大花白麻和罗布麻种子萌发对干旱胁迫的响应

韩福贵，徐先英，马全林，满多清，郑庆钟，魏林源

(1.甘肃河西走廊森林生态系统 国家定位观测研究站，甘肃 武威 733000；2.甘肃省治沙研究所 甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地，甘肃 兰州 730070；3.甘肃民勤荒漠草地生态系统 国家野外科学观测研究站，甘肃 民勤 733300)

干旱是限制全球作物生产的主要气象灾害,不仅影响农业生产，而且对人们的社会生活和经济发展也有严重影响[1]，干旱胁迫是限制植物生长发育的主要非生物胁迫因素之一[2]。水分是限制植物种子萌发及生长的主要逆境因子[3]。在干旱胁迫条件下，植物种子在萌发和生长过程中不能获得充足的水分，正常的生理代谢受到严重影响，进而导致种子萌发受到抑制[4]。大花白麻和罗布麻是一种潜水性的旱中生高大植物，它们能够迅速增加水分的吸收面积来适应干旱炎热、长日照的暖温带荒漠气候条件。分布区土壤多为盐渍化的草甸土，甚至有盐结皮的草甸土，有很强的抗干旱和抗盐碱能力，因此盐碱地治理与土壤改良选择抗旱性强的植物是关键。

我国的罗布麻主要有3种，包括罗布麻(Apocynumvenetum)、大花白麻(Poacynumhendersonii)、白麻(P.pictum)。主要野生在盐碱荒地、沙漠边缘和河流两岸冲积平原、水田和湖泊周围及戈壁荒滩上,具有较强的耐旱性，可以改良土壤、改善小气候环境，适应引种栽培驯化，在国内有较大面积的引种栽培[5-7]。罗布麻为夹竹桃罗布麻属植物，我国主要分布在新疆、甘肃、青海、河北等地区，是西北生态兼经济植物[9]，罗布麻和大花白麻具有抗旱、耐寒、抗风蚀、耐盐碱、耐瘠薄等特点，是改良盐碱地的理想植物种。罗布麻的茎皮是很好的纤维原料，享有“野生纤维之王”之美誉[8]。也是一种优良的药用植物。适应干旱、炎热、长日照的暖温带荒漠气候,具有较强的抗旱、抗盐碱、耐寒及耐高温等抗逆性。集中生长在新疆塔里木盆地、甘肃河西走廊、内蒙古西部、青海柴达木盆地等地。因此，在盐碱地种植罗布麻和大花白麻具有十分重要的生态经济价值。

罗布麻种子萌发期耐盐性研究已有报道[10-11]，但水分胁迫对大花白麻种子萌发的影响研究尚未见报道。本研究选择罗布麻和大花白麻种子为试验材料，测定不同浓度PEG溶液胁迫下的种子萌发规律以及对幼苗胚芽、胚根的影响，深入了解种子萌发的耐盐碱及抗旱性机理，为干旱地区罗布麻和大花白麻在盐碱地上引种栽培驯化提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大花白麻和罗布麻种子均采集于民勤沙生植物园，属引种栽培种，有人工灌溉等管理措施。种子采收于2018年，种子采收净种后置于干燥通风的室内贮藏。选择无病虫害、饱满的种子进行抗旱性试验。

1.2 试验方法

1.2.1 种子含水率和千粒重的测定 种子千粒重测定：随机地抽取2种植物种子各100粒为1组，用万分之一天平称量，5个重复，计算种子千粒重。含水率测定：将测定千粒重的种子在85℃烘箱中烘干12 h，用万分之一天平进行称量，5个重复，求出种子含水率。

1.2.2 种子萌发处理 将洗干净的培养皿放入120℃的干燥烘箱中进行高温消毒，然后在培养皿中铺2层滤纸，再将种子均匀点播在滤纸上面，每个培养皿40粒种子，分别加入等量的5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%的PEG溶液作为干旱胁迫处理，对应的渗透势大约为-0.05、-0.15、-0.30、-0.49、-0.73、-1.03、-1.37 MPa[12]1个对照，置于25℃的SPX-GB光照培养箱内全黑暗条件，培养箱内相对湿度为50%，每个梯度重复3次。

1.2.3 种子萌发指标测定 试验期间，每天根据水分消耗情况及时补充因蒸散损失的水分，具体方法为，培养皿加溶液后进行称重，以后补水至初始重量即可。每天观测1次种子发芽数，发芽标准为以胚根顶出种皮为发芽标准。第5天时，每个处理中随机抽10株种苗，分别测定胚根和胚芽长度。萌发末期连续3 d发芽粒数不变，用蒸馏水稀释PEG溶液浓度，再放入蒸馏水中每天定时测定种子恢复萌发粒数，种子萌发末期连续3 d粒数不变时结束试验。每个处理随机抽10株种苗，测定幼苗鲜重(不包括没有脱落的种壳)，统计结果换算为100个幼苗的鲜重。

