干旱胁迫对喀斯特地区适生灌木种子萌发的影响

陈 莹，李龙兴，赵丽丽

（1.贵州大学 动物科学院，贵州 贵阳550025；2.贵州省草业研究所，贵州 贵阳550006；3.贵州省草地技术试验推广站，贵州 贵阳550025）

贵州处于长江流域和珠江流域的分水岭，属亚热带季风气候区，是我国典型喀斯特地貌的主要分布区，岩溶地貌占全省土地面积的73%，具有受季风影响大，气候多变，降水总量丰富，但是时空分布不均，季节性干旱严重等特点[1－2]。干旱对该区原本脆弱的喀斯特生态系统构成严重威胁与破坏，其生态环境问题直接关系到两江下游的生态安全[3]。灌丛是西南喀斯特地区常见植被类型，灌丛中的优势灌木具有适应性强、营养丰富等特点，不仅可为畜牧业生产提供优良的饲草饲料，而且在生态保护、草地恢复和重建中具有重要作用。喀斯特地区季节性干旱条件严重影响部分灌木植物群落的建立。因此，提高灌木的抗旱性，更好地发挥灌木的生态保护和饲用价值，是当前亟待探索的研究领域。而探寻灌木的抗旱机理是提高抗旱性的基础。胡枝子（LespedezabicolorTurcz）、截叶铁扫帚（LespedezacuneataG.Don）、白刺花（SophoradavidiiSkeels）和木豆（CajanuscajanMillsp）是贵州地区广泛分布的优质灌木[4]，其营养价值较高，是贵州天然草地恢复的常用灌木种。

研究贵州喀斯特地区干旱胁迫对适生灌木种子萌发的影响，对促进该地区畜牧业发展有重要意义。杨景宁等[5]研究了PEG 模拟干旱胁迫对4种荒漠植物种子萌发的影响，马海鸽等[6]研究了PEG 胁迫下野生甘草种子萌发和幼苗生长情况。PEG－6000是一种亲水性很强的大分子有机物，溶于水后能产生强大的渗透压，常作为植物耐旱性选择剂或水分胁迫剂使用[7]。未见干旱胁迫对贵州喀斯特地区适生灌木种子萌发影响的研究报道。对此，笔者利用不同浓度PEG－6000模拟干旱胁迫，研究其对胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花和木豆种子萌发的影响，以期为岩溶石漠化地区的生态恢复与重建提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 种子 胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花、木豆4种灌木种子，均为贵州独山县野生种。

1.1.2 试剂 PEG－6000水分胁迫剂，进口科研专用试剂，其为亲水性很强的大分子有机物，溶于水后能产生强大的渗透压，常作为植物耐旱性选择剂或水分胁迫剂使用。

1.2 种子处理

挑选籽粒饱满，大小一致的各灌木种子，用0.1%高锰酸钾消毒15 min，反复用蒸馏水清洗数遍，待洗净后用蒸馏水浸种1h。

1.3 胁迫处理

干旱程度设对照、轻度、中度和重度4个处理。处理1（CK），正常供水，即不使用水分胁迫剂；处理2～4，PEG－6000浓度分别为5%、10%和20%。

溶液配制完成后倒入培养皿中，每个培养皿胡枝子、铁扫帚选取100粒种子，白刺花选取60粒种子，木豆选取30粒种子，放入光照培养箱中22℃恒温培养，每个处理3次重复，培养18d后测定其发芽率，并选取长势一致的健康种苗测定生理指标。

1.4 发芽率测定

发芽率，萌发第18天后统计各灌木种子的发芽数，计算发芽率。

发芽率＝（发芽种子数／参试发芽的种子总数）×100%。

1.5 生理指标测定

超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光还原法[8]，过氧化物酶（POD）的活性的测定以1min吸光度（D470nm）变化0.01为一个酶活力单位，过氧化氢酶（CAT）的活性以1min分解1μmol的过氧化氢为一个CAT 的活性单位，谷胱甘肽（GSH）含量按文献[9]的方法测定，可溶性蛋白（SP）含量采用考马斯亮蓝G－250 染色法测定。以上指标均可用紫外分光光度计测定。

1.6 数据处理

采用SPSS19.0与Excel对数据进行方差分析和作图。

2 结果与分析

2.1 PEG－6000对不同灌木种子发芽率的影响

从图1看出，不同PEG－6000浓度下，白刺花与截叶铁扫帚种子发芽率低于胡枝子和木豆，干旱胁迫下降低了4种灌木种子发芽率。随着PEG－6000浓度的增加，不同灌木种子发芽率均呈显著下降趋势（p＜0.05）。其中，正常供水（不加入PEG－6000）与轻度干旱（PEG－6000浓度为5%）胁迫时，截叶铁扫帚和白刺花种子发芽率差异不显著（p＞0.05）。重度干旱（20% PEG－6000）胁迫与对照组相比，胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花和木豆种子发芽率分别降低52.7%、52.7%、64.4%和72.6%。

