胡 紅,曹 昀，2,王 穎

(1.江西師范大學地理與環(huán)境學院,江西 南昌 330022；2.江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，江西 南昌 330022)

水分脅迫對狗牙根種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

胡 紅1,曹 昀1，2,王 穎1

(1.江西師范大學地理與環(huán)境學院,江西 南昌 330022；2.江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，江西 南昌 330022)

配置不同濃度的聚乙二醇(PEG-6000)高滲溶液模擬土壤水勢梯度(-0.2～-1.0 MPa)，對狗牙根(Cynodondactylon)種子萌發(fā)進行水分脅迫，測定了不同水分脅迫條件下狗牙根的種子萌發(fā)時間、萌發(fā)率、日相對萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗苗高與根長等指標。結果表明，隨著水分脅迫的加重，狗牙根種子萌發(fā)和幼苗生長受抑制程度增加，萌發(fā)率、發(fā)芽勢、幼苗苗長和根長、葉片數(shù)量以及根系數(shù)量均呈下降趨勢，日相對萌發(fā)率呈先上升后下降的變化趨勢，狗牙根種子萌發(fā)前期受水分脅迫的影響較大，其萌發(fā)時間會推遲，分別為1～7 d不等。本研究建立了水分脅迫與種子萌發(fā)率的線性回歸方程y=72.621x2+151.58x+83.05，得出狗牙根種子萌發(fā)的臨界水勢為-0.25 MPa。

狗牙根；PEG脅迫；萌發(fā)特性；生態(tài)響應

狗牙根(Cynodondactylon)屬禾本科多年生草本植物，多分布于我國溫帶及亞熱帶地區(qū)[1]，因其生長迅速、生命力旺盛、適應性強被廣泛應用于公共綠地、水土保持、生態(tài)系統(tǒng)恢復等[2-3]，在經(jīng)濟、生態(tài)方面具有較高的價值。但其在培育繁殖的過程中會受到諸多環(huán)境因素的影響，主要的限制因子是水分，尤其是干旱環(huán)境。種子萌發(fā)是整個植物生長過程的起始階段，基于種子成熟后期處于極度脫水的狀態(tài)，只有滿足水分條件經(jīng)過吸脹過程，萌發(fā)才可啟動。目前，國內(nèi)外關于狗牙根的研究多集中于種質(zhì)資源[4-5]、遺傳育種[6-8]、栽培管理[9]、分布分類[10-12]、冷害脅迫[13-14]、耐鹽堿性[15]等方面；狗牙根種子在水分脅迫條件下的生長有過報道[16]，但狗牙根對干旱的響應及生態(tài)適應性方面的研究較少。

本研究通過聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫[17]，分析水分脅迫下狗牙根種子的萌發(fā)情況，并測定其萌發(fā)時間、萌發(fā)率、發(fā)芽勢、苗高及根長等指標，以期了解狗牙根對干旱脅迫的適應性及其抗旱機理，同時為人工育苗及栽培應用提供試驗依據(jù)。

1 材料與方法

供試的狗牙根種子購買于南昌市花鳥市場(原產(chǎn)美國，千粒重0.025 9 g)，于室溫下儲藏備用。挑選大小一致且飽滿的種子作為材料。

試驗于2011年9-10月在江西師范大學植物地理實驗室中進行。選取50粒種子放置于鋪墊有2張無菌濾紙制成培養(yǎng)床的培養(yǎng)皿(9 cm)內(nèi)，在LRH-250-GS Ⅱ 型人工氣候箱中進行試驗(溫度為25 ℃，濕度為58% RH，光照時間/黑暗時間為12 h /12 h)。

1.1PEG-6000處理 水分脅迫條件由PEG-6000溶液產(chǎn)生，采用Michel和Kaufmann的方法[18]配制，設定溶液水勢約為-0.20(C1)、-0.40(C2)、-0.60(C3)、-0.80(C4)和-1.00 MPa(C5)，每個水勢梯度設3個重復，以蒸餾水培養(yǎng)為對照[19]。將種子置于浸潤PEG-6000溶液的濾紙制成的培養(yǎng)床上萌發(fā)，每天向培養(yǎng)床上加入不同水勢的PEG-6000溶液數(shù)滴，浸透培養(yǎng)床內(nèi)濾紙后稍有剩余以保持濕潤，每3 d更換濾紙減少其水勢變動及防止霉變。

1.2測定指標及方法 從種子放入培養(yǎng)床起，每天09：00觀察記錄種子萌發(fā)數(shù)，當不同水勢梯度的3個重復中開始出現(xiàn)1粒種子萌發(fā)時，即記錄為該水勢梯度的種子萌發(fā)開始期，之后每日統(tǒng)計達到萌發(fā)標準的種子數(shù)并計算萌發(fā)率。當連續(xù)5 d沒有種子萌發(fā)即視為種子萌發(fā)終止。種子萌發(fā)結束后，統(tǒng)計其幼苗高度、數(shù)量以及根系長度和數(shù)量，計算日相對萌發(fā)率、相對萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)等指標。

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt).

