PEG模拟不同程度干旱胁迫对长豇豆种子萌发及幼苗生理特性的影响

张凤银　+陈禅友　张萍　等

摘要用不同质量浓度（0，50，100，150，200，250，300 g/L）的PEG模拟干旱胁迫条件，研究不同程度干旱胁迫对长豇豆种子萌发及幼苗生理特性的影响.结果表明：长豇豆种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及幼苗的芽长、根长、侧根数均随PEG质量浓度的增加呈下降的趋势；当PEG质量浓度低于150 g/L时，其幼苗的SOD及POD活性随PEG质量浓度升高而升高，而PEG质量浓度高于150 g/L时，则随PEG质量浓度升高而下降；但幼苗MDA含量随PEG质量浓度增加而逐渐增加.表明随着干旱胁迫程度升高，长豇豆种子萌发和幼苗生长的抑制作用以及细胞膜受伤害程度也愈严重.

关键词长豇豆；PEG； 干旱胁迫；种子萌发；幼苗生理特性

中图分类号S643.4文献标识码A文章编号1000-2537（2014）02-0028-05

长豇豆 （Vigna unguiculata W. ssp.sesquipedalis（L.）Verd.，2n=22）具有适应性广，耐热性能强等特性.我国南北各地均有分布，尤以南方栽培普遍，全国栽培面积达40多万hm2，是解决夏秋淡季蔬菜供应的主要蔬菜作物之一.然而其种植季节正值夏季高温时期，常常受到干旱的胁迫，严重影响产量和品质[1-2].

长豇豆受到干旱胁迫后，会引起一系列生理生化的变化.汪宝根等[1]研究发现，长豇豆受到干旱胁迫后，其生长量和净光合效率降低，而叶片质膜的透性增加.康利平等[3]研究发现，随干旱胁迫时间的延长，长豇豆叶片含水量、叶绿素含量、气孔张开率、气孔导度、光合速率以及蒸腾速率均降低.代其林等[4]利用5%PEG溶液模拟干旱胁迫，发现长豇豆幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT的活性随胁迫时间的延长均出现先升后降的变化规律.前人主要报道了长豇豆多项生理指标在同一干旱胁迫程度下，随时间变化的规律，但至今少见有不同干旱胁迫程度对长豇豆生理指标影响的报道.为此，在本研究中，利用不同质量浓度PEG溶液模拟不同程度干旱胁迫，研究长豇豆种子萌发指标、萌发幼苗的生长指标及抗氧化酶活性与干旱胁迫程度之间的关系，以期为今后开展长豇豆耐旱机理的研究提供参考依据.

1材料与方法

1.1材料

以长豇豆品种鄂豇豆2号的种子为试验材料，由湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心提供. PEG选用PEG-6000，为日本纯品，购自天津市化学试剂批发部.

1.2方法

1.2.1种子萌发试验选择籽粒饱满、大小均匀一致、完好无损的长豇豆种子. 采用温汤浸种法浸种2 h，捞出，晾干，然后将种子摆放在铺有两层滤纸的培养皿中，分别加入15 mL不同质量浓度的PEG处理液. PEG质量分数设为0、50、100、150、200、250、300 g/L等7个梯度，相对应的渗透势[5]分别为0 MPa、-0.45 MPa、-1.38 MPa、-2.78 MPa、-4.64 MPa、-6.99 MPa、-9.80 MPa.种子在温度为28±1 ℃、RH为85%的PYX2DHS型恒温培养箱（上海福玛实验设备有限公司）中培养.每个培养皿30粒种子，每个处理重复3次.每2 d更换滤纸，并添加15 mL原液，使各处理PEG渗透胁迫的质量浓度保持相对稳定.连续培养8 d结束长豇豆种子萌发试验.

1.2.2指标测定从长豇豆种子培养次日起每天定时统计发芽种子数.种子萌发指标的计算公式如下：

发芽势（%）= 发芽初期（前5 d）发芽种子数/供试种子数×100；

发芽率（%）= 发芽终期（前8 d）发芽种子数/供试种子数×100；

发芽指数 = ∑（Gt/Dt），式中Gt为t天的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数.

种子萌发试验结束后，从每个处理的每个重复中分别随机取10 株幼苗，测量其芽长、根长，并统计侧根数.豇豆幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量分别用氮蓝四唑（NBT）光化还原法[6] 、愈创木酚法[6]及用硫代巴比妥酸（TBA）比色法 [6]测定.

