水分脅迫下繁花杜鵑種子的萌發(fā)特性

摘要：利用PEG-6000溶液模擬水分脅迫（水勢梯度為-0.2～-1.0 MPa），研究繁花杜鵑種子萌發(fā)過程中對水分的需求特征。結(jié)果表明，在水分脅迫下，繁花杜鵑種子的發(fā)芽時間推遲，萌發(fā)周期延長，萌發(fā)指數(shù)Gi、活力指數(shù)Vi隨著水勢的降低而遞減，幼苗生物量降低，胚根增長，胚芽變短，根芽比（R/P）增大；繁花杜鵑種子在萌發(fā)期對水分的依賴性較強，以出苗階段對干旱敏感性最大，對水分要求最高，即水勢不能低于-0.6 MPa。本研究為杜鵑花的繁育、種子萌發(fā)調(diào)控機制的闡述提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水分脅迫；種子萌發(fā)；繁花杜鵑；種苗繁育

中圖分類號：S685.21 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）19-4974-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.019

Abstracts： Requirements of water in the process of Rhododendron floribundum seed germination was studied under different water stresses（water potential gradient：-0.2～-1.0 MPa） simulated by PEG-6000. Under water stresses，germination time was delayed and germination period was prolonged. At the same time， values of germination index （GI） and vigor index （VI） reduced. Biomass of seedlings was also decreased. Meanwhile， the radicle and plumule ratio （R/P） was increased with the enhancement of water stress. Rhododendron seeds have a strong dependence on water during the whole germination period，especially seedling stage. The lowest water requirements of R. floribundum seed germination was estimated to be -0.6 MPa. This research will provide theoretical basis for further seedling breeding and regulation mechanism of R. floribundum and other Rhododendron species seed germination.

Key words： water stress； seed germination； Rhododendron floribundum； seedling breeding

杜鵑花系杜鵑花科（Ericaceae）杜鵑花屬（Rhododendron）常綠或者落葉灌木植物，為北溫帶植物區(qū)系的重要類群和世界著名的高山花卉[1]。杜鵑花屬植物適應(yīng)性強、栽培繁殖容易、病蟲害少，在亞洲（尤其是中國）、歐洲、北美洲廣泛分布[2]。杜鵑花兼有美學(xué)觀賞、生態(tài)保護、藥用價值，在世界園藝界占據(jù)重要的地位。杜鵑花僅部分生長在低山丘陵區(qū)，大部分生長在海拔幾千米的高山上，因此杜鵑花對環(huán)境條件要求比較獨特。

種子萌發(fā)是種子植物對外界環(huán)境壓力反應(yīng)最為敏感的關(guān)鍵階段，不僅影響幼苗的存活、個體適合度和植物生活史的表達，而且還影響種群的自然更新。種子的萌發(fā)特性反映了物種適應(yīng)環(huán)境的能力，干旱脅迫是影響植物生長的重要非生物限制因子。目前對杜鵑花耐旱性的系統(tǒng)研究較少，因此對杜鵑花種子萌發(fā)過程中對水分的依賴程度的研究就顯得尤為重要。

聚乙二醇常被用作植物水分脅迫模擬試劑，廣泛用于植物抗旱能力的研究[3-6]。本試驗采用聚乙二醇模擬水分脅迫，探討杜鵑花種子萌發(fā)過程中的需水特性，為深入研究杜鵑花抗旱機理、種質(zhì)資源的保存、優(yōu)質(zhì)種苗繁育等提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

杜鵑花種子于2014年10月采自湖北龜峰山南坡，自然風(fēng)干保存。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子百粒重及長寬比的測量 取大小均勻、飽滿、無病蟲害的種子300粒，分為Rhw-1、Rhw-2、 Rhw-3共3組，測其百粒重。隨機取50粒種子測量種子的長和寬，并計算長寬比。

1.2.2 種子活力的測定 種子在20 ℃水浴中吸脹24 h，隨機取30粒種子從胚的位置切開，于0.15%TTC溶液中溫育2 h，計算活種子的百分率。

1.2.3 種子不同水分脅迫處理 取大小均勻、飽滿、無病蟲害的吸脹杜鵑花種子，用75%乙醇溶液消毒2 min，無菌水沖洗干凈，擺放在雙層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）內(nèi)。以PEG-6000溶液模擬水分脅迫：PEG-6000含量為10%、15%、20%、25%、30%，相應(yīng)的溶液水勢分別為-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1.0 MPa，同時以蒸餾水處理（水勢為0 MPa）作為對照，每個處理重復(fù)3次，每個皿內(nèi)100粒種子。試驗組和對照組的種子先在24 ℃恒溫培養(yǎng)箱中黑暗萌發(fā)，待種子萌動后轉(zhuǎn)移至12 h光照/12 h黑暗、晝夜溫度為23/18 ℃的條件下繼續(xù)培養(yǎng)。每2 d更換一次培養(yǎng)濾紙，以減少培養(yǎng)皿內(nèi)的水勢變動。

