PEG-6000模擬干旱對花櫻蘿卜種子萌發及生長的影響

(1.隴南師范高等專科學校，甘肅 成縣 742500；2.隴南特色農業生物資源研究開發中心，甘肅 成縣 742500)

花櫻蘿卜(RedRaphanussativus)，是十字花科蘿卜屬，一年或二年生草本植物。在我國，蘿卜分布廣，栽培面積大，四季均有，是人們常食用的蔬菜之一。蘿卜富含營養，有多種礦質元素和維生素[1]。花櫻蘿卜是隴南各縣區春季主要的栽培品種，主要可食部位為紅皮肉質直根。

本試驗通過用聚乙二醇-6000(polyeyhylene glycol，簡稱PEG-6000)處理花櫻蘿卜種子，研究其萌發及生長情況、葉綠素、丙二醛、脯氨酸含量、CAT活性，進一步了解干旱對花櫻蘿卜的脅迫機理。

1 實驗材料與方法

1.1 試驗材料

花櫻蘿卜種子購自天津市科力豐種子有限公司。

1.2 試驗設計

依據《農作物種子檢驗規程發芽試驗》，GB/T 3543-1995方法操作[2]。花櫻蘿卜種子用0.1%的KMnO4[3]對花櫻蘿卜種子進行消毒處理后，去掉破損、壞的種子，放在預先鋪有2層發芽紙(市售，pH值為7.0～7.5)的培養皿中(D=9 cm)，60粒/皿，用不同濃度的PEG進行脅迫，PEG的濃度(W/v)分別為：5%、10%、15%、20%、30%，PEG溶液相對應的水勢分別約為：-0.58、-1.66、-3.25、-5.34、-11.05 MPa[4]，以純水為對照(ck)，每一脅迫濃度做3次重復。放置于SPX-250 BG光照培養箱中，設置溫度25 ℃，光照12 h。進行7 d脅迫處理。每天觀察并記錄花櫻蘿卜幼苗的生長狀況，并及時補充相應溶液。

1.3 花櫻蘿卜種子的發芽情況觀察

從處理后第2天開始觀察，以芽萌發長度達到種子一半為發芽標準[5]，對花櫻蘿卜種子發芽情況進行記錄，7 d后，每皿隨機抽取10株，測量其胚根、胚軸長度。

計算發芽率、逐日萌發率、發芽指數：

發芽率(%)=(發芽總粒數/試驗總粒數)×100%[6]；

逐日萌發率(%)=(每天萌發種子數/供試種子總數)×100%[7]；

發芽指數(GI)= ∑(Gt/Dt)(Dt為發芽日數，Gt為與Dt相對應的每天發芽數與發芽日數)[8]。

1.4 葉綠素、脯氨酸(Pro)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)的測定

葉綠素、脯氨酸、MDA含量的測定采用王學奎[9]的方法，CAT活性測定參照高俊鳳[10]的紫外吸收法。

1.5 數據處理

數據用SPSS 17.0軟件和Excel 2010軟件處理。

圖1 PEG脅迫對花櫻蘿卜種子發芽率、發芽指數、逐日萌發率的影響

2 結果與分析

2.1 PEG對發芽率、發芽指數、逐日萌發率的影響

由圖1看出，隨PEG脅迫濃度的增加，花櫻蘿卜種子發芽率、發芽指數、逐日萌發率均出現下降趨勢，在PEG濃度為5%、10%、15%時，發芽率和發芽指數與ck差異不明顯(p>0.05)，但PEG濃度為30%時，花櫻蘿卜種子的發芽率與發芽指數分別是ck的71.4%和52.5%，與ck差異極顯著(p<0.01)，同時，20%與30%的PEG濃度之間，發芽率和發芽指數差異顯著(p<0.05)，與單長卷等[11]的研究結果相同。

在PEG模擬干旱試驗中，在不同濃度的PEG脅迫下的花櫻蘿卜種子的逐日萌發率高峰日均在第2天，高峰值隨PEG濃度的增加而出現下降，PEG濃度為5%、10%、15%、20%時的逐日發芽率曲線呈較尖銳的倒“V”型，30%PEG濃度脅迫曲線較為平緩，且其逐日發芽率只有ck的31.6%，圖1所示，PEG濃度為5%條件下，種子的逐日萌發率與ck基本一致，表明，花櫻蘿卜萌發過程中，對輕微干旱(PEG濃度5%)有一定的耐受力，較高濃度的PEG對種子的萌發有抑制作用。

2.2 PEG對胚根和下胚軸長度的影響

植物幼苗胚根長度，下胚軸長度等指標能反應幼苗遭受脅迫的程度。表1表明，下胚軸的長度隨PEG脅迫濃度的增加而逐漸縮短，在15%、20%、30%濃度下，下胚軸的長度與ck相比較顯著變短(p<0.01)，這3組間也存在差異(p<0.05)，花櫻蘿卜幼苗的胚根長度根在PEG脅迫濃度為5%時，其胚根的長度反而增加，與ck有差異(p<0.05)，隨后，隨脅迫濃度的增加，胚根長度逐漸變短，PEG脅迫濃度為20%、30%時與ck胚根長度有顯著差異(p<0.01)，與江瑞濤等[12]的研究結果相一致。

2.3 PEG對葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響

植物幼苗受到外來脅迫時，其光合色素的含量會發生變化，從而影響植物的光合效率和幼苗的生長[13]。圖2表明，葉綠素、類胡蘿卜素的含量隨PEG脅迫濃度的增加逐漸降低，與ck相比，葉綠素a與葉綠素b含量在PEG濃度為5%、10%時無明顯差異，在20%、30%時有差異(p<0.05)，類胡蘿卜素的含量在PEG濃度為30%時與ck相比有差異(p<0.05)。表明花櫻蘿卜對輕度干旱有一定的適應力。

