黑果枸杞種子萌發對PEG模擬干旱脅迫的響應

郭有燕, 余宏遠, 孔東升, 張亞娟, 吳佳豫

(1.河西學院 河西學院黑果枸杞工程中心, 甘肅 張掖 734000； 2.河西學院甘肅省河西走廊特色資源利用重點實驗室， 甘肅 張掖 734000； 3.甘肅農業大學 林學院， 甘肅 蘭州 730070)

黑果枸杞種子萌發對PEG模擬干旱脅迫的響應

郭有燕1,2, 余宏遠1, 孔東升1, 張亞娟1, 吳佳豫3

(1.河西學院 河西學院黑果枸杞工程中心, 甘肅 張掖 734000； 2.河西學院甘肅省河西走廊特色資源利用重點實驗室， 甘肅 張掖 734000； 3.甘肅農業大學 林學院， 甘肅 蘭州 730070)

[目的] 研究干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長的影響,為黑果枸杞人工栽培提供理論依據。[方法] 通過聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)模擬干旱脅迫,測定不同干旱脅迫強度下黑果枸杞種子的萌發進程、發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、幼苗的生長、幼苗滲透調節物質、葉綠素含量等指標,研究干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長的影響。[結果] 干旱脅迫不利于黑果枸杞種子的萌發,重度干旱脅迫推遲其萌發的高峰期;干旱脅迫下黑果枸杞種子的發芽率、發芽勢均呈下降趨勢,-0.6 MPa處理下,黑果枸杞種子發芽率、發芽勢相對對照分別降低72.06%和74.07%;干旱脅迫對黑果枸杞種子發芽指數和活力指數有抑制作用,其抑制程度隨干旱脅迫強度的增加而增加;適度干旱脅迫有利于黑果枸杞幼苗胚根和胚芽的生長,而中度、重度干旱脅迫不利于幼苗胚芽的生長;干旱脅迫下黑果枸杞幼苗根、芽脯氨酸含量和可溶性糖含量均隨著脅迫程度的增加逐漸增加,而幼苗葉綠素含量(Chl a+b)隨干旱脅迫強度的增加逐漸降低。[結論] 干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長有重要影響,適度的干旱脅迫有利于黑果枸杞幼苗的生長。

黑果枸杞; 種子萌發; 干旱脅迫; 滲透調節

種子萌發階段是植物生命周期中最脆弱、最關鍵的階段，也是對逆境最敏感的階段[1]，因為這個階段會嚴重影響幼苗的定居。在這樣的選擇壓力下，不同植物有著不同的生活史對策，最大目的是在有利的條件下增加幼體數量，同時減少不利條件下個體死亡風險[2]。種子萌發的過程通常被許多內在和外在的因素所影響。干旱脅迫會推遲種子的萌發或降低種子的發芽力，因此，它是種子發芽過程中的一個主要的限制性因素[3-5]。這主要由于干旱脅迫增加了滲透壓，降低了襯質勢，從而使種子發芽困難[6]。種子萌發對干旱的響應反映了植物適應逆境的生態機制。因此，研究特殊生境植物的種子萌發特性，對該區域植被恢復具有重要意義。

黑果枸杞(Lyciumruthenium)為茄科枸杞屬多棘刺灌木，多年生抗旱、耐鹽植物，多分布于沙地、鹽堿荒地或路旁，是中國荒漠地區地帶性植被的主要建群樹種[7]。果實富含紫紅色素、蛋白質、枸杞多糖等多種營養成分，藥用、保健價值高于紅枸杞，被譽為植物“軟黃金”[8]。當前有關黑果枸杞的研究主要集中在營養成分分析[9]、多糖的提取[10]、遺傳多樣性[11-12]等方面。而有關黑果枸杞種子萌發、幼苗生長對逆境的響應研究相對較少，且主要集中在鹽脅迫上，Chen等[13]、王桔紅等[14]、韓多紅等[15]、王恩軍等[16]分別從鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發、幼苗生長進行了研究。野外調查發現，黑果枸杞結實量大，但實生苗數量少，是否干旱影響黑果枸杞種子的萌發，此類研究報道較少。而這可以從根本上闡明黑果枸杞種子萌發適應干旱環境的機理。因此，本文擬研究干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長的影響,以期為黑果枸杞人工栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑果枸杞種子于2015年9月采自甘肅省張掖市荒漠鹽堿地上。種子采集后，人工去除果肉、自然風干后備用。挑選飽滿一致的種子，置于4 ℃條件下沙藏處理。15 d之后水篩種子，并用5%NaClO消毒3 min，蒸餾水沖洗6次。

