水勢(shì)脅迫對(duì)2種菊科種子萌發(fā)影響的研究

， ， ， ， ， ， (江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116)

水勢(shì)脅迫對(duì)2種菊科種子萌發(fā)影響的研究

楊磊，奚天雪，殷婷婷，成家龍，薛志強(qiáng)，高霞莉，溫洪宇
(江蘇師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116)

以萵苣和野菊花為材料,研究了用不同濃度(0，25，50，75，100，150，200 g/L)聚乙二醇溶液模擬干旱處理對(duì)2種菊科種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：萵苣種子和野菊花種子在PEG濃度為0～75 g/L時(shí)，種子發(fā)芽率隨著PEG濃度的上升而增大，PEG濃度為75 g/L時(shí)，種子的發(fā)芽率最高，萵苣和野菊花的發(fā)芽率分別為90.76%和84.50%；在PEG濃度為75～200 g/L時(shí)，種子發(fā)芽率隨著PEG濃度的上升而逐漸降低，且濃度為200 g/L時(shí)，發(fā)芽率最低，分別為32.87%和3.50%。對(duì)萌發(fā)過(guò)程形態(tài)觀察后發(fā)現(xiàn)，萵苣種子和野菊花種子在去離子水中的發(fā)芽過(guò)程不同，萵苣種子先進(jìn)行胚根的發(fā)育而野菊花種子先進(jìn)行子葉的發(fā)育。萵苣種子在去離子水和高濃度PEG溶液中發(fā)芽過(guò)程不同，在去離子水中萵苣種子先進(jìn)行胚根的發(fā)育，而在高濃度PEG溶液中萵苣種子先進(jìn)行子葉的發(fā)育，野菊花不具備此特征，表明萵苣種子在脅迫條件下，可進(jìn)行一種適應(yīng)性成長(zhǎng)。

萵苣； 野菊花； 種子萌發(fā)； 聚乙二醇； 干旱脅迫

菊科是雙子葉植物的一個(gè)大類(lèi)，是世界種子中植物進(jìn)化程度最大的科之一，該科植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)上先進(jìn)且對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，無(wú)論在種的數(shù)量上還是分布上均位居世界種子植物之冠[1]。此次將野菊花和萵苣作為研究對(duì)象。

野菊花(Dendranthemaindicum)屬菊科植物，別名甘菊花。野菊花是多年生草本植物，外觀和菊花類(lèi)似。野菊花味苦、辛，微寒，歸肺經(jīng)肝。具有清熱解毒、疏風(fēng)平肝等功效，可用于治療濕疹、風(fēng)熱感冒、眩暈頭痛、目赤熱痛等病。并且有很好的降壓作用，可用于高血壓病的輔助治療，具有較高的藥效價(jià)值[2]。另外，野菊花可以曬干后作為茶葉來(lái)飲用，可以起到清熱靜心明目的作用。

萵苣(Lactucasativa)屬菊科植物，別名春菜。萵苣是一年生或兩年生的草本植物，葉片是主要食用的部位，深受人們的喜愛(ài)，近些年來(lái)，栽培面積迅速擴(kuò)大。主要有清肝利膽、養(yǎng)胃、清熱安神等功效，適宜維生素C缺乏者、胃病、高膽固醇、神經(jīng)衰弱者和肝膽病患者食用。

干旱一直以來(lái)都是困擾中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的極大問(wèn)題，全國(guó)每年平均受害農(nóng)田有20 km2。水利部門(mén)調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)北方缺水地區(qū)總面積達(dá)58×104km2[3]，水資源嚴(yán)重不足。干旱可嚴(yán)重抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用和呼吸作用等，全國(guó)每年農(nóng)作物因干旱問(wèn)題所造成糧食的減產(chǎn)的損失是不可估量的。聚乙二醇(PEG)作為一種高分子滲透劑，分子無(wú)法進(jìn)入種子[4-5]，Khajeh-Hosseini 等發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇沒(méi)有毒性,可以人為的通過(guò)限制水分進(jìn)入種子的速率，從而控制種子的吸水速率和發(fā)芽進(jìn)程，可使組織失水而起到類(lèi)似自然干旱的作用[6]。因此，聚乙二醇可模擬干旱脅迫[7]。PEG-6000 模擬干旱水分脅迫來(lái)鑒定不同植物的抗旱性已成功地應(yīng)用于大量研究[8-10]，對(duì)于水稻[11]、大豆[12]、小麥[13]等農(nóng)作物均有較多報(bào)道。本研究利用不同濃度PEG溶液模擬干旱脅迫，研究菊科植物萵苣和野菊花發(fā)芽的情況及其最適PEG濃度，為萵苣和野菊花的栽種和后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及處理

