陳 釧， 唐 麗， 周曉星， 徐力興， 盛世紅， 許 琪，龔 維， 陸日惠

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 北京 100125； 3.岳陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)研究所， 湖南 岳陽(yáng) 414000； 4.中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

福建山櫻花(Cerasuscampanulata)為灌木或喬木，樹高3～8m。野生的福建山櫻花一般生長(zhǎng)分布在海拔100～600m的山谷中。福建山櫻花早春開花，先花后葉，花色鮮艷，在華南、華東地區(qū)均有栽培，具有較強(qiáng)的觀賞價(jià)值[1-2]。有限的抗旱能力是福建山櫻花推廣受限的主要原因之一，研究福建山櫻花的抗旱機(jī)制并提高福建山櫻花抗旱能力，對(duì)福建山櫻花的推廣種植至關(guān)重要。在植物的生長(zhǎng)發(fā)育周期過程中，種子時(shí)期是起始階段，影響著植物后期的生長(zhǎng)和發(fā)育[3-6]；而種子萌發(fā)通常易受干旱脅迫影響[7-10]，因此，對(duì)植物種子萌發(fā)期進(jìn)行抗旱性研究具有重要意義[11]。

本試驗(yàn)利用不同濃度PEG—6000作為土壤水分滲透調(diào)節(jié)劑模擬干旱脅迫[12-16]，對(duì)福建山櫻花種子的發(fā)芽進(jìn)行了干旱抗性探索，初步探究了福建山櫻花種子在不同程度干旱脅迫下的萌發(fā)情況，為福建山櫻花的生產(chǎn)推廣提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)地位于湖南省岳陽(yáng)市岳陽(yáng)樓區(qū)蘭竹路55號(hào)岳陽(yáng)市林業(yè)科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室，地理坐標(biāo)為113°08′17.65″E， 29°21′10.68″N。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

采自浙江省杭州市余杭區(qū)長(zhǎng)樂林場(chǎng)，種子千粒重為120.95g，平均粒徑5mm，平均粒長(zhǎng)8.25mm，種子經(jīng)低溫層積處理后已處于發(fā)芽萌動(dòng)期。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理組濃度梯度，即PEG—6000濃度分別為0%(超純水對(duì)照)、5%、10%、15%、20%和25%，即用天平分別稱取PEG—6000溶質(zhì)質(zhì)量50、100、150、200、250 g溶于1000ml超純水中配置成的PEG—6000。每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。每個(gè)處理選用健康均勻的福建山櫻花種子50粒,用70%酒精進(jìn)行消毒后，立即用超純水沖洗4～5次，時(shí)間8～12min，然后用超純水浸泡12h左右。濾紙用烘干機(jī)進(jìn)行干燥處理。試驗(yàn)所需的培養(yǎng)皿直徑約12cm，用蒸餾水清洗干燥消毒后，鋪雙層濾紙作為種子發(fā)芽皿。將50粒福建山櫻花種子均勻置于培養(yǎng)皿中，再分別加入不同濃度的PEG—6000 20ml，保證PEG—6000可以浸潤(rùn)所有福建山櫻花種子，處理完成后將培養(yǎng)皿置于25℃恒溫光培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

2.3 指標(biāo)測(cè)定

2.3.1 福建山櫻花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、抗旱指數(shù)的測(cè)定

處理期間及時(shí)觀察統(tǒng)計(jì)萌發(fā)的福建山櫻花種子數(shù)量，種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為種子的胚根長(zhǎng)度超過種子本身長(zhǎng)度，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算福建山櫻花種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)等發(fā)芽指標(biāo)。公式如下：

發(fā)芽勢(shì)(%)=(Gmax/N)×100%

(1)

發(fā)芽率(%)=(Gi/N)×100%

(2)

式(1)(2)中：Gmax表示發(fā)芽數(shù)量最多日每個(gè)培育皿內(nèi)的福建山櫻花種子發(fā)芽數(shù)；N表示每個(gè)培育皿內(nèi)的福建山櫻花種子數(shù)；Gi表示每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)的福建山櫻花種子發(fā)芽數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

(3)

式中：Gt表示第t天每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)的福建山櫻花種子發(fā)芽數(shù)；Dt表示對(duì)應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

