PEG 模擬干旱脅迫對筇竹種子萌發(fā)的影響

顧　寶　董文淵　張　營　王林昊　唐海龍　王逸之

（1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南昆明650224；2.西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院，云南昆明650224；3.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

PEG 模擬干旱脅迫對筇竹種子萌發(fā)的影響

顧寶1董文淵2張營1王林昊3唐海龍1王逸之2

（1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南昆明650224；2.西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院，云南昆明650224；3.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

采用不同濃度的PEG-6000溶液，模擬干旱條件，對筇竹進(jìn)行滲透脅迫處理。結(jié)果表明：隨著水分脅迫增強(qiáng)，筇竹種子的日相對萌發(fā)率、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈下降趨勢；低濃度（5%、10%）脅迫可以促進(jìn)筇竹種子胚根生長，而高濃度（≥15%）則具有抑制作用；與對照相比，隨著PEG濃度的增加，筇竹種子初始萌發(fā)時(shí)間延遲明顯，而在PEG濃度達(dá)30%時(shí)筇竹種子未見萌發(fā)；將在PEG濃度為30%條件下未萌發(fā)的種子用蒸餾水沖洗干凈后，在通常發(fā)芽條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)萌。

筇竹；種子；PEG脅迫；萌發(fā)

筇竹（Qiongzhuea tumidinoda）屬于中小型混生竹種，是我國重點(diǎn)保護(hù)的珍稀瀕危竹種［1］，主要分布區(qū)為云南省昭通市大關(guān)縣、永善縣等8個(gè)縣（區(qū)）及四川省部分縣區(qū)的中山濕性常綠闊葉林區(qū)，在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、觀賞及筍用等方面有很高的價(jià)值。筇竹的種子為堅(jiān)果狀穎果，其種皮為厚質(zhì)，形狀為倒卵狀，長度1.0～1.5 cm，直徑為0.7～1.2 cm，表面無被毛［2］。

種子是植物個(gè)體發(fā)育過程中一個(gè)重要階段，作為植物生活史上的特殊階段，是植物體一種適應(yīng)惡劣環(huán)境的策略［3］。在特殊生境下的植物體適應(yīng)當(dāng)?shù)靥厥獾纳硹l件的能力較強(qiáng)，其種子萌發(fā)行為在物種的保存、持續(xù)和物種結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［4］。目前，國內(nèi)外對筇竹研究主要集中在無性系繁殖和栽培技術(shù)、開花結(jié)實(shí)特性等方面，有關(guān)模擬干旱對筇竹種子萌發(fā)的影響方面的研究較少。以PEG-6000模擬自然狀態(tài)下的干旱條件，通過不同濃度的PEG影響溶液的滲透壓，從而影響進(jìn)入種子內(nèi)部水分含量，以此來影響種子的萌發(fā)，繼而鑒定植物在萌發(fā)期抗旱能力的強(qiáng)弱，用PEG-6000模擬干旱因其結(jié)果可靠和過程可操作性而得到廣泛的應(yīng)用［5］。本試驗(yàn)分析了不同濃度的PEG-6000溶液模擬不同干旱脅迫程度對筇竹種子萌發(fā)的影響，包括萌發(fā)進(jìn)程和萌發(fā)率等，以此來探究筇竹種子在萌發(fā)過程中對PEG脅迫的響應(yīng)，為加強(qiáng)對筇竹的生態(tài)適應(yīng)性的了解提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

種子在2015年4月采集于云南省昭通市大關(guān)縣，在低溫環(huán)境（4℃）中保存。

1.2種子脅迫試驗(yàn)

