PEG－6000模擬干旱脅迫對雪菊種子的影響

王琪琪， 秦 勇， 陳安新

（1．新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院， 烏魯木齊830052；2．新疆生命核力高科股份有限公司， 烏魯木齊830000）

雪菊（Coreopsis tinctoria Nutt．）是一年生草本植物，屬于菊科金雞菊屬的兩色金雞菊，生長在海拔3 000 m左右的昆侖山系，原產(chǎn)北美，目前在新疆和田地區(qū)得到廣泛栽培［1］。雪菊具有清熱解毒、活血化瘀、健脾養(yǎng)胃等功效，花可當茶飲用，對治療燥熱、高血壓、心慌、腸胃不適、食欲不振、痢疾等疾病有一定效果，是維吾爾族常用藥材之一［2］。隨著雪菊醫(yī)療保健作用的逐步發(fā)現(xiàn)，其需求量劇增。為了滿足市場需求，擴大種植面積提高產(chǎn)量，進行規(guī)模化引種栽培是一條必行之路。

新疆位于中國西北邊陲，面積1．66×106km2。阿爾泰山、昆侖山、阿爾金山等山脈組成的包圍結(jié)構(gòu)致使海洋氣流很難到達深居內(nèi)陸的新疆，形成明顯的溫帶大陸性氣候。新疆晝夜溫差較大，降水量少，年平均降水量150 mm左右，氣候比較干燥。新疆大部分地區(qū)屬于干旱半干旱氣候，所以研究干旱脅迫對雪菊生長的影響是必不可少的。

PEG是一種比較好的滲透調(diào)節(jié)劑，已經(jīng)有很多關(guān)于PEG模擬植物干旱逆境來研究植物抗旱機制的成果，尤其是種子滲透調(diào)節(jié)是目前種子生理學(xué)研究的熱點之一［3］，研究結(jié)果表明，PEG模擬植物干旱逆境是可行的［4－6］。國內(nèi)外關(guān)于通過用PEG處理種子來探究其抗旱能力方面的研究有很多［7－9］，據(jù)統(tǒng)計，目前人們共用PEG滲透調(diào)節(jié)處理過70多種植物種子［10］，但對于雪菊種子的干旱脅迫處理還未曾涉及。本試驗旨在通過研究不同干旱逆境對雪菊種子萌發(fā)指標、幼苗生長指標的影響，更好地了解雪菊種子萌發(fā)和幼苗生理特性與干旱脅迫之間的關(guān)系，為今后探究雪菊種子的抗旱機制提供參考。

1 材料與方法

1．1 實驗材料

實驗材料為雪菊種子，于2014年10月采自新疆和田地區(qū)皮山縣克里陽鄉(xiāng)，裝入紙袋常溫保存。

1．2 實驗方法

取成熟、飽滿、無破損的雪菊種子，30粒為1單元，3個單元為1組，種子用1%的次氯酸鈉溶液消毒10 min后用蒸餾水沖洗干凈，放在直徑9 cm、墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，用不同濃度（0%、5%、10%、15%、20%、25%）的PEG－6000處理種子，每個培養(yǎng)皿對應(yīng)的不同濃度PEG－6000處理溶液各加5 m L，用封口膜密封防止水分蒸發(fā)，然后放在人工智能培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng)，溫度25℃，光照12 h／d。每3 d換1次液體，以露白作為種子發(fā)芽標準，每天觀察種子的發(fā)芽數(shù)（霉爛種子記為無活力的種子），觀察種子發(fā)芽生長情況，連續(xù)培養(yǎng)14 d。連續(xù)4 d不萌發(fā)記為實驗結(jié)束。每一重復(fù)中隨機各取10株，以便每天定時記錄測定其胚根和胚芽長度，并計算平均值，以其平均值作為胚根、胚芽長度指標。實驗進行到14 d時稱其鮮重，先用蒸餾水沖洗干凈，經(jīng)吸水紙吸干表面水分后，稱取10株幼苗鮮重。

配制PEG－6000的系列溶液，根據(jù) Miche等［11］的公式配制 PEG－6000溶液（0%、5%、10%、15%、20%、25% ），滲 透 壓 依 次 為0，－0．2 5，－0．5 1，－0．7 7，－1．02，－1．28 MPa；