发芽率GR=SN1/SN0×100%，式中，SNl为供试种子发芽粒数，SN0为供试种子总粒数；相对发芽率(%)=最终发芽率/对照(CK)发芽率×100%。

发芽势Gp=SNm/SN0×100%，式中，SNm为种子发芽达到高峰时种子发芽粒数[13]；相对发芽势=3 d处理发芽率/对照(CK)发芽率×100%。

抗旱指数=干旱胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数

其中，种子萌发指数=(1.00)Rd2+(0.75)Rd4+(0.5)Rd6，Rd2、Rd4、Rd6分别为第2、4、6天的种子萌发率[14]。

1.3 数据分析方法

采用Excel 2003绘制图表。用SPSS21.0进行均值比较，采用邓肯检验法进行差异性比较，当P<0.05为差异显著，当P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 种子含水率和千粒重的测定

大花白麻、罗布麻植物种子颜色及形状基本接近；千粒重分别为0.56 g和0.40 g，差异显著(P<0.05)；含水率分别为8.09%和6.07%，差异不显著(P>0.05)(见表1)。

表1 2种植物种子的含水率和千粒重Table 1 Water content and 1000 grain weight of the seeds of Poacynum hendersonii and Apocynum venetum

2.2 干旱胁迫对2种植物种子逐日萌发率的影响

由图1可见，随着溶液浓度的不断增加，逐日发芽率呈快速升高后又缓慢下降的趋势，各发芽梯度均

图1 PEG-6000对2种植物种子逐日萌发率的影响Fig.1 Influence of PEG-6000 on daily germination rate of the seeds of two plant species

2.3 干旱胁迫对2种植物种子相对发芽率与相对发芽势的影响

不同浓度PEG溶液与CK相比，大花白麻和罗布麻种子的相对发芽率、相对发芽势、发芽指数和活力指数都呈下降趋势，2种植物种子萌发后幼苗对渗透势的耐受阀值均为-1.37 MPa(35%)。由图2可知，2种植物最适宜萌发的PEG浓度范围分别为大花白麻0%～20%、罗布麻0%～25%。从相对发芽率来看，当PEG浓度达到30%时大花白麻种子萌发率为57.67%，而罗布麻为85.59%；从相对发芽势来看罗布麻种子萌发率为7.20%，而大花白麻种子为0，可见罗布麻种子抗旱性要强于大花白麻种子。

注：不同字母表示同指标不同PEG浓度间0.05水平上差异显著。下同。图2 PEG-6000对2种植物种子相对发芽率及相对发芽势的影响Fig.2 Influence of PEG-6000 on relative germination rate and relative germination potential

2.4 干旱胁迫对种子萌发恢复率及抗旱指数的影响

由图3得知，大花白麻和罗布麻种子对照在蒸馏水中种子发芽未受到影响(100%),大花白麻复水后萌发恢复率在5%～35%时分别占了总发芽率的3.39%、1.69%、4.24%、9.17%、20.18%、25.27%、51.69%，罗布麻复水后萌发恢复率在5%～35%时分别占了总发芽率的0.84%、3.36%、2.52%、6.03%、5.00%、5.66%、58.59%，当浓度>30%时，萌发恢复率呈“V”型增加，35%时种子恢复萌发率达到最大值，大花白麻为38.33%，罗布麻为48.33%，表明当干旱胁迫得到缓解或解除后种子还有很高的恢复发芽率。

图3 PEG-6000对2种植物种子萌发恢复率及抗旱指数的影响Fig.3 Effects of PEG-6000 on seed germination recovery rate and drought resistance index

大花白麻和罗布麻抗旱指数5%～15%间与CK相比差异不显著(P>0.05)，与20%～35%间差异极显著(P<0.01)，当PEG溶液浓度在10%时，大花白麻和罗布麻抗旱指数相近，均为0.993～0.959；大于该浓度时，植物的抗旱性随着生育期的变化而变化，在35%时抗旱指数下降为0.081～0.076，经方差分析，罗布麻抗旱耐性指数大于大花白麻，但差异不显著(P<0.01)。

