， ,， ， ， ， (西南林業(yè)大學(xué).云南省高校林木遺傳改良與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;.西南山地森林保育與利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 昆明 650224)

PEG模擬干旱脅迫對(duì)思茅松幼苗生長(zhǎng)的影響

孫琪a，蔡年輝a,b，陳詩b，王大瑋a，段安安a，許玉蘭a
(西南林業(yè)大學(xué)a.云南省高校林木遺傳改良與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.西南山地森林保育與利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 昆明 650224)

本試驗(yàn)研究了PEG模擬干旱脅迫對(duì)思茅松種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響。采用不同濃度(0%(對(duì)照)、5%、10%、15%)的PEG-6000處理種子，分析不同處理下思茅松種子萌發(fā)后幼苗的生長(zhǎng)情況以及幼苗的可溶性糖、脯氨酸和超氧化物歧化酶等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與保護(hù)酶活性含量的變化。結(jié)果表明：隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，思茅松萌發(fā)幼苗胚根長(zhǎng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而胚軸長(zhǎng)度則呈下降趨勢(shì)。幼苗的可溶性糖含量隨著PEG-6000濃度的上升呈下降趨勢(shì)，脯氨酸含量隨著干旱脅迫濃度的增加而增加，超氧化物歧化酶則呈先少量上升后下降的趨勢(shì)。在一定范圍內(nèi)，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，胚根逐漸增加，胚軸生長(zhǎng)變慢，力求減少水分消耗，適應(yīng)干旱生境。

干旱脅迫； 思茅松； 幼苗生長(zhǎng)

在全球變暖的背景下，干旱等極端天氣頻發(fā)，特別是2003年以來，江南、華南以及西南部分地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的伏秋連旱，云南更是發(fā)生近50年少見的嚴(yán)重春旱。歷史上西南地區(qū)的干旱總體呈現(xiàn)“每年有旱情，3～6年一中旱，7～10年一大旱”的特點(diǎn)[1-3]。干旱在人類所面臨的非生物災(zāi)害中造成的損失最大，其損失是其它逆境損失之和[4]。在中國(guó)科學(xué)技術(shù)藍(lán)皮書中，干旱列為我國(guó)氣候?yàn)?zāi)害之首[5]，近些年旱災(zāi)的發(fā)生給林業(yè)的發(fā)展與建設(shè)帶來了諸多不利的影響[6]。西南地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，近10年干旱強(qiáng)度明顯增大，并處于一個(gè)干旱化過程[7]。不同物種的耐旱性不同，在干旱脅迫作用下反映也不盡相同。幼苗是森林植物生長(zhǎng)周期內(nèi)比較敏感和脆弱的階段，是植物度過逆境的關(guān)鍵時(shí)期[8]，一些生理指標(biāo)的變化可以反映幼苗期的抗逆境能力，如超氧化物歧化酶、可溶性糖、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而了解植物的耐旱性與適應(yīng)性[4]。

表1 干旱脅迫對(duì)思茅松幼苗生長(zhǎng)的影響

處理濃度 胚根(mm) 胚軸(mm) 幼苗長(zhǎng)度(mm) 胚根/胚軸 變幅均值變幅均值變幅均值變幅均值活力指數(shù)對(duì)照2．70～20．508．9727．66～40．2134．1834．27～58．9943．150．07～0．530．26216．615%4．68～19．559．9023．76～35．7029．0829．65～55．2538．980．15～0．550．34242．8510%18．68～34．4024．4711．07～28．9122．7933．32～59．8947．260．73～1．351．14237．2515%1．42～3．102．262．08～7．404．144．23～10．506．400．38～1．030．625．76

思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)是卡西亞松(P.kesiyaKoyle ex Gordon)的一個(gè)地理變種，在我國(guó)僅產(chǎn)于云南，是滇南亞熱帶山地造林的先鋒樹種，同時(shí)也是該地山區(qū)木材工業(yè)的首要樹種，具有生長(zhǎng)較快、木材質(zhì)量好等特點(diǎn)，在云南思茅松適生區(qū)已大量栽植造林[9]。有關(guān)思茅松的研究工作開展較多，包括苗木培育、經(jīng)營(yíng)管理、資源利用、遺傳變異等方面，取得階段性的研究成果[10-16]，但對(duì)其干旱脅迫的研究較少[17]。鑒于此，本研究采用分子質(zhì)量為6000的滲透調(diào)節(jié)劑聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)模擬干旱脅迫處理思茅松種子，了解思茅松種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，分析不同PEG-6000處理濃度下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化情況及其抗旱能力，探討思茅松對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，為綜合評(píng)價(jià)思茅松的耐旱性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

