丁強(qiáng)強(qiáng)，劉敏，萬志兵

（1.黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，黃山 245041；2.南京林業(yè)大學(xué)）

光皮樺（Betula luminifera）為樺木科優(yōu)良速生闊葉樹種，具有適應(yīng)性強(qiáng)、較耐干旱瘠薄，生長快且樹干通直圓滿，材質(zhì)細(xì)致堅韌、紋理美觀、粘膠性能好，是家具、室內(nèi)裝潢以及工業(yè)原料較理想的用材樹種[1]。由于其材性好、用途廣，又是速生豐產(chǎn)鄉(xiāng)土植物，現(xiàn)已成為我國南方山區(qū)珍優(yōu)闊葉樹種[2]。近年來對光皮樺的研究較多，多集中在遺傳改良[3]和育苗技術(shù)[4-5]的研究，隨著目前環(huán)境的惡化，部分地區(qū)環(huán)境條件差、降雨量少、土壤貧瘠，很多樹種難以在這些條件下成活，因此迫切需要選擇一個能夠在這些條件下生存的樹種。目前對光皮樺的非生物逆境抗響應(yīng)鮮有報道，因此揭示光皮樺種子萌發(fā)期的耐旱特性對其旱地種植具有重要意義。實驗采取PEG 模擬干旱脅迫研究光皮樺種子萌發(fā)對干旱脅迫的響應(yīng)，擬為光皮樺種子在干旱立地條件下的種植栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

光皮樺種子采于安徽省績溪縣鎮(zhèn)頭林場光皮樺國家級良種基地，是第二代種子園生產(chǎn)的種子。

PEG6000 由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，平均分子量為6 000。

1.2 處理方法

用蒸餾水分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0% 、5%、10%、15%的PEG-6000 溶液，與之相對應(yīng)的水勢分別為0、-0.58、-1.66、-3.25MPa[6]，共4 個處理，每處理3 次重復(fù)。挑選顆粒飽滿、大小、色澤一致，無病蟲害的光皮樺種子。用0.1% NaClO 消毒10 min，蒸餾水漂洗3 次。培養(yǎng)皿底部均勻覆蓋適量厚度的脫脂棉，再覆蓋一層濾紙作為發(fā)芽床，加入相應(yīng)的溶液，溶液浸透脫脂棉和濾紙，每培養(yǎng)皿放入100 粒處理好的種子，放入25 ℃人工智能培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，全光照處理12 h，黑暗處理12 h。定時觀察種子的萌發(fā)情況并統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)（發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)以胚突破種皮露出為發(fā)芽），14 d后測定其相應(yīng)生長指標(biāo)。

1.3 測量指標(biāo)和方法

種子發(fā)芽能力的測定

發(fā)芽率（GR）=（發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽勢（GP）=（發(fā)芽高峰期時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）；Gt：在時間為t 天的發(fā)芽個數(shù)，Dt：發(fā)芽實驗的第t 天。萌發(fā)抗旱指數(shù)的測定[7]

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)=滲透脅迫下萌發(fā)指數(shù)/對照萌發(fā)指數(shù)，其中，萌發(fā)指數(shù)=（1.00）nd2+（0.75）nd4+（0.5）nd6+（0.25）nd8，nd2、nd4、nd6、nd8 分別為第2、4、6、8 天的種子萌發(fā)率。上胚軸、下胚軸長度的測定

發(fā)芽14 d 后，每培養(yǎng)皿隨機(jī)取10 株幼苗測定其上胚和下胚軸長，以其均值作為上胚軸、下胚軸長度的指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理和方法

利用Excel 2007 和spss19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對光皮樺種子發(fā)芽能力的影響

從圖1 中看出5%PEG 濃度下發(fā)芽率最高為73%，較對照增加了4%；在5%濃度處理下的種子發(fā)芽勢為51%，比對照組略高；在10%時，發(fā)芽勢為39.3%，較對照組下降了11.3%；在15%時較對照組下降了19%。因此，PEG 濃度大于5%時，隨著干旱脅迫的加劇，這兩項發(fā)芽指標(biāo)變化相對平緩。這可能與種子對脅迫的忍耐程度較強(qiáng)有關(guān)系。