式中，SNm為種子萌發(fā)比較集中時期的種子萌發(fā)數(shù)[20](本試驗以第10天萌發(fā)種子數(shù)計數(shù))，Gt是與Dt對應時間t日的萌發(fā)數(shù)，Dt為時間t日的萌發(fā)天數(shù)(d)。

1.3數(shù)據(jù)分析 圖表使用Word 2003軟件繪制；采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件處理試驗數(shù)據(jù)，并進行單因素方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1水分脅迫對狗牙根種子萌發(fā)時間的影響 較低濃度的PEG處理(C1，C2)能促進狗牙根種子萌發(fā)，而后隨著PEG-6000濃度的升高，其余各試驗組的初始萌發(fā)時間逐步推遲(圖1)。除了C1、C2處理組外，其他脅迫組的初始萌發(fā)時間與對照組相比均存在顯著差異(Plt;0.05)；對照組的狗牙根種子在第5天開始萌發(fā)；PEG處理的C1、C2種子比對照組種子分別早1 d和晚1 d，而C3、C4比對照的初始萌發(fā)日期延后了4 d；C5的初始萌發(fā)時間最晚，較對照組延后了8 d(圖1)。

計算其日相對萌發(fā)率，對照組在置床的第5天開始萌發(fā)，并在第7天達到31%的最高日相對萌發(fā)率，為萌發(fā)高峰期。C1處理的種子在置床的第4天萌發(fā)并且也在第7天中達到29%的最高日相對萌發(fā)率。隨脅迫程度的提高，處理C3、C4均在置于培養(yǎng)床的第9天達到萌發(fā)高峰，而C5則在第13日達到最大值(圖2)。即相較于對照組的萌發(fā)高峰，C3、C4和C5分別推遲了2、2和6 d。這說明干旱脅迫不僅推遲其初始萌發(fā)日期，同時也推遲其萌發(fā)高峰期。

2.2水分脅迫對狗牙根發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響 各試驗組的發(fā)芽勢與對照相比均有不同程度的下降(圖3)。輕度水分脅迫(C1)發(fā)芽勢顯著低于對照組(Plt;0.05)。隨著水分脅迫的加重，發(fā)芽勢急速下降，水勢到-1.0 MPa(C5)時發(fā)芽勢為0。說明狗牙根種子的發(fā)芽勢對干旱脅迫很敏感，即使輕度水分脅迫也會影響其發(fā)芽勢。

圖1 PEG模似水分脅迫對狗牙根種子每日萌發(fā)率的影響Fig.1 Effects of PEG drought stress on germination percentage of Cynodon dactylon

注：不同小寫字母表示不同處理間初始萌發(fā)時間差異顯著(Plt;0.05)。

Note:Different lower case letters show significant difference of days to initial germination among different treatments at 0.05 level.

圖2 PEG模似水分脅迫對狗牙根種子日相對萌發(fā)率的影響Fig.2 Effects of PEG drought stress on daily germination capacity of Cynodon dactylon

水分脅迫對狗牙根發(fā)芽指數(shù)的影響整體表現(xiàn)為隨著水勢的降低而逐漸降低(圖3)。C1較對照組發(fā)芽指數(shù)明顯下降，水勢低于-0.2MPa時表現(xiàn)更明顯，呈現(xiàn)出直線下降趨勢。C5組萌發(fā)率僅為3.3%，發(fā)芽指數(shù)趨近于0。但在水勢-0.8 MPa時，其發(fā)芽指數(shù)仍能達到對照組的20%，表現(xiàn)出了一定的抗旱性。

圖3 PEG模擬水分脅迫對發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.3 Effects of PEG drought stress on germination potential and germination index of Cynodon dactylon

注：不同字母表示同一項目不同水分脅迫處理間差異顯著(Plt;0.05)。下圖同。

Note：Different lower case letters for the same parameter show singificant difference among different treatments at 0.05 level.The same below.

