PEG-6000胁迫对宿根天人菊种子萌发及幼苗生理特性的影响

张凤银，陈禅友，胡志辉

(江汉大学 生命科学学院，湖北 武汉 430056)

我国是一个水资源匮乏的国家，被联合国列为世界上13个贫水国之一[1]；国土面积约有50%为干旱和半干旱地区，这些地区的耕地有50%以上缺少灌溉条件；即使在非干旱地区，也常受到干旱的胁迫[2-3]。干旱是影响作物生长的3大非生物因素之一，而且还会降低作物产量，全世界由于干旱导致的作物减产超过其他因素造成减产的总和[4-5]。室内模拟干旱胁迫条件的方法，因其操作简单、条件易控制、重复性好而常用于植物的抗旱性研究中[6]。目前，PEG高渗溶液模拟干旱胁迫是鉴定植物抗旱性的重要方法之一[5-8]。

宿根天人菊(GaillardiaaristataPursh)属菊科天人菊属的多年生草本花卉，具有多种用途，其既可用于花坛或花境，也可成丛、成片地栽植于林缘和草地中，还可以作切花。李京春等[9]报道，PEG-6000能提高1年生天人菊(GaillardiapulchellaFoug.)种子的发芽率。而有关PEG胁迫对多年生宿根天人菊种子萌发及幼苗生理特性影响的研究尚未见报道。为此，本试验以PEG-6000模拟干旱胁迫，研究不同质量分数PEG-6000胁迫下，宿根天人菊种子萌发指标、幼苗生长指标和生理指标的变化，以期了解宿根天人菊种子萌发和幼苗生理特性与干旱胁迫之间的关系，为宿根天人菊抗旱机理的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试宿根天人菊种子购自湖北省武汉市花卉种子市场。PEG-6000为进口分装的日本原产纯品，购自天津市化学试剂批发部。

1.2 方 法

试验于2012年在江汉大学生命科学学院实验中心进行。选择饱满、大小均匀一致的宿根天人菊种子，用质量分数0.1%高锰酸钾溶液消毒5 min，无菌水冲洗干净后晾干；再分别用质量分数1%，2%，5%，10%，15%，20%，25%的PEG-6000溶液浸种24 h，并以蒸馏水浸种作对照(CK)。浸种过程中不断搅动，以增加氧气。浸种结束后，将种子摆放在铺有双层滤纸的培养皿中，每个培养皿100粒种子，加入与浸种时质量分数相同的PEG-6000溶液15 mL，放在温度为28 ℃、相对湿度为85%的人工气候箱中培养；每天更换滤纸，同时沿培养皿壁加入相同质量分数PEG-6000处理液15 mL，保持各处理液质量分数的相对稳定。每个处理重复3次，连续培养14 d。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 种子萌发指标 从种子培养次日起每天定时统计发芽种子数，以胚根长为种子长的1/2作为发芽标准。发芽势、发芽率和发芽指数的计算公式如下：

发芽势=发芽初期(3 d)发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽率=发芽终期(7 d)发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)。

式中：Gt为不同时间发芽的种子数，Dt为相应的发芽时间。

1.3.2 幼苗生长指标和生理指标 种子培养14 d后，从每个培养皿中随机选择15株幼苗测量主根长、芽长及鲜质量。同时测定幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等生理指标。其中，SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[10]，MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[10]。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2003和DPS 2000进行统计分析，并用邓肯氏方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000胁迫对宿根天人菊种子萌发的影响

种子萌发活力通常用发芽势、发芽率以及发芽指数等指标衡量。从表1可知，随PEG-6000质量分数的增加，宿根天人菊种子的发芽势、发芽率和发芽指数总体呈下降趋势。PEG-6000质量分数为1%和2%时，宿根天人菊种子的发芽势与对照差异不显著(P>0.05)，5%及以上质量分数PEG-6000处理种子的发芽势显著或极显著低于对照。质量分数1%～10% PEG-6000处理种子的发芽率和发芽指数与对照差异不显著(P>0.05)，但当PEG-6000质量分数超过15%时，种子的发芽率和发芽指数极显著降低(P<0.01)。20% PEG-6000处理的种子基本不能萌发，其发芽率仅有3%； 25% PEG-6000处理的种子完全不能萌发，其发芽率为0%。由此可见，PEG-6000延缓了种子的萌发，降低了种子的萌发力，且质量分数越高，抑制作用越强。

