張鳳銀，陳禪友，胡志輝

(江漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430056)

我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)貧水國(guó)之一[1]；國(guó)土面積約有50%為干旱和半干旱地區(qū)，這些地區(qū)的耕地有50%以上缺少灌溉條件；即使在非干旱地區(qū)，也常受到干旱的脅迫[2-3]。干旱是影響作物生長(zhǎng)的3大非生物因素之一，而且還會(huì)降低作物產(chǎn)量，全世界由于干旱導(dǎo)致的作物減產(chǎn)超過其他因素造成減產(chǎn)的總和[4-5]。室內(nèi)模擬干旱脅迫條件的方法，因其操作簡(jiǎn)單、條件易控制、重復(fù)性好而常用于植物的抗旱性研究中[6]。目前，PEG高滲溶液模擬干旱脅迫是鑒定植物抗旱性的重要方法之一[5-8]。

宿根天人菊(GaillardiaaristataPursh)屬菊科天人菊屬的多年生草本花卉，具有多種用途，其既可用于花壇或花境，也可成叢、成片地栽植于林緣和草地中，還可以作切花。李京春等[9]報(bào)道，PEG-6000能提高1年生天人菊(GaillardiapulchellaFoug.)種子的發(fā)芽率。而有關(guān)PEG脅迫對(duì)多年生宿根天人菊種子萌發(fā)及幼苗生理特性影響的研究尚未見報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以PEG-6000模擬干旱脅迫，研究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000脅迫下，宿根天人菊種子萌發(fā)指標(biāo)、幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)的變化，以期了解宿根天人菊種子萌發(fā)和幼苗生理特性與干旱脅迫之間的關(guān)系，為宿根天人菊抗旱機(jī)理的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試宿根天人菊種子購(gòu)自湖北省武漢市花卉種子市場(chǎng)。PEG-6000為進(jìn)口分裝的日本原產(chǎn)純品，購(gòu)自天津市化學(xué)試劑批發(fā)部。

1.2 方 法

試驗(yàn)于2012年在江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行。選擇飽滿、大小均勻一致的宿根天人菊種子，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%高錳酸鉀溶液消毒5 min，無菌水沖洗干凈后晾干；再分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，2%，5%，10%，15%，20%，25%的PEG-6000溶液浸種24 h，并以蒸餾水浸種作對(duì)照(CK)。浸種過程中不斷攪動(dòng)，以增加氧氣。浸種結(jié)束后，將種子擺放在鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿100粒種子，加入與浸種時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的PEG-6000溶液15 mL，放在溫度為28 ℃、相對(duì)濕度為85%的人工氣候箱中培養(yǎng)；每天更換濾紙，同時(shí)沿培養(yǎng)皿壁加入相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理液15 mL，保持各處理液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相對(duì)穩(wěn)定。每個(gè)處理重復(fù)3次，連續(xù)培養(yǎng)14 d。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 種子萌發(fā)指標(biāo) 從種子培養(yǎng)次日起每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，以胚根長(zhǎng)為種子長(zhǎng)的1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的計(jì)算公式如下：

發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽初期(3 d)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=發(fā)芽終期(7 d)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)。

式中：Gt為不同時(shí)間發(fā)芽的種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間。

1.3.2 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo) 種子培養(yǎng)14 d后，從每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)選擇15株幼苗測(cè)量主根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)及鮮質(zhì)量。同時(shí)測(cè)定幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等生理指標(biāo)。其中，SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[10]，MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 2000進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用鄧肯氏方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)活力通常用發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率以及發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)衡量。從表1可知，隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，宿根天人菊種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和2%時(shí)，宿根天人菊種子的發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)，5%及以上質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理種子的發(fā)芽勢(shì)顯著或極顯著低于對(duì)照。質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～10% PEG-6000處理種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)，但當(dāng)PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%時(shí)，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)極顯著降低(P<0.01)。20% PEG-6000處理的種子基本不能萌發(fā)，其發(fā)芽率僅有3%； 25% PEG-6000處理的種子完全不能萌發(fā)，其發(fā)芽率為0%。由此可見，PEG-6000延緩了種子的萌發(fā)，降低了種子的萌發(fā)力，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，抑制作用越強(qiáng)。