所用種子采自普洱市林業(yè)科學(xué)研究所，種子千粒重為27.4 g。

1.2 方 法

試驗(yàn)在西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院森林培育實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，采用人工智能培養(yǎng)箱(PQX-300 A)，選取顆粒飽滿、健康的思茅松種子并裝入紗布，浸泡在0.5% KMnO4中消毒，30 min后取出用蒸餾水洗凈，將包有思茅松種子的紗布洗好后置于50 ℃溫水中，24 h后洗凈，繼續(xù)浸種24 h，最后用蒸餾水沖洗3次，完成后將種子均勻擺在鋪有2層無菌濾紙的培養(yǎng)皿中。設(shè)置不同質(zhì)量濃度(5%、10%、15%)的PEG-6000溶液，對(duì)應(yīng)的水勢(shì)梯度為-0.054，-0.177，-0.393 MPa[18]，將不同質(zhì)量濃度的PEG-6000溶液浸透濾紙，并以蒸餾水作為對(duì)照，重復(fù)4次。培養(yǎng)條件設(shè)為16 h(25 ℃、3 000 lx)，8 h(16 ℃、無光照)，采用2個(gè)時(shí)段模擬種子自然發(fā)芽條件，為了防止種子發(fā)霉和處理液水勢(shì)發(fā)生變化，需每4 d更換1次濾紙，檢查并添加相應(yīng)溶液以保證濾紙濕潤(rùn)。種子發(fā)芽記錄按照《GB 2772—1999林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》來進(jìn)行。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 幼苗生長(zhǎng)的測(cè)定

種子發(fā)芽結(jié)束后，測(cè)定幼苗的胚根與胚軸長(zhǎng)，計(jì)算胚根/胚軸。將胚根與胚軸總長(zhǎng)作為幼苗長(zhǎng)度，計(jì)算幼苗的活力指數(shù)[19]。

1.3.2 生理指標(biāo)的測(cè)定

可溶性糖含量測(cè)定采用硫代巴比妥法[20-21]，脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測(cè)定[22-23]，超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍(lán)四唑(NBT)比色法測(cè)定[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Excel繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)思茅松幼苗生長(zhǎng)的影響

PEG模擬干旱脅迫對(duì)思茅松幼苗胚根和胚軸生長(zhǎng)的影響見表1。

由表1可知，在低濃度(5%)條件下，幼苗的活力指數(shù)隨著PEG-6000濃度升高有一定的提高，當(dāng)濃度達(dá)到10%時(shí)，比濃度為5%時(shí)的活力指數(shù)略有降低，總體來看，隨著PEG-6000濃度升高至10%，思茅松幼苗的活力指數(shù)與對(duì)照差異不大；但是，當(dāng)PEG-6000濃度升高至15%時(shí)，思茅松幼苗活力指數(shù)明顯下降，幼苗生長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)酢?/p>

隨著PEG-6000濃度的增加，思茅松幼苗胚軸長(zhǎng)度逐漸變短，對(duì)照為34.18 mm，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，胚軸長(zhǎng)度下降至4.14 mm。胚根長(zhǎng)度的變化表現(xiàn)為先上升后下降，對(duì)照的胚根長(zhǎng)8.97 mm，15% PEG-6000處理時(shí)胚根最短(2.26 mm)，10% PEG-6000處理的胚根最長(zhǎng)(24.47 mm)，PEG-6000為5%時(shí)胚根長(zhǎng)為9.90 mm，表明過高的PEG-6000濃度嚴(yán)重抑制了胚根生長(zhǎng)，而適當(dāng)?shù)母珊得{迫促進(jìn)根的生長(zhǎng)。從ck至濃度為10%時(shí)，胚根/胚軸的比值明顯升高，表明在一定范圍內(nèi)，隨著干旱程度的加劇，生長(zhǎng)量以根的分配逐漸增加；當(dāng)濃度為15%時(shí)，幼苗整體生長(zhǎng)量均降低。

