PEG模拟干旱胁迫对不同黄瓜品种种子萌发的影响

许耀照 曾秀存 王勤礼 卢精林 王治江 张克多

（1河西学院农学系，甘肃 张掖 734000；2河西绿洲农业研究所，甘肃 张掖 734000；3河西学院生命科学与工程系，甘肃 张掖 734000）

我国干旱半干旱耕地面积大约占总耕地面积的51 %，每年有近250万hm2耕地不同程度上受到干旱的影响（李原园 等，1997）。干旱胁迫常常影响植物生长发育，造成农作物严重减产（康绍忠，1998），干旱对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位（陈善福和舒庆尧，1999）。同样，植物也具有抵御和适应干旱环境的能力，不同植物间及植物的不同品种间其抗旱能力和机制存在显著差异（Carvajal et al.，1996）。聚乙二醇（PEG6000）是一类不能通过细胞壁的大分子渗透调节物质，对细胞毒性小，使植物组织和细胞处于类似干旱的水分胁迫之中（张立军 等，2004）。PEG6000处理作物种子萌发，起到干旱胁迫的作用，已在水稻（王贺正 等，2004；安永平 等，2006）、小麦（景蕊莲和昌小平，2003）、大豆（杨剑平 等，2003）等农作物上有较多报道。本试验以3个黄瓜（Cucumis sativus L.）品种种子为材料，研究了不同浓度PEG6000模拟干旱胁迫对黄瓜种子萌发的影响，以探讨黄瓜耐干旱胁迫的生理机制，并为选育耐干旱品种和防止旱害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为中农 16号（由中国农业科学院蔬菜花卉研究所选育，适于春秋大棚及露地栽培）、津园6号（由天津科润农业科技股份有限公司黄瓜研究所选育，适于露地栽培）、蔬春宝优26号（由山东省宁阳县蔬春种业有限公司选育，适于露地栽培）。

1.2 试验方法

试验于2009年3～6月在河西学院农学系栽培与生理实验室进行。PEG6000为分析纯，由上海中泰化学试剂有限公司生产。以不同浓度的PEG6000溶液（0、50、100、150、200g·kg-1，其溶液渗透势分别为0、-0.05、-0.15、-0.30、-0.49 MPa）模拟干旱胁迫（Michel & Kaufmann，1973），每个黄瓜品种共设5个处理，3次重复。每个处理精选50粒大小均匀无破损的种子，经0.1 % HgCl2消毒10min后，用蒸馏水洗涤3次，再用蒸馏水在室温下吸胀6 h后，将种子放入国家标准的120mm×120mm×50mm发芽盒中，分别加入10mL不同浓度的渗透胁迫溶液，以去离子水作为对照，发芽盒加盖后放入发芽箱，温度为（25±1）℃，每隔24 h称质量补充水分，使处理间渗透胁迫浓度保持相对稳定。

1.3 测定项目

第2天计算种子发芽率=n/N×100%；发芽指数∑（GI）=Gt/Dt；活力指数（VI）=发芽指数×S。式中，n为发芽终期全部正常发芽的种子数，N为供试种子总数；Gt为 t日发芽数，Dt为相应的天数，S为平均胚根鲜质量。

第6天每重复各取10株测定其胚根和下胚轴长，并计算平均值。同时统计幼胚一级侧根数，称取胚根鲜质量后烘干称干质量。第7天测定电解质外渗率，参照李合生等（2000）的方法稍加改良：将胚根、下胚轴剪成0.2 cm长段混匀，称取0.2 g鲜样，用去离子水洗净，放入具塞试管中，加入去离子水15 mL浸没样品，振荡30min，室温放置60min，用DDS-11A型电导率仪测定溶液的电导率（E1），再放入沸水浴15min，冷却后再次测定溶液的电导率（E2），另外测定去离子水的电导率（E0）。并按照（E1-Eo）/（E2-Eo）×100%计算样品的电解质外渗率。

试验数据采用SPSS 13.0处理系统用Duncan进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对黄瓜种子萌发的影响

发芽率是反映种子发芽能力的重要指标，活力指数是种子活力水平的综合体现。由图 1可以看出：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）对发芽率有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号的发芽率分别较对照增加1.6、1.7、1.7个百分点；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对发芽率有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号的发芽率分别较对照降低5.0、6.3、6.7个百分点，与低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）处理间达到显著差异。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种的发芽率大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