2.2 PEG－6000对不同灌木种子萌发期SOD／POD／CAT活性的影响

从图2 可知，PEG 浓度为0%～20%时，胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花和木豆4种灌木种子萌发期的SOD／POD／CAT 活性呈不同的变化趋势。

1）SOD。4种灌木种子萌发期的SOD 活性呈先升后降的趋势，差异显著（p＜0.05），而白刺花和木豆种子萌发期SOD 活性高于（p＞0.05）或显著（p＜0.05）高于对照。PEG－6000浓度为5%时，胡枝子和截叶铁扫帚种子的SOD 活性最高，分别达276.12U／mL 和233.46U／mL；PEG 浓度为20%时，白刺花和木豆种子的SOD 活性最高，分别达557.46U／mL和125.13U／mL。

图2 干旱胁迫4种灌木种子萌发期的SOD／POD／CAT活性Fig.2 SOD／POD／CAT activity of four species of shrubs in germinating period under drought stress

图3 干旱胁迫4种灌木种子萌发期的GSH／SP含量变化Fig.3 GSH／SP content of four species of shrubs in germinating period under drought stress

2）POD。随着PEG 浓度的增加，4 种灌木种子萌发期的POD 活性均呈下降趋势。其中，木豆种子萌发期的POD 活性下降低幅度较小，差异不明显（p＞0.05）；白刺花种子萌发期的POD 活性显著下降（p＜0.05）；PEG－6000浓度为5%时，胡枝子种子萌发期的POD 活性显著下降（p＜0.05）；PEG－6000浓度为10%时，截叶铁扫帚种子萌发期的POD 活性显著下降（p＜0.05）。

3）CAT。随着PEG 浓度的增加，4 种灌木种子萌发期的CAT 活性呈先上升后降低的趋势。PEG－6000浓度为5%时，4 种灌木种子萌发期的CAT 活性最高，分别为340.50U／mL、322.28U／mL、356.14U／mL 和330.64U／mL，均呈显著上升趋势（p＜0.05）；PEG－6000浓度为10%时，CAT 活性逐渐降低。

2.3 PEG－6000对不同灌木种子萌发期GSH／SP含量的影响

从图3 看出，PEG－6000浓度为0%～20%时，胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花和木豆4种灌木种子萌发期的GSH／SP含量呈先上升后降低的趋势。

1）GSH。随着PEG－6000浓度的增加，4种灌木种子萌发期的GSH 含量呈先上升后降低的趋势，PEG－6000浓度为5%时，GSH 含量显著上升（p＜0.05），均达最高，分别为3.04 mg／g FW、5.76mg／g FW、3.55mg／g FW 和3.21mg／g FW；随着PEG－6000浓度的增加，GSH 含量逐渐显著降低（p＜0.05）。当PEG－6000浓度增加到20%时，与对照组相比，胡枝子、截叶铁扫帚、白刺花和木豆种子GSH 含量分别降低27.0%、64.3%、30.9%和20.7%。

2）SP。随着PEG－6000浓度的增加，胡枝子、铁扫帚与木豆种子萌发期的SP 含量均呈显著上升后降低的趋势（p＜0.05），白刺花却逐渐显著的上升趋势（p＜0.05）。PEG－6000浓度为5%时，胡枝子与木豆种子萌发期的SP 含量最高，分别达7.96mg／g和10.73mg／g；PEG 浓度为10%时，铁扫帚种子萌发期的SP 含量最高，达6.74 mg／g；PEG－6000浓度为20%时，白刺花种子萌发期的SP含量最高，达8.70mg／g。

3 结论与讨论

1）植物生长发育过程中，种子萌发期和幼苗生长阶段对逆境胁迫最为敏感，所以常用种子萌发及幼苗的生长状况来评价植物的抗逆性。PEG－6000作为一种常见的高分子渗透调节剂或水分胁迫剂，可降低水势，能够模拟干旱土壤环境对植物正常生长产 生的 影 响[10]。 曾 彦 军 等[11－14]均 有 相 似 的 研 究结果，随着模拟干旱胁迫的加剧，种子发芽率均呈下降趋势。本试验结果表明，PEG－6000渗透溶液对4种灌木种子发芽率及萌发期的生理生化指标均产生不同程度的影响。干旱胁迫下4种灌木种子发芽率显著降低，因为随着PEG－6000浓度的增加，溶液渗透势逐渐降低，灌木种子吸水困难，导致其发芽率逐渐下降。而不同灌木种子之间也存在差异，在重度干旱胁迫（20%PEG－6000）时，4种灌木种子对干旱胁迫的适应性依次为胡枝子＞木豆＞铁扫帚＞白刺花。可能与种子自身结构及环境因素有关，种子萌发是各种生态因子相互作用的结果[5]，因为白刺花与铁扫帚种子具有不同程度的硬实特性，这也是在逆境条件下植物种子的一种自我保护作用。

