聚乙二醇模擬干旱脅迫對細葉云南松種子萌發及生理的影響

韋秋思，徐圓圓，鄭黨斌，趙毅輝，楊 梅＊

（1．廣西雅長林場，廣西百色533209；2．廣西大學林學院，廣西南寧530004）

聚乙二醇模擬干旱脅迫對細葉云南松種子萌發及生理的影響

韋秋思1，徐圓圓2，鄭黨斌1，趙毅輝2，楊 梅2＊

（1．廣西雅長林場，廣西百色533209；2．廣西大學林學院，廣西南寧530004）

為探明細葉云南松種子萌發期對干旱脅迫的耐受性，采用不同濃度的PEG－6000溶液（0%，0．5%，1．0%，1．5%，2．0%，2．5%，3．0%，3．5%，4．0%）模擬干旱條件研究其種子萌發、保護酶活性的變化。結果表明：1）隨著干旱脅迫程度的加劇，細葉云南松種子的發芽率、發芽勢和發芽指數總體呈先升高后下降趨勢，在前15d，0．5%PEG濃度下發芽率最高，為29．50%，說明低濃度（0．5%）PEG脅迫可以在一定程度上促進細葉云南松種子萌發。2）隨著PEG濃度的升高，細葉云南松種子中MDA含量呈低—高—低的變化，PEG濃度為1．0%和2．5%時MDA含量分別為最低和最高，為對照的0．90倍和1．85倍；SOD活性先升高再降低，1．0%PEG脅迫下SOD活性達最高，為222．30U／g FW，4．0%PEG脅迫下最低，為對照的0．50倍；CAT活性逐漸降低，4．0%PEG脅迫下其活性最低，為對照的49．34%。結論：輕度干旱（0．5% PEG濃度）對細葉云南松種子萌發有一定的促進作用，但細葉云南松種子的抗旱能力不強。

細葉云南松；種子萌發；聚乙二醇；干旱脅迫

細葉云南松（Pinus yunnanensis var．tenuifolia）是云南松的一個地理變種，主要分布在南盤江下游兩岸海拔300～1 600m的丘陵山地［1］。細葉云南松樹干通直，出材率高，結構適中，細膩，有松脂，較抗病蟲害，是一種重要的南方材脂兩用樹種，也是廣西松科資源中重要的一個變種和重要的木材生產原料［2］。細葉云南松生長于黔滇桂交界處，北緯23°50′～25°40′，東經104°10′～107°10′，范圍狹窄，屬于微域分布類型［3］；其對氣候和土壤的適應性較強，常以天然林形式存在，人工林較少。廣西雅長林區地處南盤江河谷東側，屬廣西丘陵向云貴高原過渡的山原地帶，焚風效應明顯，是桂西北干熱河谷地區的一部分，年均氣溫20．9℃，年蒸發量（1 585．4mm）大于降雨量（1 054．1mm），屬半干燥氣候區［4］。隨著生態環境遭受破壞，細葉云南松的天然更新面臨著嚴峻考驗。目前，對細葉云南松的研究主要集中在其天然林的地理分布及群落特征等方面［1，3－7］，關于細葉云南松在干旱土壤適應性方面的研究仍較少，揭示細葉云南松種子萌發期的耐旱特性對其天然更新或人工促進天然更新具有重要意義。

聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）是一種親水性很強的大分子有機物，使用PEG－6000溶液滲透方法模擬干旱條件具有簡單易行、重復性好、周期短等特點，近年來被廣泛用于植物種子萌發期耐旱性研究［8］。細葉云南松一般通過種子繁殖，其種子能否在干旱條件下萌發成苗是其能否完成天然更新的前提條件，也是今后實行人工繁殖的關鍵。筆者采用不同濃度PEG－6000溶液模擬不同程度干旱脅迫，分析細葉云南松種子萌發、生長及保護酶系統等指標的變化，旨在為評價細葉云南松種子萌發期的耐旱特性及在干旱立地條件下的種植栽培提供理論依據。