1.2.4 各項指標的測定 統(tǒng)計每個處理組內(nèi)種子萌動、萌發(fā)及出苗的種子個數(shù)，測量胚芽（包括胚軸）和胚根的長度，計算萌發(fā)指數(shù)（Germination index，Gi）、萌發(fā)率（Germination percentage，Gp）、根芽比（Radicle/plumuleratio，R/P）、活力指數(shù)（Vigor index，Vi）[7]。根據(jù)觀測結(jié)果，統(tǒng)計各階段的需水閾值[7，8]。試驗結(jié)束后隨機選取各處理發(fā)育完全的幼苗測量植株的鮮重。

萌發(fā)指數(shù)Gi=Σ（Gt/Dt），Gt為試驗天數(shù)內(nèi)萌發(fā)的種子數(shù)，Dt為相對萌發(fā)天數(shù)；

萌發(fā)率Gp=統(tǒng)計時間內(nèi)萌發(fā)的種子個數(shù)/試驗所用的種子總數(shù)；

根芽比R/P=胚根長度/胚芽長度；

活力指數(shù)Vi=Gi×Sx，Sx為幼苗平均質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子百粒重及長寬比

被TCC溶液染成紅色的杜鵑花種子占待測種子總數(shù)的91.6%。測量結(jié)果，杜鵑花種子百粒重為0.2506±0.022 7 g；種子的長度為2.1～2.7 mm，平均值為2.2±0.278 mm；種子寬度為1.6～1.8 mm，平均值為1.7±0.067 mm；種子長寬比為1.28～1.34，平均值為1.31±0.021。杜鵑花種子卵狀或橢圓狀，小且輕，與其風(fēng)媒傳播的特征一致。

2.2 水分脅迫對杜鵑花種子萌發(fā)的影響

隨著水勢的降低，杜鵑花種子發(fā)芽逐漸推遲。對照組種子經(jīng)2 d即可萌發(fā)。而水分脅迫處理組種子萌發(fā)則相應(yīng)延后：-0.2 MPa和-0.4 MPa水勢條件下的種子均為3 d后開始萌發(fā)；-0.6 MPa和-0.8 MPa種子初始萌發(fā)時間分別為5 d和7 d；-1.0 MPa種子到試驗終止都沒有萌發(fā)。

50%的種子萌發(fā)所需要的時間隨著水勢的降低而延長：對照組（0 MPa）和-0.2 MPa水勢條件下需要9 d；-0.4 MPa種子需要11 d；-0.6 MPa和-0.8 MPa種子最高萌發(fā)率分別是35.67%和6.67%。表明水分脅迫程度低時（大于-0.2 MPa），杜鵑花種子萌發(fā)幾乎不受影響。水分脅迫程度增加時（大于-0.2 MPa），種子萌發(fā)有延遲的趨勢。

2.3 水分脅迫對杜鵑花種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)的影響

杜鵑花種子從第2天初始萌發(fā)開始，至第16天種子萌發(fā)結(jié)束，萌發(fā)時期共15 d。從16 d至第20天連續(xù)5 d沒有種子萌發(fā)，即為萌發(fā)終止期。此時對照組種子的萌發(fā)率為56.67%。而在-0.2 MPa和-0.4 MPa水勢壓力環(huán)境下杜鵑花種子萌發(fā)率與對照相當，分別為56.00%和54.44%；水勢下降到-0.6 MPa時，種子萌發(fā)率僅為35.67%；在-0.8 MPa時種子的萌發(fā)率急劇下降到6.67%（圖1）。

對照組的杜鵑花種子萌發(fā)指數(shù)Gi為57.14，而在-0.2、-0.4、-0.6、-0.8 MPa水勢條件下種子的萌發(fā)指數(shù)分別為52.88、52.25、31.16、3.76，即隨著水分脅迫強度的增加，杜鵑花種子萌發(fā)指數(shù)也逐漸降低。水分脅迫程度較低時，萌發(fā)指數(shù)變化不大；水分脅迫增強時，萌發(fā)指數(shù)與萌發(fā)率均急劇下降。杜鵑花種子在萌發(fā)過程中活力指數(shù)Vi隨著水勢的降低而遞減，在-0.4～-0.6 MPa的水勢條件下活力指數(shù)降幅最大（圖2）。

2.4 水分脅迫對杜鵑花幼苗生物量的影響

隨水分脅迫程度的增加，杜鵑花種子生物量呈下降趨勢（圖3）。對照組幼苗的生物量為0.093 6 g/株，在-0.2、-0.4、-0.6和-0.8 MPa水勢條件下幼苗的生物量分別為0.084 2、0.060 3、0.030 4和0.0112 g/株。水分脅迫程度較低時，幼苗可通過自身的調(diào)控機制適應(yīng)輕度干旱環(huán)境，當脅迫程度增大到一定程度，即水勢低于-0.4 MPa時，杜鵑花幼苗的生物量急劇下降，此時干旱脅迫環(huán)境下的幼苗受到的損傷較大，幼苗長勢較弱、生物量低。

