水引发和非生物胁迫对多花木蓝种子萌发的影响

王文恩　孟盛旺　张莎　张冬丽　陈功

摘要[目的]研究多花木蓝种子萌发的耐盐和耐旱性，为多花木蓝的应用提供参考。[方法]利用培养皿纸培法对多花木蓝种子在不同光照条件下进行培养，观测其发芽率和发芽时间。将种子分成水引发和非水引发两部分，分别放在不同浓度梯度的NaCl和PEG溶液中进行培养。[结果]在24 h暗培养条件下种子发芽率最高，为66.3%。在蒸馏水中种子的发芽率最高，随着浓度的增加发芽率逐渐下降；在同一溶液相同浓度下，水引发种子的发芽率高于非水引发种子的发芽率；对于同一种类种子在同一渗透势下，NaCl溶液中种子的发芽率高于PEG溶液中的发芽率；在279.3和326.2 g/L的PEG溶液中种子都不能发芽；在所有浓度下水引发都可以缩短平均发芽时间。[结论]水引发可以有效促进种子发芽，提高种子的发芽率。PEG较NaCl对种子萌发和幼苗生长的过程有更强的抑制性。

关键词 多花木蓝；渗透势；水引发；萌发；非生物胁迫

中图分类号 S718.43 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-180-05

Abstract[Objective]To research the salt tolerance and drought resistance of seed germination of Indigofera amblyantha， and to provide references for the application of I. amblyantha.[Method]Seeds of I. amblyantha were cultivated by petri dish paper culture method. Germination rate and time were observed. Seeds were divided into two groups of hydropriming and unhydropriming. They were cultivated in NaCl and PEG solutions of different concentration gradients. [Result]Germination rate of seeds in distilled water was the maximum. The germination rate declined with the increase of the concentration. In the same concentration of the same solution， germination rate in hydroprimed seeds was higher than that in unprimed seeds. For the same type of seeds in the same osmotic potential， germination rate of NaCl solution was higher than that in PEG solution. Seeds could not germinated in PEG under 279.3 and 326.2 g/L. Hydropriming under all concentrations could shorten the average germination time.[Conclusion]Hydropriming can effectively promote the seed germination and enhance the germination rate of seeds. PEG had stronger inhibitive ability on seed germination and seedling growth than NaCl.

Key words Indigofera amblyantha； Osmotic potential； Hydropriming； Germination； Abiotic stress

多花木蓝（Indigofera amblyantha）为豆科木蓝属多年生落叶灌木，分布于山西、河南、湖北、河北、安徽、浙江、四川、广东、湖南、江苏、甘肃、广西、贵州、陕西等地。多生于1 200 m以下的山坡，在路边、林缘、灌丛、荒山阳面坡较常见[1]。多花木蓝适应性极强，可以在干旱、炎热、潮湿、荫蔽的环境下生长，对水肥要求不高，不择土壤。多花木蓝根系发达，须根、支根多，密集生长于土壤表面，能稳固土壤，使土壤疏松多孔，加强土壤通透性，并且能有效地截留降水，所以多花木蓝是可用作保持水土的树种，可有效防止土壤沙漠化。多花木蓝花期长、花量大、花色美观，还能用于庭园美化和城市绿化观赏植物[1-4]。目前关于多花木蓝种子萌发时的耐盐和耐旱研究较少。

笔者通过对多花木蓝种子萌发时耐盐和耐旱的研究，了解多花木蓝在盐碱地和干旱条件下生长情况，从而为多花木蓝的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 种子来源

