聚乙二醇对乌塌菜种子发芽特性的影响

贾双双，饶智雄，张雪平，周玉丽，胡友军

(安徽科技学院 生命科学学院，安徽 凤阳 233100)



聚乙二醇对乌塌菜种子发芽特性的影响

贾双双，饶智雄，张雪平，周玉丽，胡友军*

(安徽科技学院 生命科学学院，安徽 凤阳 233100)

目的：明确乌塌菜种子在发芽初期对不同浓度聚乙二醇(PEG)溶液的耐受性。方法：以乌塌菜种子为试验材料，研究不同浓度PEG溶液(0、50、100、200、300、400 mmol/L)对种子的相对发芽率、发芽势、相对发芽指数、相对萌发活力指数、相对伤害率、主根长、下胚轴长、叶绿素含量及根系活力等相关指标的影响。结果：乌塌菜种子在PEG浓度为50 mmol/L，其相对发芽率、发芽势、叶绿素含量、根系活力等指标分别为108.7%、70%、3.8 mg/g·FW和0.132 μg/g·FW·h，均显著高于对照，而100 mmol/L PEG溶液处理其相应指标分别为95.6%、61%、3.0 mg/g·FW和0.125 μg/g·FW·h，均与对照差异不显著。结论：随着PEG浓度的逐渐升高，对各指标的抑制作用也逐渐增强。乌塌菜种子可耐100 mmol/L的PEG胁迫。

PEG；乌塌菜；发芽特性

土壤干旱是我国农业生产所面临的重要问题之一。据统计，我国1亿hm2耕地约3/4的面积每年都会遭受不同程度的干旱威胁[1]。据研究报道，干旱会抑制作物的生理代谢和光合作用，影响作物生长，从而降低其产量及品质[2-4]，已成为我国蔬菜生产过程中亟待解决的难题之一。聚乙二醇，简称PEG作为一种高分子物质，能引发渗透调节，常用来模拟干旱，来进行种子的抗旱性研究[5]。Heydecker等[6]首次使用PEG处理洋葱种子，发现PEG处理可促进洋葱种子发芽。刘佳[7]等通过利用聚乙二醇处理一定浓度的紫云英，得出低浓度的PEG处理促进了紫云英种子的发芽。伏兵哲[8]等则发现高浓度的明显抑制了苜蓿种子的发芽。

乌塌菜(BraassicacampesttrisL. ssp. chinesis( L. )Makinovar. rosularis Tsen et Lee)原产于中国[9]，是十字花科白菜亚种中的一个小变种，因其叶片中含有丰富的维生素C及Fe、Mg等矿质元素，也称之“维他命”菜[10]。近些年来，随着人民生活水平不断的提高和健康意识的增强，人们的饮食消费方式更加多元化，乌塌菜的消费量越来越大，种植面积也逐年增加。目前关于乌塌菜的研究主要集中于它的栽培管理方面[11]，而关于干旱胁迫对乌塌菜的研究报道较少。为此，本研究以乌塌菜种子为试验材料，以PEG-6000(以下简称PEG)为干旱胁迫剂，研究PEG对乌塌菜种子发芽特性的影响，以其为耐旱品种的选育提供理论基础及技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

乌塌菜种子淮南1号由安徽科技学院生命科学学院蔬菜实习基地提供。

1.2 试验处理

挑选较为健壮，大小均匀一致的乌塌菜种子，经1%的KMnO4溶液消毒15 min后，洗去表面浮色。之后将浸泡种子取出，沥干水分，然后将其置于不同浓度的(0、50、100、200、300、400 mmol/l)的50 mL PEG溶液中浸泡约2 h。之后每处理随机选取300粒种子，3次重复，置于12 cm×12 cm且底部铺有双层滤纸的发芽盒中，分别滴加5 mL相应浓度的PEG溶液(0、50、100、200、300、400 mmol/L)[12]，以将滤纸湿润但没有水流下为准，蒸馏水处理为对照。然后将发芽盒置于28℃的生化培养箱中进行催芽处理。以种子胚根突破种皮约0.2 cm为标准，于每天7 ∶30、19 ∶30统计各个发芽盒中种子发芽数，并做记录和相关的公式计算。同时在每天统计后，用称重法补充损耗的水分[13]，以保持PEG溶液的浓度不变。待75%种子出芽后，将发芽盒置于昼/夜温差为28 ℃/18 ℃，光照强度为4000 Lux，光周期12 h的光照培养箱中。在试验第7 d，测定每个处理发芽种子的主根长、下胚轴长、及幼叶叶绿素含量等。