2.3水分脅迫對狗牙根種子最終萌發(fā)率的影響 隨著水勢的降低，狗牙根種子的最終萌發(fā)率呈明顯的下降趨勢(圖4)，各處理組均與對照存在顯著差異(Plt;0.05)。與對照相比，水勢為-0.2 MPa時，狗牙根種子的萌發(fā)率下降了6.7%；水勢為-0.4和-0.8 MPa時，萌發(fā)率分別下降了47%和61%；當水勢為-1.0 MPa時，萌發(fā)率為3.3%，下降了73%。由此可見，在重度干旱脅迫時，其萌發(fā)率比對照組雖有大幅度降低，但其仍具有一定的萌發(fā)率，可視為狗牙根的生存策略之一。

建立萌發(fā)率與水勢的線性回歸方程，其相關系數(shù)(R2)達到0.917 9。假設狗牙根種子的萌發(fā)率為50%，代入方程計算出種子萌發(fā)耐旱臨界值為-0.25 MPa。

圖4 PEG模擬水分脅迫對狗牙根最終種子萌發(fā)率的影響Fig.4 Effects of PEG drought stress on final germination percentage of Cynodon dactylon

2.4水分脅迫對狗牙根幼苗的影響

2.4.1水分脅迫對狗牙根幼苗長度、根長度的影響 隨著水分脅迫的加重，各試驗組的狗牙根幼苗平均長度總體呈下降趨勢，C2與對照差異不顯著，其他各組與對照均存在顯著差異(Plt;0.05)。對照組苗長為7.41 mm，C1較對照長0.72 mm，為最大苗長值，顯示出低濃度的PEG-6000溶液對狗牙根的胚芽生長具有一定的促進作用。狗牙根種子的初生根平均長度隨著PEG滲透勢的降低呈明顯的先增加后降低再增加的變化趨勢，說明輕度的水分脅迫有利于狗牙根根系的生長(圖5)。

水勢為-0.60 MPa的處理(C3)下苗長與根長的比值顯著高于對照組(Plt;0.05)，即根長與苗長在此條件下受到的影響最大，且比值在-0.40～-0.60 MPa間明顯上升，之后迅速下降，說明此水分條件對狗牙根根系的生長具有一定的促進作用(圖5)。

圖5 PEG模擬水分脅迫對狗牙根幼苗高度、根長和苗高/根長的影響Fig.5 Effects of PEG drought stress on shoot and root length，and ratio of shoot to root length of Cynodon dactylon

2.4.2水分脅迫對狗牙根葉片數(shù)量及根系數(shù)量的影響 在水分不足的生存環(huán)境中，幼苗無法通過根系攝取足夠水分供給各器官，導致葉、根等器官生長發(fā)育緩慢甚至不發(fā)育，明顯表現(xiàn)為幼苗葉片、根系數(shù)量的減少。隨著水勢降低，根和葉片的平均數(shù)量總體均呈現(xiàn)下降趨勢(圖6)。各處理的葉片數(shù)量均與對照存在顯著差異(Plt;0.05)，在較低水勢-0.60～-1.00 MPa間，各處理葉片數(shù)量差異不顯著(Pgt;0.05)。根數(shù)量變化明顯，呈階梯狀下降，較低水勢組C1、C2與對照組差異不顯著(Pgt;0.05)，當水勢為-0.60、-0.80和-1.00 MPa時，根系數(shù)量顯著低于對照(Plt;0.05)，表明水勢在-0.60～-1.00 MPa時對根系數(shù)量影響強烈。此外，與對照組相比，-1.00 MPa脅迫下葉片數(shù)量下降了22%，根系數(shù)量卻下降了42%，表明干旱對根數(shù)量的影響大于葉片數(shù)量。

2.4.3水分脅迫對狗牙根根長/根數(shù)量的影響 植物主要靠根系吸收水分，水分的缺失會導致根系的調(diào)整變化從而適應不同的環(huán)境。在-0.2～-0.6 MPa時，根長/根數(shù)量的比值逐漸減小，說明在一定程度的水分脅迫下，狗牙根通過增加根的數(shù)量來保證其存活(圖6)。C2、C5與對照組差異不顯著(Pgt;0.05)，C1、C3、 C4與對照差異顯著(Plt;0.05)，在-0.6～-1.0 MPa時狗牙根的根長/根數(shù)量的比值又逐漸上升，說明在進一步干旱脅迫的條件下，通過根長度的伸長以吸收水分。

圖6 PEG模擬水分脅迫狗牙根幼苗葉片數(shù)量，根數(shù)量及根長/根數(shù)量的影響Fig.6 Effects of PEG drought stress on leaf and root number, and ratio of shoot to root length of Cynodon dactylon