1.2.3数据资料的整理及分析用Excel2003处理数据，用DPS2000软件进行差异显著性分析.

2结果与分析

2.1PEG胁迫对长豇豆种子萌发及萌发期幼苗生长的影响

2.1.1PEG胁迫对长豇豆种子萌发的影响表1为不同程度PEG胁迫对长豇豆种子发芽势、发芽率和发芽指数的影响.

2.1.2PEG胁迫对长豇豆萌发期幼苗生长的影响表2为不同质量浓度PEG胁迫对长豇豆萌发期幼苗生长的影响.从表2可知，随PEG质量浓度的增加，长豇豆幼苗的主根长、芽长以及侧根数均呈逐渐下降的趋势.与对照相比，50、100 g/L PEG处理的长豇豆幼苗的主根长差异不显著，而150、200 g/L PEG处理的长豇豆主根长显著短于对照，分别为对照的82.74%和55.36%；50 g/L PEG处理的长豇豆幼苗芽长与对照差异不显著，但当PEG质量浓度≥100 g/L，各处理的长豇豆幼苗芽长显著短于对照，其中，100、150、200 g/L PEG处理的长豇豆幼苗芽长分别是对照的77.19%、40.87%和17.30%；50 g/L PEG处理的长豇豆幼苗的侧根数也与对照差异不显著，而当PEG质量浓度≥100 g/L时，各处理幼苗的侧根数显著少于对照，其中100、150、200 g/L PEG处理的长豇豆幼苗的侧根数分别为对照的80.55%，73.61%和14.58%.长豇豆根长与芽长的比值也随PEG质量浓度的增加呈上升趋势，而且当PEG质量浓度≥150 g/L，各处理的根长/芽长的比值与对照差异显著，而PEG质量浓度≤150 g/L时，各处理根长/芽长的比值与对照差异不显著.由此可见，PEG抑制了长豇豆萌发期幼苗的生长，且质量浓度越高，幼苗生长受抑制越严重；长豇豆幼苗芽生长和侧根形成比主根生长对PEG胁迫更为敏感（因长豇豆幼苗芽生长和侧根形成显著受抑制的PEG质量浓度低于主根生长的，另外，随PEG质量浓度增加，长豇豆幼苗的根长/芽长比值也随着增加）.

2.2PEG胁迫对长豇豆萌发期幼苗SOD和POD活性及MDA含量的影响

2.2.1PEG胁迫对长豇豆萌发期幼苗的SOD和POD活性影响由表3可知，长豇豆萌发期幼苗的SOD和POD活性随PEG质量浓度的增加呈现先升高后下降的变化趋势.其中，50、250 g/L PEG处理的长豇豆幼苗的SOD活性与对照之间差异不显著，而100、150、200 g/L PEG处理的长豇豆幼苗SOD活性显著高于对照，分别较对照高54.7%、144.4%和47.3%；50 g/L PEG处理的长豇豆幼苗POD活性与对照差异不显著，100、150、200 g/L PEG处理的幼苗POD活性显著高于对照，分别比对照增加34.1%、89.3%和17.5%，而250 g/L PEG处理的幼苗POD活性显著低于对照，只有对照幼苗POD活性的54.8%.

2.2.2PEG胁迫对长豇豆萌发期幼苗的MDA含量影响MDA含量反映植物细胞膜的受伤害程度，两者成正比例关系.由表3可见，随PEG质量浓度的增大，长豇豆幼苗MDA含量呈逐渐上升的趋势.其中，50 g/L PEG处理的幼苗MDA含量与对照无显著的差异；而PEG质量浓度≥100 g/L的处理的幼苗MDA含量显著高于对照，其中，100、150、200、250 g/L PEG处理的幼苗MDA含量分别比对照增加了113.1%、211.4%、314.1%和464.3%.这表明，随PEG质量浓度增加，长豇豆萌发期幼苗的细胞膜受伤害程度加重.

