不同温度条件下PEG模拟干旱胁迫对百合花杜鹃种子萌发的影响

童琪 王陈 李婧 周艳 刘芳 任少华

(贵州省植物园，贵州 贵阳 550004)

杜鹃花资源在中国西南高山、亚高山灌丛和针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林等生态系统中都是重要的组成部分，对于维持生态系统稳定具有极其重要的意义,是进行种群生物学、植物区系及生物多样性研究的重要类群，更是中国10大传统名花之一，在世界园林中占据着重要地位[1,2]。百合花杜鹃(Rhododendron liliiflorum Levl.)杜鹃花科杜鹃属灌木或小乔木，高达1.5～3m或者更高，枝叶繁茂，花朵美丽，颜色洁白，有香味，具有较高的园艺价值。在贵州主要分布于贵定(云雾山)、雷山、安龙(龙头大山)、梵净山，生于海拔1100～1500m的溪边岩石上，广西、湖南也有分布[3]。

杜鹃属植物种子极为细小，发芽率低，长势缓慢，因此提高种子发芽几率，扩大种群数量，对于自然更新困难的百合花杜鹃具有重要意义。研究表明，从种子萌发获得幼苗，可以适应当地的气候，是一种行之有效的引种驯化手段[4]。近年来，关于杜鹃属植物种子萌发的研究相对较多[5-7]，但是基本未见百合花杜鹃种子萌发方面的报道。本试验研究不同温度及不同浓度PEG模拟干旱胁迫对百合花杜鹃种子萌发的影响，以期揭示其种子萌发与温度的关系及对干旱逆境的反应能力，为百合花杜鹃的引种及培育提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验种子采自贵州省贵阳市云岩区贵州省植物园(E106°42′，N36°24′)，年均温15.2℃，年降水量为1200mm；年平均相对湿度80%，种子除干瘪空粒、杂质，净度达到100%。试验试剂为聚乙二醇(PEG-6000)，化学药品为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理

设置不同萌发温度及聚乙二醇(PEG-6000)干旱胁迫2种试验。不同萌发温度：恒温培养温度分别为15℃、20℃、25℃，共计3个温度处理，气候箱内空气相对湿度为74%，光强为40nmol·m-2·s-1。不同浓度PEG干旱胁迫：PEG浓度分别为0(CK)g·mL-1、4g·mL-1、8g·mL-1、12g·mL-1、16g·mL-1，共计5个浓度处理。每个处理设3个重复，每个重复100粒种子。

1.2.2 种子萌发测定

试验时采用四分法选取均一且具有代表性的种子，使用培养皿滤纸法进行试验。使用前种子经1%高锰酸钾溶液浸种消毒15min，并且用去离子纯水冲洗干净，擦干。种子萌发在培养皿内进行，内垫3层滤纸。其中，不同萌发温度的CK处理使用去离子纯水保持滤纸湿润，其余不同浓度PEG胁迫处理以相应PEG溶液保持滤纸湿润，同时将各处理培养皿按照温度设置的不同，放于恒温培养箱中培养。以幼苗第1对真叶出现作为标准来判断种子是否萌发，每隔24h观察记录种子的发芽数量，持续5d种子不再萌发视为萌发结束。

1.3 数据处理

通过记录的数据对每种处理种子的发芽启动时间、萌发高峰期、发芽持续时间、发芽率、发芽势、发芽指数进行计算。

发芽率(%)=7d内处理种子发芽数/供试种子数×100%

发芽势=发芽数量最多日发芽的种子数/供试种子数×100%

发芽指数=∑(Gt/Dt)

式中，Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数；Dt为发芽天数。

采用Excel 2010软件进行数据记录及转换，采用SPSS 22.0软件对数据进行单因子方差分析，同时使用最小显著差法(LSD)进行各处理间数据的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同温度与不同PEG溶液浓度对百合花杜鹃种子萌发的影响