表 1 PEG-6000胁迫对宿根天人菊种子萌发的影响

2.2 PEG-6000胁迫对宿根天人菊幼苗生长的影响

由表2可知，随PEG-6000质量分数升高，宿根天人菊幼苗主根长总体呈增加的趋势。1%和2%PEG-6000胁迫对宿根天人菊主根生长影响不明显(P>0.05)，PEG-6000质量分数超过5%时促进主根生长，并以10%时的主根最长，几乎是对照的2倍；15% PEG-6000处理的主根长虽短于10% PEG-6000处理，但仍极显著长于对照，是对照的1.8倍。宿根天人菊幼苗的芽长和鲜质量随PEG-6000质量分数的增加呈下降趋势。PEG-6000的质量分数超过1%时，宿根天人菊芽生长受到明显抑制(P<0.05)，PEG-6000质量分数为1%，2%，5%，10%和15%时，芽长分别为对照的83%，84%，81%，45%和31%。PEG-6000的质量分数为1%，2%时，宿根天人菊幼苗的鲜质量与对照差异不显著(P>0.05)，但当质量分数超过5%时，幼苗的鲜质量极显著低于对照(P<0.01)，PEG-6000质量分数为5%，10%和15%时，其幼苗的鲜质量分别为对照的87%，70%和36%。由此可见，PEG-6000胁迫可以抑制宿根天人菊芽的生长，且质量分数越高，抑制作用越强；而适宜质量分数的PEG-6000胁迫可以促进根的生长。

表 2 PEG-6000胁迫对宿根天人菊幼苗生长的影响

2.3 PEG-6000胁迫对宿根天人菊幼苗生理指标的影响

由表3可知，随PEG-6000质量分数的增大，宿根天人菊幼苗SOD活性呈先升高后降低的变化趋势。其中，PEG-6000的质量分数为1%，10%时，宿根天人菊幼苗SOD活性与对照差异不显著(P>0.05)；PEG-6000的质量分数为2%和5%时，幼苗SOD活性极显著高于对照(P<0.01)，分别比对照高26%和57%；而质量分数为15%时，幼苗SOD活性显著低于对照(P<0.05),比对照降低了20%。

MDA含量可以反映植物细胞膜的受伤害程度，两者呈正相关关系。由表3可见，随PEG-6000质量分数的增大，宿根天人菊幼苗MDA含量呈逐渐上升的趋势。其中，1% PEG-6000处理宿根天人菊幼苗MDA含量与对照无显著差异(P>0.05)；2%及以上质量分数PEG-6000处理幼苗MDA含量显著或极显著高于对照，2%，5%，10%，15% PEG-6000处理幼苗的MDA含量分别比对照增加了28%，89%，132%和207%。说明随PEG-6000质量分数的增加，宿根天人菊幼苗的细胞膜受伤害程度加重。

表 3 PEG-6000胁迫对宿根天人菊幼苗SOD活性和MDA含量的影响

3 讨 论

PEG-6000用作种子渗透调节处理是目前生理学研究的热点[11]。本研究结果表明，在宿根天人菊整个种子萌发期间用质量分数20% PEG-6000处理几乎不能发芽，25% PEG-6000处理完全不能发芽，5%～10% PEG-6000处理受到一定程度抑制，而15% PEG-6000处理种子萌发受到明显的抑制，这与杨柳等[5]对黄麻及吴丽云等[12]对八棱海棠的研究结果，即“PEG-6000抑制种子的萌发，而且质量分数越大，抑制越严重”相似。而李京春等[9]发现，天人菊种子用质量分数20% PEG-6000处理4 h能提高其发芽率；王文帆等[13]发现，用25% PEG-6000溶液浸种24 h，能加快谷稗种子发芽速度，提高发芽率；袁媛等[14]发现，用20% PEG-6000浸种1 h或10% PEG-6000浸种4 h也能提高黄芩种子的萌发率。这表明，PEG-6000胁迫对种子活力和萌发效应的影响因植物种类、PEG-6000质量分数以及胁迫时间而异。

根长是评价植物根系吸收功能最常用的指标，较长的根系可以使植物在干旱胁迫时吸收更多的水分。胡承伟等[15]认为，相对侧根数以及根长可作为植物抗旱性鉴定的辅助指标。本研究结果表明，在PEG-6000胁迫下，宿根天人菊幼苗的芽长随PEG-6000质量分数增加呈现下降趋势，而在一定质量分数范围内促进根生长，这与华智锐等[16]在商洛黄芩及宋丽华等[17]在臭椿中的研究结果一致；但李文鹤等[18]在野菊花的研究中发现， 50～200 g/L 的PEG-6000胁迫抑制胚根的生长，PEG-6000质量浓度越高，抑制越严重。这也表明，不同植物的根系生长对PEG-6000胁迫的响应不同。

逆境会导致植物体内产生大量的活性氧，引起膜脂过氧化，造成膜系统受损,而SOD是清除植物体内氧自由基的重要保护酶，为膜保护的第一道防线[19-21]。本研究发现，随PEG-6000胁迫程度的加重，宿根天人菊幼苗SOD活性呈现先升高后降低的趋势，这与段慧荣等[4]在沙冬青幼苗、左利萍等[22]在柠条叶片中的研究结果一致。表明一定剂量范围内的PEG诱导，可以提高细胞膜保护酶SOD的活性，有效清除活性氧；但剂量过大时，保护酶系统会遭到破坏，SOD活性下降，膜破坏加重。

MDA含量可以反映脂膜过氧化程度和细胞膜系统受伤害程度。本研究发现，随PEG-6000模拟干旱胁迫的加重，宿根天人菊幼苗MDA含量呈逐渐升高趋势，说明细胞膜受伤害程度增加，这与段慧荣等[4]在沙冬青和吴丽云等[12]在八棱海棠中的研究结果一致。

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