2）植物在受到干旱胁迫下，其体内会产生过量的活性氧，如果这类物质长期积累，将会造成氧化胁迫，引起膜脂过氧化，导致膜系统受到破坏[15]。而植物自身形成了一套活性氧的清除体系，主要由SOD、POD 和CAT 等保护酶构成[16]。这些保护酶可以清除氧自由基、过氧化氢和过氧化物等有害物质，从而达到保护细胞膜免受伤害的目的[17]。本试验结果表明，随着干旱胁迫的增强，胡枝子和截叶铁扫帚种子萌发期SOD 活性呈先升后降的趋势，4种灌木CAT 活性也呈现相同的变化趋势。说明，轻度干旱胁迫可诱导灌木种子萌发期叶片SOD／CAT活性的提高，减轻膜脂过氧化对植物造成的伤害。当干旱胁迫增加时，叶片酶活性受到抑制进而使其活性降低。4种灌木种子幼苗叶片POD 活性均呈下降趋势，可能是POD 活性对干旱胁迫比较敏感，在轻度干旱胁迫下活性即受到抑制。喻泽莉等[18]认为，SOD、CAT 和POD 这3种抗氧化酶活性变化的不一致，反映了不同植物在遭受干旱胁迫时各种酶之间复杂的内在关系和协同作用。

3）GSH 是植物中重要的抗氧化剂和还原缓冲剂，参与活性氧的钝化代谢过程[19]。植物在受到胁迫过程中，主动或被动地产生GSH 来清除植物体内的自由基，从而减缓和抵抗细胞的伤害。植物体内GSH 水平的提高不仅与植物对环境胁迫的忍耐有关，而且GSH 合成提高可能是植物对环境胁迫的内在响 应之一[20]。本研究中随着PEG－6000 浓度的增加，4种灌木种子萌发期GSH 含量呈现先上升后降低的趋势。灌木种子萌发期受到干旱胁迫时，谷胱甘肽还原酶活性升高，GSH 含量增加，植物通过提高自身的防御能力来应对干旱胁迫。但是干旱胁迫增强到一定程度时，酶的活性降低，GSH 的合成受到抑制，GSH 含量降低，导致植物防御能力减弱。说明，植物抵御干旱胁迫的能力强弱与抗氧化系统水平具有相关性。

4）SP是植物细胞质中重要的渗透调节物质之一，与调节植物细胞的渗透势有关，SP含量高，植物细胞保持较低渗透势来抵抗干旱胁迫带来的伤害[21]。胡枝子、铁扫帚与木豆种子随着干旱胁迫的增强均呈现先显著上升后降低的趋势，白刺花却呈逐渐上升高趋势。干旱胁迫使植物细胞中蛋白质的合成代谢增强，蛋白质含量增加，细胞的渗透势降低，以此来提高植物的抗旱能力。类似的研究报道，随着盐胁迫的增加，SP 含量呈先升高后降低的趋势[22]。在干旱条件下，植物体内可能产生更多的蛋白质或者细胞内一些不溶性蛋白转变为SP[23]。不同灌木之间SP 含量呈不同的变化趋势，这可能与不同植物本身的抗旱性强弱有关，抗旱性强的植物在受到干旱胁迫时能够诱导新的蛋白质合成，抗旱性弱的植物在干旱胁迫下蛋白质合成受抑，因而当干旱胁迫增强到一定程度时，SP含量降低。

5）研究结果表明，干旱胁迫对发芽率有明显影响，随着PEG－6000浓度的增加，灌木种子发芽率显著降低。从SOD、POD、CAT 酶活性以及GSH、SP含量变化趋势初步发现，这4种灌木处于重度干旱胁迫（20% PEG－6000）时，白刺花对干旱胁迫适应能力最强，其次是铁扫帚与胡枝子，木豆最差。其不同的变化趋势也反映出不同灌木种子萌发对干旱胁迫的生理响应。但是植物种子的萌发不仅与自身结构有关，而且环境因素也有着重要影响。因此，在今后的研究中，要综合考虑多方面因素，更加准确和系统地探讨灌木种子萌发对逆境胁迫的适应机制。

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