PEG 胁迫对光皮桦种子萌发和幼苗生长的影响

丁强强，刘敏，万志兵

（1.黄山学院生命与环境科学学院，黄山 245041；2.南京林业大学）

光皮桦（Betula luminifera）为桦木科优良速生阔叶树种，具有适应性强、较耐干旱瘠薄，生长快且树干通直圆满，材质细致坚韧、纹理美观、粘胶性能好，是家具、室内装潢以及工业原料较理想的用材树种[1]。由于其材性好、用途广，又是速生丰产乡土植物，现已成为我国南方山区珍优阔叶树种[2]。近年来对光皮桦的研究较多，多集中在遗传改良[3]和育苗技术[4-5]的研究，随着目前环境的恶化，部分地区环境条件差、降雨量少、土壤贫瘠，很多树种难以在这些条件下成活，因此迫切需要选择一个能够在这些条件下生存的树种。目前对光皮桦的非生物逆境抗响应鲜有报道，因此揭示光皮桦种子萌发期的耐旱特性对其旱地种植具有重要意义。实验采取PEG 模拟干旱胁迫研究光皮桦种子萌发对干旱胁迫的响应，拟为光皮桦种子在干旱立地条件下的种植栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

光皮桦种子采于安徽省绩溪县镇头林场光皮桦国家级良种基地，是第二代种子园生产的种子。

PEG6000 由国药集团化学试剂有限公司生产，平均分子量为6 000。

1.2 处理方法

用蒸馏水分别配制质量分数为0% 、5%、10%、15%的PEG-6000 溶液，与之相对应的水势分别为0、-0.58、-1.66、-3.25MPa[6]，共4 个处理，每处理3 次重复。挑选颗粒饱满、大小、色泽一致，无病虫害的光皮桦种子。用0.1% NaClO 消毒10 min，蒸馏水漂洗3 次。培养皿底部均匀覆盖适量厚度的脱脂棉，再覆盖一层滤纸作为发芽床，加入相应的溶液，溶液浸透脱脂棉和滤纸，每培养皿放入100 粒处理好的种子，放入25 ℃人工智能培养箱中培养，全光照处理12 h，黑暗处理12 h。定时观察种子的萌发情况并统计发芽数（发芽标准以胚突破种皮露出为发芽），14 d后测定其相应生长指标。

1.3 测量指标和方法

种子发芽能力的测定

发芽率（GR）=（发芽种子数/供试种子数）×100%

发芽势（GP）=（发芽高峰期时发芽种子数/供试种子数）×100%

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）；Gt：在时间为t 天的发芽个数，Dt：发芽实验的第t 天。萌发抗旱指数的测定[7]

种子萌发抗旱指数=渗透胁迫下萌发指数/对照萌发指数，其中，萌发指数=（1.00）nd2+（0.75）nd4+（0.5）nd6+（0.25）nd8，nd2、nd4、nd6、nd8 分别为第2、4、6、8 天的种子萌发率。上胚轴、下胚轴长度的测定

发芽14 d 后，每培养皿随机取10 株幼苗测定其上胚和下胚轴长，以其均值作为上胚轴、下胚轴长度的指标。

1.4 数据处理和方法

利用Excel 2007 和spss19.0 进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对光皮桦种子发芽能力的影响

从图1 中看出5%PEG 浓度下发芽率最高为73%，较对照增加了4%；在5%浓度处理下的种子发芽势为51%，比对照组略高；在10%时，发芽势为39.3%，较对照组下降了11.3%；在15%时较对照组下降了19%。因此，PEG 浓度大于5%时，随着干旱胁迫的加剧，这两项发芽指标变化相对平缓。这可能与种子对胁迫的忍耐程度较强有关系。

适当的胁迫能够提高光皮桦种子萌发率，使种子的发芽高峰期提前，由图2 看出发芽指数随着干旱胁迫的增加逐渐降低，PEG 浓度为5%时，发芽指数最高；PEG 浓度为10%时，发芽指数为54.81，较对照组下降了15%；15%时发芽指数为48.27，较对照组下降了31%。

图1 PEG 胁迫下光皮桦种子萌发情况Fig.1 Effects of PEG stress on seed germination rate and germination potential of Betula luminifera

图2 不同浓度的PEG 对发芽指数的影响Fig.2 The germination index of Betula luminifera under PEG Stres

不同浓度下的PEG 对光皮桦种子的发芽率、发芽势、发芽指数的方差均显著（见图1，图2），表明随着干旱胁迫的增强，光皮桦种子发芽性状在各个处理间的差异均显著。多重比较结果表明，发芽率性状在5%的PEG 处理时与对照差异显著，说明轻微胁迫有助于种子的萌发，而10%的PEG 和15%的PEG 处理与对照差异显著，则表明过度的胁迫会抑制种子的萌发。发芽势性状在5%的PEG，10%的PEG 处理时与对照差异均不显著，说明发芽势性状对PEG 胁迫反应不明显。发芽指数性状在10%处理时与对照差异显著，表明较高的干旱胁迫能促进光皮桦种子的发芽指数。

