不同溫度條件下PEG模擬干旱脅迫對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響

童琪 王陳 李婧 周艷 劉芳 任少華

(貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

杜鵑花資源在中國西南高山、亞高山灌叢和針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林等生態(tài)系統(tǒng)中都是重要的組成部分，對于維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有極其重要的意義,是進(jìn)行種群生物學(xué)、植物區(qū)系及生物多樣性研究的重要類群，更是中國10大傳統(tǒng)名花之一，在世界園林中占據(jù)著重要地位[1,2]。百合花杜鵑(Rhododendron liliiflorum Levl.)杜鵑花科杜鵑屬灌木或小喬木，高達(dá)1.5～3m或者更高，枝葉繁茂，花朵美麗，顏色潔白，有香味，具有較高的園藝價(jià)值。在貴州主要分布于貴定(云霧山)、雷山、安龍(龍頭大山)、梵凈山，生于海拔1100～1500m的溪邊巖石上，廣西、湖南也有分布[3]。

杜鵑屬植物種子極為細(xì)小，發(fā)芽率低，長勢緩慢，因此提高種子發(fā)芽幾率，擴(kuò)大種群數(shù)量，對于自然更新困難的百合花杜鵑具有重要意義。研究表明，從種子萌發(fā)獲得幼苗，可以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂?，是一種行之有效的引種馴化手段[4]。近年來，關(guān)于杜鵑屬植物種子萌發(fā)的研究相對較多[5-7]，但是基本未見百合花杜鵑種子萌發(fā)方面的報(bào)道。本試驗(yàn)研究不同溫度及不同濃度PEG模擬干旱脅迫對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響，以期揭示其種子萌發(fā)與溫度的關(guān)系及對干旱逆境的反應(yīng)能力，為百合花杜鵑的引種及培育提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)種子采自貴州省貴陽市云巖區(qū)貴州省植物園(E106°42′，N36°24′)，年均溫15.2℃，年降水量為1200mm；年平均相對濕度80%，種子除干癟空粒、雜質(zhì)，凈度達(dá)到100%。試驗(yàn)試劑為聚乙二醇(PEG-6000)，化學(xué)藥品為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子處理

設(shè)置不同萌發(fā)溫度及聚乙二醇(PEG-6000)干旱脅迫2種試驗(yàn)。不同萌發(fā)溫度：恒溫培養(yǎng)溫度分別為15℃、20℃、25℃，共計(jì)3個(gè)溫度處理，氣候箱內(nèi)空氣相對濕度為74%，光強(qiáng)為40nmol·m-2·s-1。不同濃度PEG干旱脅迫：PEG濃度分別為0(CK)g·mL-1、4g·mL-1、8g·mL-1、12g·mL-1、16g·mL-1，共計(jì)5個(gè)濃度處理。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子。

1.2.2 種子萌發(fā)測定

試驗(yàn)時(shí)采用四分法選取均一且具有代表性的種子，使用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行試驗(yàn)。使用前種子經(jīng)1%高錳酸鉀溶液浸種消毒15min，并且用去離子純水沖洗干凈，擦干。種子萌發(fā)在培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)墊3層濾紙。其中，不同萌發(fā)溫度的CK處理使用去離子純水保持濾紙濕潤，其余不同濃度PEG脅迫處理以相應(yīng)PEG溶液保持濾紙濕潤，同時(shí)將各處理培養(yǎng)皿按照溫度設(shè)置的不同，放于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。以幼苗第1對真葉出現(xiàn)作為標(biāo)準(zhǔn)來判斷種子是否萌發(fā)，每隔24h觀察記錄種子的發(fā)芽數(shù)量，持續(xù)5d種子不再萌發(fā)視為萌發(fā)結(jié)束。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過記錄的數(shù)據(jù)對每種處理種子的發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間、萌發(fā)高峰期、發(fā)芽持續(xù)時(shí)間、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

發(fā)芽率(%)=7d內(nèi)處理種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢=發(fā)芽數(shù)量最多日發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt為與Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)；Dt為發(fā)芽天數(shù)。

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄及轉(zhuǎn)換，采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析，同時(shí)使用最小顯著差法(LSD)進(jìn)行各處理間數(shù)據(jù)的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度與不同PEG溶液濃度對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響

由表1可知，百合花杜鵑種子發(fā)芽率在不同溫度處理下差異顯著(P<0.05)，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)2個(gè)指標(biāo)在不同溫度處理下沒有顯著差異(P>0.05)；發(fā)芽率在不同PEG溶液濃度處理下沒有顯著差異(P>0.05)，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)2個(gè)指標(biāo)在不同PEG溶液濃度處理下差異顯著(P<0.05)；百合花杜鵑種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)在不同溫度與不同PEG溶液脅迫的交互作用下均出現(xiàn)極顯著差異(P<0.001)。

