美容杜鵑種子萌發及對干旱滲透脅迫的響應研究

摘要：本研究以美容杜鵑為試材，探討了PEG模擬干旱滲透脅迫下美容杜鵑種子萌發情況及美容杜鵑幼苗的葉綠素含量、POD酶活性、MDA含量的變化，來評價美容杜鵑的抗旱性。結果表明，隨著干旱滲透脅迫程度的增大，種子發芽率、發芽勢下降，200 g/L的PEG脅迫下，發芽率、發芽勢只能達到對照的21.98%、22.73%，250 g/L的PEG下，種子完全沒有萌發。另外，在用不同濃度的PEG處理幼苗時，各指標在250 g/L時變化最明顯。MDA含量在處理第2 d、第8 d與對照相比增加104.73%、148.94%；總葉綠素含量在處理第4天與對照相比下降86.44%；POD酶活性在處理第4天與對照相比提高50.10%。總之，隨著脅迫濃度的增大和時間的延長，美容杜鵑種子的發芽率、發芽勢均逐漸下降，美容杜鵑幼苗的滲透脅迫損傷程度變大，尤以250 g/L時最為明顯。

關鍵詞：美容杜鵑；PEG；干旱滲透脅迫

中圖分類號：S322文獻標識碼：A文章編號：0488-5368（2023）09-0022-5

收稿日期：2022-11-25修回日期：2023-01-15

基金項目：陜西省科技廳農業攻關項目“秦嶺高山杜鵑無性繁殖及引種適應性研究”（2022NY-150）；中央引導地方科技發展專項（2019ZY-FP-02）；商洛學院根植地方行動計劃項目（gz16015）。

作者簡介：李小玲（1980-），女，陜西西安人，副教授，碩士，主要從事園林植物生理生態研究。Seed Germination and Response to Drought Osmotic Stress in

Rhododendron calophytum

LI Xiaoling

（College of Biology Pharmacy and Food Engineering of Shangluo University， Shangluo， Shaanxi 726000，China）

Abstract：In this study，Rhododendron calophytum was used as the test material to investigate the germination of rhododendron seeds and the changes of chlorophyll content，POD enzyme activity and MDA content of rhododendron seedlings under PEG simulated drought stress，and to evaluate the drought resistance of Rhododendron calophytum.The results showed that seed germination rate and germination potential decreased with the increase of drought stress.Under 200 g/L PEG stress， the germination rate and germination potential could only reach 21.98% and 22.73% ，respectively， compared with the control，and the seeds did not germinate at all under 250 g/L PEG stress.In addition， when the seedlings were treated with different concentrations of PEG， the changes of each index were the most obvious at 250 g/L.MDA content increased by 104.73% and 148.94% on the second day and eighth day after treatment compared with the control. Total chlorophyll content decreased by 86.44% compared with the control on the fourth day. POD activity increased by 50.10% compared with the control on the fourth day.In conclusion， with the increase of stress concentration and the extension of time，the germination rate and germination potential of Rhododendron calophytum seeds gradually decreased， the damage degree of Rhododendron calophytum seedlings became greater under drought stress，especially at 250 g/L.

Key words：Rhododendron calophytum;PEG;Drought osmotic stress

美容杜鵑（Rhododendron calophytum）為杜鵑花科杜鵑花屬多年生常綠灌木或小喬木[1]，樹木優美，葉子呈深綠色，花最初開放的時候是桃紅色，之后慢慢地變為粉紅色到白色。花朵盛開時，往往散發出清新的香味，令人賞心悅目，并且作為中國的特有種，有很高的觀賞價值[2]。目前，從美容杜鵑中已經分離到黃酮、苷類[3]和揮發油類[4，5]等成分，其中有些成分有藥用價值，如美容杜鵑葉揮發油成分中的奧菊環烯不僅可以止痛，而且對關節炎、風濕有很好的理療效果[4]。因此，美容杜鵑對人類某些疾病的治療會有一些很好的效果，并且隨著人們的合理開發利用，也會創造一定的經濟效益。

適當的水條件可以促進植物生長，但很少的水會阻礙生長[6，7]。水分脅迫是植物水分流失超過吸水量，結果降低了植物組織中的水含量，引起植物自然代謝紊亂的現象[8]。除了泥土中缺水而使植物處于水分脅迫條件下以外，還有一些比如冰凍、洪水以及高溫條件也可使植物遭受到水分脅迫的侵襲。然而，造成水分脅迫的最主要的、最普遍的、最引起人們注意的卻是干旱缺水，因為它將會對植物的生產量影響最大。所以本研究分析美容杜鵑在遭受了干旱缺水之后其萌發情況和幼苗生理指標到底會發生怎樣的變化。