野菊花種子于2014年11月采自江蘇師范大學(xué)后山，萵苣種子購(gòu)買(mǎi)于徐州農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。冷藏保存。濾紙和培養(yǎng)皿高溫滅菌(121 ℃，25 min)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

挑選顆粒飽滿、質(zhì)地均勻的萵苣和野菊花種子，用3% NaClO消毒10 min后用去離子水沖洗干凈，并用濾紙吸干種子表面的水分。配制一定濃度的PEG溶液(0，25，50，75，100，150，200 g/L)。在直徑90 mm的培養(yǎng)皿底部鋪2層濾紙，培養(yǎng)皿中各放入50粒種子，不同濃度處理液的種子設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并進(jìn)行編號(hào)。將種子均勻放置于培養(yǎng)皿中，并向培養(yǎng)皿中注入相應(yīng)PEG濃度的培養(yǎng)液，以浸濕種子和濾紙為宜(不可將種子完全覆蓋)，25 ℃培養(yǎng)(12 h光照)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容和方法

以胚根露出種皮2 mm作為種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，每天定時(shí)記錄萌發(fā)種子數(shù)。每2 d更換濾紙和培養(yǎng)液，培養(yǎng)至種子的萌發(fā)數(shù)連續(xù)2 d不增加為止，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察種子的萌發(fā)過(guò)程。計(jì)算相關(guān)生長(zhǎng)指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率(GR)(%)=(n/N)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)(%)=∑(Gt/Dt)；

發(fā)芽勢(shì)(GE)(%)=(Ni/N)×100%。

式中，n為發(fā)芽終期時(shí)發(fā)芽種子數(shù)，Ni為前3天正常發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子數(shù)，Gt為發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水勢(shì)對(duì)2種菊科植物種子萌發(fā)率的影響

由表1可以看出，當(dāng)PEG濃度為0～75 g/L時(shí)，隨著濃度的增加，2種種子的發(fā)芽率、發(fā)芽數(shù)、發(fā)芽指數(shù)呈明顯上升趨勢(shì)；當(dāng)PEG濃度為75 g/L時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最高，萵苣和野菊花的發(fā)芽率分別為90.76%和84.50%，發(fā)芽勢(shì)分別為85.71%和72.00%，發(fā)芽指數(shù)分別為27.00和33.80；當(dāng)PEG濃度為75～200 g/L時(shí)，隨著濃度的增加，2種種子各項(xiàng)指標(biāo)均呈明顯下降趨勢(shì)；PEG濃度達(dá)到200 g/L時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最低，萵苣和野菊花的發(fā)芽率分別為32.87%和3.50%，發(fā)芽勢(shì)分別為26.71%和0，發(fā)芽指數(shù)分別為12.00和1.40。說(shuō)明水勢(shì)脅迫對(duì)萵苣和野菊花種子的萌發(fā)都有明顯的影響，且200 g/L濃度的PEG溶液對(duì)2種供試種子有很強(qiáng)的抑制作用。PEG濃度為200 g/L時(shí)，萵苣種子萌發(fā)率大于野菊花，表明萵苣抗旱性高于野菊花。

表1 不同濃度PEG溶液對(duì)不同種子萌發(fā)的影響

PEG濃度(g/L) 發(fā)芽率(GR%) 發(fā)芽勢(shì)(GE%) 發(fā)芽指數(shù)(GI)萵苣野菊花萵苣野菊花萵苣野菊花071．5473．0071．5446．0022．0029．202573．7779．0069．6755．5022．5031．605080．8383．0078．3360．5024．2533．207590．7684．5085．7172．0027．0033．8010085．3449．5075．0031．0024．7519．8015055．5634．5048．1516．5018．7513．8020032．873．5026．71012．001．40

2.2 不同濃度的PEG溶液對(duì)種子萌發(fā)形態(tài)的影響

種子萌發(fā)并形成幼苗是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，干燥的種子需要經(jīng)過(guò)吸脹(吸收充足的水分)后，堅(jiān)硬的種皮軟化，酶的活性增強(qiáng)，呼吸作用增強(qiáng)。子葉或者胚乳中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解成簡(jiǎn)單物質(zhì)，這些簡(jiǎn)單物質(zhì)供胚的生長(zhǎng)。胚細(xì)胞吸收這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后，細(xì)胞分裂并且開(kāi)始生長(zhǎng)，胚根和胚芽相繼頂破種皮。

