PEG模拟干旱对桔梗种子发芽和幼苗生长的影响

丁膺宾 张海艳

摘要：采用PEG模拟干旱处理，研究不同浓度PEG（0、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%）对桔梗种子萌发及幼苗生长的影响。研究表明，与CK相比，2%、4%PEG处理的桔梗种子萌发和幼苗生长均无显著变化；6%PEG处理的桔梗种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗的芽长、根长、干重、鲜重和根苗比均显著降低，且随着PEG浓度的升高降低程度增大；10%和14%PEG处理的发芽率分别为CK的50%和10%左右。可见，低浓度PEG（2%、4%）对桔梗种子发芽和幼苗生长无显著影响，6%、10%和14%分别是开始抑制浓度、半抑制浓度和抗旱极限浓度；PEG胁迫对桔梗幼苗根的抑制程度大于芽。综上可知，桔梗属于较耐干旱的中药材植物，适宜在轻度干旱地区推广种植。

关键词：桔梗；PEG模拟干旱；种子萌发；幼苗生长

中图分类号：S682.1+90.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0051-04

桔梗[Platycodon grandiflorum （Jacq.）A.DC.]为桔梗科多年生双子叶草本植物，是一种药、食、赏兼用植物。近年来，桔梗抗衰老、抑癌、抗虫杀菌和气味掩饰剂等功效相继被发现，受到越来越多人的青睐，单靠野生资源已不能满足市场需求。因此，人工栽培是扩大桔梗种植面积、增加产量以满足日益增多的需求的一个重要手段。

随着全球气候变暖，干旱成为限制农业生产的最主要因子之一。我国水资源极为匮乏，约一半的国土面积位于干旱和半干旱地区，严重威胁着农业生产[1，2]。种子萌发是植物生命历程的开始，研究干旱对桔梗种子发芽的影响对于桔梗的旱地栽培具有较大的理论和实践意义。刘自刚等[3]采用5%、10%、15%、20%、25%浓度的PEG模拟干旱胁迫，研究了桔梗种子萌发及幼苗生长对干旱胁迫的形态与生理响应机制，认为干旱胁迫对桔梗种子萌发和幼根、幼芽生长均有明显的抑制作用。我国各地土壤干旱程度不一，李文鹤[4]、刘晓东[5]和刘艳[6]等研究发现，轻度干旱有利于野菊、野生月见草、甘草的幼苗生长。本试验采用PEG模拟干旱处理，研究不同浓度PEG（0、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%）对桔梗种子发芽和幼苗生长的影响，为桔梗的抗旱栽培及规范化种植提供一定参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为2013年收获的桔梗种子，4℃冰箱贮藏。2014年6月，随机挑选形态完整、无病虫害、无残缺的种子，75%乙醇消毒5 min，5%次氯酸钠消毒5 min，蒸馏水冲洗干净。

1.2试验设计

采用PEG模拟干旱环境，设0（CK）、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%（W/V） 共8个浓度的PEG处理。在铺有两层滤纸的培养皿中加入10 mL对应浓度的PEG溶液，每个培养皿均匀摆放100粒种子，于25℃、24 h光照条件下发芽。每个处理重复3次。

1.3测定项目及方法

1.3.1种子萌发指标每天定时统计发芽种子数，计算种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。发芽势（%）=第5 d的种子发芽数/供试种子总数×100；发芽率（%）=第14 d的种子发芽数/供试种子总数×100；发芽指数=Σ（Gt/Dt），其中Gt为第t天的种子发芽数，Dt为对应Gt的发芽天数；活力指数=发芽指数×芽长；发芽速度=Σ（Gi/Ti），其中：i是发芽期数，Gi是第i期的发芽率；Ti是发芽天数。

1.3.2幼苗生长指标第14 d时，每个重复随机选取10株幼苗，测量幼苗的芽长、根长、苗干重以及苗鲜重，计算根苗比。根苗比=根长/芽长。

1.4数据处理

采用Microsoft Excel对数据进行统计和作图，采用DPS软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1PEG模拟干旱胁迫对桔梗种子萌发的影响

由图1可看出，桔梗种子第3 d开始萌发，之后发芽种子数迅速增加，10 d后基本稳定。与CK相比，2%和4%PEG处理的发芽率无显著变化，6%及更高浓度PEG处理的发芽率显著降低，且浓度越高降低程度越大。可见，低浓度PEG（2%、4%）处理对桔梗种子萌发无显著影响，较高浓度PEG（6%～14%）显著抑制桔梗种子萌发。

由表1可以看出，随着PEG浓度的增加，桔梗种子发芽率、发芽势、发芽指数以及发芽速度的变化趋势均为先增高后降低，活力指数呈现降低趋势。方差分析表明，与CK相比，2%和4%PEG处理下桔梗种子各项发芽指标均无显著变化，6%、8%、10%、12%和14%PEG处理下种子萌发指标显著降低。6%、8%、10%、12%、14% PEG处理的发芽率和发芽势分别是CK的93.9%和77.1%、76.2%和38.6%、56.7%和27.6%、38.0%和12.4%、9.6%和4.8%，发芽指数和发芽速度分别是CK的90.4%和91.0%、63.5%和70.1%、48.0%和46.3%、29.9%和29.9%、8.3%和9.0%；6%、8%、10%、12% PEG处理的活力指数分别是CK的75.4%、49.9%、37.1%、21.7%。因此，2%和4%PEG对桔梗种子的萌发影响不显著，当PEG浓度达6%时开始抑制桔梗种子的萌发。当PEG浓度达到10%时，桔梗种子的发芽率基本上为CK的1/2，称此时的PEG浓度为桔梗种子萌发的半抑制浓度（或者称半致死浓度）；而PEG浓度为14%时，桔梗种子发芽率为CK的10%左右，称此时的PEG浓度为桔梗种子萌发的抗旱极限浓度。