適當(dāng)?shù)拿{迫能夠提高光皮樺種子萌發(fā)率，使種子的發(fā)芽高峰期提前，由圖2 看出發(fā)芽指數(shù)隨著干旱脅迫的增加逐漸降低，PEG 濃度為5%時，發(fā)芽指數(shù)最高；PEG 濃度為10%時，發(fā)芽指數(shù)為54.81，較對照組下降了15%；15%時發(fā)芽指數(shù)為48.27，較對照組下降了31%。

圖1 PEG 脅迫下光皮樺種子萌發(fā)情況Fig.1 Effects of PEG stress on seed germination rate and germination potential of Betula luminifera

圖2 不同濃度的PEG 對發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.2 The germination index of Betula luminifera under PEG Stres

不同濃度下的PEG 對光皮樺種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的方差均顯著（見圖1，圖2），表明隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，光皮樺種子發(fā)芽性狀在各個處理間的差異均顯著。多重比較結(jié)果表明，發(fā)芽率性狀在5%的PEG 處理時與對照差異顯著，說明輕微脅迫有助于種子的萌發(fā)，而10%的PEG 和15%的PEG 處理與對照差異顯著，則表明過度的脅迫會抑制種子的萌發(fā)。發(fā)芽勢性狀在5%的PEG，10%的PEG 處理時與對照差異均不顯著，說明發(fā)芽勢性狀對PEG 脅迫反應(yīng)不明顯。發(fā)芽指數(shù)性狀在10%處理時與對照差異顯著，表明較高的干旱脅迫能促進(jìn)光皮樺種子的發(fā)芽指數(shù)。

2.2 干旱脅迫對光皮樺幼苗生長的影響

由圖3 可以看出上胚軸長在5%濃度時最長，說明較低濃度的干旱脅迫對光皮樺的上胚軸生長有促進(jìn)作用，當(dāng)干旱脅迫大于5%時，上胚軸長隨著干旱脅迫的增加逐漸下降，說明隨著干旱脅迫的加劇，對上胚軸生長造成傷害。在15%濃度時脅迫下較對照組下降了13%，15%的PEG 處理與對照差異達(dá)顯著水平。下胚軸長隨著干旱脅迫的加劇，它的生長依次遞減，各處理間下胚軸長度差異不明顯（見圖3），說明隨著干旱脅迫的加劇，對幼苗下胚軸生長有抑制作用，但在PEG 濃度小于15%時的脅迫對其影響不大。

圖3 不同PEG 濃度下光皮樺幼苗生長情況Fig.3 Effects of PEG stress on seedling growth of Betula luminifera

圖4 PEG 脅迫下光皮樺種子萌發(fā)抗旱指數(shù)的變化Fig.4 The drought resistant index of Betula luminifera under PEG Stress

2.3 干旱脅迫對光皮樺種子萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是評價種子萌發(fā)期抗旱性的可靠指標(biāo)[8]。在5%的干旱脅迫下，光皮樺種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)最高（圖4），為1.02。當(dāng)PEG 脅迫大于5%時，種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)有所下降，在PEG 為10%時為0.92，與PEG 為5%時差異顯著，表明10%的PEG脅迫，對光皮樺種子萌發(fā)抗旱指數(shù)影響比較明顯。在PEG 為15%時為0.84，與PEG 為10%時差異不明顯。以上分析表明，光皮樺種子在萌發(fā)期具有一定的抗旱能力，但是隨著干旱脅迫的加劇種子萌發(fā)抗旱指數(shù)下降。

