薰衣草种子萌发及幼苗生长对干旱胁迫的响应

2017-05-30郭鹏辉高丹丹刘慧霞韦体王瑾书

安徽农业科学 2017年32期

郭鹏辉高丹丹刘慧霞韦体王瑾书

摘要[目的]研究干旱脅迫對薰衣草种子萌发和幼苗生长的影响，探讨薰衣草的抗旱机理，为其种植栽培提供理论依据。[方法]以不同浓度的聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫对薰衣草种子及幼苗进行处理，测定种子萌发率、萌发指数、发芽势、活力指数以及幼苗的主根长、苗高、鲜重、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）、可溶性糖（WSC）含量等指标，采用SPSS 20.0软件进行数据统计分析。[结果]随干旱胁迫强度的增加，薰衣草种子的萌发率、萌发指数、发芽势、活力指数均呈现下降趋势，轻度干旱（PEG-6000质量分数为2.5%～10.0%时）胁迫下，上述指标的变化差异不显著（P>0.05）；中度干旱胁迫下（PEG-6000质量分数为15.0%～20.0%），种子发芽率显著降低（P<0.05）；而当PEG-6000质量分数达到25.0%（重度干旱胁迫）时，种子几乎不能萌发；随干旱强度的增加，薰衣草幼苗的苗高、鲜重显著降低，主根长表现为先增加后降低。SOD、POD、CAT这3种抗氧化酶活性均呈现出先升高后降低的变化趋势；WSC含量随PEG-6000质量分数的增加而呈明显的上升趋势；MDA含量呈现出持续上升的趋势。[结论]干旱胁迫对薰衣草种子萌发和幼苗生长均有明显的抑制作用，但同时薰衣草种子及幼苗也能够通过其自身的生理生化变化来主动适应外界的干旱环境。

关键词干旱胁迫；薰衣草；种子萌发；幼苗生长；生理生化指标

中图分类号S573+.9文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）32-0134-04

Response of Seed Germination and Seedling Growth of Lavandula angustifolia Mill.to Drought Stress

GUO Penghui，GAO Dandan，LIU Huixia et al（Life Science and Engineering College，Northwest Minzu University，Lanzhou，Gansu 730030）

Abstract[Objective] The research aimed to study the effects of drought stress on seed germination and seedling growth of Lavandula angustifolia，discuss the drought resistance mechanism of Lavandula angustifolia and provide the theoretical basis for its cultivation.[Method]Using polyethylene glycol （PEG-6000） to simulate drought stress the change of seed germination rate，germination index，germination potential and vigor index of Lavandula angustifolia together with the main root length，seeding height，fresh weight，SOD，POD，CAT activity and MDA，WSC content of the seedlings were studied with different weight concentrations of PEG-6000.[Result]The seed germination，rate，germination index，germination potential and vigor index of Lavandula angustifolia seeds decreased generally with the increase of PEG-6000 mass fraction，but there were no significance（P>0.05）at mild drought stress（the PEG-6000 mass fraction was from 2.5% to 10.0% ）：When PEG-6000 mass fraction was from 15.0% to 20.0%，the germination rate significantly decreased（P<0.05）：When the mass fraction was reached 25.0%，the seed could not germinate.The seedling height and fresh weight of the seedlings decreased gradually，while the main root length increased initially followed by decrease.SOD，POD and CAT activities increased initially and then decreased，while MDA content increased gradually throughout.[Conclusion]Drought stress has obvious inhibitory effect on seed germination and seedling growth of Lavandula angustifolia，but the seeds and seedlings of Lavandula angustifolia can also adapt to the external arid environment through their own physiological and biochemical changes.