2.5 水分脅迫對杜鵑花根芽比的影響

水分脅迫條件下，杜鵑花種子胚根長度增長，而胚芽長度則變短，根芽比（R/P）增大（圖4）。根芽比R/P值隨著水分脅迫程度的增強而逐漸增大。與對照組相比，當環(huán)境水勢從-0.2 MPa下降到-0.8 MPa時，杜鵑花種子的根芽比R/P分別為1.09、1.64、2.67、4.07。PEG脅迫對萌發(fā)種子胚芽及胚根生長抑制程度的不同可能是種子對干旱脅迫的一種適應(yīng)性表現(xiàn)，R/P的增大有利于種苗在干旱逆境下充分吸收利用有限的水分，是對自身根芽營養(yǎng)分配的一種調(diào)節(jié)機制。

2.6 水分脅迫條件下種子萌動、萌發(fā)和出苗各階段的需水閾值

水分脅迫導(dǎo)致杜鵑花種子起始萌動、萌發(fā)和出苗時間的滯后以及相應(yīng)速率的下降，并且隨著脅迫的增強而加重。正常供水條件下，杜鵑花種子群體萌動和萌發(fā)達50%概率所需時間分別為4 d和7.3 d；在-0.2 MPa時所需時間分別為4.67 d和8.3 d；在 -0.4 MPa時所需時間分別為4.67 d和8.6 d。在水勢條件小于-0.6 MPa的處理組，種子始終沒有達到50%的萌動和萌發(fā)。

根據(jù)Scott[8]的需水閾值計算公式，杜鵑花萌動的需水閾值為-1.39 MPa，萌發(fā)的需水閾值為-1.66 MPa。杜鵑花種子萌發(fā)過程中對水分的需求逐漸增強，即對干旱的敏感性在逐漸增大，以萌發(fā)階段要求最高。本研究結(jié)束時，環(huán)境水勢小于-0.6 MPa的處理組種子沒有達到50%的萌動和萌發(fā)，環(huán)境水勢為-1.0 MPa時沒有種子萌發(fā)，此結(jié)果可能與統(tǒng)計時間較短有關(guān)。

3 小結(jié)與討論

杜鵑花根系強大，但須根纖細如發(fā)，對水分敏感，怕旱怕澇。種子是野生杜鵑花的主要繁殖器官，杜鵑花種子內(nèi)的膠層約占種子重量的25%，可在一定程度上阻礙種子水分的散失，抵御外界水分脅迫。張長芹等[9]對露珠杜鵑（R. irroratum）、大白花杜鵑（R. decorum）、粗柄杜鵑（R. pachypodum）、馬纓杜鵑（R. delavayl）、長蕊杜鵑（R. stamineum）和云錦杜鵑（R.fortunei）的耐旱性進行過研究；李娟[10]研究了土壤干旱脅迫下西鵑和毛鵑的生理生化指標；邊才苗等[11]對云錦杜鵑種子萌發(fā)過程中對干旱脅迫的響應(yīng)進行了研究。

植物對干旱的適應(yīng)能力與環(huán)境的干旱強度有關(guān)，在干旱脅迫范圍內(nèi)，隨著脅迫強度的增加，會產(chǎn)生形態(tài)、生理生化等方面的變化。本試驗通過PEG模擬水分脅迫，對繁花杜鵑種子萌發(fā)的研究發(fā)現(xiàn)，隨著水分脅迫程度的增加，繁花杜鵑種子發(fā)芽率降低，萌發(fā)指數(shù)Gi和活力指數(shù)Vi也都呈下降趨勢，可能的原因是水分脅迫條件下繁花杜鵑種子萌發(fā)過程中的關(guān)鍵酶活性降低，與其他種子的研究結(jié)果相一致[12，13]；-0.2 MPa水勢條件對繁花杜鵑種子的萌發(fā)影響不大，種子仍能保持較高的萌發(fā)率；PEG-6000濃度為20%時（水勢條件為-0.6 MPa），種子萌發(fā)率顯著下降，發(fā)芽時間超過6 d，發(fā)芽不整齊；PEG-6000濃度為25%（水勢條件為-0.8 MPa）時仍有少量種子萌發(fā)，但萌發(fā)的種子長勢較差，在300粒試驗種子中僅3棵實生苗存活下來；PEG-6000濃度為30%（-1.0 MPa）時基本上沒有種子萌發(fā)。

水是植物生存、生長、發(fā)育過程中重要的限制因子，對逆境下植物種子水分需求的研究是幼苗耐旱機制研究的基礎(chǔ)[14]。植物種子需水閾值越大，則耐旱性越差。本研究結(jié)果表明繁花杜鵑的需水閾值較小，具有一定的耐旱能力，適合水分貧乏地區(qū)綠化種植。本研究對于杜鵑花種子保存、優(yōu)質(zhì)種苗的繁育等具有重要意義，也為杜鵑耐旱品種的選育提供了理論依據(jù)。

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