3 討論與結(jié)論

3.1 PEG 處理對光皮樺種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)需要水分，不同的水溶液對種子萌發(fā)的影響是不同的[9-10]，但是急速吸水卻會損傷種子細(xì)胞，迫使種子活力下降。適宜濃度PEG 溶液具有降低水勢的作用，可使種子吸水速度變緩，種子慢慢啟動萌發(fā)，可減少細(xì)胞膜的機(jī)械損傷，利于膜損傷部位生理生化修復(fù)，促進(jìn)了膜結(jié)構(gòu)和生理功能的完善，減少營養(yǎng)物質(zhì)滲漏，提高種子萌發(fā)率[11]。研究中光皮樺種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、抗旱指數(shù)均在5%時最高，主要原因是增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸的含量，提高保護(hù)性酶超氧化物歧化酶（SOD），過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性，降低丙二醛（MDA）含量，修復(fù)膜系統(tǒng)損傷[12]。在5%PEG 濃度以后再隨著干旱脅迫的加劇呈下降趨勢，這種隨著干旱脅迫的增加而各項指標(biāo)都下降的趨勢，其他研究也有相似的結(jié)果[13-14]。光皮樺的種子小，營養(yǎng)物質(zhì)少，含水多，在PEG 濃度小幅度增加時能促進(jìn)種子萌發(fā)，隨著干旱脅迫的繼續(xù)增大，超過了光皮樺種子的耐受范圍，損傷了種子活力。隨著PEG 質(zhì)量濃度的增大，種子的對過氧化氫酶（CAT）活性升高，因為高濃度的PEG 引起種子代謝紊亂、造成無氧呼吸上升、大量消耗貯藏物質(zhì)，使得CAT 活性升高[12]。因此5%左右的PEG 溶液能夠促進(jìn)光皮樺種子的萌發(fā)，但當(dāng)PEG 濃度大于5%時，將抑制種子萌發(fā)。

3.2 PEG 處理對光皮樺幼苗生長的影響

洪法水等[15]曾報道PEG 處理可以促進(jìn)小麥幼苗生長，在試驗中5%濃度下的PEG 也對光皮樺幼苗的上胚軸長具有促進(jìn)作用，當(dāng)脅迫濃度較高時，上胚軸的生長受到抑制，下胚軸的生長則隨著干旱脅迫的增加也會受到抑制，但與對照相比差異不顯著，這與胡卉芳等對扁蓿豆的研究結(jié)果有所差別[16-17]。分析認(rèn)為這與幼苗體內(nèi)的生理代謝有關(guān)，適宜的干旱脅迫能夠增加SOD 酶和POD 酶活性[18]，隨著干旱脅迫的逐漸增強(qiáng)，光皮樺幼苗體內(nèi)產(chǎn)生保護(hù)酶，以清除干旱脅迫中產(chǎn)生的活性氧，減少其對膜的傷害，從而增強(qiáng)植物抵抗脅迫的能力，促進(jìn)幼苗的生長，而當(dāng)脅迫增加到一定程度時，酶的活性受到抑制，影響其表達(dá)，不能及時清除干旱脅迫中產(chǎn)生的活性氧，影響幼苗生長。而上胚軸的生長趨勢和下胚軸的生長趨勢的不同，可能是基因的選擇性表達(dá)和酶的分布有關(guān)，由于上胚軸的SOD 酶和POD 酶的表達(dá)基因較多，所以分泌的酶較多，而下胚軸中的較少，所以在干旱的刺激下表達(dá)的較少，從而不能顯現(xiàn)出其作用效果。結(jié)果表明PEG 濃度為5%左右時，能促進(jìn)幼苗上胚軸長，大于此濃度時，則阻礙其生長。

木本植物幼苗的更新是森林群落演替、植被生態(tài)恢復(fù)等過程中非常關(guān)鍵的一步。剛萌發(fā)的幼苗不能夠經(jīng)受各種不利的環(huán)境因子，因此幼苗階段的生長發(fā)育、存活、分布和種群動態(tài)更容易受到水分和光照等諸多生態(tài)因素及其相互作用的影響[19]，比成年個體對環(huán)境因子更敏感，是植物生活史中最為敏感的時期。研究結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)母珊得{迫能夠促進(jìn)光皮樺種子的萌發(fā)和幼苗生長。綜合考慮PEG 滲透溶液對光皮樺種子發(fā)芽和幼苗生長等指標(biāo)的影響，參考PEG 溶液濃度和水勢換算結(jié)果，光皮樺種子萌發(fā)及其幼苗可忍受5%的PEG 脅迫，即水勢-0.58 MPa 的土壤干旱脅迫。

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