1材料與方法

1．1試驗材料

供試種子采自位于細葉云南松分布區的百色市雅長林場，2012年11月采摘種子，去除空粒和夾雜物后陰干，選取大小均勻、飽滿的種子保存于4℃冰箱中備用。

1．2種子脅迫處理

選取充實、成熟飽滿且大小均一的種子，用自來水沖洗干凈，經0．5‰的高錳酸鉀消毒30min，用蒸餾水清洗種子3～4次。用吸水紙吸干種子表面的水分后，將種子播種于置入2層紗布和1層濾紙的發芽盒中。根據預實驗及參考文獻［9－10］設置相應的PEG濃度，每個發芽盒分別移入蒸餾水配制的質量分數（0．5%，1．0%，1．5%，2．0%，2．5%，3．0%，3．5%，4．0%）的PEG－6000溶液中，每個處理4次重復，每個重復100粒，用蒸餾水作對照，將發芽盒置于25℃的恒溫培養箱中培養27d。

1．3相關指標的測定

1．3．1生長指標測定

式中：Gt為第t天的發芽數，Dt為相應的發芽天數。

1．3．2生理指標測定 待發芽結束后，取發芽種子的胚根0．2g，置于預冷的研缽中，加10mL 0．05mol／L pH 7．0磷酸緩沖液，可視研磨情況分次少量加入0．1g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）及少許石英砂，在冰浴中研磨成勻漿，于0～4℃，5 000r／min下離心20min，上清液即為粗酶提取液。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定［11］，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT法測定［12］，過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光法［13］。

1．4數據分析

采用Microsoft Excel、SPSS 21．0等數據處理軟件對所得數據進行整理匯總、單因素方差分析、LSD多重比較分析。

2結果與分析

2．1PEG脅迫對細葉云南松種子萌發的影響

2．1．1發芽率和總發芽率 細葉云南松種子在不同PEG濃度脅迫下的發芽率變化見圖1所示。其種子的發芽率較低，萌發能力較弱，在1～9d各濃度處理下種子發芽率升高較快，9d后升高較緩慢，16d后基本停止發芽。在前15d，0．5%PEG濃度下發芽率高于對照，其他各濃度下種子發芽率均較對照低。前期種子發芽形勢相近，說明在中高濃度下，種子萌發前期受到PEG的影響較小。3．0%和3．5%濃度下種子停止發芽的時間最早（15d），而CK停止發芽最遲。在發芽結束（20d）后，細葉云南松種子總發芽率隨PEG脅迫的增強呈直線式變化，各PEG濃度下發芽率均較對照低，隨著PEG濃度的升高，種子發芽率呈下降趨勢；而1．5%～3．0%濃度其發芽率變化較為平緩，在較低濃度（0%～1．5%）發芽率降幅大于高濃度（3．0%～4．0%），在1．0%PEG濃度下種子發芽率較0．5%PEG濃度下低，降幅達18．64%，兩濃度間存在顯著差異。PEG濃度在1．5%、2．0%、2．5%和3．0%時，其發芽率呈下降趨勢，但各濃度間差異均不顯著。相同梯度處理下，中高濃度（1．5%～3．0%）的PEG對種子發芽率變化的影響較小，低濃度PEG對細葉云南松種子發芽率的影響較大。

圖1 PEG脅迫下細葉云南松種子的發芽率Fig．1 Seed germination rate of P．yunnanensis under different PEG stress