Ψs＝－（1．18×10－2）C－ （1．18×10－4）C2＋（2．6 7×10－4）CT＋（8．39×10－7）C2T；

式中 Ψs是溶液的滲透勢（bar）；1 bar＝0．1 MPa；C 是PEG－6000溶液的濃度（g／kg H2O）；T 是溶液的溫度（25℃）。

萌發(fā)抗旱指數(shù)參考王贊等［12］的方法計算。公式如下：

萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）＝滲透脅迫下的萌發(fā)指數(shù)／對照萌發(fā)指數(shù)；

萌發(fā)指數(shù)＝（1．00）nd 2＋（0．75）nd 4＋（0．50）nd 6＋（0．25）nd 8；式中nd 2，nd 4，nd 6，nd 8分別為第2、4、6、8天的種子發(fā)芽率，1．00，0．75，0．50，0．25分別為與其對應(yīng)的相關(guān)抗旱系數(shù)。

相關(guān)公式：

發(fā)芽勢（%）＝規(guī)定時間內(nèi)（3 d）正常發(fā)芽的種子／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率（%）＝發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑G t／D t；

活力指數(shù)（VI）＝GI×S；

式中：G t為浸種后t日的發(fā)芽數(shù)；D t為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；S為10株幼苗鮮重（mg）。

1．3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS統(tǒng)計軟件和Excel對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 PEG－6000對雪菊種子萌發(fā)的影響

圖1 不同PEG－6000濃度下雪菊種子的日相對萌發(fā)率

如圖1所示，PEG濃度影響雪菊種子萌發(fā)時間及萌發(fā)高峰峰值的大小。在發(fā)芽實驗第2天，ck和5%PEG－6000處理的雪菊種子開始萌發(fā)，在第3天達到最大日相對萌發(fā)率，分別為66．67%和64．44%，為種子萌發(fā)曲線的高峰期；10%和15%PEG－6000處理的種子在第3天開始萌發(fā)，且在當天也分別達到了43．33%和32．22%的日相對萌發(fā)率；20%PEG－6000處理的種子在第4天開始萌發(fā)，并在當天達到了15．55%的日相對萌發(fā)率。與ck相比，隨著PEG－6000濃度的增加，雪菊種子延遲了露白的時間，同時也降低最大萌發(fā)高峰峰值。實驗觀察到第14天時，25%PEG－6000處理的種子未見萌發(fā)。

表1 不同PEG－6000濃度處理下雪菊種子的萌發(fā)指標

2．2 PEG－6000對雪菊種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是衡量種子發(fā)芽能力的主要指標，而種子的發(fā)芽能力在不同脅迫條件下會發(fā)生變化。如表1所示，雪菊種子的發(fā)芽率隨著PEG－6000濃度的增加呈下降的趨勢，而種子的發(fā)芽勢則是隨著PEG－6000濃度的增加呈先升高后下降的趨勢，5%濃度的PEG－6000處理下達到最大值。分析表明，發(fā)芽率和發(fā)芽勢在不同濃度PEG－6000處理下均存在差異，與ck相比，5%和10%濃度的PEG－6000處理下的雪菊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢差異不顯著（p＜0．05）；而15%和20%濃度的PEG－6000處理雪菊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢顯著或極顯著低于ck。25%濃度的PEG－6000處理雪菊種子完全不萌發(fā)。由此可見，PEG－6000模擬干旱脅迫不僅抑制了雪菊種子萌發(fā)，而且降低了種子的萌發(fā)力，并且PEG－6000濃度越高，其抑制能力越大。

2．3 PEG－6000對雪菊種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別反映了幼苗生長情況和種子活力水平。由表1可知，雪菊種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨著PEG濃度的增加都呈先升高后下降的趨勢，均在5%濃度的PEG－6000處理下達到最大。雪菊種子在不同濃度PEG－6000處理下，其發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)存在顯著或極顯著差異。雪菊種子發(fā)芽指數(shù)在5%與10%濃度PEG－6000處理之間差異不顯著（p＜0．05）；而在15%與20%濃度PEG－6000處理之間差異顯著（p＜0．05）。雪菊種子活力指數(shù)在5%與10%濃度PEG－6000處理之間差異顯著（p＜0．05）；而在15%與20%濃度PEG－6000處理之間差異極顯著（p＜0．01）。在5%濃度處理下的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高，說明5%PEG－6000濃度下雪菊種子的活力能夠有效的提高，輕度的干旱脅迫有利于雪菊種子的萌發(fā)生長，中度及重度的干旱脅迫不利于雪菊種子的萌發(fā)生長。