由图2可以看出：3个黄瓜品种在不同渗透势处理下，低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）对发芽指数有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号发芽指数分别较对照增加1.72 %、13.72 %、11.79 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对发芽指数有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号发芽指数分别较对照降低5.17 %、5.10%、3.25 %，与低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）处理差异显著。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种的发芽指数大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

图1 不同PEG浓度处理对黄瓜种子发芽率的影响

图2 不同PEG浓度处理对黄瓜种子发芽指数的影响

由图3可以看出：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）对活力指数有促进作用，中农 16号、津园 6号、蔬春宝优26号活力指数分别较对照增加 12.55 %、15.54 %、35.35 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对活力指数有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号活力指数分别较对照降低58.09 %、46.86 %、44.53 %，与低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）处理间达到显著差异。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种活力指数的大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

图3 不同PEG浓度处理对黄瓜种子活力指数的影响

2.2 PEG胁迫对黄瓜胚根长与下胚轴长的影响

由图4可知：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，低渗透势（PEG6000=50g·kg-1）对胚根生长有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号胚根长分别较对照增加0.25 %、3.72 %、6.99 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对胚根生长有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号胚根长分别较对照降低33.33%、33.05%、12.94%，两渗透势处理间差异显著。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种胚根长的大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

由图5可知：3个黄瓜品种经不同渗透势处理，低渗透势（PEG6000=50g·kg-1）对下胚轴伸长有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号下胚轴长分别较对照增加0.96 %、3.16 %、15.87 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对下胚轴伸长有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号下胚轴长分别较对照降低39.42 %、23.42 %、32.54 %，两渗透势处理间差异达到显著水平。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种下胚轴长的大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

图4 不同PEG浓度处理对黄瓜胚根长的影响

图5 不同PEG浓度处理对黄瓜下胚轴长的影响

2.3 PEG胁迫对黄瓜幼胚一级侧根数、电解质外渗率、胚根干质量的影响

由图6可以看出：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）对幼胚一级侧根数萌发有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号幼胚一级侧根数分别较对照增加7.29 %、11.76 %、14.12 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对幼胚一级侧根数萌发有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号幼胚一级侧根数分别较对照降低28.47 %、39.61 %、27.12 %，两渗透势处理间差异达到显著水平。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种的幼胚一级侧根条数多少为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

图6 不同PEG浓度处理对

图7 不同PEG浓度处理对

由图7可以看出：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，电解质外渗率随着渗透势强度的增加而降低，这表明不同PEG6000浓度处理对黄瓜幼胚的细胞膜有一定的保护作用。这与Pandey（1988）报道的 PEG引发诱导法国菜豆细胞膜的修复，延缓电解质外渗的结果相似。高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）处理黄瓜种子后，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号电解质外渗率分别较对照降低17.9、10.9、7.3个百分点。

由图8可以看出：3个黄瓜品种经不同渗透势处理后，低渗透势（PEG6000=100g·kg-1）对胚根干质量有促进作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号胚根干质量分别较对照增加 20.00%、22.22 %、5.88 %；高渗透势（PEG6000=200g·kg-1）对胚根干质量有抑制作用，中农16号、津园6号、蔬春宝优26号胚根干质量分别较对照降低35.00%、50.00%、64.71 %，与低渗透势处理间差异显著。在相同渗透势条件下，3个黄瓜品种的胚根干质量的大小为：中农16号＞津园6号＞蔬春宝优26号。

图8 不同PEG浓度处理对黄瓜胚根干质量的影响

3 结论与讨论

PEG引发是近20年来兴起的一项种子处理技术，其主要功能是减缓萌发初期水分进入种子的速率，减轻种子吸胀过程中膜系统的损伤，有利于受损膜系统的修复（马红媛 等，2005）。PEG被广泛应用于种子引发和模拟干旱试验，本试验中采用4个渗透势水平对3个黄瓜品种的种子进行处理，结果表明低渗透势可以提高黄瓜种子的发芽率、发芽指数、活力指数，但超过一定渗透势强度时，3个黄瓜品种种子发芽率逐渐下降。说明-0.15 MPa的渗透势（PEG6000=100g·kg-1）胁迫浓度处于黄瓜种子萌发耐受范围之内，能够启动种子体内一系列保护机制，减少种子吸胀过程中膜系统的损伤，有利于膜系统的修复，从而提高种子发芽率，促进幼胚的生长；当渗透势继续增大，超过黄瓜种子的耐受范围时，种子萌发受阻。这一结果与刘杰等（2002）研究认为一定浓度的PEG可以提高多种牧草种子的发芽率的结果一致。另外，通过比较3个黄瓜品种种子萌发胚根长、下胚轴长、幼胚一级侧根数、胚根干质量的差异，表明3个黄瓜品种的抗旱性存在差异，其中中农16号的抗旱性强于津园6号和蔬春宝优26号，说明通过PEG模拟干旱胁迫法可以测定和比较不同种子的耐旱能力（郭彦军 等，2003）。但已有结果表明PEG胁迫会延缓种子的萌发（朱教君 等，2005），这可能是由于种子类型不同所致，有待进一步的研究。