2．1．2發芽勢和發芽指數 發芽勢是指在種子發芽過程中發芽種子數達到高峰時，正常發芽種子數占供檢驗種子數的百分率，其用來表示種子發芽的速度和整齊程度［14］。發芽勢或發芽指數能較靈敏地反映種子在不同濃度處理下的發芽整齊度和種子活力［15］。從表1看出，PEG濃度為0．5%時，其發芽勢和發芽指數最高，達0．27和11．77；不同濃度的PEG與細葉云南松發芽過程中發芽勢、發芽指數間存在極顯著差異。隨PEG脅迫濃度的升高，細葉云南松種子發芽勢和發芽指數均呈先升高后降低的趨勢，兩者在低濃度（0．5%）PEG脅迫下均高于對照，在0．5%PEG時達最大值，分別為對照的1．04倍和1．28倍；其他較高濃度（1．0%～4．0%）PEG脅迫下細葉云南松種子發芽勢和發芽指數均較對照低，發芽勢在3．5%和4．0%時與對照差異顯著，發芽指數均與對照差異顯著，在4．0%濃度時發芽勢與發芽指數均降至最低值，分別是對照的34．62% 和31．96%。可見，較低濃度（0．5%）PEG脅迫對細葉云南松種子發芽勢和活力指數有促進作用，而高濃度PEG對種子萌發的速度及整齊度有抑制作用，總體表現為濃度越高抑制作用越強。

表1 不同濃度PEG脅迫下細葉云南松種子的發芽勢和發芽指數Table 1 Germination potential and index of P．yunnanensis seeds under different

2．2PEG脅迫對細葉云南松種子丙二醛含量及保護酶活性的影響

丙二醛（MDA）是膜質過氧化的產物，其含量的高低能直接表現植物膜質過氧化程度，MDA含量越低，說明膜受損的程度越小，反之，越大［16］。而植物體內的SOD、POD和CAT等植物體內重要的抗氧化酶，其在清除金屬等脅迫誘發產生的氧自由基和過氧化物、抑制膜脂過氧化、保護細胞免遭傷害等方面起著重要作用［17］。在許多作物抗性機理研究中，SOD、PPO、CAT和POD等酶活性的變化已廣泛作為指示植物抵御逆境脅迫傷害的指標［18－19］。

2．2．1丙二醛含量 在PEG處理下，細葉云南松種子受到不同程度的傷害，誘發膜脂過氧化作用產生MDA。如圖2所示，細葉云南松種子MDA含量隨著PEG濃度的升高呈低—高—低的變化趨勢，且不同PEG濃度間種子MDA含量存在極顯著差異，PEG濃度為0．5%、1．0%、3．5%和4．0%時MDA含量相對較低，與對照0．79μmol／g接近，且此濃度間無顯著差異；PEG濃度為1．0%和2．5%時MDA含量分別達最低和最高，其含量分別為對照的0．90倍和1．85倍。由此可見，PEG濃度在0．5%～1．0%時細葉云南松種子膜脂過氧化作用較小，且其MDA含量較對照低，說明在此濃度下PEG未對種子萌發造成傷害，相反，有一定的促進作用；而PEG濃度在1．5%～3．0%時，種子MDA含量升高，說明其對種子的萌發造成了傷害，在PEG濃度2．5%時種子膜脂過氧化作用最強，而后種子對干旱的抵抗能力逐漸減小。

圖2 不同濃度PEG脅迫下細葉云南松種子的MDA含量Fig．2 MDA content of P．yunnanensis seeds under different PEG stress

圖3 不同濃度PEG脅迫下細葉云南松種子的SOD和CAT活性Fig．3 SOD and CAT activity of P．yunnanensis seeds under different PEG stress

2．2．2保護酶活性 超氧化物歧化酶（SOD）是植物抗氧化酶系統的第一道防線［20］，可在細胞質、線粒體與葉綠體中催化超氧化物發生歧化反應生成H2O2和分子氧，使種子對外來脅迫起到保護作用。由圖3可知，隨PEG脅迫濃度的升高，細葉云南松種子SOD活性先升高再降低。1．0%PEG脅迫下SOD活性達最高，為222．30U／g FW，是對照的119．47%；4．0%PEG脅迫下SOD活性最低，為對照的0．50倍，其與對照均存在顯著差異；0．5%、1．5%～2．0%PEG脅迫下SOD活性均升高，但與對照無顯著差異；2．5%～3．5%PEG脅迫下SOD活性均較對照低，且與對照均存在顯著差異。由此可見，在PEG模擬水分脅迫條件下，細葉云南松種子可以通過增加體內的SOD活性提高抵抗干旱環境的能力。

