PEG 模拟干旱胁迫对筇竹种子萌发的影响

顾　宝　董文渊　张　营　王林昊　唐海龙　王逸之

（1.西南林业大学林学院，云南昆明650224；2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224；3.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224）

PEG 模拟干旱胁迫对筇竹种子萌发的影响

顾宝1董文渊2张营1王林昊3唐海龙1王逸之2

（1.西南林业大学林学院，云南昆明650224；2.西南林业大学云南生物多样性研究院，云南昆明650224；3.西南林业大学环境科学与工程学院，云南昆明650224）

采用不同浓度的PEG-6000溶液，模拟干旱条件，对筇竹进行渗透胁迫处理。结果表明：随着水分胁迫增强，筇竹种子的日相对萌发率、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈下降趋势；低浓度（5%、10%）胁迫可以促进筇竹种子胚根生长，而高浓度（≥15%）则具有抑制作用；与对照相比，随着PEG浓度的增加，筇竹种子初始萌发时间延迟明显，而在PEG浓度达30%时筇竹种子未见萌发；将在PEG浓度为30%条件下未萌发的种子用蒸馏水冲洗干净后，在通常发芽条件下进行发芽试验可以实现复萌。

筇竹；种子；PEG胁迫；萌发

筇竹（Qiongzhuea tumidinoda）属于中小型混生竹种，是我国重点保护的珍稀濒危竹种［1］，主要分布区为云南省昭通市大关县、永善县等8个县（区）及四川省部分县区的中山湿性常绿阔叶林区，在经济、生态、观赏及笋用等方面有很高的价值。筇竹的种子为坚果状颖果，其种皮为厚质，形状为倒卵状，长度1.0～1.5 cm，直径为0.7～1.2 cm，表面无被毛［2］。

种子是植物个体发育过程中一个重要阶段，作为植物生活史上的特殊阶段，是植物体一种适应恶劣环境的策略［3］。在特殊生境下的植物体适应当地特殊的生境条件的能力较强，其种子萌发行为在物种的保存、持续和物种结构中发挥着至关重要的作用［4］。目前，国内外对筇竹研究主要集中在无性系繁殖和栽培技术、开花结实特性等方面，有关模拟干旱对筇竹种子萌发的影响方面的研究较少。以PEG-6000模拟自然状态下的干旱条件，通过不同浓度的PEG影响溶液的渗透压，从而影响进入种子内部水分含量，以此来影响种子的萌发，继而鉴定植物在萌发期抗旱能力的强弱，用PEG-6000模拟干旱因其结果可靠和过程可操作性而得到广泛的应用［5］。本试验分析了不同浓度的PEG-6000溶液模拟不同干旱胁迫程度对筇竹种子萌发的影响，包括萌发进程和萌发率等，以此来探究筇竹种子在萌发过程中对PEG胁迫的响应，为加强对筇竹的生态适应性的了解提供参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

种子在2015年4月采集于云南省昭通市大关县，在低温环境（4℃）中保存。

1.2种子胁迫试验

2015年5月14日开始进行该模拟试验，挑选大小相似、成熟饱满的筇竹种子，浸入0.15%福尔马林 （甲醛溶液）中进行灭菌处理30 min，然后用蒸馏水冲洗4次，置于培养皿中。先在经高温灭菌的培养皿（直径15 cm）中铺2层无菌滤纸，然后将种子随机且间隔相同地置于滤纸上，每个培养皿中放30粒种子，根据文献［6］设置PEG浓度，每皿分别移入15 mL蒸馏水配制的质量分数为5%、10%、15%、20%、25%、30%的PEG-6000溶液，对应的渗透势分别约为-0.58、-1.66、-3.25、-5.34、-7.94、-11.05 MPa，每个处理3次重复，用蒸馏水作对照，盖上玻璃盖，以防溶液蒸发，放入智能型人工气候箱 （光照时间为12 h/d，光照强度为2 000 1x，湿度为50%，温度为25℃）培养。为了使各处理的浓度保持不变，应每天用称重法测定蒸发的蒸馏水的量然后加入与蒸发量等量的蒸馏水。

1.3生长指标测定及分析方法

初见萌发之日起每日于14：30定时观察种子萌发情况统计发芽数（以胚轴的长度达到真种子的长度的1/2作为发芽标准）等指标，按下面的公式计算相关指标：式中，m为萌发的种子数；M为试验的种子数。式中，Gd为时间d日的发芽数；Dd为对应的发芽天数。式中，D为供试种子总数；NM为发芽种子数达到最大峰值时的发芽数。

数据分析采用SPSS 13.0单因素方差分析。

2　结果与分析

2.1不同PEG浓度处理下筇竹种子的萌发进程

筇竹的种子的萌发高峰、到达高锋的时间及峰值大小均会受到PEG浓度的影响见图1。

图1　随着PEG浓度的增加筇竹种子的日相对发芽率的变化特征Fig.1　Variation characteristics of dai1y re1ative germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