1.3 测定方法和指标

1.3.1 发芽指标 乌塌菜种子各项发芽指标包括相对发芽率(RGP)，发芽势(GE)，相对发芽指数(RGI)，相对萌发活力指数(RGVI)，相对伤害率。计算公式参照[14-16]：

发芽势 ( GE) =前3d发芽种子数/种子总数×100%；

发芽率 ( GP ) =7 d内发芽种子数/种子总数×100%；

相对发芽率 ( RGP) = PEG处理发芽率/对照发芽率×100%；

发芽指数 ( GI ) =∑(Gt/Dt)；

相对发芽指数 ( RGI ) = PEG处理下的发芽指数/对照发芽指数×100%；

萌发活力指数 ( GVI ) =GI×幼苗的平均长度；

相对萌发活力指数 ( RGVI ) = PEG处理萌发活力指数/对照萌发活力指数×100%；

相对伤害率 = (对照发芽粒数-PEG处理发芽粒数) /对照发芽粒数×100%；

其中，Gt指发芽天数内总的发芽数，Dt指乌塌菜种子的发芽天数；长度单位为cm。

1.3.2 生理指标 叶绿素采用80%丙酮浸泡法测定，根系活力采用TTC法测定[17]。

2 结果与分析

2.1 PEG对乌塌菜种子萌发的影响

2.1.1 PEG对乌塌菜相对发芽率的影响 由图1可看出，相对发芽率随处理PEG浓度的变化而变化。当PEG浓度为50 mmol/L时，乌塌菜种子的相对发芽率为高于其它处理。而当PEG浓度为100 mmol/L，种子的相对发芽率略低于对照，为95.6%，但差异不显著。而后随着PEG浓度的继续增大，相对发芽率显著减小，当处理浓度为400 mmol/L时，相对发芽率为14.5%。说明PEG浓度>100 mmol/L以后浓度的PEG对乌塌菜种子萌发有明显的抑制作用。

图1 不同浓度PEG对乌塌菜相对发芽率的影响

图2 不同浓度PEG对乌塌菜发芽势的影响

2.1.2 PEG对乌塌菜发芽势的影响 由图2可以看出当处理PEG浓度为50 mmol/L的时候，发芽势最大为70%。而处理浓度为100 mmol/L时，发芽势为61%，与对照的64%差异不显著。当处理浓度为200 mmol/L及以上时发芽势大幅下降，如400 mmol/L时发芽势为10%。说明高浓度的PEG明显抑制了乌塌菜种子的发芽势。

2.1.3 PEG对乌塌菜种子相对发芽指数的影响 由图3可看出当处理浓度为50 mmol/L时，相对发芽指数最高，为110.8%，其次为100 mmol/L浓度处理，为93.6%。略低于对照，说明100 mmol/L处理对乌塌菜种子发芽影响不大。而处理浓度为200 mmol/L时，相对发芽指数只有51.3%，浓度在400 mmol/L时更只有13.5%。说明低浓度的PEG对乌塌菜种子萌发有一定的促进作用，而当浓度高于一定值时，愈大则抑制愈明显。

图3 不同浓度PEG对乌塌菜相对发芽指数的影响

图4 不同浓度PEG对乌塌菜相对萌发活力指数的影响

2.1.4 PEG对乌塌菜种子相对萌发活力指数的影响 从图4中能看出，随着聚乙二醇处理浓度的增大，乌塌菜种子的相对萌发活力指数呈现先升高后下降的趋势。当聚乙二醇处理浓度为50 mmol/L时，乌塌菜种子相对萌发活力指数最高，为113.7%，说明低浓度的聚乙二醇胁迫可以增大种子的萌发活力指数。处理聚乙二醇的浓度为100 mmol/L时，相对萌发活力指数为84.7%，略微低于对照，而当聚乙二醇处理浓度为200 mmol/L及以上时，相对萌发活力指数大幅下降。当处理浓度为400 mmol/L，相对萌发活力指数更是只有7.9%，说明高浓度的聚乙二醇处理能明显的降低种子的萌发活力指数。

