PEG和钙离子处理对全缘火棘种子萌发的影响

1、PEG和钙离子处理对全缘火棘种子萌发的影响摘要：作为用于防治喀斯特地区石漠化的植物物种，在其种子萌发阶段就必须具有较强的适应干旱和富钙土壤的能力。本文研究了喀斯特地区乡土植物全缘火棘种子萌发过程中对干旱和钙离子的耐受能力，用不同水势的PEG6000溶液和不同浓度的CaCl2溶液分别模拟干旱和富钙土壤环境。结果说明，全缘火棘种子萌发对干旱和钙均具有很强的耐受能力，其耐旱能力强于很多其他喀斯特地区乡土植物的种子，甚至强于一些荒漠植物的种子;其对钙离子的耐受能力也明显强于与其在形态和生态特性上非常相似的同属植物火棘的种子。这或许反映了其对喀斯特地区频发干旱并富钙土壤环境的适应，同时也意味着其具有防治

2、喀斯特地区石漠化的巨大潜力。关键词：喀斯特地貌;石漠化;干旱;水势;萌发率中图分类号：S753文献标识码：A文章编号：1004-3020202104-0001-04EffectsofPEGandCalciumontheGerminationofPyracanthaatalantioidesSeedsQinZhanghui1ChenKuai1XiongLijun2DengZhijun11.SeedBiologyLaboratory，CollegeofForestryandHorticulture，HubeiMinzuUniversityEnshi445000;2.MeteorologicalBu

3、reauofEnshiTujia&MiaoAutonomousPrefectureEnshi445000Abstract：Asaplantspeciesusedtopreventandcontrolrockydesertificationinkarstarea，itisnecessarytoadapttodroughtandcalcium-richsoilatthestageofseedgermination.Thetolerancetodroughtandcalciumionsduringseedgerminationofnativeplantsinkarstareawasstudi

4、edinthisstudy.Thedroughtandcalcium-richsoilenvironmentsweresimulatedbyPEG6000solutionwithdifferentwaterpotentialanddifferentconcentrationofCaCl2solution.TheresultsshowedthatthegerminationofPyracanthaatalantioidesseedshadstrongtolerancetodroughtandcalcium，anditsdroughttolerancewasstrongerthanthatofma

5、nyothernativeplantsinkarstarea，andevenstrongerthanthatofsomedesertplants.Itstolerancetocalciumionswasalsostrongerthanthatoftheseedsofthesamegenusplant，P.fortuneana，whichwassimilartoP.atalantioidesinmorphologyandecologicalcharacteristics.ThesemayreflectanadaptationofP.atalantioidestodroughtandcalcium

6、-richsoilenvironmentinkarstarea，andmayalsomeansthatP.atalantioideshasagreatpotentialtobeusedtopreventandcontrolrockydesertificationinkarstarea.Keywords：karstlandform;rockydesertification;droughtstress;waterpotential;germination中國西南地区发育有大面积的典型喀斯特地貌【1】。喀斯特地貌是石灰岩受流水的溶蚀作用并伴随外界机械作用形成的【2】，其发育的土壤具有土层浅薄且不连续

7、，持、滞水能力弱等特点【3】。其中，间歇性干旱频发和富钙是喀斯特地区土壤的两个最重要特征【4】。在这些特殊生境中发育的喀斯特植物群落也与非喀斯特环境上的地带性植物群落存在明显差异【5】，其生态系统脆弱，石漠化严重【6】。有研究说明，随着石漠化强度的增加，土壤中的游离钙离子含量呈递增趋势【7】。因此，筛选出耐旱并能耐受较高浓度钙离子的植物对于喀斯特地区的石漠化防治当具有重要意义。湖北林业科技第48卷第4期覃章辉，等：PEG和钙离子处理对全缘火棘种子萌发的影响种子萌发是绝大多数种子植物生活史中最先表达的性状，影响植物各种萌发后性状的表型、遗传表达和自然选择8，进而影响植物的生态适应性，甚至决定一个

