PEG处理对柠条种子发芽的影响

2015-06-14景淼

防护林科技 2015年6期

景淼

（辽宁省林业调查规划院，辽宁沈阳110122）

柠条在黄河流域以北干旱半干旱地区，在我国吉林、辽宁、河北、山东、山西、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、新疆等省区都有分区，并有大面积人工林。柠条是抗严寒，耐酷热、耐干旱、耐瘠薄、耐风蚀、耐沙埋，容易繁殖的落叶豆科灌木。在干旱半干旱黄土丘陵区、山坡、沟岔、砾岩、花岗岩、石灰岩山地的阳坡、顶部和固定、半固定沙地上均能正常生长[1]。其无性繁殖和萌蘖力很强，具有发达的根茎可萌发大量的枝条，其茎被沙埋后也可产生不定根和不定芽萌发新枝条[2]。

PEG（polythylenglycal，聚乙二醇）是一种高分子渗压剂，其突出的优点是本身不能渗入活细胞。PEG引发即渗透调节，就是使种子处于低水势的介质中，部分水合但又不发生可见的萌发。这种处理可促进种子的萌发，提高种子的出苗率及整齐度，特别对于促进不易萌发种子的出芽、效果尤其显著。同时能提高种子的抗寒、抗旱及抗盐渍的能力。20世纪70年代中期，Heydecker等首次使用PEG引发洋葱种子试验，获得出苗整齐一致的效果。但针对不同植物种，PEG溶液浓度在达到一定强度后会对种子的萌发产生抑制作用[3]。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料及处理液配制

试验材料：柠条种子，产自内蒙古赤峰市。

PEG配制：－0.25MPa、－0.5MPa、－0.75 MPa、－1.0MPa、－1.25MPa、－1.5MPa等6种不同水势的PEG－6000溶液，进行柠条种子胁迫处理，不同水势PEG处理由PEG－6000溶解在蒸馏水中配制而成。

1.2 PEG处理

试验进行之前，为了预防种子为霉菌所感染而影响试验结果，对试验种子和器皿使用0.04%的福尔马林溶液进行消毒，其后放入温度为18℃的清水中，浸泡6h后取出。种子吸涨后，用各种不同水势的PEG溶液处理16h，温度为25℃，清水洗净后，进行种子萌发试验。每组试验3次重复，放置于人工气候箱内25℃恒温，全光照下培养发芽7d。以不进行胁迫处理的清水组作为对照组。

1.3 发芽测定公式

在发芽测定结束后，进行以下各项指标的统计计算。

（1）发芽率%＝（n／N）×100%

式中：n—正常发芽粒数；N—供测种子数

（2）发芽势——发芽种子数达到高峰时，正常发芽粒数占供测种子总数的百分率。

（3）平均发芽时间＝∑（Dn）／∑n

式中：D—从种子置床起算的天数；n—相应各日的正常发芽粒数

2 结果与分析

2.1 PEG处理对种子萌发率的影响

从图1中可以看出，柠条种子在PEG处理后的发芽率均较对照高，其中－1.5MPa水势条件下的萌发率最高，萌发率大约为对照的2倍，各种PEG处理后对柠条种子产生的水分胁迫强度均没有抑制柠条种子萌发，反而起到了促进的作用。

图1 柠条种子发芽率

经过方差分析（表1）的结果表明，不同处理的种子发芽率存在显著差异，也就是说PEG溶液浓度的大小对种子的萌发有着重要的影响。

通过多重比较（表2）可以看出，多组之间的差异性都是显著的，在其中对照与－1.50MPa发芽、对照与－0.75MPa发芽、对照与－0.50MPa发芽、－1.0MPa发芽与－1.50MPa发芽、－1.0 MPa发芽与－0.75MPa发芽、－0.25MPa发芽与－1.50MPa发芽、－1.25MPa发芽与－1.50MPa发芽之间显著，而其他组之间均不显著。