1.2 干旱脅迫處理

干旱脅迫由PEG模擬干旱脅迫產生。模擬干旱的PEG溶液(聚乙二醇，分子量6 000)采用Michel和Kaufnann[17]的方法配制。溶液的滲透勢設置0(對照)，-0.1，-0.2，-0.4，-0.6 MPa的PEG溶液共5個處理。各處理培養皿中鋪2張用PEG溶液浸濕的濾紙，然后于其上擺放種子。每天以稱重法補充蒸餾水以維持溶液滲透勢恒定。每個培養皿中放30粒種子，重復3次，置于恒溫培養箱中，設定溫度為25 ℃，光照時間為12 h，光照強度為2 000 lx。以肉眼看到白色幼根為標準判斷種子是否萌發，每天觀察統計萌發數，發芽持續14 d，計算發芽率、發芽指數、活力指數，并測定幼苗的胚芽(包括胚軸與頂芽)和初生根長度。

發芽率=發芽種子數/供試種子數

日相對萌發率=相應各日正常發芽種子數/供試種子數×100%

發芽勢(GE)=Nm/N×100%

式中：Nm——種子發芽達到高峰期時種子發芽粒數(個);N——供試種子數(個)。

發芽指數(IG)=∑(Gt/Dt)

式中：Gt——日發芽數(個);Dt——發芽天數(d)。

活力指數(Iv)=IG×lr

式中：lr——平均初生根長；IG——發芽指數。

1.3 生理指標測定

葉綠素含量采用丙酮浸提法測定[18]；葉片脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法測定[19];葉片可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[18]。UV-2450型紫外可見分光光度計測定吸光值，測定均重復3次．

1.4 數據處理

采用SPSS 16.0對數據進行非參數檢驗分析。用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發進程的影響

從圖1中可以看出，干旱脅迫影響黑果枸杞種子萌發高峰的出現時間及峰值的大小。在發芽試驗的第1 d時CK開始萌發，且達到高峰期，之后黑果枸杞種子萌發率逐漸降低，這說明在水分充足的情況下，黑果枸杞種子采取集中萌發的方式適應環境。在-0.1 MPa處理下，發芽高峰期出現在第2 d；在-0.2 MPa處理下，發芽高峰期出現在第2 d，第3 d；-0.4 MPa處理下，發芽高峰期出現在第2 d，第5 d；-0.6 MPa處理下，發芽高峰期出現在第6 d。隨著PEG濃度的增加，黑果枸杞種子首次萌發的時間和萌發高峰期推遲。

圖1 干旱脅迫下黑果枸杞種子的發芽率

2.2干旱脅迫對黑果枸杞種子發芽率和發芽勢的影響

從表1可以看出，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢隨干旱脅迫強度的增加呈下降趨勢。-0.4 MPa，-0.6 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢顯著降低(p<0.05)。與CK相比，-0.1 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢分別降低7.36%和1.85%；-0.2 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢分別降低11.77%和3.7%；-0.4 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢分別降低了36.77%和40.73%；-0.6 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢分別降低了72.06%和74.07%。

表1 水分脅迫對黑果枸杞種子萌發的影響

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著。下同。

2.3干旱脅迫對黑果枸杞種子發芽指數和活力指數的影響

干旱脅迫對黑果枸杞種子發芽指數和活力指數有抑制作用，其抑制程度隨干旱脅迫強度的增加而增加(表1)。與對照處理相比，-0.1，-0.2，-0.4，-0.6 MPa處理下，黑果枸杞種子發芽指數分別降低27.72%，33.36%，73.29%和91.74%。干旱脅迫處理下的黑果枸杞種子發芽指數與對照處理差異均顯著(p<0.05)。與對照處理相比，-0.1，-0.2，-0.4，-0.6 MPa處理下，黑果枸杞種子活力指數分別降低9.37%，24.70%，71.18%和91.43%。-0.4 MPa和-0.6 MPa處理下的黑果枸杞種子活力指數與其他處理差異顯著(p<0.05)。