供试材料多花木蓝种子，购于湖北省种子集团公司，种子百粒重为0.606 g。

1.2 试验设计与方法

试验设置3种光照条件，分别为24 h光、12 h光12 h暗和24 h暗，以确定发芽的最佳光照条件。将需要引发的种子浸泡在蒸馏水中，在黑暗和25 ℃条件下放置24 h后，将种子取出干燥至和原来的含水量接近，此时种子的百粒重为0.576 g；对已引发和未引发的种子采用0 MPa的蒸馏水和渗透势为-0.3、-0.6、-0.9和-1.2 MPa的NaCl和PEG（聚乙二醇）试剂（即NaCl的浓度分别为3.5、7.1、10.6和14.2 g/L[5]，PEG的浓度分别为151.4、223.6、279.3和326.2 g/L[6]）进行胁迫处理。在直径为9 cm的培养皿中放双层滤纸并加5 mL溶液，每皿100粒种子，3次重复，把培养皿放在25 ℃完全黑暗的培养箱中进行种子萌发，每24 h观察1次种子发芽数并记录，共观察20 d，当种子的胚根长度达种子长度的1/2时，该种子记为发芽。发芽的种子要转移到另外的培养皿中，试剂与原培养皿中相同，放在16 h光8 h暗的培养箱中培养，促进胚芽、胚根的生长，在试验结束后统计发芽率和平均发芽时间。20 d的发芽试验结束后，将2种试剂不同浓度中未发芽的种子转移到蒸馏水中再继续培养3 d，观察各培养皿中恢复发芽的种子数，根据公式[（a-b）/（c-b）]×100%计算恢复发芽率，其中a代表在NaCl或者PEG溶液中发芽的种子数加上在蒸馏水中3 d发芽的种子数，b代表在NaCl或者PEG溶液中发芽的种子数，c代表供试种子总数。待发芽试验结束后，在各个处理中随机选取发芽种子进行胚芽和胚根长度测量，每个重复选取10粒种子。

2 结果与分析

2.1 光照对种子萌发和生长的影响

由表1和图1可知，在24 h黑暗条件下有利于种子萌发，此时发芽率最高，达66.3%，平均发芽时间为5.10 d，于第3天开始发芽，且在第4天达到了发芽的高峰，与其他2种条件相比发芽最早最快，而在24 h光照条件下发芽率最低，开始发芽的时间最迟，在第4天时开始发芽，第5天达到发芽的高峰，与12 h光12 h暗的条件相比，24 h光条件下种子平均发芽时间较短，这是由于在这种条件下种子发芽比较集中，前期发芽较多，在第5天时的累计发芽率高于12 h光12 h暗条件，而后期发芽的种子较少，但是在12 h光12 h暗条件下种子在后期仍然能发芽，所以累计发芽率还是高于24 h光条件下的发芽率，3种条件下的发芽率存在显著性差异。12 h光12 h暗条件平均发芽时间和24 h光条件下没有显著性差异，24 h光和24 h暗条件下平均发芽时间也没有显著性差异，而12 h光12 h暗和24 h暗条件下平均发芽时间存在显著性差异。在24 h暗条件下，萌发的种子不能进行光合作用，胚芽叶绿素不能形成，胚芽发黄，其内部的营养全部用于胚芽和胚根的增长，导致胚芽和胚根的长度远远大于另外2种条件，在24 h光和12 h光12 h暗条件下，胚芽长和胚根长没有显著性差异，而24 h暗条件下胚芽、胚根的长度与另外2种条件均有显著性差异。

2.2 盐胁迫条件下未引发种子的发芽情况

由表2和图2可知，在蒸馏水中种子发芽最早最快，在第3天开始发芽，第4天时达到了发芽的高峰，发芽率达71.0%，平均发芽时间最短，胚芽和胚根长度最长，子叶展开良好，根系发育正常，生长健壮。各浓度的NaCl溶液中种子发芽都比蒸馏水中慢，发芽率也低于在蒸馏水中的发芽率，胚芽和胚根生长受抑制，并且随着NaCl浓度的增大，发芽率逐渐降低，开始发芽的时间随之推迟，平均发芽时间逐渐延长，这说明盐胁迫下种子萌发有一定的延迟。在NaCl浓度为14.2 g/L时，发芽率明显降低，只有21.3%，发芽时间也推迟，平均发芽时间最长，这说明高浓度的盐胁迫对种子萌发有毒害作用，相邻2种NaCl浓度之间平均发芽时间没有显著性差异，而不相邻的NaCl浓度之间平均发芽时间有显著性差异。对于已发芽的种子，在NaCl溶液中胚芽和胚根的长度都减小，低浓度的NaCl溶液中虽然长度减小但是生长正常，发育良好。在高浓度的NaCl溶液中，不仅胚芽和胚根的长度显著减小，而且子叶和根部都出现了黄化，相比在蒸馏水和低浓度的NaCl溶液中更容易发生腐烂，在14.2 g/L的NaCl溶液中，胚芽和胚根都已腐烂，说明盐胁迫对子叶和胚根的生长有明显的抑制作用，浓度较高会对胚芽、胚根的生长有显著的毒害作用。

2.3 盐胁迫条件下水引发种子的发芽情况

由表3和图3可知，蒸馏水中的种子发芽率最高，第2天即开始发芽，第3天就达到了发芽的高峰，随着NaCl浓度的升高，发芽率逐渐下降，浓度由0 g/L到14.2 g/L时发芽率由84.7%降到了27.3%，不同浓度NaCl溶液中的发芽率有显著性差异。3.5 g/L NaCl溶液中种子也于第2天开始发芽，但是发芽的高峰在第5天，其余浓度NaCl溶液中的开始发芽时间均在第4天。