表 1 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊種子萌發(fā)的影響

2.2 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，宿根天人菊幼苗主根長(zhǎng)總體呈增加的趨勢(shì)。1%和2%PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊主根生長(zhǎng)影響不明顯(P>0.05)，PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%時(shí)促進(jìn)主根生長(zhǎng)，并以10%時(shí)的主根最長(zhǎng)，幾乎是對(duì)照的2倍；15% PEG-6000處理的主根長(zhǎng)雖短于10% PEG-6000處理，但仍極顯著長(zhǎng)于對(duì)照，是對(duì)照的1.8倍。宿根天人菊幼苗的芽長(zhǎng)和鮮質(zhì)量隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈下降趨勢(shì)。PEG-6000的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)，宿根天人菊芽生長(zhǎng)受到明顯抑制(P<0.05)，PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，2%，5%，10%和15%時(shí)，芽長(zhǎng)分別為對(duì)照的83%，84%，81%，45%和31%。PEG-6000的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，2%時(shí)，宿根天人菊幼苗的鮮質(zhì)量與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)，但當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%時(shí)，幼苗的鮮質(zhì)量極顯著低于對(duì)照(P<0.01)，PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，10%和15%時(shí)，其幼苗的鮮質(zhì)量分別為對(duì)照的87%，70%和36%。由此可見，PEG-6000脅迫可以抑制宿根天人菊芽的生長(zhǎng)，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，抑制作用越強(qiáng)；而適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG-6000脅迫可以促進(jìn)根的生長(zhǎng)。

表 2 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊幼苗生理指標(biāo)的影響

由表3可知，隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，宿根天人菊幼苗SOD活性呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。其中，PEG-6000的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，10%時(shí)，宿根天人菊幼苗SOD活性與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)；PEG-6000的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%和5%時(shí)，幼苗SOD活性極顯著高于對(duì)照(P<0.01)，分別比對(duì)照高26%和57%；而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，幼苗SOD活性顯著低于對(duì)照(P<0.05),比對(duì)照降低了20%。

MDA含量可以反映植物細(xì)胞膜的受傷害程度，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。由表3可見，隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，宿根天人菊幼苗MDA含量呈逐漸上升的趨勢(shì)。其中，1% PEG-6000處理宿根天人菊幼苗MDA含量與對(duì)照無顯著差異(P>0.05)；2%及以上質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-6000處理幼苗MDA含量顯著或極顯著高于對(duì)照，2%，5%，10%，15% PEG-6000處理幼苗的MDA含量分別比對(duì)照增加了28%，89%，132%和207%。說明隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，宿根天人菊幼苗的細(xì)胞膜受傷害程度加重。

表 3 PEG-6000脅迫對(duì)宿根天人菊幼苗SOD活性和MDA含量的影響

3 討 論

PEG-6000用作種子滲透調(diào)節(jié)處理是目前生理學(xué)研究的熱點(diǎn)[11]。本研究結(jié)果表明，在宿根天人菊整個(gè)種子萌發(fā)期間用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% PEG-6000處理幾乎不能發(fā)芽，25% PEG-6000處理完全不能發(fā)芽，5%～10% PEG-6000處理受到一定程度抑制，而15% PEG-6000處理種子萌發(fā)受到明顯的抑制，這與楊柳等[5]對(duì)黃麻及吳麗云等[12]對(duì)八棱海棠的研究結(jié)果，即“PEG-6000抑制種子的萌發(fā)，而且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，抑制越嚴(yán)重”相似。而李京春等[9]發(fā)現(xiàn)，天人菊種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% PEG-6000處理4 h能提高其發(fā)芽率；王文帆等[13]發(fā)現(xiàn)，用25% PEG-6000溶液浸種24 h，能加快谷稗種子發(fā)芽速度，提高發(fā)芽率；袁媛等[14]發(fā)現(xiàn)，用20% PEG-6000浸種1 h或10% PEG-6000浸種4 h也能提高黃芩種子的萌發(fā)率。這表明，PEG-6000脅迫對(duì)種子活力和萌發(fā)效應(yīng)的影響因植物種類、PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及脅迫時(shí)間而異。

根長(zhǎng)是評(píng)價(jià)植物根系吸收功能最常用的指標(biāo)，較長(zhǎng)的根系可以使植物在干旱脅迫時(shí)吸收更多的水分。胡承偉等[15]認(rèn)為，相對(duì)側(cè)根數(shù)以及根長(zhǎng)可作為植物抗旱性鑒定的輔助指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，在PEG-6000脅迫下，宿根天人菊幼苗的芽長(zhǎng)隨PEG-6000質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)促進(jìn)根生長(zhǎng)，這與華智銳等[16]在商洛黃芩及宋麗華等[17]在臭椿中的研究結(jié)果一致；但李文鶴等[18]在野菊花的研究中發(fā)現(xiàn)， 50～200 g/L 的PEG-6000脅迫抑制胚根的生長(zhǎng)，PEG-6000質(zhì)量濃度越高，抑制越嚴(yán)重。這也表明，不同植物的根系生長(zhǎng)對(duì)PEG-6000脅迫的響應(yīng)不同。