2.2干旱胁迫对桔梗种子幼苗生长的影响

由于14%PEG胁迫比较严重，幼苗生长很差无法测量，表2中未列出数据。由表2可以看出，与CK相比，2%和4%PEG处理对幼苗各项生长指标影响不显著，当PEG浓度大于或等于6%时，幼苗生长受到显著抑制，根苗比显著降低。6%、8%、10%、12% PEG处理下，幼苗芽长分别是CK的83.3%、78.8%、77.3%、和72.7%，根长分别是CK的60.6%、62.0%、58.3%和44.0%，幼苗鲜重分别为CK的64.1%、65.4%、38.5%、29.5%，干重分别为CK的75.0%、75.0%、62.5%和62.5%。可见，6%PEG开始显著抑制桔梗幼苗生长，且随着PEG浓度的升高，抑制程度加重。通过分析芽长、根长数据看出，根系对干旱胁迫更加敏感，说明干旱对桔梗幼苗根的抑制作用大于芽。

3讨论与结论

种子萌发阶段需要充足的水分，水分不足会造成萌发时间延长，出苗率下降，幼苗生长瘦弱等不良现象[7]。种子萌发遇到干旱胁迫时，其抗旱能力大小对幼苗生存发育具有重要意义[8]。PEG模拟干旱胁迫是常用的鉴定种子抗干旱能力的方法。本试验中，2%和4%低浓度PEG处理对桔梗种子萌发无显著影响，但随着PEG浓度的增加，6%～14%PEG处理时桔梗种子萌发受抑制程度逐渐加重，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数显著降低，可见6%为PEG开始抑制浓度，10%和14%分别为PEG半抑制浓度和极限浓度，这与刘自刚等[3]的研究结果基本一致，但后者发现PEG-6000处理后桔梗种子各萌发指标均显著降低，可能与PEG设置的浓度不同有关。所以，桔梗是一种较耐干旱的中药材植物，适宜在轻度干旱地区推广种植。

根系是植物吸收水分的主要器官，与抗旱性密切相关，是研究和改良植物抗旱性的一个重要组成部分[9，10]。李博等[11]通过研究不同干旱方式和程度对玉米苗期根系生长的影响，表明在渐进干旱条件下，根系在轻度干旱时生长最好，严重干旱时最差。本试验中，轻度干旱胁迫（2%，4%）对桔梗幼苗生长影响不显著，而根苗比稍高于CK，表明，在轻度干旱胁迫下，叶片吸收的水分减少，影响叶片的伸展，但这对光合作用影响不大。叶片伸展受到抑制，使植物对碳和能量的消耗降低，多数的同化产物运送到了根部，促进根的生长，所以根苗比变高。轻度干旱下桔梗幼苗的根会伸长，这种变化有利于桔梗植株的吸水，是桔梗抵御干旱胁迫的适应性反应。但当PEG浓度超过6%时，幼苗芽长、根长、苗鲜重、苗干重、根苗比显著降低。说明，随着干旱程度的增加，桔梗幼苗生长受到显著抑制，且根的受抑程度大于芽。分析可能是由于根受干旱直接胁迫，且根尖细胞十分幼嫩，对外界环境非常敏感，具体原因还有待于进一步研究。

参考文献：

[1]舒娈， 高山林. 桔梗研究进展[J]. 中国野生植物资源， 2001， 20（2）： 4-6.

[2]王岳峰， 胡国宣， 王艳秋， 等. 桔梗种子发芽率的研究[J]. 中国野生植物资源， 1995（2）： 61-63.

[3]刘自刚， 沈冰， 张雁. 干旱胁迫对桔梗种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2015， 43（10）： 162-168.

[4]李文鹤， 何淼， 卓丽环. PEG-6000处理对野菊种子萌发期抗旱性的影响[J]. 种子， 2010， 29（11）： 51-54.

[5]刘晓东， 李子为， 何淼. 野生月见草种子萌发期的抗旱性研究[J]. 种子， 2012， 31（1）： 45-48.

[6]刘艳， 陈贵林， 蔡贵芳， 等. 干旱胁迫对甘草幼苗生长和渗透调节物质含量的影响[J]. 西北植物学报， 2011，31（11）： 2259-2264.

[7]郝建军， 康宗利. 植物生理学[M]. 北京： 化学工业出版社， 2005.

[8]王学智， 曹敏建， 蒋文春. 抗旱剂处理对玉米种子的萌发及苗期抗旱力的影响[J]. 玉米科学， 2005， 13（2）： 82-89.

[9]慕自新， 张岁岐， 梁爱华， 等. 玉米整株根系水导与其表型抗旱性的关系[J]. 作物学报， 2005， 31（2）： 203-208.

[10]段舜山， 谷文祥， 张大勇， 等. 半干旱地区小麦群体的根系特征与抗旱性的关系[J]. 应用生态学报， 1997，8（2）： 134-138.

[11]李博， 王刚卫， 田晓莉， 等. 不同干旱方式和干旱程度对玉米苗期根系生长的影响[J]. 干旱地区农业研究， 2008， 26（5）： 148-152.