過氧化氫酶（CAT）為重要的保護酶。由圖3還可知，隨PEG脅迫濃度的升高，細葉云南松種子CAT活性逐漸降低。對照CAT活性最高，為506．73U／（min·g FW）；4．0%PEG脅迫下CAT活性最低，為對照的49．34%；0．5%PEG脅迫下CAT活性與對照相近，為502．13U／（min·g FW），與對照無顯著差異，說明此脅迫下種子所受傷害較小，基本不產生傷害；1．0%～4．0%PEG脅迫下CAT活性均較對照低，且與對照均存在顯著差異。在PEG模擬水分脅迫條件下，細葉云南松種子的CAT活性降低。

3結論與討論

種子的萌發大致可劃分為吸脹、萌動、發芽3個階段，種子發芽期受干旱脅迫，種子內一系列生理生化反應將會受到一定的破壞，影響種子萌發［21］。在正常條件下，植物能有效地清除體內的活性氧自由基，使細胞免受傷害，但在逆境或脅迫條件下，植物體內的活性氧自由基產生速度超過植物清除活性氧的能力，便會引起傷害［22］，積累的活性氧會引發或者加劇細胞膜脂過氧化，造成膜系統的損傷，甚至導致細胞死亡，自由基可導致膜脂過氧化作用，SOD 和CAT活性下降，同時產生過多的膜脂過氧化產物（如MDA等），膜完整性被破壞［23］。為了降低脅迫所造成的氧化傷害，植物進化出一套抗氧化保護系統，其中包括非酶類低分子量抗氧物質，及抗氧化酶系統（如SOD，APX，POD等），作為抗氧化保護的一個組成部分，整個抗氧化保護酶系防御能力取決于各酶活性及其彼此間的綜合協調［24］。種子萌發是種子植物生活史中的第一階段，同時也是衡量植物抗旱性的重要時期［25］，種子能否在一定的干旱條件下有較高的發芽率和出苗率，直接影響到以后的生長發育和生長狀況［26］。有關研究指出，輕度干旱對文冠果、青稞、甘草、云南松等植物種子的萌發表現為促進作用［27－30］，表明部分植物對干旱條件有相應的適應性。本試驗中，0．5%PEG濃度下種子發芽率略低于對照，發芽勢和發芽指數均高于對照，隨著PEG脅迫濃度的升高，細葉云南松種子的停止萌發時間縮短，萌發率、發芽勢、發芽指數等指標均呈逐漸下降趨勢，且與對照相比存在極顯著差異；且在0．5%PEG濃度下MDA含量較低，SOD和 CAT活性較高，低濃度的PEG對細葉云南松種子的萌發有一定的促進作用，說明細葉云南松種子萌發對輕度干旱脅迫具有一定的適應性；而隨著干旱程度的增加，較高濃度（2．5%～4．0%）脅迫下，MDA含量增加，SOD、CAT活性均下降且保持較低水平，可能種子已受到破壞。干旱脅迫對細葉云南松種子萌發具有一定的抑制作用，而在一定程度干旱脅迫內，細葉云南松種子可通過自身調整和發生一系列生理反應，如保護酶活性增高，保護機理不受干旱環境的損害。水分在細葉云南松種子的萌發過程中有很重要的作用，這與濕地松［31］、紫穗槐［32］、香果樹［33］等植物種子進行水分脅迫時，隨著PEG濃度增加，種子萌發率、發芽勢、萌發活力等下降的結果相一致。不同植物種子萌發對干旱脅迫的響應存在差異，同種植物中不同酶對干旱脅迫的響應也不同，低濃度脅迫有促進也有抑制作用，但高濃度脅迫都是抑制作用。本研究說明，輕度干旱（0．5%PEG濃度）對細葉云南松種子萌發有一定的促進作用，但總體而言，細葉云南松種子的抗旱能力不強。

采用PEG－6000模擬不同程度干旱脅迫對細葉云南松種子萌發、生長及保護酶系統等的影響進行了初步探索，有助于探討細葉云南松的抗旱性，對于其在雅場林場干熱河谷環境下的自然更新具有重要意義，同時，也可為人工促進天然更新和為人工造林選擇合適的季節育苗、合理的水分管理等提供相應的理論依據。