从图1可见，CK和5%PEG浓度处理的筇竹种子的萌发均于第3天开始，且CK在第7天达到最高日相对萌发率15.56%；5%PEG浓度处理的筇竹种子在第5天达到最高日，相对萌发率17.78%；10%PEG浓度处理的筇竹种子在第5天开始首次萌发且在第7天达到最高日，相对萌发率11.11%；15%PEG浓度处理的筇竹种子在第7天开始首次萌发且在第9天达到最高日，相对萌发率7.78%；20%PEG和25%PEG浓度处理种子首次萌发时间均为第9天，且均于第11天达到4.45%的最高日萌发率。由此可知，筇竹种子首次萌发时间随着PEG浓度的增加而有所延长，这说明PEG模拟的干旱胁迫在推迟种子首次萌发时间的同时也降低了最高日相对萌发率，使萌发高峰期推迟。观察到第15天时，30%PEG浓度处理的筇竹种子仍未见萌发。

2.2PEG胁迫处理下筇竹种子的萌发率

PEG胁迫处理下筇竹种子的萌发率变化曲线见图2，筇竹种子总萌发率的回归曲线见图3。

图2　随着PEG浓度的增加筇竹种子发芽率变化特征Fig.2　Variation characteristics of germination Percentage of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

图3　随着PEG浓度的增加筇竹种子总萌发率的变化特征Fig.3　Variation characteristics of tota1 germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds with the increase of PEG concentration

2种曲线综合显示，筇竹种子的萌发力较强，在CK、PEG浓度为5%处理种子发芽率升高较快，10 d后基本保持不变，其余处理在11 d后基本保持缓慢上升或不变趋势。而且，发芽进程结束（15 d）后，随着PEG胁迫程度的增强筇竹种子的萌发率的变化呈抛物线式，萌发率达到最大值是在CK和PEG浓度为5%的情况下，在PEG浓度为10%、15%、20%和25%4种处理下筇竹种子的萌发率均有所下降，且在PEG浓度为25%处理下筇竹种子的萌发率下降到最低，且与对照相比差异极显著。PEG浓度为30%处理下筇竹种子未见萌发。由此可见，对筇竹种子的萌发影响随着PEG浓度的提高而增强，且在高浓度 （30%）情况下抑制种子萌发。

2.3不同浓度PEG处理下筇竹种子的发芽指数及发芽势

相对于单纯的发芽率来说，发芽指数和发芽势能更全面地反映在实际条件下种子的萌发速度、整齐度、萌发能力和萌发的数目。筇竹种子的萌发明显受到不同PEG浓度的影响，随着PEG浓度的上升抑制作用在增加见图4和表1。

图4　筇竹种子发芽势在PEG胁迫下的变化特征Fig.4　Variation characteristics of germinating energy of Qiongzhuea tumidinoda seeds under PEG stress

表1　不同浓度PEG胁迫下筇竹种子发芽指数Tab1e 1　Germination index of Qiongzhuea tumidinoda seeds under PEG stress with different concentrations

注：同列不同字母表示各指标差异显著（P＜0.05）。

在CK与PEG浓度为5%的2个处理下，筇竹种子的发芽指数差异不显著，但与其他处理相比较，差异极显著 （P＜0.01）。可见，随着干旱胁迫的加剧，筇竹种子发芽指数明显降低。

2.4筇竹种子在30%PEG浸种处理后的复萌

当PEG浓度为30%处理时，观察到第15天时筇竹种子不萌发。用ddH2O将该处理的筇竹种子冲洗干净后，用ddH2O在相同的培养条件下进行复萌试验。结果表明 （图5和图6），胁迫解除后第3天，筇竹种子开始萌发，且于第7天达到16.67%的最高日相对萌发率，最终萌发率为70.01%。干旱胁迫消除后给予适当水分筇竹种子依然可以萌发，反映的是筇竹生存策略之一。

图5　筇竹种子在30%PEG处理后复萌的日相对萌发率Fig.5　Dai1y re1ative germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds re1aPse after 30%PEG treatment

图6　筇竹种子在30%PEG处理后复萌的萌发率变化特征Fig.6　Variation characteristics of germination rate of Qiongzhuea tumidinoda seeds re1aPse after 30%PEG treatment

3　结论与讨论

利用不同PEG浓度模拟不同程度的干旱胁迫进而对植物的耐旱进行研究，选取种子的发芽率、发芽势、发芽指数及日相对萌发率作为耐旱指标，这是一种可信度高且易实施的方法［7-9］。研究表明，低浓度的PEG处理对植物种子的萌发有“引发”作用，可以提高种子发芽率［10-11］，这可能是轻度水分亏缺下，植物的补偿与超补偿效应的表现［12-13］；但也有研究表明，PEG处理的 “引发”作用仅提高种子早期发芽率和发芽指数，而对最终的发芽率无显著影响［14］。高浓度的PEG胁迫处理，其影响效果和时间长短有极大关系，胁迫时间的延长会加剧种子发芽率的下降［9］。