2.2 干旱胁迫对光皮桦幼苗生长的影响

由图3 可以看出上胚轴长在5%浓度时最长，说明较低浓度的干旱胁迫对光皮桦的上胚轴生长有促进作用，当干旱胁迫大于5%时，上胚轴长随着干旱胁迫的增加逐渐下降，说明随着干旱胁迫的加剧，对上胚轴生长造成伤害。在15%浓度时胁迫下较对照组下降了13%，15%的PEG 处理与对照差异达显著水平。下胚轴长随着干旱胁迫的加剧，它的生长依次递减，各处理间下胚轴长度差异不明显（见图3），说明随着干旱胁迫的加剧，对幼苗下胚轴生长有抑制作用，但在PEG 浓度小于15%时的胁迫对其影响不大。

图3 不同PEG 浓度下光皮桦幼苗生长情况Fig.3 Effects of PEG stress on seedling growth of Betula luminifera

图4 PEG 胁迫下光皮桦种子萌发抗旱指数的变化Fig.4 The drought resistant index of Betula luminifera under PEG Stress

2.3 干旱胁迫对光皮桦种子萌发抗旱指数的影响

种子萌发抗旱指数是评价种子萌发期抗旱性的可靠指标[8]。在5%的干旱胁迫下，光皮桦种子的萌发抗旱指数最高（图4），为1.02。当PEG 胁迫大于5%时，种子的萌发抗旱指数有所下降，在PEG 为10%时为0.92，与PEG 为5%时差异显著，表明10%的PEG胁迫，对光皮桦种子萌发抗旱指数影响比较明显。在PEG 为15%时为0.84，与PEG 为10%时差异不明显。以上分析表明，光皮桦种子在萌发期具有一定的抗旱能力，但是随着干旱胁迫的加剧种子萌发抗旱指数下降。

3 讨论与结论

3.1 PEG 处理对光皮桦种子萌发的影响

种子萌发需要水分，不同的水溶液对种子萌发的影响是不同的[9-10]，但是急速吸水却会损伤种子细胞，迫使种子活力下降。适宜浓度PEG 溶液具有降低水势的作用，可使种子吸水速度变缓，种子慢慢启动萌发，可减少细胞膜的机械损伤，利于膜损伤部位生理生化修复，促进了膜结构和生理功能的完善，减少营养物质渗漏，提高种子萌发率[11]。研究中光皮桦种子的发芽率、发芽势、发芽指数、抗旱指数均在5%时最高，主要原因是增加渗透调节物质如可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸的含量，提高保护性酶超氧化物歧化酶（SOD），过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，降低丙二醛（MDA）含量，修复膜系统损伤[12]。在5%PEG 浓度以后再随着干旱胁迫的加剧呈下降趋势，这种随着干旱胁迫的增加而各项指标都下降的趋势，其他研究也有相似的结果[13-14]。光皮桦的种子小，营养物质少，含水多，在PEG 浓度小幅度增加时能促进种子萌发，随着干旱胁迫的继续增大，超过了光皮桦种子的耐受范围，损伤了种子活力。随着PEG 质量浓度的增大，种子的对过氧化氢酶（CAT）活性升高，因为高浓度的PEG 引起种子代谢紊乱、造成无氧呼吸上升、大量消耗贮藏物质，使得CAT 活性升高[12]。因此5%左右的PEG 溶液能够促进光皮桦种子的萌发，但当PEG 浓度大于5%时，将抑制种子萌发。

3.2 PEG 处理对光皮桦幼苗生长的影响

洪法水等[15]曾报道PEG 处理可以促进小麦幼苗生长，在试验中5%浓度下的PEG 也对光皮桦幼苗的上胚轴长具有促进作用，当胁迫浓度较高时，上胚轴的生长受到抑制，下胚轴的生长则随着干旱胁迫的增加也会受到抑制，但与对照相比差异不显著，这与胡卉芳等对扁蓿豆的研究结果有所差别[16-17]。分析认为这与幼苗体内的生理代谢有关，适宜的干旱胁迫能够增加SOD 酶和POD 酶活性[18]，随着干旱胁迫的逐渐增强，光皮桦幼苗体内产生保护酶，以清除干旱胁迫中产生的活性氧，减少其对膜的伤害，从而增强植物抵抗胁迫的能力，促进幼苗的生长，而当胁迫增加到一定程度时，酶的活性受到抑制，影响其表达，不能及时清除干旱胁迫中产生的活性氧，影响幼苗生长。而上胚轴的生长趋势和下胚轴的生长趋势的不同，可能是基因的选择性表达和酶的分布有关，由于上胚轴的SOD 酶和POD 酶的表达基因较多，所以分泌的酶较多，而下胚轴中的较少，所以在干旱的刺激下表达的较少，从而不能显现出其作用效果。结果表明PEG 浓度为5%左右时，能促进幼苗上胚轴长，大于此浓度时，则阻碍其生长。

木本植物幼苗的更新是森林群落演替、植被生态恢复等过程中非常关键的一步。刚萌发的幼苗不能够经受各种不利的环境因子，因此幼苗阶段的生长发育、存活、分布和种群动态更容易受到水分和光照等诸多生态因素及其相互作用的影响[19]，比成年个体对环境因子更敏感，是植物生活史中最为敏感的时期。研究结果表明，适当的干旱胁迫能够促进光皮桦种子的萌发和幼苗生长。综合考虑PEG 渗透溶液对光皮桦种子发芽和幼苗生长等指标的影响，参考PEG 溶液浓度和水势换算结果，光皮桦种子萌发及其幼苗可忍受5%的PEG 胁迫，即水势-0.58 MPa 的土壤干旱胁迫。

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