不同水分脅迫下胡楊種子活力測定分析

趙震錫，蘇斯思

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆教育廳干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實驗室，新疆 烏魯木齊 830052）

不同水分脅迫下胡楊種子活力測定分析

趙震錫1，2，蘇斯思1，2

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆教育廳干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實驗室，新疆 烏魯木齊 830052）

以塔里木河下游采集的成熟胡楊種子為材料，采用室內(nèi)實驗法分別對不同貯藏條件下胡楊種子活力和不同水分脅迫下的胡楊種子發(fā)芽率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，胡楊種子不耐貯藏，4℃密封貯藏能夠有效延長種子壽命；不同濃度的PEG脅迫處理對種子的萌發(fā)均有一定的抑制作用,種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢隨脅迫強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)明顯下降趨勢；26%的PEG脅迫處理時，胡楊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢相對保持在較高水平，可以將其作為評價種子活力狀況的關(guān)鍵濃度。

水分脅迫；胡楊種子；貯藏條件；活力測定

胡楊 （Populus euphratica Oliv.）為楊柳科（Salicaceae）楊屬（Populus）的高大落葉喬木[1]，是楊屬中最古老、最原始的荒漠河岸林樹種，為我國首批確定的388種珍稀瀕危植物中的漸危種[2]。自然分布于北非、中東及我國西北干旱區(qū)的河岸和低濕的鹽漬地，是中國西北荒漠和半荒漠地區(qū)的重要喬木樹種，形態(tài)和生理上有其獨(dú)特的抗干旱脅迫機(jī)制。

目前，僅在我國的荒漠區(qū)保存有大面積林地，集中分布于塔里木盆地[3]。據(jù)20世紀(jì)90年代的調(diào)查結(jié)果，塔里木河干流胡楊林面積為29.8萬hm2[4]。20世紀(jì)70年代以來，由于塔里木河流域高強(qiáng)度的水土資源開發(fā)利用，致使干流水量逐年減少，下游斷流，沿岸地下水位不斷下降[5]，土壤干旱加劇，導(dǎo)致塔里木河沿岸以地下水維持生存的天然胡楊林大面積衰敗。胡楊是構(gòu)成塔里木河流域荒漠河岸生態(tài)系統(tǒng)的主體，在改善生態(tài)環(huán)境、遏制沙漠化、保護(hù)生物多樣性等方面具有重要作用。

種子萌發(fā)和早期生長是植物生活史的重要階段[6]，這一時期植物體較為弱小，抵抗脅迫的能力低，死亡率也較高，因此成為影響植物種群定居和分布最為關(guān)鍵的時期[7～9]。種群的定居與擴(kuò)大往往取決于種子萌發(fā)和幼苗階段植物與主要環(huán)境因子的關(guān)系，進(jìn)而影響植物天然更新狀況和植被恢復(fù)的效果。雖然胡楊具有克隆繁殖的能力，但通過種子進(jìn)行有性繁殖依然是其擴(kuò)大種群和恢復(fù)的重要方式。因此，了解種子壽命及萌發(fā)階段對環(huán)境的適應(yīng)特性具有重要意義。已有的研究表明，胡楊新成熟的種子在15～40℃的萌發(fā)率均在96%以上[10]，但是在惡劣的自然條件下胡楊種子成熟后6～40 d喪失活力[11]。

胡楊的有性繁殖對夏季洪水過后形成的河漫灘具有極強(qiáng)的依賴性[12]。由于洪水的發(fā)生時間和流量的大小具有不確定性，水分脅迫自然成為胡楊幼苗早期成活的決定性限制因子。由此，本文開展了不同貯藏方式和不同水分脅迫下胡楊種子的萌發(fā)特征研究，以期為胡楊林的更新恢復(fù)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

2012年8月下旬，在塔里木河下游英蘇采集成熟的胡楊種子，此時胡楊蒴果果皮由綠變黃，蒴果開裂、吐絮，且種子呈現(xiàn)出明顯的肉紅色。胡楊種子采收后，及時進(jìn)行通風(fēng)、去蒴果果皮、脫粒和貯藏。

1.2 研究方法

1.2.1 胡楊種子在不同貯藏條件下的活力測定

采用兩種貯藏方式：①4℃密封。種子置于封口廣口瓶中，貯藏于冰箱冷藏室內(nèi)，溫度為4℃左右。②室溫未密封。種子置于布袋中，在20～25℃的室內(nèi)貯藏。