Key wordsDrought stress；Lavandula angustifolia Mill.；Seed germination；Seedling growth；Physiological and biochemical indicators

薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.）为唇形花科多年生常绿半木质灌木，具特异芳香，原产于地中海沿岸，喜温暖和光照，是一种集绿化观赏、食药两用及可深加工等广泛用途的新型农业種植植物[1-3]。目前，全世界有37个种，100多个品种，在我国资源丰富，广泛分布于全国20多个省份[4-8]。近年来薰衣草受到国内外的广泛关注，从20世纪90年代至今，市场对薰衣草的需求以每年10%的速度递增，目前市场缺口达60%左右，现已开发出相应的精油产品、香囊、香枕等生活用品及药用品和保健品，被称作“香草之后”，且长期供不应求，具有广阔的发展前景和应用空间[9]。然而，在薰衣草大面积栽培种植和产业化稳定发展过程中，由于受到温度、光照、水分等自然环境和生产条件的限制，薰衣草的产量和品质相对较低，尤其在干旱的西部地区，水分无疑是最大的限制因素之一[10-12]。加之目前对薰衣草的研究大多集中在营养成分提取分离、药理作用评定或鉴定等方面[13-15]，而对薰衣草种子及幼苗生长的生理生化机理方面的研究较少。因此，该研究以薰衣草种子为供试材料，采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟不同程度的干旱胁迫环境，研究薰衣草种子萌发、幼苗生长和生理生化特征的变化情况，探讨薰衣草种子及幼苗应对干旱胁迫的生理机制，为薰衣草种子的育种和种植栽培提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

供试薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.）种子由武汉香草花木有限公司提供。

1.2方法

1.2.1種子萌发试验。

选取籽粒饱满、大小均匀一致、无损伤的薰衣草籽，以3%次氯酸钠溶液消毒处理后用滤纸吸干，蒸馏水冲洗3～5次，在蒸馏水中浸泡24 h。以铺有双层滤纸的培养皿为发芽床，每个培养皿中各放入100粒薰衣草籽，分别添加5 mL质量分数为2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的PEG-6000溶液，以蒸馏水为对照，每个处理3次重复。培养皿置于生化培养箱中进行温度为23、18 ℃各12 h的变温暗光培养，根据实际情况在培养皿中添加不同质量分数的PEG-6000溶液或蒸馏水。每天定时统计种子萌发数，连续培养观察30 d，最后计算种子萌发率（Gr）、萌发指数（GI）、发芽势（Gv）、活力指数（VI）。

1.2.2幼苗生长试验。按照“1.2.1”的方法，只添加蒸馏水进行种子萌发，然后从中挑选发芽后的幼苗（胚根长度均匀一致，约1 cm），移栽至以石英砂为基质的一次性塑料杯中，每个杯子添加适量蒸馏水，并加入适量的Hoagland完全营养液，置于23 ℃光照恒温培养箱中进行培养，光照时间12 h，光强2 000 lx，育苗7 d后，分别添加质量分数为2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的PEG-6000溶液，以蒸馏水为对照，连续培养14 d。在培养过程中，根据实际清况，统一补充同样体积的PEG-6000溶液或蒸馏水。每个处理13株幼苗，3次重复。

1.2.3幼苗生理生化指标的测定。

处理结束后，取不同处理的薰衣草幼苗分别测量其根长、苗高、鲜重等生物量，同时测定幼苗根系活力、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、丙二醛（ MDA）、过氧化氢酶（CAT）活性及可溶性糖（WSC）含量。MDA的测定采用硫代巴比妥酸（TBA）双组分光光度法，SOD活性的测定采用氮蓝四唑（NBT）还原法，POD活性的测定采用愈创木酚法，CAT活性的测定采用高锰酸钾滴定法，WSC含量的测定采用蒽酮比色法[16-17]。