2015年5月14日開始進(jìn)行該模擬試驗(yàn)，挑選大小相似、成熟飽滿的筇竹種子，浸入0.15%福爾馬林 （甲醛溶液）中進(jìn)行滅菌處理30 min，然后用蒸餾水沖洗4次，置于培養(yǎng)皿中。先在經(jīng)高溫滅菌的培養(yǎng)皿（直徑15 cm）中鋪2層無菌濾紙，然后將種子隨機(jī)且間隔相同地置于濾紙上，每個(gè)培養(yǎng)皿中放30粒種子，根據(jù)文獻(xiàn)［6］設(shè)置PEG濃度，每皿分別移入15 mL蒸餾水配制的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、25%、30%的PEG-6000溶液，對應(yīng)的滲透勢分別約為-0.58、-1.66、-3.25、-5.34、-7.94、-11.05 MPa，每個(gè)處理3次重復(fù)，用蒸餾水作對照，蓋上玻璃蓋，以防溶液蒸發(fā)，放入智能型人工氣候箱 （光照時(shí)間為12 h/d，光照強(qiáng)度為2 000 1x，濕度為50%，溫度為25℃）培養(yǎng)。為了使各處理的濃度保持不變，應(yīng)每天用稱重法測定蒸發(fā)的蒸餾水的量然后加入與蒸發(fā)量等量的蒸餾水。

1.3生長指標(biāo)測定及分析方法

初見萌發(fā)之日起每日于14：30定時(shí)觀察種子萌發(fā)情況統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)（以胚軸的長度達(dá)到真種子的長度的1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)）等指標(biāo)，按下面的公式計(jì)算相關(guān)指標(biāo)：式中，m為萌發(fā)的種子數(shù)；M為試驗(yàn)的種子數(shù)。式中，Gd為時(shí)間d日的發(fā)芽數(shù)；Dd為對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。式中，D為供試種子總數(shù)；NM為發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最大峰值時(shí)的發(fā)芽數(shù)。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 13.0單因素方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同PEG濃度處理下筇竹種子的萌發(fā)進(jìn)程

筇竹的種子的萌發(fā)高峰、到達(dá)高鋒的時(shí)間及峰值大小均會受到PEG濃度的影響見圖1。

圖1　隨著PEG濃度的增加筇竹種子的日相對發(fā)芽率的變化特征Fig.1　Variation characteristics of dai1y re1ative germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

從圖1可見，CK和5%PEG濃度處理的筇竹種子的萌發(fā)均于第3天開始，且CK在第7天達(dá)到最高日相對萌發(fā)率15.56%；5%PEG濃度處理的筇竹種子在第5天達(dá)到最高日，相對萌發(fā)率17.78%；10%PEG濃度處理的筇竹種子在第5天開始首次萌發(fā)且在第7天達(dá)到最高日，相對萌發(fā)率11.11%；15%PEG濃度處理的筇竹種子在第7天開始首次萌發(fā)且在第9天達(dá)到最高日，相對萌發(fā)率7.78%；20%PEG和25%PEG濃度處理種子首次萌發(fā)時(shí)間均為第9天，且均于第11天達(dá)到4.45%的最高日萌發(fā)率。由此可知，筇竹種子首次萌發(fā)時(shí)間隨著PEG濃度的增加而有所延長，這說明PEG模擬的干旱脅迫在推遲種子首次萌發(fā)時(shí)間的同時(shí)也降低了最高日相對萌發(fā)率，使萌發(fā)高峰期推遲。觀察到第15天時(shí)，30%PEG濃度處理的筇竹種子仍未見萌發(fā)。

2.2PEG脅迫處理下筇竹種子的萌發(fā)率

PEG脅迫處理下筇竹種子的萌發(fā)率變化曲線見圖2，筇竹種子總萌發(fā)率的回歸曲線見圖3。

圖2　隨著PEG濃度的增加筇竹種子發(fā)芽率變化特征Fig.2　Variation characteristics of germination Percentage of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

圖3　隨著PEG濃度的增加筇竹種子總萌發(fā)率的變化特征Fig.3　Variation characteristics of tota1 germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