2.1.5 PEG对对乌塌菜种子相对伤害率的影响 由图5可以看出当PEG处理浓度为400 mmol/L时，相对伤害率最大，为85.5%，而随着PEG处理浓度减小，相对伤害率逐渐降低。当处理浓度为100 mmol/L时，相对伤害率只有4.3%。处理浓度为50 mmol/L，相对伤害率为负值。说明低浓度的PEG处理反而有助于提高种子发芽率，而高浓度的PEG处理则对乌塌菜种子有明显的致死效应，使种子伤害率显著提高。

2.2 PEG对乌塌菜种子萌发主根长度、下胚轴长度的影响

由图6可以看出，当PEG处理浓度为50 mmol/L时，乌塌菜种子发芽后幼苗生长状况最好，发根长度和下胚轴长度都表现最好，分别为33.5 mm、20.4 mm。当处理浓度为100 mmol/L，各方面表现与对照类似，分别为24.1 mm、18.0 mm。当处理浓度为400 mmol/L时，主根长、下胚轴长度分别为12.4 mm、11.7 mm。这表现出的是低浓度的PEG处理对乌塌菜幼苗生长状况各方面的促进作用，而高浓度则明显抑制了幼苗生长。

图5 不同浓度PEG对乌塌菜相对伤害率的影响

图6 不同浓度PEG对乌塌菜幼苗

2.3 PEG对乌塌菜生理指标的影响

2.3.1 PEG对乌塌菜叶绿素含量影响 由图7可以看出，对照的乌塌菜叶绿素含量为3.2 mg/g·FW，而经过50 mmol/L处理后，叶绿素含量为3.8 mg/g·FW，明显大于对照。用100 mmol/L处理后的乌塌菜叶绿素含量则为3.0 mg/g·FW与对照类似。当处理PEG浓度为200 mmol/L及以上时，叶绿素含量显著下降，当处理浓度为400 mmol/L时，叶绿素含量仅为1.7 mg/g·FW。说明低浓度的PEG处理能促进乌塌菜的叶绿素的积累，而较高浓度的PEG处理则使乌塌菜叶绿素含量显著降低。

图7 不同浓度PEG对乌塌菜幼苗叶绿素的影响

图8 不同浓度PEG对乌塌菜幼苗根系活力的影响

2.3.2 PEG对乌塌菜根系活力的影响 由图8可以看出，当处理PEG的浓度为50 mmol/L时，乌塌菜根系活力值为0.132 μg/g·FW·h，高于对照处理的0.123 μg/g·Fw·h。当处理PEG浓度为100 mmol/L时，乌塌菜根系活力值为0.125 μg/g·FW·h，与对照相近。说明低浓度的PEG处理有利于乌塌菜根系活力增加。当处理浓度为200 mmol/L及以上，乌塌菜根系活力值则明显的下降，甚至处理PEG浓度为400 mmol/L时，根系活力值只有0.045 μg/g·FW·h，不及对照的一半。说明此浓度下，PEG已明显降低了乌塌菜的根系活力。综上所述，即一定低浓度的PEG有利于乌塌菜的根系活力增加，而高于一定值时，则显著的降低了乌塌菜的根系活力。

3 讨论与结论

种子萌发阶段需要足量的水分供应，PEG模拟干旱处理会导致种子活力下降，包括萌发时间延后，出苗率下降，幼苗生长瘦弱等现象[18]。发芽率主要反映PEG处理对种子萌发的影响。发芽势主要表现了种子萌发时的萌发整齐度和发芽速度，是一个非常重要的测定指标。发芽指数则反映了种子发芽的快慢和田间萌发呈苗的一致性，数值越大越反映出种子活力高的特点。萌发活力指数则反映处理种子活力的高低，很好的表现了种子萌发后幼苗生理特点。有试验表明，较低浓度PEG有利于种子萌发并改善种子老化性能[19]，而浓度过高则会明显降低种子的发芽率和成苗率[20]。本试验中，低浓度的50 mmol/L的PEG处理促进种子萌发效果影响显著，而PEG浓度为100 mmol/L时，其种子相关发芽指标与对照差异不显著，说明低浓度的PEG处理确实能有利于提高种子的发芽特性，这与张燕[21]等所得研究结论相似。但本试验中，高浓度PEG处理的乌塌菜种子则表现出抑制萌发的作用，这与姚晓华等[22]研究结果相似。