2.3.2 福建山櫻花種子可溶性糖、可溶性蛋白含量的測(cè)定

在發(fā)芽開始的第1天、第3天、第5天、第7天分別隨機(jī)取樣，每次在每個(gè)濃度的培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取發(fā)芽的福建山櫻花種子15顆，測(cè)定其可溶性糖、可溶性蛋白含量，分別采用蒽酮比色法[17]和考馬斯亮藍(lán)法[18]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析軟件為Excel 2016和SPSS 20.0，采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，用Excel 2016軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 PEG—6000脅迫對(duì)福建山櫻花種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽勢(shì)代表著發(fā)芽初期比較集中的發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)決定著出苗的整齊程度，種子的發(fā)芽勢(shì)越高，則出苗越整齊。發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標(biāo)，發(fā)芽指數(shù)越高則表示種子的活力越高。不同濃度PEG—6000脅迫下的福建山櫻花種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)見表1。由表1可知：不同濃度PEG—6000脅迫下的福建山櫻花種子，在發(fā)芽過程中其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)間存在極顯著差異；隨著PEG—6000濃度的上升，福建山櫻花種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)PEG—6000濃度為5%時(shí)，福建山櫻花的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最高，分別為48.24%、6.79，但隨著PEG—6000濃度的繼續(xù)上升，福建山櫻花種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)逐漸下降，當(dāng)PEG—6000濃度達(dá)到25%時(shí)，福建山櫻花的發(fā)芽勢(shì)由48.24%降至12.39%，發(fā)芽指數(shù)由6.79降至2.15。結(jié)果表明：5%濃度的PEG—6000脅迫福建山櫻花種子，對(duì)其發(fā)芽整齊度和種子活力具有促進(jìn)作用；10%～25%濃度的PEG—6000脅迫下，福建山櫻花種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)顯著下降，嚴(yán)重抑制福建山櫻花種子萌發(fā)。

3.2 PEG—6000脅迫對(duì)福建山櫻花種子發(fā)芽率和總發(fā)芽率的影響

不同濃度PEG—6000脅迫下的福建山櫻花種子發(fā)芽率如圖1所示。由圖1可知：福建山櫻花種子發(fā)芽開始于處理的第3天，處理的第3、4天發(fā)芽率較低，發(fā)芽高峰期在第5天，到處理的第9天時(shí)，福建山櫻花的發(fā)芽率達(dá)到最大值，第10天開始基本停止發(fā)芽；不同濃度PEG—6000脅迫下的福建山櫻花種子的發(fā)芽率不同，在5%濃度PEG—6000脅迫下，福建山櫻花種子的發(fā)芽率均高于對(duì)照組，在10%～25%濃度PEG—6000脅迫下，福建山櫻花種子的發(fā)芽率隨溶液濃度的上升呈下降趨勢(shì)。

表1 不同濃度PEG—6000脅迫下福建山櫻花種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)Tab.1 Germination potential and germination index of Cerasus campanulata seeds under different concen-trations of PEG—6000 stress濃度/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)041.36±1.72 a5.67±2.21 a548.24±1.73 a6.79±1.82 a1032.33±5.03 ab4.53±1.93 ab1531.50±8.54 b4.11±1.57 ab2024.67±4.04 bc3.47±1.28 b2512.39±8.48 c2.15±0.52 bc 注: 同列不同小寫字母表示不同PEG—6000濃度處理間在0.05水平上差異顯著。下同。

圖1 不同濃度PEG—6000脅迫下的福建山櫻花種子的發(fā)芽率Fig.1 Germination rate of Cerasus campanulata seeds under different concentrations of PEG—6000 stress

如圖2所示：在用不同濃度PEG—6000處理福建山櫻花種子后，福建山櫻花種子的總發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢(shì)。在5%濃度PEG—6000的脅迫下，福建山櫻花種子的總發(fā)芽率相比于對(duì)照組上升了5.56%；當(dāng)PEG—6000濃度為25%時(shí)，福建山櫻花種子的總發(fā)芽率由71.00%降至27.78%。

注： 不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同濃度PEG—6000脅迫下福建山櫻花種子總發(fā) 芽率Fig.2 Total germination rate of Cerasus campanulata seeds under different concentrations of PEG—6000 stress

3.3 不同時(shí)間及不同濃度PEG—6000脅迫對(duì)福建山櫻花種子可溶性糖含量的影響

如圖3所示：脅迫的第1天，福建山櫻花種子可溶性糖含量趨勢(shì)平緩，各處理組間福建山櫻花種子可溶性糖含量差異不顯著，說明處理開始時(shí)，PEG—6000濃度對(duì)福建山櫻花種子的影響不顯著；脅迫的第3天，福建山櫻花種子可溶性糖含量隨著PEG—6000濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)PEG—6000濃度為10%時(shí)，可溶性糖含量最高，當(dāng)PEG—6000濃度為25%時(shí)，可溶性糖含量低于對(duì)照組水平，說明在低濃度PEG—6000脅迫下，激活了福建山櫻花種子的抗逆性機(jī)制，加速了種子內(nèi)可溶性糖的轉(zhuǎn)化，而在高濃度PEG—6000脅迫下，會(huì)顯著抑制種子可溶性糖的轉(zhuǎn)化；脅迫的第5天，對(duì)照組福建山櫻花種子可溶性糖含量相較于第3天有所上升，PEG—6000濃度為5%、10%、15%的處理組福建山櫻花種子可溶性糖含量相較于第3天大幅下降，且呈遞降趨勢(shì)，PEG—6000濃度為25%的處理組福建山櫻花種子可溶性糖含量顯著上升；脅迫的第7天，福建山櫻花種子可溶性糖含量隨著PEG—6000濃度的增加而降低，且PEG—6000濃度為20%、25%的處理組福建山櫻花種子可溶性糖含量已經(jīng)低于脅迫第1天對(duì)照組福建山櫻花種子的可溶性糖含量水平，說明持續(xù)的不同濃度PEG—6000脅迫，會(huì)顯著抑制福建山櫻花種子內(nèi)部的可溶性糖轉(zhuǎn)化，從而抑制種子萌發(fā)。

