處理僅1個(gè)重復(fù)在培養(yǎng)11 d時(shí)才有種子萌發(fā)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)25% PEG-6000溶液處理一直未見種子萌發(fā)。

2.2 干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)的影響

發(fā)芽率反映了種子在適宜條件下的萌發(fā)能力，活力指數(shù)是種子活力水平的綜合體現(xiàn)。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000對桔梗種子萌發(fā)的影響見表1。從表1可以看出，隨著PEG處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大(即干旱脅迫程度的加深)，桔梗種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢。當(dāng)PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到20%時(shí)，發(fā)芽勢和活力指數(shù)分別由對照的26.8%和3.04下降為0；當(dāng)PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至25%時(shí)，所有發(fā)芽指標(biāo)均下降為0，表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% PEG-6000已完全抑制了桔梗種子的萌發(fā)。

從表1還可以看出，PEG-6000試驗(yàn)組種子各萌發(fā)指標(biāo)均低于對照，但不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000對桔梗種子萌發(fā)的影響效應(yīng)不同，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≤5%)PEG-6000試驗(yàn)組種子發(fā)芽勢較對照顯著降低，而其他各萌發(fā)指標(biāo)較對照略有降低，差異均未達(dá)到顯著水平；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥10%)PEG-6000處理的各萌發(fā)指標(biāo)均顯著低于對照。質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%和15% PEG-6000試驗(yàn)組種子發(fā)芽率分別為對照發(fā)芽率的56.5%和14.1%，表明桔梗種子抗旱半致死PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)和抗旱極限PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在10%和15%以上。

表1 干旱脅迫對桔梗種子萌發(fā)的影響Table 1 Effect of drought stress on seed germination of Platycodon grandiflorum

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示各處理間在P<0.05水平差異顯著。下表同。

Note:Different lowercase letters in each column show significant difference among different PEG concentrations atP<0.05.The same below.

2.3 干旱脅迫對桔梗胚根和胚芽生長的影響

干旱脅迫對桔梗幼苗生長的影響情況見表2。從表2可以看出，PEG-6000試驗(yàn)組桔梗幼苗鮮質(zhì)量、胚芽長、胚根長和胚根長/胚芽長均較對照明顯降低，但不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000對桔梗幼苗生長指標(biāo)的影響效果不同，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≤5%)PEG-6000處理幼苗的胚芽長、胚根長/胚芽長和幼苗鮮質(zhì)量3個(gè)指標(biāo)均較對照略有降低，但差異不顯著，而此時(shí)胚根長度已顯著變短，表明輕度干旱脅迫即可顯著抑制桔梗幼苗的胚根生長，幼苗胚根長/胚芽長的下降主要是由胚根長度降低所導(dǎo)致。

由表2可知，隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，桔梗幼苗各生長指標(biāo)均呈下降趨勢；胚芽長、胚根長和胚根長/胚芽長3個(gè)指標(biāo)在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理間均存在顯著差異，而PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大對幼苗鮮質(zhì)量無顯著影響。

表2 干旱脅迫對桔梗幼苗生長的影響Table 2 Effect of drought stress on seedling growth of Platycodon grandiflorum

2.4 干旱脅迫對桔梗幼苗形態(tài)特征的影響

水分虧缺常常引起植物形態(tài)特征的相應(yīng)改變，特別是植物葉片特征的改變更為明顯。干旱脅迫對桔梗幼苗形態(tài)特征的影響見表3。

表3 干旱脅迫對桔梗幼苗形態(tài)特征的影響Table 3 Effect of drought dress on morphological characteristics of Platycodon grandiflorum seedling

由表3可以看出，與對照相比，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≤5%)PEG-6000處理桔梗幼苗葉色亮綠、氣孔開放正常，無明顯受害癥狀；但隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大， 葉片顏色逐漸加深，色澤也逐漸由亮變暗，葉面逐漸變小，卷曲程度逐漸加重，氣孔開度逐漸變小直至完全關(guān)閉。模擬干旱7 d后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% PEG-6000處理幼苗葉片的多數(shù)氣孔呈半開狀態(tài)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)15% PEG-6000處理葉片的氣孔已有部分完全關(guān)閉，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% PEG-6000處理葉片的所有氣孔基本處于完全關(guān)閉狀態(tài)，以減少植物體內(nèi)水分的散失。

2.5 干旱脅迫對桔梗幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

游離脯氨酸和可溶性糖在植物體內(nèi)具有廣泛的生理作用，也是2種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞水勢的變化，表4為桔梗幼苗游離脯氨酸和可溶性糖含量在干旱脅迫下的變化情況。

表4 干旱脅迫對桔梗幼苗滲透調(diào)節(jié)物的影響
Table 4 Effect of drought dress on contents of osmotic regulation substances in Platycodon grandiflorum leaves

PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%PEGconcentration游離脯氨酸/(μg·mL-1)Freeprolineconten可溶性糖/(μg·mL-1)SolublesugarcontentPEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%PEGconcentration游離脯氨酸/(μg·mL-1)Freeprolineconten可溶性糖/(μg·mL-1)Solublesugarcontent0(CK)3.56±0.32a186.9±9.23d153.02±0.17b296.5±9.03a53.40±0.41ab175.9±7.96d203.06±0.22b233.4±7.58c103.97±0.28a274.8±8.54b252.99±0.15b222.3±8.21c

由表4可以看出，隨著PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，桔梗幼苗中的游離脯氨酸和可溶性糖含量均呈“單峰”曲線變化，當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)游離脯氨酸含量達(dá)最大值，為3.97 μg/mL，PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)可溶性糖含量達(dá)到最大值，為296.5 μg/mL，之后隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大其含量開始下降。與對照相比，10% PEG-6000處理幼苗的脯氨酸含量略高于對照，5%處理的脯氨酸含量略低于對照，但差異均不顯著；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥15%)PEG-6000處理幼苗的游離脯氨酸含量均顯著低于對照。質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% PEG-6000處理桔梗幼苗的可溶性糖含量略低于對照，而用質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于10% 的PEG-6000處理后其含量顯著高于對照。

2.6 干旱脅迫對桔梗幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響

干旱脅迫處理后桔梗幼苗葉片SOD、POD和CAT 3種抗氧化酶活性及脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物MDA含量的變化情況見表5。

表5 干旱脅迫對桔梗幼苗抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響Table 5 Effect of drought stress on activities of antioxidant enzymes and content of MDA in Platycodon grandiflorum leaves

從表5可以看出，與對照相比，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理后，桔梗幼苗葉片的SOD活性均顯著升高，而POD活性均顯著下降，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≤5%)PEG-6000處理后葉片CAT活性較對照略有升高，但差異不顯著，較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥10%)PEG-6000處理葉片的CAT活性較對照顯著降低；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(≥10%)PEG-6000處理幼苗葉片的MDA含量均顯著高于對照。

隨干旱脅迫程度的增加，CAT活性呈明顯下降趨勢；SOD、POD活性及MDA含量均呈“單峰”曲線變化，即隨PEG-6000處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，這3個(gè)指標(biāo)均先呈上升趨勢，達(dá)到最大值后又開始下降。

3 討 論

干旱脅迫是植物生長的逆境之一，植物在干旱脅迫條件下，活性氧等自由基的增加引起膜脂過氧化，并可使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及其生理完整性遭到破壞[17-18]，抗氧化酶系統(tǒng)可有效清除活性氧自由基，緩解干旱脅迫對植物造成的傷害?？寡趸富盍Φ淖兓怯绊懼参矬w內(nèi)自由基生成與清除平衡的重要因素，植物對干旱脅迫抗性的形成是幾種抗氧化酶協(xié)同作用的結(jié)果。干旱脅迫下，五爪金龍[19]、飛機(jī)草[20]、棗樹[21]幼苗SOD活性上升，CAT活性下降；空心蓮子草[22]的POD活性在輕、中度干旱脅迫時(shí)上升，在重度脅迫時(shí)下降。桔梗幼苗SOD活性變化與上述研究結(jié)果基本相同，即在干旱脅迫下桔梗幼苗的SOD活性顯著上升；而POD活性顯著下降，CAT活性在輕度脅迫時(shí)上升，中度、重度脅迫時(shí)下降，這與前人研究結(jié)果[19-22]略有不同，其原因可能是不同植物幼苗對干旱脅迫應(yīng)答的生理特征和機(jī)制有所差異。一般認(rèn)為，MDA在植物體內(nèi)的積累是活性氧毒害的表現(xiàn)，其含量是判斷膜脂過氧化程度的一個(gè)重要指標(biāo)[23]。許多研究表明，干旱脅迫下植物體內(nèi)會積累MDA[19-22,24-25]，桔梗幼苗受到干旱脅迫后體內(nèi)同樣也會積累MDA，表明在干旱脅迫下桔梗幼苗總體朝生理劣變方向發(fā)展。

游離脯氨酸和可溶性糖在植物體內(nèi)具有廣泛的生理作用，不僅可為植物的生命活動(dòng)提供能量，為其他物質(zhì)的合成提供中間產(chǎn)物，同時(shí)還是細(xì)胞的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的高低可以影響細(xì)胞水勢，從而控制植物水分的進(jìn)出。焦樹英等[24]、付秋實(shí)等[25]研究認(rèn)為，干旱脅迫下狼尾草、辣椒細(xì)胞內(nèi)游離脯氨酸含量明顯升高，抗旱性能增加。本研究結(jié)果顯示，桔梗幼苗在輕度、中度干旱脅迫下游離脯氨酸含量變化不明顯，在重度干旱脅迫下游離脯氨酸含量較對照顯著降低，而可溶性糖含量顯著升高，以相對提高幼苗對干旱脅迫的適應(yīng)能力。