8、种群在特定地区能否长久存在9。故，筛选耐旱并能耐受较高浓度钙离子植物的第一步是检测候选植物种子萌发过程对干旱和较高浓度钙离子的耐受能力。目前，关于喀斯特地区植物种子在萌发过程中对富钙且频发间歇性干旱土壤的响应方面的研究尚鲜见报道。火棘属Pyracantha植物为蔷薇科Rosaceae常绿多刺灌木或小乔木，中国有7种，广泛分布于中国南方各省，尤其是西南各省，向北分布至河南和陕西两省10。火棘属植物枝叶茂盛，果实累累且挂果期长，适宜作绿篱和欣赏植物;果实磨粉可以代粮食用，嫩叶可作茶叶;茎皮和根皮含鞣质，可提栲胶，是一类具有多种开发利用价值的植物种质资源10-11。其中有关火棘Pyracanthaf

9、ortuneana这个种的研究较多，它是喀斯特石漠化地区常见灌木12-13，具有耐旱、耐贫瘠、耐刈割等生态特性14，可作为喀斯特地区石漠化防治的候选植物物种之一。全缘火棘Pyracanthaatalantioides与火棘形态极为相似，分布范围也类似，主要分布于中国西南喀斯特地区10，在食品、工业原料和防治石漠化等方面也极具开发利用价值。目前有关全缘火棘的研究仅见少量关于其果实化学成分及其生理活性的报道15-17，尚未见有关其种子生物学和生态学等方面的研究。1试验材料与方法1.1试验材料成熟的全緣火棘果实于2021年11月采自湖北省恩施市郊区。果实采回后马上处理出种子，并用水浮选出成熟、颗粒饱

10、满的种子在室内阴干1周，随后置于5°C低温黑暗条件下保存备用。阴干后的种子的含水量为0.21±0.002gH2O/gDW，千粒重为2.08±0.12g。1.2试验方法1.2.1种子含水量和千粒重的测定参照Deng等2021的方法测定种子含水量。设4次重复，每个重复20粒种子，置于80±1的烘箱中烘干48h后称重，以干重为根底计算种子含水量。参照?林木种子检验规程?GB2772-1999中的百粒重法测定种子千粒重。1.2.2PEG6000处理按照Michael等1973的方法，配制在25°C全缘火棘种子萌发的最适温度之一条件下水势分别为-1、-2

11、、-3、-4、-5MPa的PEG6000溶液，用以模拟不同程度的干旱条件来培养种子，以蒸馏水水势为0培养为对照。1.2.3钙离子处理配制浓度分别为10、20、30、40、50mmol/L的CaCl2溶液来模拟喀斯特地区不同富钙程度的土壤环境，以蒸馏水培养为对照。1.2.4萌发测试萌发测试均设4次重复，每次重复50粒种子。将种子均匀播于垫有2层滤纸的透光玻璃培养皿直径为9cm中，每个sZfJezdSJ4trF+Sqj12GIQ=培养皿添加6mL蒸馏水或不同浓度的PEG6000溶液或CaCl2溶液。为防止培养期间水分蒸发，每个培养皿均用封口膜进行密封。然后置于指定温度和光照每天12h光照/12h黑

12、暗交替光照，PPFD=121molm-2s-1条件下培养，培养30d后结束萌发测试，计算最终累积萌发率。以胚根突破内果皮作为萌发标准。初始萌发测试的培养温度分别为5、10、15、20、25、30和35。PEG6000和CaCl2溶液处理的培养温度为25。最终累积萌发率通过下式计算：萌发率%=N/D×100式中，N为萌发种子数，D为测试种子总数。1.3数据处理方法利用SPSS22.0软件进行统计分析。对不同温度、不同水势的PEG6000溶液和不同浓度的CaCl2溶液处理下的最终累积萌发率数据分别进行单因素方差分析P=0.05，并进行Student-Newman-Keuls验后多重比较P