表1 方差分析

表2 多重比较

本次试验所才采用的催芽处理方法是水浸，但是由于水浸过程中细胞快速吸水膨胀，使细胞膜系统不同程度遭到了破坏，种子内部物质大量外渗，使种子活力明显降低，最理想的方法是调节溶液的渗透压，控制种子吸水速度，防治细胞膜的破裂和内部物质的外渗，并使其有时间对细胞膜进行修复。而PEG渗透调节剂处理的实质是限制水分进入种子的速率，控制种内水分，外渗电导率降低，减少种子吸涨过程中膜系统的损伤，使劣变细胞获得足够时间进行膜系统损伤的修复[4－6]。PEG处理是对种子萌发的水分胁迫，如果这种胁迫是在植物体耐受范围之内就会激发机体内的一系列保护机制的启动，直接导致抗氧化水平的提高，活性氧清除酶活性升高，加速了O－2等活性氧的清除，增强种子活力[5，7]。

2.2 PEG处理对种子发芽势的影响

不同浓度PEG处理对柠条的发芽势有不同程度的促进作用（表3）。证明PEG处理可以提高种子出芽的整齐度，PEG溶液处理后，种子平均发芽时间均有提前。

表3 柠条发芽势及平均发芽时间

PEG处理种子，一方面在控制水势的条件下，使种子赢得足够的时间来修复膜系统，而在另一方面，在处理的过程中，由于水分的限制，虽然种子内在的一系列生理生化过程已为萌发做好了准备，但在形态建成上扔停滞在萌发过程的第Ⅱ阶段，而只要种子发芽期间水势和其他环境条件合适，大部分种胚随即迅速突破种皮而萌发，因而得到发芽整齐一致的效果[8]。本次试验的柠条种子发芽势在水分胁迫下均有提高，发芽较对照发芽整齐一致。

柠条种子萌发在有PEG处理时发芽速度的提高，可以由引发改变种子的渗透势的假说进行较合理地解释，引发期间种子的部分吸水促进了某些物质的合成，若在种子重新干燥时保存了这些物质，则在再次吸水时细胞就会立即有一个较低的渗透势，使吸水速度上升并很快达到萌发所需的膨压，缩短了吸涨到出芽的时间，从而加速了种子的萌发。本次试验中，种子经过吸涨吸水后PEG处理水分胁迫，而在种子萌发过程中又提供了水分，这个过程便使种子的发芽提速。

种子在吸水过程中也启动了萌发所需的某些代谢过程，这个代谢过程在PEG处理水分胁迫条件下固定下来，从而在种子萌发过程中减少了这些代谢所需的时间，加速种子发芽。种子发芽速度的提高部分原因也可能是由于滤去了种子抑制物的缘故，种子中含有天然的萌发抑制物ABA，有实验证明，未经PEG处理的种子含有相对高的ABA水平，而经PEG引发后的种子含有游离ABA或结合态ABA均为零，利于加快种子的萌发[9]。

2.3 水分胁迫对种子萌发的伤害

水分是活细胞的必要组成和代谢活动的重要物质，水分胁迫引起植物相对含水量的变化必然会导致一系列生理活动的变化。细胞正常的代谢活动必须在一定的环境条件下进行。当胁迫因素超过一定限度时，细胞代谢失调，生理活动受阻，植物体受害甚至死亡[7]。

PEG溶液浓度在一定强度以下会对种子萌发有促进作用，而超过这个强度，对种子的水分胁迫产生的作用就会改变，阻碍种子内的生理活动，MDA含量升高，SOD活性下降，不能清除所产生的大量的自由基（主要有O－2，H2O2，OH和O2等），这些自由基直接或间接启动膜脂的过氧化作用，导致膜的损伤或破坏。膜系统受到伤害，造成种子活力下降，甚至于死亡，而降低种子的萌发，在本次进行的柠条发芽试验中，PEG溶液的强度没有达到足以伤害到种子活力的强度，而对其形成水分胁迫的强度仍需要试验进行研究和验证。