1.3数据处理

根据以下公式计算种子萌发的相关指标：

种子萌发率（Gr）=（萌发种子数/供试种子数）×100%

种子发芽势（Gv）=G1/Gn×100%

种子发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）

种子活力指数（VI）=S×GI

式中，G1为7 d发芽种子数，Gn为供试种子数，Gt为t天内种子萌发数，Dt为种子萌发天数，S为萌发种子的鲜物质量。

采用Excel和SPSS 20.0 统计软件进行相关指标的差异性比较和分析。数值均为平均值±标准差。

2结果与分析

2.1干旱胁迫对薰衣草种子萌发的影响

由表1可知，随着干旱胁迫程度的增加（即PEG-6000质量分数的增加），薰衣草种子萌发率、萌发指数、发芽势和活力指数总体表现为下降趋势，种子萌发率从91.21%下降至11.18%，萌发指数从14.76%下降至0.96%，发芽势从88.97%下降至5.86%，活力指数从17.46%下降至0.36%，且表现为一定的浓度依赖规律。当PEG-6000质量分数为2.5%时，上述4项指标与对照相比，无统计学意义（P>0.05）；当PEG-6000质量分数从5.0%逐渐增加至25.0%时，各处理组与对照组之间及各试验组间的差异显著（P<0.05）。高浓度（PEG-6000质量分数为25.0%）的干旱胁迫下，发芽率仅为11.18%，活力指数为0.36，薰衣草种子基本上不萌发，且在萌发后期出现了种子变质、发霉的现象，而对照组（PEG-6000质量分数为0%）的种子却无上述现象发生，表明干旱胁迫对薰衣草种子的萌发产生了显著影响。中等程度（PEG-6000质量分数为10.0%）的干旱胁迫下，薰衣草种子的萌发率仍然能达到65.29%，表明薰衣草种子在萌发过程中具有一定的抗旱性。

2.2干旱胁迫对薰衣草幼苗生长的影响

以不同质量分数PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，研究干旱胁迫对薰衣草幼苗生长的影响规律，结果见表2。由表2可知，当PEG-6000溶液质量分数大于10.0%时，薰衣草幼苗的活力指数、鲜重、主根长、苗高、干重等指标均呈现浓度依赖趋势，即随着干旱胁迫强度的增加，上述指标呈现下降趋势；且试验组与对照组及试验组之间的差异均达到显著水平（P<0.05）。当PEG-6000质量分数小于10%时，上述5个指标与对照相比，无统计学差异（P>0.05），表明低质量分数的PEG-6000对薰衣草幼苗生长的影响程度不明显，即薰衣草幼苗的生长能够适应一定程度的干旱环境，具有较强的生活适应性。

2.3干旱脅迫对薰衣草幼苗生理指标变化的影响

2.3.1抗氧化酶活性。SOD、POD和CAT是植物体内最重要的3种抗氧化酶，三者一起构成植物自身的防御体系[18-19]。以不同质量分数PEG-6000溶液处理后的薰衣草幼苗，其生理生化指标变化结果见表3。由表3可知，随着干旱胁迫程度的增加，SOD、POD及CAT这3种抗氧化酶活性均呈现出先升高后降低的变化趋势；其中POD与CAT活性均在PEG-6000质量分数为15.0%时达到最大值，而SOD活性在PEG-6000质量分数为10.0%时达到最大值；当PEG-6000质量分数达到25.0%时，3种抗氧化酶活性均开始下降，但均高于对照，表明薰衣草幼苗在受到一定程度的干旱胁迫时，能够通过提高自身的抗氧化酶活性來消除系统产生的活性氧，提高自身的抗旱性，但当胁迫程度超过薰衣草幼苗自身的耐受限度之后，抗氧化酶活性便会失去作用，其值也会迅速下降。

2.3.2MDA含量。MDA含量能够直接反映出植物细胞膜的受伤害程度。由表3可知，薰衣草幼苗MDA含量随PEG-6000质量分数的增加而呈明显的上升趋势，PEG-6000质量分数高于2.5%时，各处理与对照间均有显著差异（P<0.05）。其中，PEG-6000质量分数为2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的处理后，薰衣草幼苗MDA含量与对照（PEG-6000质量分数为0）相比，均呈现增加趋势，这也说明随着干旱胁迫的增加，薰衣草幼苗的膜脂过氧化程度随之加重，细胞膜受到了极大的伤害。

2.3.3WSC含量。

WSC作为植物体内重要的渗透调节物质之一，通过降低渗透势而提高其抗植物的抗旱性能。由表3可知，薰衣草幼苗WSC含量随PEG-6000质量分数的增加而呈明显的上升趋势（P<0.05），当PEG-6000质量分数达到 25.0%时，薰衣草幼苗的WSC含量高达27.31 mg/g，说明其抗旱性能明显增加，具有一定的抗旱性。