3 討論與結論

在植物生活史上種子萌發(fā)是種群自然更新的基礎[21]，種子萌發(fā)和幼苗初期生長較之其他階段更容易受到水分和光照等諸多環(huán)境因子及其相互作用的影響[22]，所以常用種子萌發(fā)及其幼苗初期生長階段的狀況來評價植物的抗逆性[23]。

本試驗通過PEG模擬水分脅迫研究其對狗牙根種子萌發(fā)的影響，結果表明，干旱脅迫對狗牙根種子萌發(fā)和幼苗生長均有顯著的抑制作用，但其同時也能通過一系列調(diào)節(jié)來主動適應干旱逆境。如在輕度干旱脅迫條件下，水勢低于-0.2 MPa時，種子萌發(fā)時間提前并促進幼苗初期階段的生長，這與劉果厚等[24]、史薇等[25]、邢鵬等[26]的研究結果一致。-0.2～-1.0 MPa時，表現(xiàn)為隨著脅迫程度的增加種子的初始萌發(fā)時間推遲、萌發(fā)率降低、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的下降趨勢明顯(Plt;0.05)以及幼苗初期生長階段受到抑制。

胚芽、胚根及其數(shù)量都是衡量苗期發(fā)育的重要指標。狗牙根種子的胚芽長度、胚根長度、胚芽與胚根的比值隨著水分脅迫強度的增加均呈明顯的下降趨勢，表現(xiàn)出幼苗階段對水分脅迫的敏感性。水分脅迫加重，苗根比值的減小，可將有限的水分首先供給胚根生長，并且隨著水分脅迫程度的不同出現(xiàn)不同的生長模式，保證其在水分虧缺環(huán)境下的生存，是植物適應水分脅迫這一逆境的適應性反應。這與程嘉翎等[27]運用PEG模擬水分脅迫對桑樹(Morusalba)種子萌發(fā)和生理的影響中桑樹能自主協(xié)調(diào)各器官的生長關系所得到的結果是一致的。水勢達到-0.6 MPa時，根長/根數(shù)量的比值由減小轉(zhuǎn)為增大趨勢，可能是因為隨著干旱程度的加重，根數(shù)量的增加已不能滿足狗牙根汲取足夠的水分的需要，進而將有限的營養(yǎng)物質(zhì)優(yōu)先根長度的增加以便吸取深層土壤中的水分，有利于狗牙根在干旱環(huán)境條件下的生存。因此，具有抗逆性的狗牙根適合作為生態(tài)系統(tǒng)重建和植被恢復的先鋒物種。

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ImpactofwaterstressonseedgerminationandseedlinggrowthofCynodondactylon

HU Hong1, CAO Yun1，2, WANG Ying1

(1.College of Geography and Environment, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China；2.Key Laboratory of Poyang Lake Wetland and Watershed Research, Ministry of Education, Jiangxi Normal University， Nanchang 330022, China)

Seeds ofCynodondactylonwere treated by simulation of soil water potential gradient (-0.2--1.0 MPa) of the different concentrations of hypertonic solution polyethylene glycol(PEG-6000) to investigate effects of water stress on its germination. Germination time, germination percentage, relative germination rate, germination potential, and germination index under different water stress were recorded and analyzed. The results showed that as water stress aggravated, seed germination and seedling growth were inhibited more, the germination percentage, germination potential, the shoot and root’s length and the number of leaves and roots were decreased, while the relative germination rate was increased at first but then decreased. In early stage, germination ofC.dactylonseeds were affected seriously by water stress environment and its germination time was delayed ranging from 1 to 7 d. The establishment of linear regression equation(y=72.621x2+151.58x+83.05)of seed germination under water stress predicted the drought tolerance critical value is -0.25 MPa.

Cynodondactylon； PEG stress； germination characteristics； ecological response

CAO Yun E-mail:yun.cao@163.com

2012-03-30接受日期：2012-07-15

江西省教育廳科技落地計劃項目“鄱陽湖沙化土地與水土流失治理技術推廣與示范”；國家科技支撐計劃(2007BAC23B03)

胡紅(1986-)，女，湖北黃岡人，在讀碩士生，研究方向為受損生態(tài)系統(tǒng)恢復。E-mail：619365406@qq.com

曹昀(1974-)，男，甘肅鎮(zhèn)原人，副教授，博士，研究方向為生態(tài)恢復。E-mail：yun.cao@163.com

S543+.903.4;Q945.78

A

1001-0629(2013)01-0063-06