干旱脅迫，對農業和林業的影響很大，相關資料顯示，中國干旱、半干旱面積已達到總面積的52.5%，成為世界上最干旱國家之一[9]。因此挑選出植物的抗旱品種非常重要。在前人做過的實驗中，我們發現，當種子在發芽期間遭受干旱時，種子越耐旱，幼苗的成活率就越高[10，11]。所以，研究干旱脅迫對美容杜鵑種子萌發的影響及幼苗在干旱脅迫下的生理指標的變化對在夏季持續高溫和干旱的低海拔地區建立美容杜鵑種群具有現實指導意義。

聚乙二醇（PEG-6000），沒有毒性，對水有較強的親和能力，無法透過細胞壁，容易調控，可以作為一種壓力劑使植物處于類似干旱的室內環境[12]，所以，它可以拿來模擬干旱滲透脅迫。而且，用PEG模擬干旱滲透脅迫試驗時間短、操作簡便、重復性好、可以根據實際進行大批量鑒定[13，14]。前人已經用PEG-6000模擬干旱做了試驗并且證明了它的可行性[15]。

目前，對于美容杜鵑的研究主要涉及美容杜鵑的化學成分分析、人工育種及萌發、扦插繁殖、組織培養等領域，而對于在干旱脅迫條件下野生美容杜鵑種子萌發情況以及幼苗在逆境脅迫下的生理指標變化卻未見報道。但對于其它植物種子萌發對干旱脅迫以及在此逆境條件下生理生化指標變化的報道頗多。馬玉心[14]等人把紫穗槐作為試材，發現若增加PEG濃度，紫穗槐種子的水吸收速率、萌發率等顯著降低。另外，觀察到了其種子萌發的PEG濃度的界限。王明友[16]等人依次配制從5%至25%每兩個間隔5%等5個不同濃度的PEG-6000溶液來研究蕓豆種子在干旱脅迫下的發芽情況以及幼苗生理指標的變化情況。發現5%濃度下種子的發芽率、發芽指數等和CK沒有明顯的變化；但其它濃度如果越高，這些指標各自都有下降的趨勢，而且PEG濃度越高，指標下降幅度越大。同時，SOD、POD和CAT這些抗氧化酶的活性隨著脅迫的增大呈先上升后下降的趨勢，并在某個濃度下表現最強的活性。Van den Berg[17]等人在小于-0.3 Mpa的干旱脅迫下，以毛竹草、黃茅草和三蕊柳菅草為試驗材料進行發芽和幼苗生長試驗，分別觀察萌發率和幼苗生長勢，發現在干旱脅迫下這三種草的敏感性略有差異。

本研究將參照前人研究的其它種子在干旱脅迫條件的響應生理機制研究方法，配制不同質量濃度的PEG-6000溶液模擬干旱環境，對采自商洛木王國家森林公園的美容杜鵑種子及美容杜鵑幼苗進行干旱滲透脅迫試驗，探討干旱對美容杜鵑種子萌發的影響和幼苗在脅迫之后各項生理指標變化，為建立美容杜鵑低海拔地區植物種群和引種馴化研究提供參考，為研究其抗旱機制提供理論依據。1材料與方法1.1試驗材料

美容杜鵑種子在2018年9月采摘，地點為商洛市鎮安縣木王國家森林公園，風干，放在-20℃冰箱中保存。美容杜鵑苗在2021年4月中旬采自木王國家森林公園，經老師鑒定，為一年生美容杜鵑（Rhododendron calophytum）幼苗。1.2試驗方法

1.2.1美容杜鵑種子形態特征觀察及千粒重的測定美容杜鵑果實為蒴果，斜生果梗上，成熟時果殼開裂。采集果實，在陰涼處，抖動果殼，會有細小的種子散落。然后用細篩篩出種子，進行觀察。

千粒重的測定：隨機選取細篩篩出的種子1 000粒于分析上天平稱重，重復8次取平均值[18]。

1.2.2材料預處理預處理：①選取成熟飽滿、無蟲害、病害、大小一致的美容杜鵑種子，用1.0%次氯酸鈉溶液消毒5min，然后用大量蒸餾水沖洗晾干，備用。

②將消毒后的美容杜鵑種子用400 mg/L赤霉素溶液（粉末狀的赤霉素要先用95%乙醇溶解，再加蒸餾水至所需刻度）浸泡24 h，在浸泡種子的過程中要間隔一段時間攪拌一次，以使種子充分吸水。然后，把種子撈出，赤霉素溶液濾凈，即可開始試驗。