电解质外渗率表示植物细胞膜的相对透性，细胞电解质外渗率的大小可以反映水分胁迫对植物细胞膜结构的破坏程度。本试验结果表明随着渗透势的增加，胚根和下胚轴的电解质外渗率逐渐下降，这表明PEG渗透处理降低了种子细胞膜透性，增强了种子对逆境的适应能力（崔秀敏等，2000）。但有研究表明，随着PEG浓度的升高细胞电解质外渗率呈上升趋势（贾根良 等，2008），这可能是研究材料和渗透势强度和处理时间不同所致。在相同渗透势条件下，比较 3个黄瓜品种胚根和下胚轴的电解质外渗率，中农16号，津园6号、蔬春宝优26号的电解质外渗率依次增大，说明在干旱胁迫时，渗透势对不同黄瓜品种种子的胚根和下胚轴细胞膜的破坏不同，使细胞电解质外渗存在差异。这对于评价黄瓜的抗旱性及抗旱黄瓜品种的选育具有一定的理论和实践意义。

安永平，强爱玲，张媛媛，张文银，曹桂兰，韩龙植.2006.渗透胁迫下水稻种子萌发特性及抗旱性鉴定指标研究.植物遗传资源学报，7（4）：421-426.

陈善福，舒庆尧.1999.植物耐干旱胁迫的生物学机理及其基因工程研究进展.植物学通报，16（5）：555-556.

崔秀敏，王秀峰，杜宏斌.2000.PEG引发种子的研究进展.塔里木农垦大学学报，12（4）：24-27.

郭彦军，倪郁，吕俊，张家骅.2003.豆科牧草种子萌发特性与其抗旱性差异的研究.中国草地，25（3）：47-52.

贾根良，代惠萍，冯佰利，张社奇，张嵩午.2008.PEG模拟干旱胁迫对糜子幼苗生理特性的影响.西北植物学报，28（10）：2073-2079.

景蕊莲，昌小平.2003.用渗透胁迫鉴定小麦种子萌发期抗旱性的方法分析.植物遗传资源学报，4（4）：292-296.

康绍忠.1998.新农业科技革命与21世纪我国节水农业的发展.干旱地区农业研究，16（1）：11-17.

李合生，孙群，赵世杰.2000.植物生理生化实验原理与技术.北京：高等教育出版社：184-195.

李原园，李英能，苏人琼.1997.中国农业水危机及其对策[y5].北京：科学出版社：52-54.

刘杰，刘公社，齐冬梅，李芳芳，汪恩华.2002.聚乙二醇处理对羊草种子萌发及活性氧代谢的影响.草业学报，11（1）：1-3.

马红媛，梁门伟，陈渊.2005.提高羊草种子发芽率方法研究进展.中国草地，27（4）：64-68.

王贺正，马均，李旭毅，张荣萍，李艳.2004.水稻种质芽期抗旱性和抗旱性鉴定指标的筛选研究.西南农业学报，17（5）：594-599.

杨剑平，陈学珍，王文平，李杨.2003.大豆实验室PEG6000模拟干旱体系的建立.中国农学通报，19（3）：65-68.

张立军，樊金娟，阮燕哗.2004.聚乙二醇在植物渗透胁迫生理研究中的应用.植物生理学通讯，40（3）：361-364.

朱教君，李智辉，康宏樟，范业展.2005.聚乙二醇模拟水分胁迫对沙地樟子松种子萌发影响研究.应用生态学报，16（5）：801-804.

Carvajal M，Cooke D T，Clarkson D T.1996.Responses of wheat plants to nutrient deprivation may involve the regulation of water channel function.Planta，199：372-381.

Michel B E，Kaufmann M R.1973.The osmotic potential of polyethylene glycol 6000.Plant Physiology，51：914-916.

Pandey D K.1988.Priming inducing repair in French bean seeds.Seed Science & Technology，16：527-532.