2種曲線綜合顯示，筇竹種子的萌發(fā)力較強(qiáng)，在CK、PEG濃度為5%處理種子發(fā)芽率升高較快，10 d后基本保持不變，其余處理在11 d后基本保持緩慢上升或不變趨勢。而且，發(fā)芽進(jìn)程結(jié)束（15 d）后，隨著PEG脅迫程度的增強(qiáng)筇竹種子的萌發(fā)率的變化呈拋物線式，萌發(fā)率達(dá)到最大值是在CK和PEG濃度為5%的情況下，在PEG濃度為10%、15%、20%和25%4種處理下筇竹種子的萌發(fā)率均有所下降，且在PEG濃度為25%處理下筇竹種子的萌發(fā)率下降到最低，且與對照相比差異極顯著。PEG濃度為30%處理下筇竹種子未見萌發(fā)。由此可見，對筇竹種子的萌發(fā)影響隨著PEG濃度的提高而增強(qiáng)，且在高濃度 （30%）情況下抑制種子萌發(fā)。

2.3不同濃度PEG處理下筇竹種子的發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽勢

相對于單純的發(fā)芽率來說，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢能更全面地反映在實(shí)際條件下種子的萌發(fā)速度、整齊度、萌發(fā)能力和萌發(fā)的數(shù)目。筇竹種子的萌發(fā)明顯受到不同PEG濃度的影響，隨著PEG濃度的上升抑制作用在增加見圖4和表1。

圖4　筇竹種子發(fā)芽勢在PEG脅迫下的變化特征Fig.4　Variation characteristics of germinating energy of Qiongzhuea tumidinoda seeds under PEG stress

表1　不同濃度PEG脅迫下筇竹種子發(fā)芽指數(shù)Tab1e 1　Germination index of Qiongzhuea tumidinoda seeds under PEG stress with different concentrations

注：同列不同字母表示各指標(biāo)差異顯著（P＜0.05）。

在CK與PEG濃度為5%的2個(gè)處理下，筇竹種子的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，但與其他處理相比較，差異極顯著 （P＜0.01）?？梢姡S著干旱脅迫的加劇，筇竹種子發(fā)芽指數(shù)明顯降低。

2.4筇竹種子在30%PEG浸種處理后的復(fù)萌

當(dāng)PEG濃度為30%處理時(shí)，觀察到第15天時(shí)筇竹種子不萌發(fā)。用ddH2O將該處理的筇竹種子沖洗干凈后，用ddH2O在相同的培養(yǎng)條件下進(jìn)行復(fù)萌試驗(yàn)。結(jié)果表明 （圖5和圖6），脅迫解除后第3天，筇竹種子開始萌發(fā)，且于第7天達(dá)到16.67%的最高日相對萌發(fā)率，最終萌發(fā)率為70.01%。干旱脅迫消除后給予適當(dāng)水分筇竹種子依然可以萌發(fā)，反映的是筇竹生存策略之一。

圖5　筇竹種子在30%PEG處理后復(fù)萌的日相對萌發(fā)率Fig.5　Dai1y re1ative germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds re1aPse after 30%PEG treatment

圖6　筇竹種子在30%PEG處理后復(fù)萌的萌發(fā)率變化特征Fig.6　Variation characteristics of germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds re1aPse after 30%PEG treatment

3　結(jié)論與討論

利用不同PEG濃度模擬不同程度的干旱脅迫進(jìn)而對植物的耐旱進(jìn)行研究，選取種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及日相對萌發(fā)率作為耐旱指標(biāo)，這是一種可信度高且易實(shí)施的方法［7-9］。研究表明，低濃度的PEG處理對植物種子的萌發(fā)有“引發(fā)”作用，可以提高種子發(fā)芽率［10-11］，這可能是輕度水分虧缺下，植物的補(bǔ)償與超補(bǔ)償效應(yīng)的表現(xiàn)［12-13］；但也有研究表明，PEG處理的 “引發(fā)”作用僅提高種子早期發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，而對最終的發(fā)芽率無顯著影響［14］。高濃度的PEG脅迫處理，其影響效果和時(shí)間長短有極大關(guān)系，脅迫時(shí)間的延長會加劇種子發(fā)芽率的下降［9］。