2.2 干旱脅迫對(duì)幼苗可溶性糖含量的影響

由圖1可知，隨著PEG-6000濃度的增加，思茅松幼苗可溶性糖含量逐漸降低，當(dāng)PEG-6000濃度為10%時(shí)，思茅松幼苗可溶性糖含量最小，植物可溶性糖的積累明顯下降，可溶性糖含量均小于對(duì)照。由圖1也可以看出，在低濃度脅迫時(shí)，可溶性糖含量降低較為急劇，當(dāng)干旱脅迫強(qiáng)度逐漸增加，可溶性糖含量下降變得緩慢。

圖1 不同PEG濃度處理下思茅松幼苗可溶性糖含量的變化

2.3 干旱脅迫對(duì)幼苗脯氨酸含量的影響

從圖2可看出，隨著PEG-6000濃度的增加，思茅松幼苗脯氨酸含量上升，在PEG-6000濃度為10%時(shí)，脯氨酸含量得到最大積累，且脯氨酸含量明顯高于對(duì)照和PEG-6000濃度為5%時(shí)的處理，PEG-6000模擬干旱脅迫處理后脯氨酸含量均高于對(duì)照，思茅松幼苗中脯氨酸含量隨著脅迫強(qiáng)度的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。由圖2也可以看出，在輕度(5%)脅迫時(shí)，思茅松幼苗脯氨酸含量增加較慢，當(dāng)脅迫強(qiáng)度增加至10%時(shí)，脯氨酸含量增加較明顯。

圖2 不同PEG濃度處理下思茅松幼苗脯氨酸含量的變化

2.4 干旱脅迫對(duì)超氧化物歧化酶含量的影響

不同PEG濃度處理下對(duì)超氧化物歧化酶含量的影響如圖3所示，當(dāng)PEG-6000濃度為5%時(shí)，植物受到輕度干旱脅迫，超氧化物歧化酶(SOD)活性少量上升，表明細(xì)胞膜超氧化物歧化酶促保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)能力增強(qiáng)，隨著PEG-6000濃度增加到10%，超氧化物歧化酶活性下降較快。

圖3 不同PEG濃度處理下思茅松幼苗超氧化物歧化酶的變化

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，在PEG-6000低濃度處理時(shí)，思茅松幼苗活力指數(shù)隨濃度的升高波動(dòng)不大，胚軸長(zhǎng)度則隨著PEG-6000濃度增加而逐漸變短，胚根長(zhǎng)度的變化表現(xiàn)為上升；當(dāng)干旱脅迫加劇，在高濃度時(shí)，胚軸與胚根均顯著變短，幼苗活力指數(shù)也急劇降低；當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到15%時(shí)，對(duì)幼苗生長(zhǎng)造成一定的抑制。由此表明，清水引發(fā)PEG液培養(yǎng)的水分脅迫處理不利于思茅松幼苗生長(zhǎng)，隨著PEG濃度的升高，幼苗受干旱脅迫的程度加劇，生長(zhǎng)受到抑制。在一定濃度范圍內(nèi)，胚根生長(zhǎng)隨濃度增加而升高、胚軸隨濃度升高而降低，即水分脅迫下幼苗優(yōu)先胚根生長(zhǎng)，這有利于思茅松幼苗對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)[24-25]。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以幫助植物在干旱逆境下適應(yīng)缺水條件，防止在干旱環(huán)境中體內(nèi)水分喪失，使植物體的代謝過程能正常進(jìn)行。隨著PEG-6000濃度的增加，脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，氨基酸中脯氨酸的水溶性效果最強(qiáng)，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，有助于細(xì)胞維持水分平衡[25]。隨著PEG-6000濃度的增加，可溶性糖含量呈下降趨勢(shì)，可能是因脯氨酸含量的增加緩解了干旱脅迫引起的傷害，即思茅松幼苗處于干旱脅迫的逆境中時(shí)，脯氨酸含量變化較為敏感，幼苗自身通過調(diào)節(jié)脯氨酸含量增加來降低傷害[26]。正常情況下植物體內(nèi)脯氨酸含量不高，只有在脅迫發(fā)生時(shí)，才迅速增加[27]。研究結(jié)果也表明，在低濃度干旱脅迫時(shí)，脯氨酸含量上升較少，當(dāng)脅迫強(qiáng)度增加時(shí)，脯氨酸含量快速增加，以減少干旱脅迫對(duì)幼苗造成的傷害。由此表明思茅松處于水分脅迫時(shí)，脯氨酸的滲透調(diào)節(jié)能力大于可溶性糖的滲透調(diào)節(jié)能力，相較于可溶性糖，脯氨酸為思茅松幼苗干旱脅迫下的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。此外，脯氨酸含量的增加而可溶性糖含量的降低是由于脯氨酸和可溶性糖兩者之間具有相互補(bǔ)償?shù)淖饔肹28]。