2.4 干旱脅迫對黑果枸杞幼苗生長的影響

輕度干旱脅迫有利于黑果枸杞幼苗的生長，隨著干旱脅迫強度的增加，黑果枸杞幼苗生長受到抑制(圖2)。-0.1 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽的長度與CK 相比，分別增加23.43%和15.69%；-0.2 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽的長度與CK相比，分別增加13.14%和1.96%；-0.4 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根相對CK增加7.43%，而胚芽降低1.96%；-0.6 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根相對CK增加1.71%，而胚芽降低3.92%。這說明適度干旱脅迫有利于黑果枸杞幼苗胚根和胚芽的生長，而中度、重度干旱脅迫不利于幼苗胚芽的生長。

圖2 干旱脅迫下黑果枸杞幼苗生長的變化

2.5干旱脅迫對黑果枸杞幼苗滲透調節物質的影響

干旱脅迫下黑果枸杞幼苗根、芽脯氨酸含量和可溶性糖含量均隨著脅迫程度的增加逐漸增加，且各處理間差異顯著(p<0.05，表2)。輕度干旱脅迫下，脯氨酸含量相對對照增加幅度較低，中度、重度脅迫處理下，脯氨酸含量較對照大幅度增加，在重度脅迫處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽脯氨酸含量最高。這表明，干旱脅迫程度越高，脯氨酸積累越明顯。-0.1 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖含量較對照分別增加85.83%和22.22%；-0.2 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖含量較對照分別增加143.33%和55.56%；-0.4 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖含量較對照分別增加179.17%和86.11%；-0.6 MPa處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖含量較對照分別增加245.83%和194.44%。重度脅迫處理下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖含量最高。

表2 干旱脅迫下黑果枸杞幼苗滲透調節物質含量的變化

2.6 干旱脅迫對黑果枸杞幼苗葉綠素含量的影響

黑果枸杞幼苗葉綠素a、葉綠素b，Chla/b均隨干旱脅迫強度的增加逐漸降低，且各處理間差異顯著(p<0.05)。

黑果枸杞幼苗葉綠素含量(Chl a+b)隨干旱脅迫強度的增加逐漸降低(圖3)，且各處理間差異顯著(p<0.05)，-0.1，-0.2，-0.4和-0.6 MPa處理下的黑果枸杞幼苗葉綠素含量相對對照分別降低11.51%，33.12%，38.02%和55.20%。

圖3 干旱脅迫下黑果枸杞幼苗葉綠素含量的變化

3 討 論

水分是植物生長和植被分布重要的制約因素，也是種子萌發的關鍵生態因子[20]。PEG模擬干旱脅迫對黑果枸杞種子萌發有抑制作用，推遲了黑果枸杞種子萌發的高峰期。隨著PEG濃度的增加，黑果枸杞種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數逐漸降低。這與齊淑艷等[21]對牛膝菊的研究、劉自剛等[22]對桔梗的研究結果相同。何芳蘭等[23]對高濃度下PEG對黑果枸杞種子萌發進行了研究，得出了與本研究相似的結論，不同的是，本研究在此基礎上對低濃度下PEG對黑果枸杞種子的萌發進行了深入研究，分析低濃度下PEG對黑果枸杞種子萌發的影響。但有些研究表明，輕度的干旱脅迫有利于種子的萌發，楊景寧等[24]通過對駝絨藜、紅砂和堿蓬的種子的研究表明，輕度干旱脅迫對這3個種子的萌發有促進作用。秦文靜等[25]對尖葉胡枝子的研究得出了同樣的結論。黑果枸杞種子的初生根隨PEG濃度的升高逐漸增大。輕度的干旱脅迫有利于黑果枸杞初生芽的生長，而中度、重度的干旱脅迫抑制黑果枸杞初生芽的生長。其他植物的研究得出了不同的結論。齊淑艷等[21]對牛膝菊種子的研究表明，隨著PEG濃度的升高，胚根、胚芽長度逐漸降低。楊景寧等[24]對4種荒漠植物研究表明，輕度的干旱脅迫對初生根的生長有一定的促進作用。