在PEG濃度為5%的脅迫處理下筇竹種子的發(fā)芽率與對照間差異不太顯著，但是到達(dá)最高日相對萌發(fā)率的時(shí)間提前，這說明低濃度PEG（5%）處理對筇竹種子有一定的“引發(fā)”作用。但是PEG濃度的增加時(shí)，筇竹種子的發(fā)芽率則隨之迅速下降，這說明在高濃度PEG脅迫下筇竹種子的萌發(fā)受到顯著的抑制作用，同時(shí)也說明筇竹種子可以通過啟動體內(nèi)保護(hù)機(jī)制來減少了膜系統(tǒng)的損傷，從而維持一定發(fā)芽率。

隨PEG脅迫濃度的增加筇竹種子的發(fā)芽指數(shù)則逐漸下降，這說明筇竹種子的萌發(fā)時(shí)間在PEG脅迫處理下會有所延長。發(fā)芽勢是指在發(fā)芽過程中日發(fā)芽種子數(shù)到達(dá)最高峰時(shí)，發(fā)芽種子數(shù)占供測樣品種子數(shù)的百分比，是鑒別種子質(zhì)量和發(fā)芽整齊度的重要指標(biāo)。隨著PEG濃度的不斷增加，筇竹的發(fā)芽勢隨之下降。

抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，因此在鑒定植物抗旱性時(shí)要從多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，如形態(tài)、生理、生化等，同時(shí)也要監(jiān)控和評價(jià)其種子的其他時(shí)期，這樣得出的鑒定結(jié)果會更加客觀、準(zhǔn)確。在自然條件下筇竹主要集中在溫涼濕潤的中山濕性常綠闊葉林下，就其生物學(xué)生態(tài)學(xué)特性方面而言，該研究結(jié)果進(jìn)一步說明了筇竹喜土壤濕潤、空氣相對濕度較大的生態(tài)環(huán)境的基本特性，同時(shí)也說明在天然更新或人工促進(jìn)天然更新時(shí)，適當(dāng)降低土壤的水分含量，會促進(jìn)種子的提前萌發(fā)。因此，實(shí)現(xiàn)筇竹林健康發(fā)展的關(guān)鍵是保持環(huán)境水分資源的有效性。

［1］董文淵，黃寶龍，謝澤軒，等.筇竹種子特性及實(shí)生苗生長發(fā)育規(guī)律的研究 ［J］.竹子研究匯刊，2002，21（1）：57-60.

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（責(zé)任編輯張坤）

Effects of Drought Stress Simu1ated by PEG on Seed Germination of Qiongzhuea tumidinoda

Gu Bao1，Dong Wenyuan2，Zhang Ying1，Wang Linhao3，Tang Hai1ong1，Wang Yizhi2

（1.Co11ege of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；2.Yunnan Academy of Biodiversity，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；3.Co11ege of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China）

Different concentrations of PEG-6000 so1ution were used to simu1ated drought conditions for the osmotic stress treatment of Qiongzhuea tumidinoda.The resu1ts showed that：with water stress increased，Qiongzhuea tumidinoda dai1y re1ative germination rate of seeds，germination Percentage，germinating energy，germination index，vigor index showed a downward trend；1ow concentrations（5%，10%）stress can Promote radic1e growth of Qiongzhuea tumidinoda seed，whi1e high concentrations（≥15%）were inhibited.ComPared with the contro1 grouP，the initia1 germination time of Qiongzhuea tumidinoda seed de1ayed significant1y with the increase of PEG concentration.When the PEG concentration was 30%，the seeds of Qiongzhuea tumidinoda did not germinate.After rinsed with disti11ed water，the seeds which did not germinate under the condition of 30%PEG concentration recovered their germination abi1ity under genera1 conditions.

Qiongzhuea tumidinoda，seed，PEG stress，germination

S722.3

A

2095-1914（2016）04-0048-05

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.008

2015-12-28

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201204013）資助。
第1作者：顧寶（1990—），女，碩士生。研究方向：竹類研究。Emai1：gubaoscience@163.com。

董文淵（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：竹類無性系種群生態(tài)、竹林培育、生態(tài)經(jīng)濟(jì)。Emai1：wydong6839@sina.com。