安徽农业科学2017年

3讨论与结论

干旱是植物在整个生命活动中最容易受到的胁迫之一，对干旱环境下作物的抗旱机制研究可极大地降低作物的损害[20-21]，但植物的抗旱性又是一个受多种生理因素共同作用的复杂的生理调整机制[12]。植物对干旱的响应伴随着种子萌发、营养生长和生殖生长等生长发育的各个阶段[22-24] 。该试验研究表明，干旱胁迫明显抑制了薰衣草种子的萌发，降低了其种子的发芽率、发芽势和发芽指数，同时使薰衣草幼苗的主根长、苗高、鲜重等也显著降低，且随着渗透调节剂PEG-6000质量分数的增加和干旱胁迫时间的延长，其抑制作用更加明显。

同时，随着干旱胁迫程度的增加，薰衣草幼苗体内的3种活性氧清除酶（SOD、POD、CAT）均表现为先升高后降低的变化趋势，而MDA含量一直升高，说明在轻度干旱胁迫下，薰衣草幼苗的SOD、POD、CAT活性显著增强，三者协同作用，极大地提高了幼苗体内清除活性氧的能力，从而减轻了膜脂过氧化的程度，使质膜系统损伤不大，表现为MDA含量与对照相比变化不大。当干旱胁迫的增加强度超出薰衣草幼苗自身的抵御能力时，自由基的产生与清除机制平衡被打破，过量积累的活性氧对酶结构造成损伤，使SOD、POD、CAT活性显著降低，引发或加剧膜脂过氧化作用，表现为高质量分数PEG-6000胁迫下生长严重受限，生物量显著降低。同样，随干旱胁迫程度的增强，薰衣草幼苗的WSC含量明显升高，表明重度干旱胁迫发生时，WSC调节作用相对较强。从而表明WSC作为重要的渗透调节物质之一，对植物抗旱性影响较大，可作为抗旱鉴定指标。当植物受到干旱胁迫时，其体内的H2O2和O2等活性氧大量积累，使自由基的产生与清除机制失衡，膜脂过氧化作用加剧，引起膜脂过氧化产物（MDA）的增加[25-26]，但同时植物自身也具有独特的适应机制与保护策略，能够通过产生POD、SOD和CAT等保护酶系统，清除体内产生的活性氧，保证植物在一定范围内免受伤害[27-28]。该试验研究也很好地证明了这一点，即在轻度干旱胁迫下，薰衣草幼苗能够通过增强自身的抗氧化酶系统和渗透调节能力来适应干旱危害，具有一定的生长可塑性，随着干旱胁迫程度的不断增加，薰衣草幼苗的自身防御机制受到破坏，植株的正常生长发育受到限制。因此，在薰衣草种植栽培过程中，可考虑通过前期的轻度干旱胁迫锻炼来提高薰衣草植株的抗旱能力，以增强其在干旱条件下的生长适应性，为薰衣草的规模化种植栽培提供技术保障。

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（上接第129页）

此，在烤烟生产过程中，应注意掌握正确的磷肥施用技术，以适量集中施用方式的效果较好，施肥过程中应尽可能增大磷肥与根系的接触面积，减少磷素的固定，从而促进烤烟对磷元素的有效吸收。烤烟是喜钾作物，钾元素是影响烤后烟叶抽吸品质和风味特征的重要成分。土壤中速效钾常与钙素形成拮抗作用，且在多雨情况下容易流失，使钾素利用率明显降低。在烤烟生长后期，烟叶中的钾含量也容易向根部转移。在烤烟生产过程中，增加追施钾肥比例、增施叶面钾肥、施用新型速效钾肥以及化学调控等措施都能有效提高钾素的利用率。安宁市主要植烟区域土壤速效钾含量处于中等偏下水平，可在施肥过程中，增加钾肥在配方施肥中用量比例或在烤烟生长后期增施叶面肥，从而提高钾素肥料的利用率和烟叶钾含量。

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