2.5 干旱胁迫对种子胚芽和胚根及幼苗鲜重的影响

从表2可以看出，干旱胁迫影响了植物幼苗胚根和胚芽的生长发育。在5% PEG浓度处理下，大花白麻胚芽、胚根长与对照之间差异显著(P<0.05)当浓度>5%时，胚芽、胚根长开始逐渐下降，均显著<对照(P>0.05)，PEG浓度在10%和15%时，胚芽长之间无显著差异(P>0.05)，却显著高于20%和25%(P<0.05)，30%和35%也无显著差异(P>0.05)，胚根长在浓度10%和15%处理间无显著性差异，20%、25%和30%之间差异显著(P<0.05)，在35%时种子萌发只有0.077 cm。罗布麻种子胚芽、胚根长在0%～5%浓度间差异显著(P<0.05)，胚芽长在浓度10%～15%、20%～25%、30%～35%均无显著差异(P>0.05)，与其他之间差异显著(P<0.05)，胚根长在浓度10%～15%间差异显著，20%～25%间差异显著(P<0.05)，30%～35%间无显著差异(P>0.05)。大花白麻0%～15%时胚根长>胚芽长、在20%～35%时胚芽长>胚根长，罗布麻0%～10%胚根长>胚芽长、15%～35%时胚芽长>胚根长，大花白麻和罗布麻胚芽、胚根长的变化规律基本一致。因此，在干旱胁迫下不同植物种子萌发后幼苗长度随干旱程度的加剧表现出不同的变化规律，干旱胁迫对罗布麻胚芽和胚根影响最小，对大花白麻影响较大。

大花白麻的鲜重与对照相比，当浓度达到35%时幼苗的鲜重降低了66.66%。罗布麻的鲜重与对照相比，随着浓度的增加鲜重下降较快，当浓度达到35%时幼苗的鲜重达到最低值，比对照降了72.08%，这就说明了PEG胁迫对罗布麻种子鲜重的影响更大(表2)。

表2 不同浓度PEG-6000处理条件下对2种植物幼苗长度及鲜重的影响Table 2 Effects of different concentrations of PEG-6000 on seedling length

3 结论与讨论

一定浓度的PEG能够模拟自然干旱条件，让植物的组织和细胞处于干旱胁迫中，是研究植物种子萌发期抗旱性的有效方法[15-16]。从结果分析得出，随着PEG胁迫浓度的增加，种子相对发芽率、相对发芽势、萌发恢复率、萌发抗旱指数和幼苗长度呈降低趋势，而在PEG胁迫浓度5%～15%时，各值与CK相比差异不大，发芽高峰期出现在第2～3天，对种子萌发有明显的促进作用，但是其机理尚不清楚，可能是一定浓度的干旱胁迫能够激发种子体内的某些保护机制，降低了种子吸胀对种子膜系统的伤害，促进了膜的自我修复，从而减小了对膜的破坏，进而提高了种子萌发率。也可能是干旱胁迫促进了种子内酶活性的提高，对种子内核酸产生有力的作用，或者加速新陈代谢作用等[17]。大花白麻和罗布麻种子萌发最低阈值为-1.37 MPa(35%)。在不同浓度条件下，大花白麻萌发率>罗布麻，最适宜萌发的浓度范围大花白麻为0%～20%，罗布麻为0%～25%。以上多项指标分析得出，在同等干旱胁迫条件下，种子的发芽率、发芽势和发芽指数递减，对大花白麻和罗布麻萌发产生抑制作用，而且随着PEG渗透势的降低其抑制作用越明显，与杨景宁等[18]研究结果一致。大花白麻和罗布麻在蒸馏水中种子萌发率最高，当干旱胁迫得到缓解或解除时，在PEG溶液浸种处理的种子复水后仍具有较高的恢复萌发能力，这与刘克彪等[19]、韦小丽等[20]、周玲玲等[21]研究结果相似。

植物的抗旱性是一个复杂的过程，仅靠某种抗旱指标很难反映其机理机制，采用多指标进行综合评价。才能准确客观反映植物种子的抗旱性[22]。不同浓度PEG模拟干旱胁迫，大花白麻和罗布麻种子的相对发芽率和相对发芽势受到不同程度的抑制，在5% PEG浓度处理下，大花白麻和罗布麻种子胚根长和胚芽长与对照之间差异显著(P<0.05)，其他浓度与对照之间无显著差异(P>0.05)，而浓度>10%时受到一定抑制，PEG胁迫浓度越大，受抑制程度越大。罗布麻的胚芽/胚根抗旱性比值大于大花白麻。程保成等[23]研究发现抗旱性强的植物其胚芽/胚根的比值要高于正常条件下，而抗旱性弱的植物其胚芽/胚根的比值虽有增加，但增加幅度有限。因此，对种子萌发特性及植物的抗旱机理的理论研究具有重要的生态学意义[24]。

在水分胁迫下，大花白麻和罗布麻种子萌发规律基本一致。植物种子萌发长期处于高温、光照、干旱等条件下，通过自我调节产生适应沙漠恶劣环境的响应机制。而有关植物种子、根系的分布结构及生长状况、根、茎、叶生物量等，在应对高温、干旱和盐碱恶劣环境以及不同生育时期、不同生理过程的影响有待于进一步深入研究。