表1 不同溫度與干旱脅迫對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響

2.2 不同溫度對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響

由表2可知，溫度處于15～25℃時(shí)，隨著萌發(fā)溫度設(shè)置的提升，百合花杜鵑種子萌發(fā)高峰期、發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間持續(xù)天數(shù)縮短，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間也呈現(xiàn)縮短趨勢，且3個(gè)溫度條件下存在顯著性差異；發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢3個(gè)指標(biāo)呈現(xiàn)逐步升高的趨勢，且20℃、25℃溫度條件下的3個(gè)指標(biāo)與15℃溫度條件下的3個(gè)指標(biāo)存在顯著性差異。15℃溫度條件下百合花杜鵑種子的發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間較25℃溫度條件下推遲12d，萌發(fā)高峰期推遲15d，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間增加18d，差異顯著且區(qū)別明顯。萌發(fā)溫度為25℃時(shí)，百合花杜鵑種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢均達(dá)到相對最大值，分別為49.73%、29.37%、24.75%,且25℃條件下的各發(fā)芽指標(biāo)差異顯著。以上結(jié)果表明，25℃溫度條件下最有利于百合花杜鵑種子萌發(fā)，且25℃溫度條件下百合花杜鵑種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)比15℃溫度條件下提高了7.37%、5.22%、5.38%。

表2 不同溫度對百合花杜鵑種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

2.3 不同溫度與不同PEG脅迫的交互作用對百合花杜鵑種子萌發(fā)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，模擬干旱脅迫時(shí)PEG配制溶液為16g·mL-1處理下，百合花杜鵑種子出現(xiàn)不萌發(fā)的情況。由圖1可知，不同溫度與不同PEG-6000溶液濃度的交互作用對百合花杜鵑種子萌發(fā)有顯著的影響(P<0.05)。百合花杜鵑種子在不同溫度條件與不同PEG-6000溶液濃度的交互作用下均有萌發(fā)，發(fā)芽率最高的是25℃溫度條件下純水對照組的百合花杜鵑種子，數(shù)值為49.73%；發(fā)芽率最低的是15℃溫度條件下PEG-6000溶液濃度16g·mL-1處理下的百合花杜鵑種子，數(shù)值為8.71%。在15℃、20℃和25℃溫度條件下，百合花杜鵑種子的發(fā)芽率數(shù)值隨著PEG-6000溶液濃度的升高而降低，且PEG-6000溶液濃度為12g·mL-1處理下時(shí)，發(fā)芽率受抑制現(xiàn)象明顯。發(fā)芽勢最高的是25℃溫度條件下純水對照組的百合花杜鵑種子，數(shù)值為29.37%。在15℃、20℃和25℃溫度條件下，百合花杜鵑種子發(fā)芽勢數(shù)值隨著PEG-6000溶液濃度的升高而降低。發(fā)芽指數(shù)最高的是25℃溫度條件下純水對照組的百合花杜鵑種子，數(shù)值為24.75%。在15℃、20℃和25℃溫度條件下，百合花杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)數(shù)值隨著PEG-6000溶液濃度的升高而降低。在PEG-6000溶液濃度12g·mL-1處理下時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)的下降趨勢由緩變快，數(shù)值均出現(xiàn)大幅降低，降幅明顯，差異顯著。以上研究結(jié)果表明，百合花杜鵑種子能夠發(fā)芽的溫度范圍為15～25℃，當(dāng)溫度過低的時(shí)候，進(jìn)行干旱脅迫會(huì)抑制百合花杜鵑種子的活力，導(dǎo)致百合花杜鵑種子活力喪失，不利于種子萌發(fā)，甚至干旱脅迫過于嚴(yán)重時(shí)將致使種子完全不能萌發(fā)，百合花杜鵑種子對于干旱因子的耐受性較差。