滲透調節是植物抵御干旱的一種重要方式，是植物適應干旱及鹽性土壤的生理化學機制。脯氨酸是植物在逆境條件下重要的自我防御物質，也是保護酶系統和細胞膜免受傷害。干旱脅迫下，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽脯氨酸含量明顯升高，這表明黑果枸杞在干旱脅迫下具有一定的滲透調節能力。隨著干旱脅迫強度的增加，黑果枸杞幼苗胚根、胚芽可溶性糖均增加，這表明，在干旱脅迫下黑果枸杞幼苗主動提高可溶性糖的含量，保護植物免受滲透脅迫傷害，表現出一定的耐受性。

干旱脅迫會抑制葉綠素的合成，并加速已合成葉綠素的分解，導致葉綠素含量直線下降。隨著干旱脅迫強度的增加，葉綠素a、葉綠素b，Chl(a+b)均顯著降低，這與Gratan等[26]和朱志梅等[27]研究結果相同。黑果枸杞幼苗chla/b隨干旱脅迫強度的增加逐漸降低，這說明干旱脅迫使黑果枸杞幼苗光捕獲復合體(LCHⅡ)受到了損傷。

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ResponseofSeedGerminationofLyciumRuthenicumtoPEG-SimulatedDroughtStress

GUO Youyan1,2, YU Hongyuan1, KONG Dongsheng1, ZHANG Yajuan1, WU Jiayu3

(1.EngineeringCenterofLyciumRuthenicum,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 2.KeyLaboratoryofHexiCorridorResourcesUtilizationofGansu,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 3.CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

[Objective] To study the response of seed germination and seedling growth ofLyciumruthenicumto PEG(polyethylene glycol)-simulated drought stress, and to provide a theoretical basis for artificial cultivation ofL.ruthenicum. [Methods] PEG-6000 solution was used to simulate drought stress. Seed germination progress, germination percentage, germination potential, germination index, vital index, seedling growth, seedling osmotic adjustment substances, and chlorophyⅡ content under water stress were recorded. The effects of drought stress on seed germination and seedling growth ofL.ruthenicumwere studied. [Results] Drought stress was disadvantaged to seed germination ofL.ruthenicum, and the severe drought stress will delay the fastigium ofL.ruthenicumseed germination. Seed germination percentage and germination potential decreased with the increasing level of drought stress. Under -0.6 MPa treatment, germination percentage and germination potential decreased by 72.06% and 74.07% as compared to the one of control treatment. Germination index and vital index were restrained under drought stress, and the restraining degree increased with the increasing of drought stress. The moderate drought stress was beneficial to the growth of radicle and germ, however, it wasn’t beneficial to the growth of germ under medium and severe drought stress. Proline and soluble sugar of seedling root and shoot increased with the increasing drought stress level. However, chlorophyⅡ content decreased with the increasing drought stress level. [Conclusion] Drought stress had important effect to the seed germination and seedling growth of L. ruthenicum, and the moderate drought stress was beneficial to the growth ofL.ruthenicumseedling.

Lyciumruthenicum;seedgermination;droughtstress;osmoregulation

A

1000-288X(2017)05-0098-05

Q945.79

文獻參數： 郭有燕, 余宏遠, 孔東升, 等.黑果枸杞種子萌發對PEG模擬干旱脅迫的響應[J].水土保持通報，2017,37(5)：98-102.

10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.017； Guo Youyan, Yu Hongyuan, Kong Dongsheng, et al. Response of seed germination ofLyciumruthenicumto PEG-simulated drought stress[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(5)：98-102.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.017

2016-12-14

2017-03-11

國家自然科學基金地區項目“荒漠藥用植物黑果枸杞實生苗更新過程的生態學研究”(31460189)， “黑果枸杞無性成苗的生態過程及生殖選擇研究”(31660193);甘肅省高等學?？蒲许椖俊盎哪幱弥参锖诠坭綄Ω珊得{迫的適應能力和適應機制研究項目”(2014A-111)

郭有燕(1980—),女(漢族),寧夏回族自治區中衛市人,博士,副教授,碩士生導師,主要從事天然林保護與利用研究。E-mail:guoyouyan_2008@163.com。

余宏遠(1981—),男(漢族),寧夏回族自治區固原市人,碩士,講師,主要從事林地恢復及測繪研究。E-mail:yhy_2000_113@163.com。