平均发芽天数在0 g/L时最少，且与其他浓度下有显著性差异，而3.5、7.1、10.6 g/L NaCl溶液中的平均发芽天数没有显著性差异，7.1、10.6、14.2 g/L NaCl溶液中的平均发芽天数也没有显著性差异。不同浓度NaCl溶液中的胚芽长度都有显著性差异，最高浓度的NaCl溶液中胚芽和胚根已不能存活，蒸馏水和3.5 g/L NaCl溶液中的胚根长与其他浓度下都有显著性差异，而其余浓度之间的胚根长没有显著性差异。

2.4 PEG胁迫条件下未引发种子的发芽情况

由表4可知，种子在蒸馏水中的发芽率为71.0%，而在151.4 g/L的PEG试剂中发芽率下降为59.0%，在223.6 g/L时发芽率只有9.0%，并且发芽不整齐，3种条件下的发芽率有显著性差异。当PEG浓度为279.3和326.2 g/L时，环境中的水分含量已远远达不到种子发芽所需的水分要求，导致这2种浓度下的种子不能发芽。

在蒸馏水中种子于第3天开始发芽（图4），第4天达到发芽的高峰，在151.4 g/L的PEG试剂中于第4天开始发芽，在第6天达到高峰，在223.6 g/L PEG试剂中，种子于第6天开始发芽，三者之间相差比较大，说明PEG试剂浓度的增加会使种子发芽延迟，并且会降低发芽率。0 g/L时平均发芽时间为6.80 d，随着浓度的增加，平均发芽时间也增加到了10.80 d，3种浓度中相邻两者之间没有有显著性差异。蒸馏水中的胚芽和胚根都生长健壮，发育良好，而在151.4 g/L浓度时胚芽和胚根都比较小，这2种渗透势下胚芽、胚根长具有显著性差异。在223.6 g/L浓度时虽有种子发芽，但是已发芽的种子不能在这种浓度下生长，水分不足导致胚芽、胚根生长受限，子叶和根部发生黄化作用，不能维持正常的生命活动而全部腐烂，这表明较高浓度的PEG会严重阻碍胚芽、胚根的生长发育，对其生长有毒害作用。

2.5 PEG胁迫条件下水引发种子的发芽情况

由表5可知，水引发的种子在蒸馏水中发芽率可达84.7%，在PEG浓度为151.4 g/L时发芽率为73.7%，但随着浓度的进一步升高，发芽率急剧下降，到223.6 g/L时发芽率只有12.3%，3种浓度下种子发芽率有显著性差异，而在更高的浓度下，没有任何种子发芽，说明高浓度的PEG对种子发芽有很强的抑制作用。水引发的种子在蒸馏水中开始发芽的时间是第2天（图5），在151.4 g/L的PEG溶液中第3天开始发芽，到第5天达到发芽的高峰期，而在223.6 g/L浓度下由于PEG试剂的延迟作用种子在第6天才开始发芽，平均发芽天数也随着浓度的增大而增加，并且三者具有显著的差异。胚芽和胚根的长度都随着PEG浓度的增加而减小。PEG浓度增加，其溶液中的水分含量减少，导致胚芽和胚根生长不良。不同浓度PEG溶液中的胚芽长有显著性差异，蒸馏水中的胚根长与其他2种条件下的胚根长也有显著性差异，而151.4、223.6 g/L浓度下胚根长没有显著性差异。

3 结论与讨论

（1）种子萌发需要适宜的光照、温度、水分和氧气等条件，但是不同的植物种子萌发所需要的具体条件不同。该试验对多花木蓝种子萌发的最佳光照条件作了分析。由试验结果可知，在完全黑暗的条件下有利于多花木蓝种子的萌发，并且能减少平均发芽时间。但是有些植物种子的萌发却需要光照，如光照能明显促进川百合、斑百合和毛百合种子的萌发，可以缩短发芽时间并提高种子的发芽率[7]。