表1 PEG脅迫對花櫻蘿卜生長的影響

PEG濃度/%胚根長度/cm下胚軸長度/cm0(ck)7.23±0.372.28±0.1257.25±0.312.16±0.12106.14±0.361.36±0.06155.21±0.460.92±0.06204.41±0.380.76±0.18302.36±0.220.449±0.02

圖2 PEG脅迫對花櫻蘿卜幼苗體內葉綠素及類胡蘿卜素含量的影響

2.4 PEG對幼葉CAT活性的影響

CAT(過氧化氫酶)是植物體內重要的保護酶，能清除植物體內H2O2[14]，由圖3看出，隨PEG脅迫濃度的增高，CAT活性先升后降，在PEG濃度為15%時達到峰值，是ck的214%。CAT含量的變化與植物體內的H2O2含量密切相關[15]。

圖4 PEG脅迫對花櫻蘿卜幼苗體內MDA、Pro含量的影響

圖3 PEG脅迫對花櫻蘿卜幼苗體內CAT活性的影響

2.5 PEG對幼葉MDA、Pro含量的影響

由圖4可知，MDA的含量在PEG濃度為5%、10%時略有下降，但下降幅度不大，隨后又升高；Pro的含量隨脅迫濃度的增加逐漸升高，在PEG濃度為30%時，Pro的含量是ck的400%，達到最高值。總體來看，MDA、Pro含量呈上升趨勢，與脅迫的濃度成正比。

3 結 論

在植物生命活動中不可缺少水分，水分對植物的生長、生理生化等方面有決定性的作用。劉克彪等發現，當PEG脅迫濃度在30%時，黑果枸杞種子的發芽率下降幅度較大，對植物種子的萌發有明顯抑制作用，進而影響植物種種子的發芽指數、逐日萌發率[16]。不同濃度的PEG脅迫條件下，隨脅迫濃度的增加，花櫻蘿卜種子的發芽率、發芽指數、逐日萌發率的逐漸下降，尤其在PEG濃度為20%、30%時發芽率、發芽指數、逐日萌發率迅速下降，在5%PEG-6000溶液脅迫下，其發芽率、發芽指數等指標與ck基本接近。

下胚軸的生長隨PEG脅迫濃度的增加而逐漸縮短，在15%、20%、30%濃度下，下胚軸的長度與ck相比較顯著變短(p<0.01)；胚根生長在PEG脅迫濃度為5%、10%時反而增加(p<0.05)，后隨脅迫濃度的持續增加逐漸變短，PEG脅迫濃度為20%、30%時與ck胚根長度有顯著差異(p<0.01)。低濃度(5%～10%)的PEG有刺激胚根生長的作用，與袁倩倩等[17]的研究結果一致。

植物幼苗受到外界環境的脅迫時，植物體內的葉綠素、類胡蘿卜素等色素會發生一定的變化[18]，葉綠素是光合作用過程中主要的色素，類胡蘿卜素在植物光合中有重要的輔助作用，可獲取葉綠素吸收能量，通過放熱的方式回到基態，對光合膜和葉綠素起到保護的作用[19]，隨PEG脅迫濃度的增加，葉綠素、類胡蘿卜素含量呈下降趨勢，尤其是PEG濃度為30%時，下降幅度較大，與ck差異明顯(p<0.05)，葉綠素、類胡蘿卜素的含量隨PEG脅迫濃度的增加逐漸降低，植物的光合效率與葉綠素的含量呈反比，與脅迫濃度呈負相關關系[20]。

賈虎森等在研究蘋果葉片的H2O2時發現，蘋果葉片中的H2O2含量隨失水的程度變化而變化，在中度失水時H2O2含量達到最高，隨后又下降[15]。張明生等研究表明，外界脅迫時，光合作用中心捕獲的能量傳遞過程中形成大量的單線態氧(1O2)，植物體內產生大量的H2O2[21]。在本試驗中，CAT隨脅迫濃度的逐漸增加而出現先升后降的狀態。表明，在低濃度PEG脅迫下，植物體內產生大量的H2O2，從而誘導植物體內大量產生CAT，以清除多余H2O2的危害，在PEG濃度為15%時，CAT達到最高值，隨之下降，推測，下降的原因可能是產生的H2O2量超過植物防御的閾值，機體無法抵御。

MDA、Pro含量總體呈上升趨勢，與脅迫的濃度呈正比。植物受到水分脅迫時，體內的氧自由基大量增加，多余的氧自由基攻擊膜系統上的不飽和脂肪酸雙鍵[22]，造成膜傷害，MDA是膜傷害的重要指標之一，隨脅迫的加強，MDA的含量逐漸升高。Singh等認為，水分脅迫過程中，植物會積累較多的Pro，提高自身的抗旱能力，以抵御外來脅迫[23]。

觀察種子萌發整個過程發現，對照種子全部發芽，幼苗長勢好，胚根長，根毛密集分布在胚根周圍，子葉對稱展開顏色由淺黃色變為淺綠色，顏色明亮色澤度高。在PEG濃度為5%、10%、15%時幼苗與ck相比，差異不明顯，但在PEG濃度為20%、30%胚根的根毛短而細，根毛稀疏，子葉小而未展開顏色發黃，且顏色暗淡色澤低，進一步說明，花櫻蘿卜對PEG低濃度(5%～10%)的水分脅迫有一定的耐受性，而PEG高濃度(20%～30%)時，對花櫻蘿卜的萌發等生理指標有較大的影響。