隨著脅迫強(qiáng)度的增加，思茅松幼苗超氧化物歧化酶表現(xiàn)為先上升后下降，但上升的幅度不明顯。一般來講，植物處在逆境時(shí)，體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡受到影響，增加了自由基的產(chǎn)生，破壞或降低活性氧清除劑如超氧化物歧化酶的結(jié)構(gòu)、活性或含量水平，致使超氧化物歧化酶含量降低，保護(hù)作用失效[29]。干旱脅迫前期超氧化物歧化酶活性上升，是思茅松處于水分脅迫時(shí)的自我保護(hù)機(jī)制，通過增加超氧化物歧化酶活性來抵御干旱，脅迫后期水分脅迫程度增強(qiáng)，超氧化物歧化酶的保護(hù)失去作用，導(dǎo)致超氧化物歧化酶活性逐漸降低，水分脅迫已經(jīng)對(duì)思茅松幼苗造成一定的影響，此時(shí)幼苗的活力指數(shù)也呈現(xiàn)降低的現(xiàn)象。

綜上所述，思茅松幼苗在水分脅迫環(huán)境下有自己的適應(yīng)對(duì)策，處于干旱逆境時(shí)思茅松通過優(yōu)先生根的生長(zhǎng)，并通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與保護(hù)酶活性含量的改來來降低干旱逆境對(duì)自身的傷害，這是思茅松應(yīng)對(duì)干旱逆境的生理反應(yīng)，以降低由此帶來的傷害。綜合來看，思茅松幼苗可以在輕度干旱脅迫時(shí)正常生長(zhǎng)，具有一定的耐旱性。

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Effects on the Growth of Seedlings ofPinuskesiyavar.langbianensisUnder Drought Stress Simulated by PEG

SUNQia,CAINianhuia,b,CHENShib,WANGDaweia,DUANAn’ana,XUYulana
(Southwest Forestry University a.Key Laboratory for Forest Genetic and Tree Improvement & Propagation in Universities of Yunnan Province;b.Key laboratory for Forest Resources Conservation and Use in the Southwest Mountains of China,Ministry of Education,Kunming Yunnan 650224,China)

Impact on the seed germination and seedling growth ofPinuskesiyavar.langbianensisunder drought stress simulated by Polyethylene Glycol (PEG) was studied. Four different concentrations such as CK(0%), 5%, 10%, 15% were used. The growth of seedlings ofP.kesiyavar.langbianensisafter seeds germination was measured. And the changes of the seedling soluble sugar, proline and superoxide dismutase (SOD) changes under different treatments were analyzed. The results showed: the seed radicle length ofP.kesiyavar.langbianensisincreased first and then decreased,and hypocotyl length declined with the increase of drought stress.Soluble sugar content of seedlings showed a downward trend with the rise in the concentration of PEG-6000,proline content increased with the increasing of the drought stress,superoxide dismutase (SOD) increased first and then decreased.Within a certain range,with the increasing of drought stress,roots gradually increased and hypocotyl grew slowly to reduce water consumption,which was helpful for the adaptation of drought habitat.

drought stress;Pinuskesiyavar.langbianensis; seedling growth

2016-04-10

西南林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目資助,云南省林學(xué)一流學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助和云南省高校林木遺傳改良與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助。

孫 琪(1992—)，女，碩士研究生，研究方向：林木遺傳育種；E-mail:camugn@163.com。

許玉蘭(1979—)，女，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：林木遺傳育種；E-mail:xvyulan@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.09.020

S 791.24

A

1001-4705(2016)09-0020-04