3讨论与结论

植物种子发芽指标是反映种子活力大小的最可靠指标，也是反映种子萌发耐逆性能的最直接指标[7].本研究结果表明，长豇豆种子能在PEG质量浓度≤150 g/L的干旱胁迫下正常萌发，而在PEG质量浓度≥200 g/L干旱胁迫下，种子萌发受到明显的抑制，且随PEG质量浓度的增加，种子萌发受抑制程度加重.据报道，野菊[8]、不结球白菜[9]以及绵枣儿[10]种子均在250 g/L PEG胁迫下完全不能萌发，而长豇豆种子在300 g/L PEG胁迫下不能萌发，但在250 g/L PEG胁迫下仍有11.11%的萌发率，这表明不同植物种子萌发耐受极限干旱胁迫的能力不同. 本研究结果同杨柳等[ 11]及吴丽云等[ 12 ] 分别在黄麻和八棱海棠中的研究结果相似，即整个种子萌发期间用PEG胁迫，表现出随PEG胁迫强度的增加，种子萌发受抑制程度加大.而李京春等[13]发现，用200 g/L PEG处理天人菊种子4 h能提高其发芽率；袁媛等[14]也发现，黄芩种子用200 g/L PEG浸种1 h或100 g/L PEG浸种4 h也能提高其发芽率.陈禅友等[15]发现，在15 ℃低温下，用250 g/L PEG预处理低活力长豇豆种子1～2 d，或高活力长豇豆种子3～4 d，能提高其活力.这表明，PEG胁迫对种子活力和萌发效应的影响可因植物种类、PEG质量浓度、胁迫时间以及处理时温度等而异.

根系是植物吸收水分的主要器官，也是在水分胁迫下最先起反应的部位[16].根长、根重及下层根的数量与植物的抗旱性呈极显著的正相关[17].本研究发现，低质量浓度的PEG对长豇豆萌发期幼苗主根生长和侧根的形成影响不显著，而高质量浓度PEG抑制根系的生长，且PEG质量浓度越高，对长豇豆萌发幼苗根系生长的抑制越大，这与李文鹤等[8]对野菊的研究结果一致.而Gullo等[18]报道，在水分胁迫下，禾谷类植物通过各级侧根的加速分生和分枝而进行补偿生长，提高根表面积和体积，从而提高吸收能力.华智锐等[19]及宋丽华等[20]也发现，低质量浓度的PEG促进商洛黄芩和臭椿根生长，而高质量浓度PEG抑制根的生长.本试验中，未发现低质量浓度PEG对长豇豆根生长的促进作用，也许是长豇豆对低质量浓度PEG的干旱胁迫的促进作用不敏感或者是PEG所设质量浓度梯度过大未能表现出促进作用，还有待进一步研究.

干旱胁迫引起植物代谢紊乱，产生大量的活性氧，使膜脂过氧化，破坏膜系统[21].而植物为避免活性氧的危害，将主动调动抗氧化酶类（SOD、POD及CAT等）活性或增加生成量来消除活性氧，控制脂质氧化，减少膜系统的伤害，保护细胞免受活性氧的危害.抗氧化酶表达量的多少与活性都直接决定植物的抗逆性能的强弱[22].本研究发现在干旱胁迫下，随PEG质量浓度增加，长豇豆幼苗的SOD和POD活性均呈现先升后降趋势，这与李晓东等[23]、姜慧芳等[24] 以及左利萍等[25]的研究结果一致.说明在低质量浓度PEG的诱导下，长豇豆通过提高保护酶的活性增强植物的抗氧化能力，而在高质量浓度PEG胁迫下，随着活性氧的增加，超过抗氧化酶系统所能清除能力，反过来活性氧对抗氧化酶系统又造成伤害，从而引起其活性降低[24].

在正常生理条件下，植物在代谢过程中产生超氧化物自由基等活性氧及其消除存在一个平衡，因而植物不会累积活性氧，而在逆境和胁迫条件下植物会产生大量的活性氧，若不能及时消除，则会引起细胞膜发生膜脂过氧化而受到伤害[21]. MDA含量是反映细胞受胁迫程度大小的指标[26].本研究结果显示，随PEG质量浓度的增加，长豇豆萌发期幼苗MDA含量呈逐渐增加趋势，说明细胞膜受伤害程度增加，这与李晓东等[23]在玉带草中的研究结果相似.

总之，随PEG胁迫程度的增加，长豇豆种子萌发及幼苗的生长受抑制逐渐加重，幼苗细胞膜系统受损程度亦逐渐加大.

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（编辑杨春明）