圖1 清水中萵苣種子萌發(fā)進(jìn)程

圖2 150 g/L PEG濃度溶液中萵苣種子萌發(fā)進(jìn)程

由圖1可以看出，在去離子水(PEG濃度為0)中萵苣種子萌發(fā)時(shí)最開(kāi)始是胚根頂破種皮，隨后胚根伸長(zhǎng)、長(zhǎng)出根毛。幼根長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度時(shí)，子葉發(fā)育并使種皮脫落，完成發(fā)芽。

由圖2可以看出，萵苣種子萌發(fā)過(guò)程與圖1種子萌發(fā)過(guò)程完全不同。高濃度PEG溶液中，萵苣種子子葉最先發(fā)育，由頂端頂破種皮后胚軸伸長(zhǎng)，最終使種皮脫落，胚根沒(méi)有明顯發(fā)育，沒(méi)有低濃度發(fā)芽時(shí)胚根的伸長(zhǎng)，更沒(méi)有長(zhǎng)出明顯的根毛(圖3)。野菊花在不同濃度PEG溶液中萌發(fā)過(guò)程相同，無(wú)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.3 去離子水中萵苣與野菊花種子萌發(fā)比較

由圖4可以看出，在去離子水中萵苣種子先進(jìn)行胚根的生長(zhǎng)發(fā)育，待胚根發(fā)育完全時(shí)進(jìn)行胚軸的伸長(zhǎng)，繼而子葉發(fā)育并使種皮脫落；而野菊花種子是先進(jìn)行胚軸的伸長(zhǎng)，繼而子葉發(fā)育并使種皮脫落，最后進(jìn)行根的生長(zhǎng)發(fā)育。比較得出萵苣種子是最先進(jìn)行根的生長(zhǎng)發(fā)育，而野菊花種子是最后才進(jìn)行根的生長(zhǎng)發(fā)育。

3 討 論

3.1 水勢(shì)與種子萌發(fā)

大量研究表明，聚乙二醇(PEG)處理液對(duì)種子的萌發(fā)和出苗、提高種子的活力和抗逆性有顯著的作用[14-15]。郭彥軍等研究指出，當(dāng)PEG濃度達(dá)到150 g/L時(shí)，種子萌發(fā)已經(jīng)受到了抑制[16]。本實(shí)驗(yàn)利用PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)2種菊科種子萌發(fā)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，2種菊科植物(野菊花，萵苣)種子的萌發(fā)均會(huì)受到不同濃度PEG溶液的影響：低濃度PEG(0～75 g/L)對(duì)菊科種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)為發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的顯著升高，其在25，50，75 g/L PEG脅迫下均高于對(duì)照組(去離子水中)；當(dāng)PEG溶液濃度高于75 g/L(干旱脅迫)時(shí)，2種種子萌發(fā)率顯著下降，PEG濃度達(dá)到200 g/L時(shí)，種子的發(fā)芽率極低。說(shuō)明高濃度PEG溶液會(huì)對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，干旱脅迫降低了種子活力。高濃度PEG下水分脅迫通過(guò)限制種子吸收水分而抑制了種子內(nèi)萌發(fā)活性物質(zhì)的生成和運(yùn)轉(zhuǎn)效率，從而嚴(yán)重影響了種子的萌發(fā)活力，導(dǎo)致萌發(fā)速率和數(shù)量的下降[17]。2種菊科植物種子在PEG濃度為75 g/L時(shí)，達(dá)到最高萌發(fā)率。推測(cè)由于在水分脅迫的作用下，種子內(nèi)細(xì)胞液濃度提高至其最適濃度，促進(jìn)了其生理過(guò)程的正常進(jìn)行。研究結(jié)果表明，不同濃度PEG溶液與2種菊科植物種子萌發(fā)關(guān)系和前人對(duì)其它種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果一致。

圖3 萵苣種子在去離子水(左圖)和150 g/LPEG溶液(右圖)中發(fā)芽后根部比較

圖4 去離子水中萵苣和野菊花種子萌發(fā)進(jìn)程圖

3.2 萵苣種子萌發(fā)過(guò)程與水勢(shì)的關(guān)系

萵苣種子在去離子水(PEG濃度為0)中萌發(fā)過(guò)程為：胚根頂破種皮—胚根伸長(zhǎng)—長(zhǎng)出根毛—子葉發(fā)育—種皮脫落—完成發(fā)芽。萵苣種子在150 g/L PEG中萌發(fā)過(guò)程為：子葉發(fā)育—在種子頂端頂破種皮—胚軸伸長(zhǎng)—脫離種皮—完成發(fā)芽。