种子萌发过程需要充分的水分供应，才促使下胚轴和胚根的迅速生长[23]，PEG模拟干旱会抑制其生长，甚至导致已萌发的种子死亡。本研究结果表明，低浓度的50 mmol/L PEG处理显著促进了乌塌菜幼苗主根和下胚轴的伸长，与李媛媛等[24]研究结果一致，而与耿广东等[25]研究结果不同。可能原因是不同植物对PEG溶液的耐受性不同，辣椒即使在低浓度PEG处理下也表现出幼苗生长状况受抑制，而乌塌菜和萝卜则表现了很好的适应能，从而促进了幼苗生长。

植物根系是植物体内主要的合成和吸收器官，根系活力是衡量植物根系功能的主要指标之一，试验所得结果是50 mmol/LPEG处理的乌塌菜幼苗根系活力最强，为0.132 μg/g·FW·h，100 mmol/L PEG处理对其影响不大，而较高浓度PEG处理如400 mmol/L处理的乌塌菜幼苗根系活力只有0.045 μg/g·FW·h，这与路苹等[26]在小麦中的研究结果一致。当乌塌菜幼苗根系遭遇干旱胁迫时，会抑制其进行光合作用，而叶绿素是主要的光合色素，其含量与植物进行光合作用的强度密切相关，其数值的变化能很大程度上反应植物在受到胁迫尤其是干旱条件下植物保持正常代谢的能力和抗旱能力。植物在受逆境胁迫时，各种生理过程会发生相应变化，从而会间接使叶绿素总含量变化。如随着干旱程度的加剧，乌塌菜菜幼苗叶片中总叶绿素含量比对照显著减少[27]。本研究表明低浓度的如50 mmol/L PEG处理可促进乌塌菜幼苗叶绿素含量的增加，而高浓度的则明显抑制了叶绿素的产生，或加剧了叶绿素分解。这可能是因为PEG模拟干旱破坏了乌塌菜叶绿体的结构，不但叶绿素的合成减少，而且促进叶绿素分解，从而使叶绿素含量表现出了下降的态势。

综上所述，乌塌菜种子在聚乙二醇模拟的干旱胁迫下，PEG溶液浓度≤100 mmol/L时，促使乌塌菜种子萌发，同时对乌塌菜幼苗的根系活力及叶绿素含量影响不大，甚至还有所提高；而高浓度的PEG胁迫明显抑制了种子萌发，同时显著降低了乌塌菜幼苗根系活力及叶绿素含量。说明了适宜浓度的聚乙二醇浸种可促使种子活力的增加，乌塌菜种子可耐100mmol/L PEG胁迫。

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(责任编辑：马世堂)

Effects of PEG Stress on the Germination Characteristics of Wuta Tsai

JIA Shuang-shuang, RAO Zhi-xiong, ZHANG Xue-ping, ZHOU Yu-li,HU You-jun*

(College of Life Science, Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100, China)

Objective: In order to determine the tolerance of Wuta Tsai seeds to NaCl at the initial stage of germinating. Method: Wuta Tsai seeds were stressed by different concentration of PEG solution, from 0 to 400 mmol/L varied every 50 mmol/L or 100 mmol/L. Germinating characteristics of the Wuta Tsai seeds were measured by the relative indices which were germination energy, relative germination rate, relative germination index, relative germination vigor index, relative damage rate, taproot and hypocotyls length, chlorophyll content and root activity. Result: When PEG concentration was 50 mmol/L, each germination index, chlorophyll content and root activity were 108.7%、70%、3.8 mg/g·FW and 0.132 μg/g·FW·h, respectively, which were significantly higher than the control. But, with 100 mmol/L, each germination index, chlorophyll content and root activity were 95.6%、61%、3.0 mg/g·FW and 0.125 μg/g·FW·h, respectively, which had no significant difference from the control.Conclusion: With the increase of PEG concentration, each indicator was suppressed more and more. A tolerated PEG concentration is 100 mmol/L in the process of germinating of Wuta Tsai seeds.

PEG stress; Wuta Tsai; Germination characteristics

2016-06-01

安徽省教育厅重点项目(KJ2014A054)；安徽科技学院校级重点学科(AKZDXK2015C05)。

贾双双(1984-)，女，河北省赵县人，博士，讲师，主要从事园艺植物栽培生理及分子生物学研究;*通讯作者:胡友军，副教授， E-mail: huyj@ahstu.edu.cn。

S634.4

A

1673-8772(2016)05-0024-06