張加利，張雨欣，王寧，王思雨，曹晗，牟洪香

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000)

文冠果(Xanthocerassorbifolium)是我國(guó)北方特有的優(yōu)良木本油料樹(shù)種，為無(wú)患子科文冠果屬植物[1]。其種子含油率高，適應(yīng)能力強(qiáng)，且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，作為一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ纳锬茉次锓N，受到了人們的廣泛關(guān)注[2]。目前對(duì)文冠果的研究主要集中在資源分布、引種選育、栽培技術(shù)、結(jié)實(shí)生理、種仁成分及開(kāi)發(fā)利用等方面[3-6]。隨著文冠果的推廣和應(yīng)用，對(duì)苗木的需求量越來(lái)越大，生產(chǎn)上以播種繁殖為主，但其發(fā)芽率較低，提高種子發(fā)芽率，保證幼苗生長(zhǎng)健壯是大面積種植文冠果的關(guān)鍵[7]。聚乙二醇(PEG-6000)是一種水勢(shì)調(diào)節(jié)物質(zhì)，大量研究表明，適當(dāng)濃度的PEG脅迫可加快植物次生代謝，促進(jìn)植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，提高植物對(duì)逆境的適應(yīng)能力，在桑樹(shù)、油松、核桃、元寶楓等林木樹(shù)種的苗木培育中均有應(yīng)用[8-13]。近些年來(lái)，PEG處理被廣泛應(yīng)用于植物的滲透脅迫試驗(yàn)，在林木育種試驗(yàn)中多用來(lái)處理幼苗，但較少應(yīng)用于種子的處理[12-14]。本研究以文冠果種子為研究對(duì)象，對(duì)文冠果種子進(jìn)行不同濃度的PEG預(yù)處理，研究PEG種子預(yù)處理對(duì)文冠果種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中各生理指標(biāo)的影響，找出最佳PEG種子預(yù)處理濃度，以期為文冠果苗木培育及栽培提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2020年秋季于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)標(biāo)本園內(nèi)將文冠果種子采摘后陰干低溫保存，2021年6月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)人工智能氣候室進(jìn)行苗木培育。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取大小一致且種皮無(wú)損的文冠果種子，用0.5%的高錳酸鉀消毒30 min后用蒸餾水沖洗3～5遍。將清洗干凈的種子放到始溫為50 ℃的水中浸泡3 d(每天換水1次)，分別放到不同質(zhì)量濃度的PEG(15%、20%、25%、30%、35%)溶液中，浸泡24 h后取出，以蒸餾水浸種作為對(duì)照(CK)，浸種過(guò)程中搖晃瓶子，使種子充分浸泡。選取上口徑、下口徑、高分別為20 cm、12 cm、10 cm的育苗盆，每盆裝沙土1.5 kg，將處理好的種子播于盆中，覆土厚度為2 cm左右，播完澆透水，置于人工智能氣候室內(nèi)，溫度25±0.5 ℃，濕度68 %，光照12 h，視沙子干濕程度適時(shí)澆水。每處理100顆種子，3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定及方法 自播種之日起開(kāi)始觀察記錄，以胚芽露出土層為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)3 d無(wú)種子萌發(fā)記為發(fā)芽結(jié)束期。發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100 %；發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100 %；發(fā)芽指數(shù)=∑(發(fā)芽期內(nèi)每日發(fā)芽數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽天數(shù))。

1.3.2 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定及方法 發(fā)芽結(jié)束后，取不同處理幼苗第3～5片葉子進(jìn)行形態(tài)觀察，并拍照。用直尺測(cè)量苗高，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)幼苗地徑。

1.3.3 生理指標(biāo)測(cè)定及方法 播種36 d后，取幼苗中部功能葉片進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定?？扇苄蕴呛康臏y(cè)定采用蒽酮乙酸乙酯法；可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)(G520)染色法；脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮比色法；超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法；過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法；過(guò)氧化氫(CAT)活性測(cè)定采用過(guò)氧化氫法；丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[15]。電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)定，采用相對(duì)電導(dǎo)率(相對(duì)電導(dǎo)率=浸提液電導(dǎo)率值/煮沸后電導(dǎo)率值×100%)；葉綠素含量測(cè)定采用丙酮乙醇混合液法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 24軟件對(duì)種子萌發(fā)、幼苗生理指標(biāo)等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及方差分析，采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG預(yù)處理對(duì)文冠果種子的影響