由表1可知，百合花杜鹃种子发芽率在不同温度处理下差异显著(P<0.05)，发芽势、发芽指数2个指标在不同温度处理下没有显著差异(P>0.05)；发芽率在不同PEG溶液浓度处理下没有显著差异(P>0.05)，发芽势、发芽指数2个指标在不同PEG溶液浓度处理下差异显著(P<0.05)；百合花杜鹃种子发芽率、发芽势及发芽指数在不同温度与不同PEG溶液胁迫的交互作用下均出现极显著差异(P<0.001)。

表1 不同温度与干旱胁迫对百合花杜鹃种子萌发的影响

2.2 不同温度对百合花杜鹃种子萌发的影响

由表2可知，温度处于15～25℃时，随着萌发温度设置的提升，百合花杜鹃种子萌发高峰期、发芽启动时间持续天数缩短，发芽持续时间也呈现缩短趋势，且3个温度条件下存在显著性差异；发芽率、发芽指数、发芽势3个指标呈现逐步升高的趋势，且20℃、25℃温度条件下的3个指标与15℃温度条件下的3个指标存在显著性差异。15℃温度条件下百合花杜鹃种子的发芽启动时间较25℃温度条件下推迟12d，萌发高峰期推迟15d，发芽持续时间增加18d，差异显著且区别明显。萌发温度为25℃时，百合花杜鹃种子的发芽指数、发芽率、发芽势均达到相对最大值，分别为49.73%、29.37%、24.75%,且25℃条件下的各发芽指标差异显著。以上结果表明，25℃温度条件下最有利于百合花杜鹃种子萌发，且25℃温度条件下百合花杜鹃种子的发芽率、发芽势、发芽指数比15℃温度条件下提高了7.37%、5.22%、5.38%。

表2 不同温度对百合花杜鹃种子萌发指标的影响

2.3 不同温度与不同PEG胁迫的交互作用对百合花杜鹃种子萌发的影响

研究发现，模拟干旱胁迫时PEG配制溶液为16g·mL-1处理下，百合花杜鹃种子出现不萌发的情况。由图1可知，不同温度与不同PEG-6000溶液浓度的交互作用对百合花杜鹃种子萌发有显著的影响(P<0.05)。百合花杜鹃种子在不同温度条件与不同PEG-6000溶液浓度的交互作用下均有萌发，发芽率最高的是25℃温度条件下纯水对照组的百合花杜鹃种子，数值为49.73%；发芽率最低的是15℃温度条件下PEG-6000溶液浓度16g·mL-1处理下的百合花杜鹃种子，数值为8.71%。在15℃、20℃和25℃温度条件下，百合花杜鹃种子的发芽率数值随着PEG-6000溶液浓度的升高而降低，且PEG-6000溶液浓度为12g·mL-1处理下时，发芽率受抑制现象明显。发芽势最高的是25℃温度条件下纯水对照组的百合花杜鹃种子，数值为29.37%。在15℃、20℃和25℃温度条件下，百合花杜鹃种子发芽势数值随着PEG-6000溶液浓度的升高而降低。发芽指数最高的是25℃温度条件下纯水对照组的百合花杜鹃种子，数值为24.75%。在15℃、20℃和25℃温度条件下，百合花杜鹃种子发芽指数数值随着PEG-6000溶液浓度的升高而降低。在PEG-6000溶液浓度12g·mL-1处理下时，发芽率、发芽势及发芽指数3个指标的下降趋势由缓变快，数值均出现大幅降低，降幅明显，差异显著。以上研究结果表明，百合花杜鹃种子能够发芽的温度范围为15～25℃，当温度过低的时候，进行干旱胁迫会抑制百合花杜鹃种子的活力，导致百合花杜鹃种子活力丧失，不利于种子萌发，甚至干旱胁迫过于严重时将致使种子完全不能萌发，百合花杜鹃种子对于干旱因子的耐受性较差。