［1］王獻溥．廣西細葉云南松林的群落學特點［J］．植物研究，1991，11（3）：91－103．

［2］楊章旗，馮源恒，吳東山．細葉云南松天然種源林遺傳多樣性的SSR分析［J］．廣西植物，2014（1）：10－14．

［3］李治基，王獻溥．廣西細葉云南松的地理分布和環境的關系［J］．植物生態學與地植物學叢刊，1981（1）：28－37．

［4］楊炳強，李大南．廣西雅長細葉云南松分布區土壤的肥力特性［J］．廣西農學院學報，1988（3）：27－33．

［5］吳 敏，李春葉，秦武明，等．72年生細葉云南松天然林生長規律研究［J］．廣東農業科學，2014（2）：61－65．

［6］嚴 理，劉曉璐，秦武明，等．廣西百色細葉云南松天然林生物量研究［J］．西部林業科學，2014，43（3）：134－138．

［7］田玉紅，李 梓，梁 才．拉雅松和細葉云南松松針揮發油的化學成分［J］．中國實驗方劑學雜志，2012，18 （1）：51－55．

［8］李志萍，張文輝，崔豫川．PEG模擬干旱脅迫對栓皮櫟種子萌發及生長生理的影響［J］．西北植物學報，2013，10：2043－2049．

［9］楊敏生，裴保華，張樹常．樹木抗早性研究進展［J］．河北林果研究，1997，12（1）：87－93．

［10］Hsiao T C．Plantres Ponsestowaterstress［J］．A，n．Rev．PlaotPhy，1973，24：519－570．

［11］許長成，趙世杰，鄒 琦．植物組織內丙二醛的分離與鑒定［J］．浙江大學學報：理學版，2011，38（3）：207－210．

［12］時連輝，牟志美，姚 健．不同桑樹品種在土壤水分脅迫下膜傷害和保護酶活性變化［J］．蠶業科學，2005，31（1）：13－18．

［13］劉鳳權，王金生．水楊酸對水稻葉片抗氧化酶系的影響［J］．農業生物技術學報，2001，9（4）：396－399．

［14］沈國舫，翟明普．森林培育學［M］．北京：中國林業出版社，2012：9－123．

［15］王娟娟，張文輝，劉新成．NaCl脅迫對3種不同處理四翅濱藜種子萌發的影響［J］．西北農業學報，2010 （1）：104－111．

［16］馬書燕，李吉躍，彭祚登．干旱脅迫對柔枝松幼苗丙二醛含量的影響［J］．安徽農業科學，2012（4）：2099－2100．

［17］曹 瑩，黃瑞冬，曹志強．鉛脅迫對玉米生理生化特性的影響［J］．玉米科學，2005，13（3）：61－64．

［18］于 力，孫 錦，郭世榮，等．鋁脅迫對豇豆幼苗根尖抗氧化系統的影響［J］．西北植物學報，2012（11）：2299－2304．

［19］克熱木，伊 力，袁 琳，等．鹽脅迫對阿月渾子SOD、CAT、POD活性的影響［J］．新疆農業科學，2004，41（3）：129－134．

［20］王文斌．植物活性氧代謝及其利用［M］．北京：中國農業科學技術出版社，2011：114－150．

［21］吳文榮，劉曉艷，吳桂麗，等．不同干旱脅迫對胡麻種子萌發特性的影響［J］．作物雜志，2012（2）：134－137．

［22］鄭世英，張秀玲，王麗燕．Cd2＋脅迫對蠶豆抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響［J］．河南農業科學，2007 （2）：35－37．