萵苣種子在150 g/L PEG中的萌發(fā)過(guò)程與在去離子水中完全不同，胚根沒(méi)有明顯發(fā)育，并未出現(xiàn)去離子水中種子發(fā)芽時(shí)胚根的伸長(zhǎng)，沒(méi)有長(zhǎng)出根毛。在去離子水中萵苣種子正常萌發(fā)，而高濃度PEG溶液則對(duì)萵苣種子的萌發(fā)過(guò)程表現(xiàn)出強(qiáng)烈抑制作用，尤其是在發(fā)芽過(guò)程中對(duì)胚根發(fā)育的抑制，這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與李志萍研究栓皮櫟種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致[18]。推測(cè)原因?yàn)樵谌ルx子水中萵苣種子胚根中酶的活性較高而低水勢(shì)抑制了其活性。在高水勢(shì)(去離子水中)種子的萌發(fā)和在極低水勢(shì)(150 g/L PEG)條件下種子的選擇性萌發(fā)進(jìn)程，是萵苣的一種適應(yīng)性特征，使其能夠適應(yīng)各種極端水勢(shì)條件。

3.3 種子大小與發(fā)芽過(guò)程的關(guān)系

種子在萌發(fā)期間，其所需的養(yǎng)料和能量只能利用其貯藏物質(zhì)，可影響種子的萌發(fā)、幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育等。萵苣種子千粒重0.963 8 g，長(zhǎng)3.50 mm，寬1.00 mm，高0.64 mm；野菊花種子千粒重0.165 1 g，長(zhǎng)1.14 mm，寬0.48 mm，高0.36 mm，萵苣種子明顯比野菊花種子大。去離子水中萵苣種子和野菊花種子進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其萌發(fā)過(guò)程存在不同。萵苣種子萌發(fā)過(guò)程為：胚根頂破種皮—胚根伸長(zhǎng)—長(zhǎng)出根毛—子葉發(fā)育—種皮脫落—完成發(fā)芽。野菊花種子萌發(fā)過(guò)程為：胚軸的伸長(zhǎng)—子葉發(fā)育—種皮脫落—根的生長(zhǎng)—完成發(fā)芽。

比較得出萵苣種子先進(jìn)行根的生長(zhǎng)發(fā)育而野菊花種子最后才進(jìn)行根的生長(zhǎng)發(fā)育。種子大小不同，其貯藏的養(yǎng)料也存在著較大的差異。胚根生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)全部來(lái)自種子貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，種子越大，貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越多，胚根生長(zhǎng)速度就越快；反之，種子越小，貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越少，養(yǎng)分不足導(dǎo)致了胚根生長(zhǎng)受到一定程度的影響[19]。萵苣和野菊花種子大小不同，貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量不同，最終導(dǎo)致了其發(fā)芽過(guò)程的差異。

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Study on Water Potential Stress on Seed Germination of Two Types of Asteraceae

YANGLei,XITianxue,YINTingting,CHENGJialong,XUEZhiqiang,GAOXiali,WENHongyu
(School of Life Sciences,Jiangsu Normal University,Xuzhou Jiangsu 221116,China)

In this experiment,two types’ seeds of Asteraceae (Dendranthema indicum and Lactuca sativa) were used as the material to study the effect of polyethylene glycol (PEG)-simulated drought stress with different concentrations (0,25,75,100,150 g/L and 200 g/L) on seed germination.The results showed that with the increasing of the concentration of PEG changed from 0 to 75%,the rate of emergence of theD.indicumandL.sativawas increased,and the rate of emergence reached the highest value when the concentration of PEG was 75 g/L.In addition,with the increasing of the concentration of PEG changed from 75 g/L to 200 g/L,the rate of emergence of the two types' seeds was decreased.Moreover,in terms of the germination process in deionized water,the seeds ofD.indicumandL.sativawere quite different:seeds ofL.sativaperformed radicle growth first but seeds ofD.indicumperformed cotyledon development first among their germination.Furthermore,the germination process ofL.sativaseeds in PEG of high concentration were differ from that in deionized water: seeds ofL.sativaperformed radicle growth first in deionized water but performed cotyledon development first in PEG of high concentration among their germination.

Lactucasativa；Dendranthemaindicum； seed germination； PEG； droughty stress

2015-12-17

江蘇省生物科學(xué)類(lèi)重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：201410320026)。

楊 磊(1993—)，男，內(nèi)蒙古通遼人；本科，研究方向：植物生理學(xué)。

高霞麗(1960—)，女，副教授，本科，研究方向：植物生態(tài)學(xué)；E-mail:shiali@jsnu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.07.026

Q 945

A

1001-4705(2016)07-0026-05