③將購買的杜鵑幼苗移栽至15 cm花盆預培養，腐葉土：松針土=1∶2（盆基質）室內培養兩周，期間定時澆水并松土來保持土壤濕潤。兩周后后選取生長狀況基本相同的幼苗進行試驗。

1.2.3試驗設計

（1）種子萌發試驗

模擬干旱脅迫條件設置濃度為 50 g/L、100 g/L、150 g/L、200 g/L、250 g/L的PEG溶液和對照共6個處理。發芽試驗采用培養皿紙上（TP）法[19]，每處理3個重復，每皿50粒種子，在生化培養箱內進行，每天光照12 h，黑暗12 h，發芽溫度25℃/18℃。每天，要及時向培養皿中補充適宜的水分，使種子萌發過程順利進行，有需要時可換下濾紙，以保證種子萌發的良好環境。當發現有霉變的種子時，要立即揀出清洗消毒[20]。每天觀察并及時記錄種子萌發數量，從萌發第一天開始連續記錄10 d的發芽數。

（2）幼苗脅迫處理

選擇生長良好、大小一致的苗木，進行干旱脅迫試驗。模擬干旱脅迫條件設置濃度為100 g/L、200 g/L、250 g/L的PEG溶液和對照共4個處理，在PEG處理的第0、2、4、6、8天進行取樣，分別在白天4點隨機摘取不同濃度PEG處理后的葉片，測定總葉綠素含量、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量等生理指標。

1.2.4各項指標的測定

發芽指標：胚芽伸出種子一半是萌發。

發芽率（%）=發芽種子總數/供試種子總數×100%

發芽勢（%）=達到高峰時發芽種子數/供試種子總數×100%

葉綠素含量采用研磨法分光光度計測定，過氧化物酶活性（POD）采用愈創木酚法，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法。1.3數據處理

每次測定發芽率、發芽勢時，3次重復，計算平均值。各生理指標3次重復，取平均值。數據處理選用Excel2010。2結果與分析2.1美容杜鵑種子形態特征與種子重量

美容杜鵑種子種皮是黃褐色，種子極小，長橢圓形狀，風干后種子的千粒重平均為（0.2199±0.000 8）g 。2.2不同濃度PEG對美容杜鵑種子發芽率的影響

種子萌發能力的大小需要發芽率、發芽勢去衡量。從圖1可知，PEG脅迫濃度越來越高，美容杜鵑種子萌發率、萌發勢均降低，與加蒸餾水的相比，各濃度下的萌發率、萌發勢都有差異。200 g/L的PEG脅迫下，發芽率、發芽勢2個指標只能達到對照的21.98%、22.73%，而250 g/L的PEG脅迫下，美容杜鵑種子全都沒有萌發，說明重度干旱脅迫條件下，嚴重抑制美容杜鵑種子萌發。150 g/L的PEG干旱脅迫下，美容杜鵑種子的萌發率、發芽勢仍能達到CK的53.8%、56.8%，說明美容杜鵑具有一定的耐旱性。2.3干旱滲透脅迫對美容杜鵑幼苗各項生理指標的影響2.3.1干旱滲透脅迫對美容杜鵑幼苗中MDA含量的影響

當植物處于干旱等逆境時，它們的細胞通常會發生膜脂過氧化，丙二醛是一種氧化產物，它的量的多少基本上反映了植物在逆境中受到的損害程度，在某種程度上可以體現出植物抵抗逆境條件能力的高低[22]。從圖2可以看出，隨著PEG-6000濃度的升高和脅迫時間變長，MDA含量先增加，然后減少，最后再增加，只是這時增加的幅度較大。可以看到，從第0 d到第2 d，MDA的含量隨脅迫程度的增加而增加，各個濃度下分別與對照相比提高34.18%、93.01%、104.73%，250 g/L濃度下MDA含量增加最大。說明不同干旱脅迫程度下，植物會發生不一樣的過氧化反應。第2 d MDA含量達到高峰，之后迅速下降，下降可能是美容杜鵑這時會啟動一系列的保護酶來抵御逆境，阻止細胞產生過多的MDA。從第4 d又開始上升，這之后PEG濃度逐漸升高，并且隨著時間的推移，從第4 d到第8 d美容杜鵑體內的MDA含量增加幅度頗大，200 g/L和250 g/L時增幅較大，與對照相比增加100.10%、148.94%。說明這時濃度的增加，給美容杜鵑的細胞膜造成了不可扭轉的損傷，而且美容杜鵑受損傷程度是與脅迫程度成正相關的。