［23］戴金平．低溫鍛煉對黃瓜幼苗幾種酶活性的影響［J］．植物學報，1991，33（8）：627－632．

［24］王文斌．植物活性氧代謝及其利用［M］．北京：中國農業科學技術出版社，2011：114－150．

［25］李培英，孫宗玖，阿布來提．PEG模擬干旱脅迫下29份偃麥草種質種子萌發期抗旱性評價［J］．中國草地學報，2010，32（1）：32－39．

［26］潘春柳，黃燕芬，鄧志軍，等．PEG處理對新鮮和老化穿心蓮種子萌發及幼苗生長的影響［J］．種子，2013，3 （12）：30－34．

［27］周 玲，王乃江，張麗楠．PEG脅迫對文冠果種子萌發和幼苗生理特性的影響［J］．西北植物學報，2012，32（11）：2293－2298．

［28］姚曉華，吳昆侖．PEG預處理對青稞種子萌發和幼苗生理特性的影響［J］．西北植物學報，2012，32（7）：1403－1411．

［29］劉長利，王文全，魏勝利．干旱脅迫對甘草種子吸脹萌發的影響［J］．中草藥，2004，35（12）：1402－1405．

［30］蔡年輝，許玉蘭，張瑞麗，等．云南松種子萌發及芽苗生長對干旱脅迫的響應［J］．種子，2012，31（7）：44－46．

［31］張 聃，曹 昀，鄭 林．濕地松種子萌發對模擬水分脅迫的響應［J］．水土保持研究，2011（1）：188－191．

［32］馬玉心，滿秀玲，崔大練．紫穗槐種子萌發對水分脅迫的響應［J］．種子，2009（2）：46－49．

［33］劉延惠，崔迎春．香果樹種子發芽對水分脅迫的響應［J］．中國林副特產，2008（6）：26－28．

（責任編輯：劉 海）

Effects of PEG Simulated Drought Stress on Seed Germination and Physiology of Pinus yunnanensis

WEI Qiusi1，XU Yuanyuan2，ZHENG Dangbin1，ZHAO Yihui2，YANG Mei2＊
（1．Guangxi Yachang Forest Farm，Baise，Guangxi 533209；2．College of forestry，Guangxi University，Nanning，Guangxi 530004，China）

The seed germination and protective enzyme activity of P．yunnanensis seeds were determined under different PEG concentration（0%，0．5%，1．0%，1．5%，2．0%，2．5%，3．0%，3．5%and 4．0%）to study the drought tolerance of P．yunnanensis at seed germination stage．Results：1）The germination rate，germination potential and germination index of P．yunnanensis seeds present the first rising and then declining trend overall with increase of drought stress．The germination rate of P．yunnanensis seeds under 0．5%PEG is 29．50%（maximum）prior to 15d，which indicates that 0．5%PEG stress can promote germination of P．yunnanensis seeds to a certain extent．2）The DNA content in P．yunnanensis seeds shows the low－high－low trend with increase of PEG concentration．The MDA content of P．yunnanensis seeds under 1．0%and 2．5%PEG is 0．90time and 1．85times that of CK respectively．The SOD activity of P．yunnanensis seeds shows a first rising and then declining trend with increase of PEG concentration and the SOD activity of P．yunnanensis seeds under 1．0%PEG is the maximum （222．30U／gFW）but the SOD activity of P．yunnanensis seeds under 4．0%PEG is 0．50time that of CK．The CAT activity of P．yunnanensis seeds reduces gradually with increase of PEG concentration and the SOD activity of P．yunnanensis seeds under 4．0%PEG is the minimum，50．66%lower than CK．In conclusion，Mild drought（0．5%PEG concentration）has a certain promotion effect on germination of P．yunnanensis seeds but the drought resistance of P．yunnanensis seeds is not strong．

Pinus yunnanensis var．Tenuifolia；seed germination；PEG；drought stress

S791．257

A

1001－3601（2016）02－0061－0043－05

2015－07－07；2016－01－01修回

廣西林業廳科技項目“細葉云南松幼林栽培技術及林木綜合利用研究”

韋秋思（1975－），女，工程師，從事森林培育與經營方面的生產與科研工作。E－mail：364769714＠qq．com

＊通訊作者：楊 梅（1970－），女，教授，博士，從事森林培育領域的科研與教學工作。E－mail：fjyangmei＠126．com