PEG預(yù)處理對(duì)文冠果種子的影響見(jiàn)圖1。

圖1 PEG預(yù)處理對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響

通?？梢杂冒l(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)去衡量種子的萌發(fā)能力[17]。從圖1可以看出，隨PEG濃度升高，各處理發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，在PEG濃度為20%時(shí)達(dá)到峰值，且與對(duì)照差異顯著。PEG濃度在15%～25%范圍內(nèi)，各處理間發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，20% PEG濃度預(yù)處理的種子發(fā)芽率顯著高于15%和25%的，15%和25% PEG 2濃度處理種子發(fā)芽率間差異不顯著。

2.2 PEG預(yù)處理對(duì)文冠果幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.2.1 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗葉片形態(tài)的影響 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗葉片形態(tài)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗葉片形態(tài)的影響

植物受到干旱脅迫時(shí)葉片會(huì)呈現(xiàn)出不同的形態(tài)變化[18]。經(jīng)PEG預(yù)處理后，文冠果葉片的變化如圖2所示：PEG濃度為0%～25%時(shí)，文冠果幼苗葉片顏色逐漸加深，PEG濃度為30%～35%時(shí)，葉片長(zhǎng)勢(shì)減弱，且葉片開(kāi)始變黃。

2.2.2 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗苗高、地徑的影響 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗苗高、地徑的影響見(jiàn)圖3。

圖3 PEG預(yù)處理對(duì)幼苗株高、地徑的影響

植物的苗高和地徑反映了植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。如圖3所示，文冠果幼苗的苗高和地徑隨PEG濃度的升高，均呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。在PEG濃度為20%時(shí)達(dá)到最高值，分別比對(duì)照提高了5.42%、10.08%，但與對(duì)照無(wú)顯著差異。30%和35% PEG預(yù)處理時(shí)，苗高、地徑均顯著低于20% PEG處理，并與對(duì)照差異顯著。

2.3 PEG預(yù)處理對(duì)文冠果幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1 PEG預(yù)處理對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響 PEG預(yù)處理對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響見(jiàn)表1。

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物在干旱脅迫下重要的滲透保護(hù)劑，在脅迫時(shí)能保護(hù)植物細(xì)胞膜，維持細(xì)胞膨壓，提高植物抵抗逆境的能力[19]。由表1可知，隨著PEG濃度的升高，各處理文冠果葉片可溶性糖和脯氨酸的含量均呈上升趨勢(shì)，且各處理間差異顯著?？扇苄缘鞍缀砍尸F(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，在25% PEG預(yù)處理時(shí)達(dá)到最高值，且顯著高于其他處理。

表1 PEG預(yù)處理對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.3.2 PEG預(yù)處理對(duì)酶活性的影響 PEG預(yù)處理對(duì)酶活性的影響見(jiàn)表2。

表2 PEG預(yù)處理對(duì)酶活性的影響

在受到不良因素刺激時(shí)，植物體內(nèi)活性氧含量會(huì)急劇增多，對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成破壞，SOD、POD、CAT等可有效清除活性氧自由基，維持過(guò)氧化氫的穩(wěn)態(tài)水平，對(duì)植物正常生理代謝具有重要的意義，SOD能減弱自由基對(duì)植物體的毒害作用，POD和CAT主要作用是分解過(guò)氧化氫[20-21]。從表2可以看出，文冠果葉片SOD活性、POD活性隨著PEG濃度的升高而升高，20%濃度以上PEG溶液處理的顯著高于對(duì)照，高濃度PEG溶液(>30%)處理的顯著高于低濃度處理的(<20%)。文冠果葉片CAT活性隨PEG濃度的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，在25% PEG預(yù)處理時(shí)達(dá)到最高值，顯著高于其他處理。

2.3.3 PEG預(yù)處理對(duì)葉綠素的影響 PEG預(yù)處理對(duì)葉綠素的影響見(jiàn)圖4。

圖4 PEG預(yù)處理對(duì)葉綠素的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用時(shí)必需的催化劑。由圖4可知，文冠果葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素的含量隨PEG濃度的升高均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在25% PEG預(yù)處理時(shí)達(dá)到最高值，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素的含量分別比對(duì)照增加了43.69%、62.22%、50.10%，且顯著高于其他處理。

2.3.4 PEG預(yù)處理對(duì)膜透性的影響 PEG預(yù)處理對(duì)膜透性的影響見(jiàn)圖5。

圖5 PEG預(yù)處理對(duì)膜透性的影響

MDA是膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物之一，常和相對(duì)電導(dǎo)率一起用于判斷膜脂受損傷的程度和植物的抗逆性[22]。從圖5可以看出，MDA含量與相對(duì)電導(dǎo)率隨PEG濃度升高均呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)。當(dāng)PEG濃度為25%時(shí)，MDA含量最低，除與30% PEG預(yù)處理的差異不顯著外，顯著高于其他處理。相對(duì)電導(dǎo)率在PEG濃度為20%時(shí)達(dá)到最低值，除與25% PEG預(yù)處理的差異不顯著外，顯著低于其他處理。