（2）该试验研究了不同浓度的NaCl和PEG溶液中水引发种子和未引发种子的发芽情况以及胚芽、胚根的生长情况，经过计算分析得出水引发可以一定程度上提高种子的发芽率，并且缩短种子发芽所需的时间，在盐胁迫条件下水引发对幼苗的生长没有显著影响，但是在151.4 g/L PEG浓度时幼苗的逆境抵抗力明显提高，在PEG浓度为279.3、326.2 g/L时，即使是水引发过的种子也不能萌发。许多植物种子的萌发和早期幼苗的生长发芽对盐胁迫和干旱胁迫非常敏感[8]，经过研究发现多花木蓝的种子也是这样，随着NaCl和PEG浓度的升高，多花木蓝种子的发芽率下降，当NaCl浓度最高时发芽率最低，NaCl浓度在14.2 g/L时，不管种子是否经过水引发，其幼苗都不能生长，将甜高粱种子进行盐胁迫试验也获得与此相似的结果[9]。 在PEG溶液中，当浓度达279.3 g/L及更高时种子由于受到强烈的干旱胁迫已不能发芽，

在盐胁迫下种子萌发受到抑制一部分是因为盐对种子萌发的毒性，另一部分可能是因为渗透势的影响，但是在相同渗透势的NaCl和PEG溶液中，PEG对种子发芽率和幼苗生长的影响更大，这说明PEG较NaCl对种子萌发和幼苗生长有更强的抑制性，其原因可能是NaCl弥补了低的渗透势对种子萌发的影响。

（3）发芽试验结束后，对各种浓度下未发芽的种子进行了恢复发芽试验，在3 d的培养时间里，各浓度NaCl溶液中没有新的种子发芽，在低浓度的NaCl溶液中，原来的发芽率就较高，再加上有发霉腐烂的种子，剩下供恢复发芽的已很少，不发芽可能是由于种子本身的问题，而高浓度的NaCl溶液中，可能是由于环境种子NaCl浓度较高，水势降低，种子产生渗透胁迫，从而导致细胞失水，种子发生生理干旱，所以不能恢复发芽。在151.4、223.6 g/L的PEG溶液中有极个别的种子发芽，而在279.3、326.2 g/L溶液中，没有种子恢复发芽，其原因可能是种子在发芽试验期间长时间地处在干旱胁迫下，种子已失去了活性。

（4）在发芽过程中，有部分种子会出现发霉腐烂的现象，这可能是因为多花木蓝种子吸水后种皮会变软，种子发生润胀作用，导致种子内部的内含物流出，使得细菌滋生，种子发霉，所以在试验的过程中要及时更换试剂和滤纸，清理发霉腐烂的种子，防止细菌传染到健康种子上。

种子的质量对发芽试验和幼苗生长有很大的影响，多花木蓝种子不是很成熟时种皮颜色为深绿色，当种子成熟度较高时颜色变为灰黄色，所以在试验时可以根据颜色挑选成熟度较高的种子。另外也可以将种子置于蒸馏水中24 h，将上浮和下沉的种子分开，种子下沉说明种子成熟很好，内含物饱满，有利于发芽，种子上浮说明其内部的营养物质较少，影响发芽。种子吸水试验将15 g种子置于蒸馏水中，经过吸水后取出再测定其鲜重，为19.74 g，通过计算可知种子的吸水程度为23%。该试验中采用的种子是从种子公司购买的，其颜色均呈土黄色，大小均匀，将种子放入水中24 h后全部下沉，说明种子质量很好，挑去杂质即可使用。

（5）完全黑暗的条件有利于多花木蓝种子的萌发，并且通过水引发可以提高种子的发芽率以及种子对逆境的抵抗力。试验中在所有浓度NaCl溶液中种子都能萌发，说明多花木蓝可在盐碱地良好生长，而在PEG溶液中，只有在151.4、223.6 g/L浓度下种子能萌发，这说明在水分很少特别干旱的地块，多花木蓝种子难以发芽，而在普通的干旱地段都可以发芽。在相同的渗透势下，NaCl溶液中的发芽情况整体好于PEG中，种子的发芽率和胚芽、胚根长都随着浓度的上升而下降，不管是在NaCl溶液中，还是PEG溶液中其主要原因都可以认为是由干旱胁迫引起，而不是由于盐溶液的毒性。不管是哪种渗透势下，水引发都可以一定程度地促进种子萌发，水引发作为一种廉价、方便的种子引发方法，有必要对其进行深入研究，从而掌握水引发的机理、水引发过程中种子内部的生物生理学变化，以及对水引发的种子进行大田播种，检测其引发后所取得的效果。此外，不同植物所需要的引发方法不一定相同，应根据不同植物各自的特点进行研究分析，总结出最适合该种子发芽的引发方法。

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