分別取不同貯藏方式下凈種子50粒，在培養(yǎng)皿內(nèi)鋪上濾紙，每個處理3個重復(fù)，溫度控制在20～22℃，光照約12 h/d（試驗室內(nèi)、散射自然光）。每天定時記錄發(fā)芽種子數(shù)，當(dāng)連續(xù)4 d不再有種子發(fā)芽時作為發(fā)芽結(jié)束期。種子發(fā)芽計數(shù)以兩片子葉形成，子葉變色，胚根＞2 mm為標(biāo)準(zhǔn)。計算正常種子的發(fā)芽百分率。間隔10 d開展一輪實驗。

調(diào)查該次研究對象的具體接種肺炎疫苗情況，對已接種肺炎疫苗糖尿病患者的臨床資料進(jìn)行分析，以分析其影響因素。

1.2.2 胡楊種子在不同水分脅迫下的活力測定

用聚乙二醇6000（Polyethylene Glycol6000，PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫處理。將PEG-6000配制成濃度分別為0%、10%、20%、22%、24%、26%、28%和30%的溶液模擬干旱處理，將4℃密封貯藏的胡楊種子放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿隨機(jī)選取50粒種子，每個脅迫處理3個重復(fù)，間隔10 d開展一輪實驗，共完成3輪實驗。將不同濃度的PEG-6000溶液加入培養(yǎng)皿中，溫度控制在20～22℃，光照約12 h/d（試驗室內(nèi)、散射自然光）。實驗結(jié)束時，計算最終的發(fā)芽率。種子萌發(fā)以兩片子葉形成，子葉變色，胚根＞2 mm為標(biāo)準(zhǔn)。每天定時記錄發(fā)芽種子數(shù)，當(dāng)連續(xù)4 d不再有種子發(fā)芽時作為發(fā)芽結(jié)束期。

參照 GB/T3547.4-1995農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程進(jìn)行發(fā)芽試驗，計算種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率[13]。計算公式如下：

2 結(jié)果分析

2.1 不同貯藏條件對胡楊種子活力的影響

根據(jù)不同貯藏方式下胡楊種子的發(fā)芽率實驗數(shù)據(jù)，得到圖1。由圖1可知，室溫和冷藏條件下胡楊種子發(fā)芽率隨貯藏時間的延長，總體上均表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，室溫貯藏條件下的種子發(fā)芽率始終低于冷藏條件，而且冷藏條件下胡楊種子發(fā)芽率隨時間延長的下降速度遠(yuǎn)小于室溫貯藏種子。室溫貯藏條件下胡楊種子發(fā)芽率隨時間延長表現(xiàn)為 “緩慢下降—迅速下降—緩慢下降”的過程。其中70～90 d時表現(xiàn)為快速下降，種子發(fā)芽率由76%迅速下降為16%，到120 d時，種子幾乎完全喪失活力。而冷藏條件下，胡楊種子發(fā)芽率隨時間延長也表現(xiàn)為“緩慢下降—迅速下降—緩慢下降”的過程。在0～80 d期間，胡楊種子發(fā)芽率始終保持在90%以上，在80～90 d時段，發(fā)芽率快速下降至56%，直到160 d時，種子活力完全喪失。由此可見，室溫條件下胡楊種子活力最大維持時間為120 d，而冷藏條件下可達(dá)160 d；120 d時，室溫貯藏胡楊種子活力完全喪失，但冷藏條件下胡楊種子發(fā)芽率高達(dá)50%。這充分說明冷藏貯藏有利于保持和延長胡楊種子的活力。

圖1 不同貯藏條件下胡楊種子發(fā)芽率變化

2.2 PEG模擬水分脅迫對胡楊種子發(fā)芽率的影響

不同干旱脅迫下胡楊種子發(fā)芽率變化如圖2所示。從總體上看，隨水分脅迫的加劇，胡楊種子發(fā)芽率呈明顯的逐漸下降趨勢，表明胡楊種子的萌發(fā)對水分因子具有很強(qiáng)的依賴性，水分虧缺將直接影響種子發(fā)芽率的高低。當(dāng)PEG濃度為0%時，胡楊種子發(fā)芽率為91%，而當(dāng)PEG濃度為10%時，胡楊種子的發(fā)芽率反而上升為99%，比對照提高了9%，由此說明低濃度的干旱脅迫可能對胡楊種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用；當(dāng)PEG濃度為20%時，其發(fā)芽率下降了21%，也就是說在這個濃度下，胡楊種子萌發(fā)開始受到明顯的抑制，發(fā)芽率迅速下降；PEG濃度在22%和24%時，胡楊種子發(fā)芽率的下降幅度減小，發(fā)芽率均較對照下降了26%；而當(dāng)PEG濃度為26%和28%時，其發(fā)芽率分別下降了36%和49%；當(dāng)PEG濃度為30%時，發(fā)芽率僅為0.3%，即種子發(fā)芽完全被抑制。由此，可以將胡楊種子水分脅迫的臨界濃度確定為28%，見表1。