圖3 不同濃度PEG—6000脅迫下福建山櫻花種子可溶性糖含量變化Fig.3 Changes of soluble sugar content in Cerasus campanulata seeds under different concentrations of PEG—6000 stress

3.4 不同時(shí)間及不同濃度PEG—6000對(duì)福建山櫻花種子可溶性蛋白含量的影響

如圖4所示：脅迫的第1天，福建山櫻花種子可溶性蛋白含量趨勢(shì)平緩，各處理組間福建山櫻花種子可溶性蛋白含量差異不顯著；脅迫的第3天，PEG—6000濃度為15%、20%、25%的處理組福建山櫻花種子可溶性蛋白含量顯著下降，且呈遞減趨勢(shì)，對(duì)照組福建山櫻花種子的可溶性蛋白含量略微下降，其他處理組福建山櫻花種子的可溶性蛋白含量沒有發(fā)生顯著變化，說明在中高濃度PEG—6000脅迫下，激活了種子的抗逆性生理機(jī)制，抑制了種子可溶性蛋白的轉(zhuǎn)化；脅迫的第5天，PEG—6000濃度為5%、10%的處理組福建山櫻花種子可溶性蛋白含量顯著下降，且呈遞減趨勢(shì)，PEG—6000濃度為15%、20%、25%的處理組福建山櫻花種子可溶性蛋白含量上升到了與對(duì)照組同等水平，說明隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，低濃度PEG—6000開始抑制福建山櫻花種子可溶性蛋白的產(chǎn)生；脅迫的第7天，各處理組間福建山櫻花種子可溶性蛋白含量差異回歸平穩(wěn)趨勢(shì)，且較處理第1天均有一定的上升。說明持續(xù)干旱脅迫下，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)、脅迫程度加劇，使得福建山櫻花種子的可溶性蛋白合成在某個(gè)時(shí)間段受到抑制，但同時(shí)也會(huì)激活福建山櫻花種子的抗逆性機(jī)制，調(diào)節(jié)種子自身內(nèi)源物質(zhì)合成來逐漸適應(yīng)外部脅迫環(huán)境。

圖4 不同濃度PEG—6000脅迫下福建山櫻花種子可溶性蛋白含量變化Fig.4 Changes of soluble protein content in Cerasus campanulata seeds under different concentrations of PEG—6000 stress

4 結(jié)論與討論

不同濃度PEG—6000模擬干旱脅迫是通過對(duì)滲透壓的調(diào)節(jié)達(dá)到阻礙水分進(jìn)入福建山櫻花種子內(nèi)部，對(duì)福建山櫻花種子的萌發(fā)指標(biāo)均有顯著影響。當(dāng)PEG—6000濃度為5%時(shí)，福建山櫻花種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均高于對(duì)照組水平，這與韋秋思等[19]對(duì)云南松種子萌發(fā)的研究一致。當(dāng)PEG—6000濃度高于5%時(shí)，福建山櫻花種子萌發(fā)指標(biāo)隨著PEG—6000濃度的升高而降低，說明高濃度的PEG—6000會(huì)對(duì)種子造成破壞，從而抑制種子的發(fā)芽。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)水分脅迫的一種生理機(jī)制，是體現(xiàn)植物抵御逆境脅迫能力的主要組成部分。有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，植物在受到干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)一些具有保護(hù)作用的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)迅速積累，如可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖。通過不同濃度PEG—6000對(duì)福建山櫻花種子可溶性糖含量及可溶性蛋白含量的影響數(shù)據(jù)可以看出：干旱脅迫會(huì)顯著影響福建山櫻花種子的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；可溶性糖含量上升是因?yàn)榈蜐舛萈EG—6000刺激萌發(fā)的福建山櫻花種子中淀粉加速分解的結(jié)果；可溶性糖含量降低是因?yàn)楦邼舛鹊腜EG—6000抑制淀粉分解的結(jié)果；可溶性蛋白含量降低表明萌發(fā)的福建山櫻花種子可能啟動(dòng)了本能的抗逆機(jī)制，低濃度PEG—6000脅迫表現(xiàn)為可溶性蛋白分解加速，可溶性蛋白含量逐漸降低，這與呼鳳蘭等[20]的研究結(jié)果相同。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明：福建山櫻花種子具備一定的抗旱性，在5%濃度PEG—6000脅迫下，種子的發(fā)芽率、活力、發(fā)芽整齊度上升，種子的抗逆機(jī)制被激活，加速種子內(nèi)淀粉的分解以及蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從一定程度上促進(jìn)種子萌發(fā)。