研究表明，輕度、中度干旱脅迫對一些植物種子的胚根生長影響不明顯[19,26]，而桔梗種子遇到較低程度干旱脅迫時(shí)即表現(xiàn)為發(fā)芽率降低，胚根生長顯著被抑制而伸長緩慢，幼根不能迅速深入深層土壤吸收水分，造成桔梗種子萌發(fā)及幼苗階段對水分虧缺十分敏感，較低程度的干旱脅迫即可導(dǎo)致桔梗幼苗生長困難，為了彌補(bǔ)這種生存缺陷，桔梗種子采取了“避害”的生存策略。桔梗種子千粒質(zhì)量僅為1.21 g左右，能供給萌發(fā)和胚芽、胚根伸長的種子貯藏物質(zhì)十分有限，在正常水分條件下，桔梗種子萌發(fā)結(jié)束后其幼苗根莖比為5.72，遠(yuǎn)高于其他植物[19,24-25,27-28]，這表明當(dāng)表層土壤較為濕潤時(shí)，萌發(fā)后的桔梗種子能迅速調(diào)動(dòng)其貯藏物質(zhì)優(yōu)先供給胚根生長，使胚根在較短的時(shí)間內(nèi)迅速伸長并伸入深層土壤吸取土壤深層水分，從而降低桔梗種子萌發(fā)階段土壤表層干旱脅迫的危害。

4 結(jié) 論

隨著干旱脅迫程度的加深，桔梗種子萌發(fā)起始時(shí)間延遲，幼苗葉色逐漸變?yōu)榛揖G色、葉片發(fā)生卷曲，氣孔逐漸關(guān)閉，受害程度加深，葉片生理狀態(tài)明顯劣變；幼芽和幼根生長均被明顯抑制，但幼根生長對水分虧缺更為敏感，這可能是干旱生境下桔梗種子田間出苗率低的主要原因。

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Effects of drought stress on seed germination and seedling growth ofPlatycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC

LIU Zi-gang1,2，SHEN Bing1，ZHANG Yan1,3

(1InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048,China;2GansuKeyLaboratoryofCropImprovementandGermplasmEnhancement/KeyLaboratoryofAridLandCropScienceinGansuProvince,CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China;3ShangluoUniversity,Shangluo,Shaanxi726000,China)

【Objective】 The research investigated the effects of drought stress on seed germination and seedling growth ofPlatycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC.【Method】 Indexes such as germination ratio,germination vigor,germination index,and vigor index ofPlatycodongrandiflorumseed and free proline content,soluble sugar content,activities of antioxidant enzymes,and mass fraction of MDA in Platycodon leaves were determined and compared by treating the seeds with PEG-6000 at different concentrations of 5%,10%,15%,20%,and 25%.The effects of drought stress on seed germination and seedling growth were also studied.【Result】 With drought stress,initial germination time of seeds was delayed.Germination ratio,germination vigor,germination index and vigor index of seed as well as radicle length,embryonic bud length,root/shoot ratio,and fresh weight of seedling were significantly lower than the control.With the increase of drought stress,these index reduced fatherly.Drought stress could more clearly inhibit the growth of radicle than the growth of embryonic bud.With the increase of drought stress level,thePlatycodongrandiflorumseedling leaves gradually turned into dark green,leaf curled,and stomatal closed.The mass fraction of free proline with 10% PEG-6000 stress was slightly higher than the control while the fractions of other PEG-6000 stress levels were lower than the control.The content of soluble sugar was decreased by low mass fraction PEG-6000(≤5%) stress while it was improved by high mass fraction PEG-6000(>5%)stress.Compared with the control,activity of SOD in seedling leaves was significantly increased with different drought stress degrees,while activity of POD was significantly decreased.Activity of CAT was slightly enhanced by low mass fractions,but it was reduced by high mass fractions (≥10%).Content of MDA was higher than that of the control.【Conclusion】 Drought stress significantly inhibited seed germination and growth of radicle and bud.The inhibition of radical growth by drought stress could be one of the reasons why the germination ratio ofPlatycodongrandiflorumseeds in field was low.

Platycodongrandiflorum;seeds germination;seedling stage;drought stress;physiological characteristics

時(shí)間:2015-09-09 15:41

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.10.022

2014-12-10

陜西教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2013JK0718)

劉自剛(1975-)，男，甘肅天水人，副教授，主要從事植物種質(zhì)資源及育種研究。 E-mail:lzgworking@163.com

S567.23+9；Q945.6

A

1671-9387(2015)10-0162-07

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