图1 温度与PEG-6000溶液浓度对百合花杜鹃种子萌发的交互作用

3 结论与讨论

种子的自然萌发必须具备有生命力的种子，适宜的温度、水分、气体3个基本条件，有时也受光照条件的影响，协调合适萌发的环境条件对于种子的顺利萌发具有重要的意义[8]。在植物的生长过程中，植物在种子形态下对外界恶劣因子的抵抗性最强，而生长发育为幼苗后却极易受到如严寒、干旱、水淹、高温等极端环境的影响，并伴随着成活率的下降[9]。种子萌发的时机和速度受环境条件的影响，而温度是其中最重要的环境因子，受到广泛研究者的重视[10]。大量的试验结果表明，有利于种子发芽的温度条件在20～25℃范围内[11]，温度过低或过高均会影响种子的萌发。王书胜等[12]结合IBA浓度、扦插时间等条件，探究了激素对百合花杜鹃扦插生根的影响，发现早春新梢萌发前采用木质化硬枝扦插可以显著提高百合花杜鹃生根的效果。刘广超等[13]研究了不同激素种类、不同浸种浓度及不同浸种时间条件下百合花杜鹃种子萌发的规律，发现GA3的处理浓度为800mg·L-1时，发芽率和发芽势最大，促进种子萌发的效果最为显著。本研究中，15℃低温条件下百合花杜鹃种子的发芽率、发芽势及发芽指数均为最低值，这与陈雪梅等[14]的研究基本一致；百合花杜鹃种子最适宜萌发温度为25℃，这略高于秀雅杜鹃、云南杜鹃、马缨杜鹃。应该是与百合花杜鹃本身的生境分布有关，其虽然属于高山杜鹃，但是生长地海拔较低，25℃条件与当地种子萌芽期间的气候条件基本一致，所以最有利于种子萌发。

PEG因为是大分子有机物，是一种很好的渗透调节剂，其本身拥有的特性，致使药剂不易进入植株细胞内，能为模拟不同程度的干旱胁迫创造条件。因此采用PEG溶液进行干旱胁迫的模拟，简单方便，被广泛应用于植物抗旱性方面研究。同时，PEG溶液还能作为引发剂使用，其主要原理是能控制种子的吸水速率，调节吸水饱和度，让种子内部细胞与酶的活性增强。大量研究表明，随着PEG溶液浓度的增加，植物种子的萌发能力受到了抑制，且因不同品种的植物而出现不同程度的响应。在吴漫玲等[15]研究中，水杉种子在变温条件下发芽指标数值均为最高，然而在15℃或者25℃条件下，低浓度的PEG-6000溶液(5～10g·mL-1)对水杉种子的萌发产生了一定的促进作用，种子的发芽势与发芽指数均出现了小幅度增加。张毅等[16]研究发现，PEG-6000溶液浓度低于10%时，3个青稞品种的发芽指标降低程度不明显，抑制作用较小，而在PEG-6000溶液浓度为15%～20%时，发芽指标开始出现大幅度降低，说明青稞种子对于干旱胁迫有一定的适应性，但当干旱胁迫到达一定的临界值，种子萌发受抑制现象严重。本研究中，PEG-6000溶液浓度为4g·mL-1条件下时，开始对百合花杜鹃种子的萌发过程产生一定的抑制作用，具体表现为随着PEG-6000处理溶液浓度的增加，发芽率数值出现降低，但是没有显著差异(P>0.05)；发芽势、发芽指数数值降低明显，出现显著差异(P<0.05)，但是随着发芽温度的上升，这种抑制作用得到了一定的缓和，发芽势、发芽指数与发芽率有所提升。百合花杜鹃种子对轻、中度的干旱胁迫都具有一定的耐受能力，但是当PEG-6000溶液浓度为16g·mL-1条件下的重度干旱胁迫时，则种子受到抑制严重完全无法萌发。本试验得到的研究结果，能够为百合花杜鹃的引种培育、人工栽培及抗旱性育种提供指导。