13、=0.05。为保证方差齐性，所有萌发率数据在方差分析前均先进行反正弦转换。所有统计图均用GraphPadPrism5.0软件绘制。文中出现的所有统计数据均以平均值±标准误差进行表示。2结果与分析2.1温度对火棘种子萌发的影响由图1可知，恒温对全缘火棘种子的最终平均萌发率具有显著影响P2.3CaCl2溶液处理对全缘火棘种子萌发的影响CaCl2溶液处理亦在最适温度25和交替光照条件下进行。由图3可知，不同浓度的CaCl2溶液处理显著降低全缘火棘种子的最终平均萌发率P3结论与讨论不同植物种子都有其或宽或窄的可萌发温度范围，以及最适萌发温度范围，这是植物对环境长期适应的结果。本研究说明，全缘

14、火棘种子萌发温度范围较广，在535的较宽培养温度范围内均可萌发，且在低温5和高温35条件下都有较高的最终平均萌发率，分别为19.0±6.6%和28±4.2%图1;其最适萌发温度范围也较宽，为1025图1，说明全缘火棘种子萌发对温度具有很强的适应性。与火棘种子萌发对温度的响应相类似18-21。尽管PEG6000溶液模拟干旱处理显著降低全缘火棘种子的最终平均萌发率，但其萌发可耐受的最低水势达-2.0MPa图2，其种子萌发的耐旱能力与我国西北两种荒漠植物红砂Reaumuriasongarica和驼绒藜Ceratoideslatens的种子相当，该两种植物种子萌发可耐受的最低水势皆

15、为-2.1MPa;而比另一种西北荒漠盐碱植物碱蓬Suaedaglauca的种子萌发耐旱，碱蓬种子萌发能够耐受的最低水势为-1.5MPa;但不如另一种荒漠植物梭梭Haloxylonammodendron的种子萌发耐旱，梭梭种子萌发能够耐受的最低水势达-3.0MPa22。而与喀斯特地区其他常见的火棘23、构树Broussonetiapapyrifera23-24、繁花杜鹃Rhododendronfloribundum25和盐肤木Rhuschinensis26等乔灌木植物种子萌发相比，全缘火棘种子萌创造显具有更强的耐旱能力，火棘、构树、繁华杜鹃和盐肤木种子萌发可耐受的最低水势分别为-0.4、-0.6

16、、-1.0和-1.46MPa。钙是植物生长发育必需的微量营养元素之一，是偶联胞外信号与细胞内生理生化反应的第二信使，是植物代谢和发育的主要调控者27。利用桑树Morusalba28和复羽叶栾树Koelreuteriabipinnata【7】种子所做的试验说明，低浓度的钙离子能够提高种子的萌发率，随着钙离子浓度的增加开始降低萌发率，直至萌发率为零。最近的研究显示，5、10、20和30mmol/L的CaCl2溶液处理皆大大降低火棘种子的萌发率，皆小于20%，远低于对照的76.68%;但5mmol/L的CaCl2溶液浸种预处理却可大大提高火棘种子在低水势10%的PEG6000溶液条件下的最终平均萌发

17、率，由原来的7.78%提高至46.67%29。相比于火棘种子，全缘火棘种子对钙离子具有更强的耐受能力，在10、15、20、25和30mmol/L的CaCl2溶液处理下，其最终平均萌发率皆在25%以上，分别为52.0±1.2、51.3±1.8、33.5±3.4、33.5±2.1和27.0±1.9%图3。综上所述，全缘火棘种子萌发对干旱和钙离子均表现出很强的耐受能力，这或许反映了其对喀斯特地区频发干旱并富钙土壤环境的适应，同时也意味着其具有防治喀斯特地区石漠化的巨大潜力，相关研究有待进一步深入。参考文献【1】刘宇涛，谢世友.中国西南地区岩溶地貌发育

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