逆境會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，引起膜脂過氧化，造成膜系統(tǒng)受損,而SOD是清除植物體內(nèi)氧自由基的重要保護(hù)酶，為膜保護(hù)的第一道防線[19-21]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨PEG-6000脅迫程度的加重，宿根天人菊幼苗SOD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這與段慧榮等[4]在沙冬青幼苗、左利萍等[22]在檸條葉片中的研究結(jié)果一致。表明一定劑量范圍內(nèi)的PEG誘導(dǎo)，可以提高細(xì)胞膜保護(hù)酶SOD的活性，有效清除活性氧；但劑量過大時(shí)，保護(hù)酶系統(tǒng)會(huì)遭到破壞，SOD活性下降，膜破壞加重。

MDA含量可以反映脂膜過氧化程度和細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害程度。本研究發(fā)現(xiàn)，隨PEG-6000模擬干旱脅迫的加重，宿根天人菊幼苗MDA含量呈逐漸升高趨勢(shì)，說明細(xì)胞膜受傷害程度增加，這與段慧榮等[4]在沙冬青和吳麗云等[12]在八棱海棠中的研究結(jié)果一致。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 邱福林,張海平.水分脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)影響的研究進(jìn)展 [J].墾殖與稻作,2000(2):7-13.

Qiu F L,Zhang H P.Research progress on effects of water stress on rice growth [J].Reclaim and Rice Cultivate,2000(2):7-13.(in Chinese)

[2] 李廣敏,關(guān)軍鋒.作物抗旱生理與節(jié)水技術(shù)研究 [M].北京:氣象出版社，2001.

Li G M,Guan J F.Research on crop drought resistance physiological and water-saving technology [M].Beijing:Meteorological Press,2001.(in Chinese)

[3] 胡立勇,丁艷鋒.作物栽培學(xué) [M].北京：高等教育出版社,2008.

Hu L Y,Ding Y F.Crop cultivation science [M].Beijing:Higher Education Press,2008.(in Chinese)

[4] 段慧榮,李 毅,馬彥軍.PEG脅迫對(duì)沙冬青種子萌發(fā)過程的影響 [J].水土保持研究,2011,18(3):221-225.

Duan H R,Li Y,Ma Y J.Effects of PEG stress on seed germination ofAmmopiptanthusmongolicus[J].Research of Soil and Water Conservation,2011,18(3):221-225.(in Chinese)

[5] 楊 柳,周瑞陽(yáng),金聲楊.PEG模擬干旱對(duì)11份黃麻種子萌發(fā)的效應(yīng) [J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,42(7):715-718.

Yang L,Zhou R Y,Jin S Y.Effect of PEG induced drought stress on the germination indices of different varieties ofCorchoruscapsularisL [J].Journal of Southern Agriculture,2011,42(7):715-718.(in Chinese)

[6] 安永平,強(qiáng)愛玲,張媛媛,等.滲透脅迫下水稻種子萌發(fā)期特性及抗旱性鑒定指標(biāo)研究 [J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2006,7(4):421-426.

An Y P,Qiang A L,Zhang Y Y,et al.Study on characteristics of germination and drought-resistance index by osmotic stress in rice [J].Journal of Plant Genetic Resources,2006,7(4):421-426.(in Chinese)

[7] 李培英,孫宗玖,阿不來提.PEG模擬干旱脅迫下29份偃麥草種質(zhì)種子萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià) [J].中國(guó)草地學(xué)報(bào),2010,32(1):32-39.

Li P Y,Sun Z J,Abulaiti.Evaluation of drought resistance of 29 accessions ofElytrigriarepensat seed germination stage under PEG-6000 simulated drought stress [J].Chinese Journal of Grassland,2010,32(1):32-39.(in Chinese)

[8] 楊劍平,陳學(xué)珍,王文平,等.大豆實(shí)驗(yàn)室PEG模擬干旱體系的建立 [J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2003,19(3):65-68.

Yang J P,Chen X Z,Wang W P,et al.The establishment of the simulated system of drought for soybean in laboratory [J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2003,19(3):65-68.(in Chinese)

[9] 李京春,王榮花,孫 偉.‘千日白’和‘天人菊’種子脫絨和PEG處理后的生理生化變化研究 [J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006，15(5)：255-257.