圖1 溫度與PEG-6000溶液濃度對百合花杜鵑種子萌發(fā)的交互作用

3 結(jié)論與討論

種子的自然萌發(fā)必須具備有生命力的種子，適宜的溫度、水分、氣體3個(gè)基本條件，有時(shí)也受光照條件的影響，協(xié)調(diào)合適萌發(fā)的環(huán)境條件對于種子的順利萌發(fā)具有重要的意義[8]。在植物的生長過程中，植物在種子形態(tài)下對外界惡劣因子的抵抗性最強(qiáng)，而生長發(fā)育為幼苗后卻極易受到如嚴(yán)寒、干旱、水淹、高溫等極端環(huán)境的影響，并伴隨著成活率的下降[9]。種子萌發(fā)的時(shí)機(jī)和速度受環(huán)境條件的影響，而溫度是其中最重要的環(huán)境因子，受到廣泛研究者的重視[10]。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，有利于種子發(fā)芽的溫度條件在20～25℃范圍內(nèi)[11]，溫度過低或過高均會(huì)影響種子的萌發(fā)。王書勝等[12]結(jié)合IBA濃度、扦插時(shí)間等條件，探究了激素對百合花杜鵑扦插生根的影響，發(fā)現(xiàn)早春新梢萌發(fā)前采用木質(zhì)化硬枝扦插可以顯著提高百合花杜鵑生根的效果。劉廣超等[13]研究了不同激素種類、不同浸種濃度及不同浸種時(shí)間條件下百合花杜鵑種子萌發(fā)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)GA3的處理濃度為800mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢最大，促進(jìn)種子萌發(fā)的效果最為顯著。本研究中，15℃低溫條件下百合花杜鵑種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均為最低值，這與陳雪梅等[14]的研究基本一致；百合花杜鵑種子最適宜萌發(fā)溫度為25℃，這略高于秀雅杜鵑、云南杜鵑、馬纓杜鵑。應(yīng)該是與百合花杜鵑本身的生境分布有關(guān)，其雖然屬于高山杜鵑，但是生長地海拔較低，25℃條件與當(dāng)?shù)胤N子萌芽期間的氣候條件基本一致，所以最有利于種子萌發(fā)。

PEG因?yàn)槭谴蠓肿佑袡C(jī)物，是一種很好的滲透調(diào)節(jié)劑，其本身擁有的特性，致使藥劑不易進(jìn)入植株細(xì)胞內(nèi)，能為模擬不同程度的干旱脅迫創(chuàng)造條件。因此采用PEG溶液進(jìn)行干旱脅迫的模擬，簡單方便，被廣泛應(yīng)用于植物抗旱性方面研究。同時(shí)，PEG溶液還能作為引發(fā)劑使用，其主要原理是能控制種子的吸水速率，調(diào)節(jié)吸水飽和度，讓種子內(nèi)部細(xì)胞與酶的活性增強(qiáng)。大量研究表明，隨著PEG溶液濃度的增加，植物種子的萌發(fā)能力受到了抑制，且因不同品種的植物而出現(xiàn)不同程度的響應(yīng)。在吳漫玲等[15]研究中，水杉種子在變溫條件下發(fā)芽指標(biāo)數(shù)值均為最高，然而在15℃或者25℃條件下，低濃度的PEG-6000溶液(5～10g·mL-1)對水杉種子的萌發(fā)產(chǎn)生了一定的促進(jìn)作用，種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)了小幅度增加。張毅等[16]研究發(fā)現(xiàn)，PEG-6000溶液濃度低于10%時(shí)，3個(gè)青稞品種的發(fā)芽指標(biāo)降低程度不明顯，抑制作用較小，而在PEG-6000溶液濃度為15%～20%時(shí)，發(fā)芽指標(biāo)開始出現(xiàn)大幅度降低，說明青稞種子對于干旱脅迫有一定的適應(yīng)性，但當(dāng)干旱脅迫到達(dá)一定的臨界值，種子萌發(fā)受抑制現(xiàn)象嚴(yán)重。本研究中，PEG-6000溶液濃度為4g·mL-1條件下時(shí)，開始對百合花杜鵑種子的萌發(fā)過程產(chǎn)生一定的抑制作用，具體表現(xiàn)為隨著PEG-6000處理溶液濃度的增加，發(fā)芽率數(shù)值出現(xiàn)降低，但是沒有顯著差異(P>0.05)；發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)數(shù)值降低明顯，出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，但是隨著發(fā)芽溫度的上升，這種抑制作用得到了一定的緩和，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽率有所提升。百合花杜鵑種子對輕、中度的干旱脅迫都具有一定的耐受能力，但是當(dāng)PEG-6000溶液濃度為16g·mL-1條件下的重度干旱脅迫時(shí)，則種子受到抑制嚴(yán)重完全無法萌發(fā)。本試驗(yàn)得到的研究結(jié)果，能夠?yàn)榘俸匣ǘ霹N的引種培育、人工栽培及抗旱性育種提供指導(dǎo)。