2.3.2干旱滲透脅迫對美容杜鵑幼苗中總葉綠素含量的影響

干旱滲透脅迫對美容杜鵑葉片葉綠素含量的影響情況如圖所示，從圖3可見，美容杜鵑葉片中的葉綠素含量在干旱滲透脅迫后先增加后減少。增加可能是干旱脅迫，會增加葉綠素的合成，并保持高水平的葉綠素，來抵抗防御不良因子對自身造成損傷；然后逐漸下降，第4 d各個濃度下與對照相比總葉綠素含量分別下降23.20%、46.51%、86.44%，250 g/L下降幅度最大。其下降的原因是脅迫達到一定程度，葉綠體膜受損，葉綠素無法合成，含量下降。

2.3.3干旱滲透脅迫對美容杜鵑幼苗中POD酶活性的影響POD是一種重要的體內抗氧化酶，可以在一定程度上減少活性氧給植物帶來的傷害。從圖4可以看出，脅迫濃度越大，POD活性越高，與對照的差異越大，處理第4d在各個濃度下POD酶活性分別比對照增加29.53%、39.63%、50.09%，250 g/L時與對照相比增幅最大。這說明在干旱滲透脅迫下美容杜鵑會增強POD酶活性來減輕逆境脅迫造成的傷害，隨著干旱滲透脅迫時間的延長，POD酶活性逐漸上升到較高的活性水平，說明美容杜鵑可以限制活性氧對自身的傷害。從第4天起，隨干旱滲透脅迫時間的延長和濃度的升高，POD酶活性逐漸下降。這可能是由于美容杜鵑植株內有非常多的活性氧，POD酶無法清除，POD酶系統受損，活性下降。

3討論

3.1干旱滲透脅迫對美容杜鵑種子萌發的影響

種子對逆境的耐受能力可以通過其發芽率、發芽勢等指標來表現。本試驗中，PEG-6000溶液從50 g/L開始，不同梯度的PEG干旱脅迫處理均抑制美容杜鵑種子萌發，表現的結果是PEG脅迫濃度越來越高，種子的發芽率、發芽勢越來越低，這與一些研究人員得出的干旱脅迫下鳳仙花[23]、宿根天人菊[24]等的種子萌發規律一致；但與位海玲[11]等人研究的新疆醉馬草種子的種子萌發規律不一致，位海玲等人得出的規律是不同的PEG脅迫處理下對醉馬草種子既有促進作用，又有抑制作用。造成這種結果的原因可能是由于植物種類的不同和環境的不同。3.2干旱滲透脅迫對美容杜鵑幼苗生理指標的影響在干旱脅迫下，植物中的活性氧濃度增加，引發膜脂過氧化，MDA作為膜脂過氧化產物，其含量也隨之增加，最終造成美容杜鵑膜結構的不完整性，但植物為了生存在與自然長期搏斗進而進化出一系列的特異結構的過程中，形成了POD等抗氧化酶，它可消除活性氧，維持植物體內自由基的產生與消失的動態平衡。本研究中，美容杜鵑幼苗的MDA含量變化表現為先升后降再升，且當濃度在200 g/L和250 g/L時，增幅較大。表明，植物感受到干旱脅迫后，植物為了抑制膜脂過氧化對自身造成的傷害會激活防御機制，使植物免遭損害。但當PEG濃度再變高時，這時防御系統受到的損傷較大，MDA含量就會急速上升。

干旱脅迫條件下葉綠素含量的變化可以反映植物對干旱脅迫的敏感性，當植物處于干旱的逆境脅迫時，由于葉片會失去大量的水分，往往會造成細胞質的破壞，葉綠素會發生降解。本研究中，美容杜鵑葉片葉綠素含量先上升后下降，總體呈降低趨勢。最開始上升可能是植物為了應對干旱的逆境脅迫而使葉綠素水平保持在較高的水平，然后逐漸下降可能是葉綠體膜的損傷造成葉綠素無法合成的原因。

POD是識別并清除植物中活性氧的重要酶，有著舉足輕重的作用，它可以使細胞膜處于正常代謝水平、牢牢把控膜脂過氧化過程、清除植物體內的超氧自由基。本試驗結果，美容杜鵑葉片中POD酶活性在干旱脅迫下呈上升趨勢，但上升之后又受到一定的抑制，逐漸下降。其原因可能是由于美容杜鵑中的POD酶在清除活性氧時，其活性氧的量有一定的范圍，如果在其清除能力的范圍之內，美容杜鵑就可以提高POD保護酶的活性，有效清除過氧化物，減少對植物造成傷害;如果活性氧的量大于這個度，美容杜鵑植株的保護酶系統將會受損，進而POD保護酶活性會下降，植株就會受到損害，這與王明友[16]等人研究的蕓豆、鄔燕[25]等人研究的葡萄所得出的結論一致。參考文獻：

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