圖2 PEG模擬水分脅迫對胡楊種子發(fā)芽率的影響

表1 不同濃度PEG-6000對胡楊種子活力的影響結(jié)果

一般的情況下，發(fā)芽勢高的種子播種后發(fā)芽比較整齊，因此發(fā)芽勢常常被作為反應(yīng)種子品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。

本研究中發(fā)芽試驗以規(guī)定期限的最初1/3期間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)占供試種子數(shù)的百分比來計算胡楊種子的發(fā)芽勢。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得圖3。從圖3可以看出，隨著水分脅迫程度的增強(qiáng)，與發(fā)芽率類似，胡楊種子發(fā)芽勢總體也表現(xiàn)為下降趨勢。豐水條件下，胡楊種子發(fā)芽勢為92%，當(dāng)PEG為10%時，胡楊種子發(fā)芽勢略有回升，達(dá)到97%，此后隨PEG濃度的提高，胡楊種子發(fā)芽勢一直保持了下降的態(tài)勢。但當(dāng)PEG濃度達(dá)到26%，胡楊種子的發(fā)芽勢為36%，而相同脅迫梯度下發(fā)芽率為55%；PEG濃度繼續(xù)下降為28%時，胡楊種子發(fā)芽勢僅為16%，發(fā)芽率為42%。

基于此，如果綜合考慮不同水分脅迫下胡楊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢指標(biāo)，可以取PEG濃度為26%作為評價胡楊種子萌發(fā)耐旱性能的關(guān)鍵濃度，此時，發(fā)芽率（55%）和發(fā)芽勢（36%）相對保持在較高水平。

圖3 PEG模擬水分脅迫對胡楊種子發(fā)芽勢的影響

3 結(jié)論與討論

（1）胡楊種子活力保持時間的長短隨種子貯存方式的不同而表現(xiàn)出明顯的差異性。室溫和冷藏條件下，胡楊種子發(fā)芽率均表現(xiàn)為隨時間延長而呈遞減趨勢，且室溫貯藏條件下的種子發(fā)芽率始終低于冷藏條件，而且冷藏條件下胡楊種子發(fā)芽率隨時間延長的下降速度遠(yuǎn)小于室溫貯藏種子。室溫貯藏下胡楊種子活力能夠保持120 d，明顯小于冷藏貯藏的160 d。

而且，胡楊種子活力隨時間延長表現(xiàn)為下降的過程中，出現(xiàn)活力急劇衰退的時間也表現(xiàn)出顯著差異：室溫下在70 d出現(xiàn)發(fā)芽率變化速率加快，而冷藏條件下具有明顯的延長作用，發(fā)芽率急速下降時間出現(xiàn)在90 d。張琴等對采自阿拉爾市的胡楊種子開展了室溫未密封、室溫密封、4℃密封3種方式貯藏下種子活力變化的研究，表明4℃冷藏密封條件下種子活力與其他兩種方式貯藏存在顯著差異[14]。本研究結(jié)果與其完全一致。

從植物生理角度來看，這主要是因為在冷藏條件下，低溫密封將種子的呼吸代謝控制在生命活動的較低水平，種子活力得到了較好的保持，從而延長了種子壽命。

（2）胡楊種子的萌發(fā)對水分因子具有很強(qiáng)的依賴性，水分虧缺將直接影響種子的發(fā)芽率的高低。不同濃度的PEG脅迫處理對胡楊種子的萌發(fā)均有一定的延緩作用，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢對水分脅迫的反應(yīng)具有一致性，均是隨脅迫梯度的增強(qiáng)呈現(xiàn)明顯下降趨勢。此外，本研究結(jié)果還表明，在綜合考慮發(fā)芽率和發(fā)芽勢指標(biāo)來評價種子萌發(fā)過程中的抗旱性能時，由于PEG濃度為26%時，胡楊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢相對保持在較高水平，因此可以將PEG濃度為26%作為關(guān)鍵濃度。

此外，本研究中低濃度PEG脅迫下對胡楊種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢有一定的促進(jìn)作用，產(chǎn)生這一效果的原因尚需進(jìn)一步開展相關(guān)研究加以證實和探究原因。

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圖3 整杯光譜pca圖芽率

3 結(jié)論

采用近紅外光譜儀可用于對玉米純度及芽率的分析，但有必要擴(kuò)大樣本集的范圍。

（收稿日期：2016-04-18）

1005-2690（2016）06-0119-03

：S792.11

：A

2016-04-23）