3 討論

種子的萌發(fā)與滲透調(diào)節(jié)密切相關(guān)，而PEG-6 000作為一種高分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)植物細(xì)胞內(nèi)的水勢(shì)變化，可以減緩種子的吸水速率，修復(fù)種子吸水過(guò)程中膜系統(tǒng)的損傷[23-24]。試驗(yàn)顯示，PEG濃度小于25%時(shí)，文冠果種子發(fā)芽率均高于對(duì)照，超過(guò)25%后發(fā)芽率開(kāi)始下降，表明文冠果種子最高可耐受25% PEG的滲透調(diào)節(jié)，這與MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率的變化情況相符合。25%～35% PEG浸種后MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率均由原來(lái)的下降趨勢(shì)變?yōu)樯仙M(jìn)一步證明低濃度PEG浸種能促進(jìn)文冠果種子萌發(fā)，降低膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，修復(fù)膜損傷，保護(hù)膜系統(tǒng)，而較高濃度的PEG浸種會(huì)使種子萌發(fā)受到抑制，膜脂過(guò)氧化程度加重。姚曉華等在PEG預(yù)處理對(duì)青稞種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的研究中也得出了相同的結(jié)論[25]。

植物的生長(zhǎng)受環(huán)境影響較大，一般來(lái)說(shuō)，隨脅迫程度增強(qiáng)，生長(zhǎng)速度隨之減慢，甚至停止生長(zhǎng)[26]。如張雕等研究得出：菊花桃幼苗的苗高和地徑生長(zhǎng)量均隨干旱脅迫程度增加而逐漸降低[27]。在本研究中，文冠果幼苗的苗高和地莖在15%～25% PEG范圍均高于對(duì)照，但未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著差異，而在30%、35%時(shí)顯著低于對(duì)照。在15%～25%范圍內(nèi)，幼苗葉綠素含量上升，MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率下降，有利于植物積累養(yǎng)分，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)；當(dāng)PEG濃度過(guò)高時(shí)(>25%)，細(xì)胞處于失水狀態(tài)，導(dǎo)致種子吸水困難、幼苗活力降低，葉綠素含量下降，同時(shí)膜系統(tǒng)受到破壞，影響植株生長(zhǎng)發(fā)育。

不良環(huán)境中，植物體內(nèi)生理生化特性會(huì)呈現(xiàn)一定的變化，SOD、POD、CAT活性的增加能增強(qiáng)活性氧的代謝，提高植物在不良環(huán)境中的耐受性[19]。麥苗苗等研究表明95%～345% PEG預(yù)處理連香樹(shù)種子，能提高保護(hù)酶SOD、POD和CAT的活性[28]。本研究結(jié)果表明，SOD和POD活性均隨PEG濃度的升高而增加，CAT活性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，可能是由于高濃度的PEG使文冠果體內(nèi)積累的活性氧增多，抑制了CAT的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致CAT活性下降。除此之外，植物還能通過(guò)大量合成和積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)濃度，降低細(xì)胞水勢(shì)，維持植物體內(nèi)水分代謝平衡，提高植物在逆境下的抗性[29-30]。本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)15%～35% PEG種子預(yù)處理后，文冠果葉片脯氨酸含量、可溶性糖的含量逐步增加，可溶性蛋白雖在25%～35%范圍有所下降，但均顯著高于對(duì)照，表明PEG浸種可以有效提高植物細(xì)胞的滲透勢(shì)，增強(qiáng)對(duì)植物細(xì)胞的保護(hù)作用，這與凌敏等人在巨紫荊PEG脅迫中的研究中結(jié)論一致[31]。

4 結(jié)論

文冠果種子經(jīng)PEG預(yù)處理后，種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中均有相應(yīng)指標(biāo)的變化，表現(xiàn)為2個(gè)方面：一方面，較低濃度PEG預(yù)處理對(duì)文冠果種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，并能提高文冠果幼苗葉片中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、酶活性和葉綠素含量，降低膜脂過(guò)氧化反應(yīng)；另一方面，高濃度PEG預(yù)處理抑制文冠果的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)，使文冠果葉綠素下降、MDA和相對(duì)電導(dǎo)率升高；文冠果幼苗通過(guò)積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、增強(qiáng)酶活性來(lái)抵抗逆境來(lái)帶的傷害。試驗(yàn)綜合表明：15%～25% PEG種子預(yù)處理對(duì)文冠果種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，且20% PEG促進(jìn)效果最好，而在30%～35% PEG濃度范圍時(shí)，文冠果種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均受到不同程度的抑制。