Li J C,Wang R H,Sun W.Physiological and biochemical changes ofGomphrenaeglobosaandGaillardiapulchellaseeds after removed villus [J].Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,2006，15(5)：255-257.(in Chinese)

[10] 王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù) [M].北京:高等教育出版社,2006.

Wang X K.Principle and technology of plant physiological and biochemical experiment [M].Beijing:Higher Education Press,2006.(in Chinese)

[11] 鄭光華.種子生理研究 [M].北京：科學(xué)出版社,2004:405-414.

Zheng G H.Study on seed physiology [M].Beijing:Science Press,2004:405-414.(in Chinese)

[12] 吳麗云,曹幫華,邵 偉,等.PEG脅迫對(duì)八棱海棠種子萌發(fā)及幼苗生理的影響 [J].山東科學(xué),2011,24(1):39,44.

Wu L Y,Cao B H,Shao W,et al.Effect of PEG stress on seed germination and seedling physiology ofMalusrobusta[J].Shandong Science,2011,24(1):39,44.(in Chinese)

[13] 王文帆,梁素鈺,劉濱凡,等.聚乙二醇對(duì)谷稗種子萌發(fā)及相關(guān)生理指標(biāo)的影響 [J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(12):122-125.

Wang W F,Liang S Y,Liu B F,et al.Effect of polyethylene glycol (PEG) on seedling growth and seed germination ofEchinochloacrusgalli[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26(12):122-125.(in Chinese)

[14] 袁 媛,李 娜,邵愛娟,等.PEG-6000處理對(duì)黃芩種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 [J].中草藥,2008,39(2):269-272.

Yuan Y,Li N,Shao A J,et al.Effect of PEG-6000 on seed germination and seedling growth ofScutellariabaicalensis[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs,2008,39(2):269-272.(in Chinese)

[15] 胡承偉,張學(xué)昆,鄒錫玲，等.PEG模擬干旱脅迫下甘藍(lán)油菜的根系特性與抗旱性 [J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào),2013,35(1):48-53.

Hu C W,Zhang X K,Zou X L,et al.Root structure and drought tolerance of rapeseed under PEG imposed drought [J].Chinese Journal of Oil Crop Sciences,2013,35(1):48-53.(in Chinese)

[16] 華智銳,李小玲.PEG處理對(duì)商洛黃芩種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 [J].種子,2011,30(1):102-104,26.

Hua Z R,Li X L.Effect of PEG treatment on seed germination and seedling growth of ShangluoScutellariabaicalensis[J].Seed,2011,30(1):102-104,26.(in Chinese)

[17] 宋麗華,周月君.PEG脅迫對(duì)幾個(gè)臭椿種子萌發(fā)的影響 [J].種子,2008,27(10):10-13.

Song L H,Zhou Y J.Effects of PEG on seed germination ofAilanthusaltissimaprovenances [J].Seed,2008,27(10):10-13.(in Chinese)

[18] 李文鶴,何 淼,卓麗環(huán).PEG-6000處理對(duì)野菊花種子萌發(fā)期抗旱性的影響 [J].種子,2010,29(11):51-54.

Li W H,He M,Zhuo L H.Effect of PEG-6000 onDendranthemaindicumseed drought resistance during germination [J].Seed,2010,29(11):51-54.(in Chinese)

[19] 潘瑞熾.植物生理學(xué) [M].北京:高等教育出版社,2004.

Pan R C.Plant physiology [M].Beijing:Higher Education Press,2004.(in Chinese)

[20] Chaves M M,Maroco J P,Pereira J S.Understanding plant responses to drought from genes to the whole plant [J].Funct Plant Biol,2003,30:239-264.

[21] 霞新莉,鄭彩霞,尹偉倫.土壤干旱脅迫對(duì)樟子松針葉膜脂過氧化膜脂成分和乙烯釋放的影響 [J].林業(yè)科學(xué),2000,36(3):8-12.

Xia X L,Zheng C X,Yin W L.Effect of drought stress on the peroxidation of membrane lipids,the composition of membrane fatty acids and ethylene evolution of needles ofPinussylvestrisvar.mongolicaliTV [J].Scientia Silvae Sinicae,2000,36(3):8-12.(in Chinese)

[22] 左利萍,李 毅,李朝周.滲透脅迫對(duì)檸條葉片脂質(zhì)過氧化及抗氧化酶活性的影響 [J].中國(guó)草地學(xué)報(bào),2009,31(4):69-73.

Zuo L P,Li Y,Li C Z.Effect of osmotic stress on lipid peroxidation and antioxidant enzyme activity in leaves ofCaraganakorshinskii[J].Chinese Journal of Grassland,2009,31(4):69-73.(in Chinese)