在PEG浓度为5%的胁迫处理下筇竹种子的发芽率与对照间差异不太显著，但是到达最高日相对萌发率的时间提前，这说明低浓度PEG（5%）处理对筇竹种子有一定的“引发”作用。但是PEG浓度的增加时，筇竹种子的发芽率则随之迅速下降，这说明在高浓度PEG胁迫下筇竹种子的萌发受到显著的抑制作用，同时也说明筇竹种子可以通过启动体内保护机制来减少了膜系统的损伤，从而维持一定发芽率。

随PEG胁迫浓度的增加筇竹种子的发芽指数则逐渐下降，这说明筇竹种子的萌发时间在PEG胁迫处理下会有所延长。发芽势是指在发芽过程中日发芽种子数到达最高峰时，发芽种子数占供测样品种子数的百分比，是鉴别种子质量和发芽整齐度的重要指标。随着PEG浓度的不断增加，筇竹的发芽势随之下降。

抗旱性是一个复杂的综合性状，因此在鉴定植物抗旱性时要从多个指标进行综合评价，如形态、生理、生化等，同时也要监控和评价其种子的其他时期，这样得出的鉴定结果会更加客观、准确。在自然条件下筇竹主要集中在温凉湿润的中山湿性常绿阔叶林下，就其生物学生态学特性方面而言，该研究结果进一步说明了筇竹喜土壤湿润、空气相对湿度较大的生态环境的基本特性，同时也说明在天然更新或人工促进天然更新时，适当降低土壤的水分含量，会促进种子的提前萌发。因此，实现筇竹林健康发展的关键是保持环境水分资源的有效性。

［1］董文渊，黄宝龙，谢泽轩，等.筇竹种子特性及实生苗生长发育规律的研究 ［J］.竹子研究汇刊，2002，21（1）：57-60.

［2］董文渊，黄宝龙，谢泽轩，等.筇竹开花结实特性的研究 ［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2001，25（6）：30-32.

［3］齐淑艳，段继鹏，郭婷婷，等.入侵植物牛膝菊种子萌发对PEG模拟干旱胁迫的响应 ［J］.生态学杂志，2014，33（5）：1190-1194.

［4］Bischoff A，Von1anthen B，Steinger T，et a1.Seed Provenance matters-effects on germination of four P1ant sPecies used for eco1ogica1 restoration［J］.Basic and APP1ied Eco1ogy，2006，7（4）：347-359.

［5］韩文娟，王铁娟，玉昉永.5种蒿属沙生半灌木种子萌发耐旱性研究 ［J］.种子，2015，34（2）：42-45.

［6］王乃江，侯庆春，张文辉，等.黄土高原乡土树种光合作用及抗旱性研究 ［J］.西北林学院学报，2006，21（3）：26-29，44.

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［12］Orozco-A1manza M S，de León-García L P，Grether R，et a1.Germination of four sPecies of the genus Mimosa （1eguminosae）in a semi-arid zone of Centra1 Mexico ［J］.Journa1 of Arid Environments，2003，55（1）：75-92.

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［14］王彦荣，张建全，刘慧霞，等.PEG引发紫花苜蓿和沙打旺种子的生理生态效应 ［J］.生态学报，2004，24（3）：402-408.

（责任编辑张坤）

Effects of Drought Stress Simu1ated by PEG on Seed Germination of Qiongzhuea tumidinoda

Gu Bao1，Dong Wenyuan2，Zhang Ying1，Wang Linhao3，Tang Hai1ong1，Wang Yizhi2

（1.Co11ege of Forestry，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；2.Yunnan Academy of Biodiversity，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；3.Co11ege of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China）

Different concentrations of PEG-6000 so1ution were used to simu1ated drought conditions for the osmotic stress treatment of Qiongzhuea tumidinoda.The resu1ts showed that：with water stress increased，Qiongzhuea tumidinoda dai1y re1ative germination rate of seeds，germination Percentage，germinating energy，germination index，vigor index showed a downward trend；1ow concentrations（5%，10%）stress can Promote radic1e growth of Qiongzhuea tumidinoda seed，whi1e high concentrations（≥15%）were inhibited.ComPared with the contro1 grouP，the initia1 germination time of Qiongzhuea tumidinoda seed de1ayed significant1y with the increase of PEG concentration.When the PEG concentration was 30%，the seeds of Qiongzhuea tumidinoda did not germinate.After rinsed with disti11ed water，the seeds which did not germinate under the condition of 30%PEG concentration recovered their germination abi1ity under genera1 conditions.

Qiongzhuea tumidinoda，seed，PEG stress，germination

S722.3

A

2095-1914（2016）04-0048-05

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.008

2015-12-28

国家林业公益性行业科研专项（201204013）资助。
第1作者：顾宝（1990—），女，硕士生。研究方向：竹类研究。Emai1：gubaoscience@163.com。

董文渊（1962—），男，教授，博士生导师。研究方向：竹类无性系种群生态、竹林培育、生态经济。Emai1：wydong6839@sina.com。