2．4 PEG－6000對雪菊幼苗生長和抗旱指數(shù)的影響

不同干旱脅迫不僅對種子萌發(fā)有一定的影響，而且對其幼苗生長也有一定的影響。由表2可知，與ck相比，不同濃度的PEG－6000處理對雪菊種子萌發(fā)和幼苗生長影響的變化趨勢基本相似。由圖2可看出，隨著時間的增加，雪菊種子胚根的生長速度由快變慢，隨著PEG－6000濃度的增加，雪菊種子胚根的生長量先升高后降低，在種子萌發(fā)到第6、7天時，5%濃度PEG－6000處理的胚根長度大于ck，之后的生長速度與ck相似。從10%濃度PEG－6000處理開始，雪菊的各項生理指標均與ck呈極顯著差異。隨著PEG－6000濃度的增加，干旱脅迫的加劇，雪菊種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)呈先升高后下降的趨勢，在5%PEG處理條件下，抗旱指數(shù)達到最高，為1．18%，然后呈直線下降的走勢（圖3）。由此可見，高濃度的PEG－6000處理可以延緩雪菊幼苗的生長，且隨著濃度的升高，抑制作用越大；低濃度的PEG－6000處理能促進雪菊幼苗生長。

表2 不同PEG－6000濃度對雪菊幼苗生長的影響

圖2 不同PEG－6000濃度對雪菊胚根生長的影響

2．5 雪菊種子打破逆境后的復(fù)萌發(fā)

25%濃度PEG－6000處理的雪菊種子在觀察到第14天時也未見萌發(fā)。25%濃度處理的種子用蒸餾水沖洗后用ck處理的方法進行復(fù)萌發(fā)試驗。由圖4可看出，脅迫解除后第2天，雪菊種子開始萌發(fā)，且首次達到其最大日相對萌發(fā)率（70%）；脅迫解除后的第4天，雪菊種子的萌發(fā)數(shù)達到最大值，其最終萌發(fā)率為86．67%。由此可以看出，脅迫解除后雪菊種子遇到充足的水分便恢復(fù)了萌發(fā)，且種子萌發(fā)整齊，這是雪菊種子打破干旱條件后的一種適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)，也是雪菊種子生活在高海拔地區(qū)的生存策略之一。

圖3 干旱脅迫下雪菊的萌發(fā)抗旱指數(shù)

圖4 25%濃度PEG－6000處理復(fù)萌發(fā)后雪菊種子日萌發(fā)數(shù)和日相對萌發(fā)率

PEG－6000模擬干旱條件用作種子滲透調(diào)節(jié)處理是當前生理學(xué)研究的一個熱點［3］。本實驗用PEG－6000模擬干旱條件，研究干旱脅迫對雪菊種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，結(jié)果表明，PEG－6000模擬干旱逆境不僅延遲了雪菊種子露白的時間，同時也降低最大萌發(fā)高峰峰值；雪菊種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)曲線均是隨著PEG－6000濃度增加而出現(xiàn)先升高后降低的變化；雪菊種子的胚根長度、胚芽長度、鮮重和抗旱指標也隨著PEG－6000濃度的升高而降低，輕度干旱有利于雪菊種子的萌發(fā)和幼苗的生長；當PEG濃度達25%時，雪菊種子不發(fā)芽，且種子復(fù)萌發(fā)恢復(fù)性較強、整齊度較高，這一現(xiàn)象的生態(tài)學(xué)意義在于雪菊可在干旱地區(qū)生存。這一結(jié)果與李文鶴等［13］對野菊種子和張鳳銀等［14］對宿根天人菊種子的研究結(jié)果“輕度干旱有利于種子的萌發(fā)生長，中度或重度干旱不利于種子的萌發(fā)生長”相似。

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