周 萌, 罗 洋, 郭连金, 程薪宇

(上饶师范学院生命科学学院,上饶农业技术创新研究院, 江西 上饶 334001)

水资源短缺已成为农业发展的突出问题，在作物生长过程中，干旱是所有非生物胁迫中对产量影响最大且很难改良的因素之一，干旱严重制约了作物的生长发育和产量的提高[1]。干旱影响植物水势和生长，从而干扰植物生理和形态特征的正常变化[2]。通过降低种子对水分的吸收，影响种子发芽率和发芽势[3]。干旱还诱导自由基影响抗氧化防御和活性氧，对不同层次的组织造成损害[4]，降低植物生长的数量和质量。研究发现，干旱胁迫导致一些作物生长减缓，如大麦、玉米、水稻和小麦[5-7]。聚乙二醇(PEG-6000)是一种大分子物质，可以对植物造成渗透胁迫，经常用于模拟自然干旱胁迫[8]。

香果树(EmmenopteryshenryiOliv.)是茜草科(Rubiaceae)香果树属(Emmenopterys)中已知的唯一现存种[9]，目前仅中国亚热带地区海拔400～2 200 m的山坡谷地有分布。香果树是良好的材用树种，且具有药用及观赏等价值[10]，由于人为毁林开荒破坏了香果树的生境，导致香果树野外资源大量减少，濒临灭绝[11]，并且香果树在自然条件下更新能力很差，种子发芽率低、寿命短，导致种群数量日益减少[12]，现己被列入我国二级重点保护植物。植物物种的灭绝将导致重要基因资源的丢失，甚至生态系统的崩溃[13]，加强对香果树的保护与繁育已迫在眉睫。目前，香果树的研究主要集中在资源调查、繁殖技术、化学成分分析以及开发利用等方面[14-16]，干旱对香果树幼苗生长发育动态的影响未见报道。因此，本研究以香果树为材料，利用PEG-6000模拟干旱，探索干旱对香果树生长发育的影响。主要从不同PEG-6000浓度对香果树种子萌发的影响和探究持续干旱对香果树幼苗生长发育的作用展开研究。以期为香果树种群的恢复和管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的香果树种子于2019年10月采自福建省武夷山国家自然保护区，采集的果实在阴凉干燥处自然风干，整果密封保存。PEG-6000溶液为模拟干旱胁迫处理剂，购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 种子萌发试验

挑选大小、重量、饱满度一致的种子进行萌发试验。将种子规则摆放在垫有2层滤纸片的150 mm培养皿中，每个培养皿35颗种子，分别加入5 mL 5%，10%，15%，20%，30%浓度的PEG-6000溶液，以蒸馏水为对照，并分别标号为ck，T 1，T 2，T 3，T 4，T 5，每个处理3个重复。置于(25±2)℃光照培养箱进行萌发，光照12 h/黑暗12 h，湿度为65%～70%。萌发期间每隔2 d补充0.5 mL蒸馏水，以种子露白作为发芽标准，从种子置床后第1天起，每天统计种子萌发数量，计算发芽率和发芽指数，计算方法如下：

发芽率(%)=(每天发芽的种子数/供试种子数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt(Gt为置床后t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数)。

1.3 幼苗生长试验

种子萌发试验结束，从每个处理中选取长势良好的幼苗移栽到装有营养土(Pindstrup∶蛭石=1∶1)的塑料花盆中，每盆1株幼苗，每个处理18盆。土壤中分别添加0，5%，10%，15%浓度的PEG-6000溶液，保证土壤浸透溶液，由于T 4、T 5处理组中香果树种子未萌发，因此幼苗生长试验只包括ck、T 1、T 2、T 3等4个处理。幼苗置于(25±2)℃光照培养箱进行培养，光照12 h/黑暗12 h，湿度为65%～70%，每隔2 d补充蒸馏水到水位刻度线，保证不同处理组PEG-6000浓度维持恒定。每10 d统计幼苗存活率、测量株高和叶面积。培养40 d后，从土壤中取出幼苗根，冲洗干净，测量统计主根长度、侧根量、根鲜重、叶片数量和地上部分鲜重等指标。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，使用单因素方差分析(one-way ANOVA)对数据进行显著性检验，使用OriginPro 9.0软件作图。

注：a为香果树种子发芽率；b为香果树种子发芽指数。图1 不同PEG-6000浓度处理对香果树种子萌发的影响

注：a为香果树幼苗地上鲜重;b为香果树幼苗株高;c为香果树幼苗死亡率。图2 不同PEG-6000浓度处理对香果树幼苗生长的影响

2 结果与分析

2.1 PEG-6000模拟干旱胁迫对香果树种子发芽率和发芽指数的影响

试验结果显示，香果树种子发芽率可以达到90%左右，在种子置床15 d后，T 1和T 2两个PEG-6000浓度下香果树种子萌发率与ck无明显差异(图1 a)。但ck香果树种子置床第7天发芽率显著高于其他处理组，表明PEG-6000处理在种子萌发前期影响种子吸水，干扰种子的萌发。由种子发芽指数可知，随着PEG-6000浓度的增高，香果树种子发芽指数逐渐降低(图1 b)，T 2处理组发芽率与ck无差异，但是发芽指数显著低于ck，这说明低浓度PEG-6000影响香果树种子的萌发，高浓度的PEG-6000抑制香果树种子萌发。

2.2 PEG-6000模拟干旱胁迫对香果树幼苗生长的影响

将萌发的种子移栽到含有不同浓度PEG-6000溶液的土壤中处理40 d之后，ck地上部分鲜重超过300 mg，而T 1浓度处理下只有20 mg左右，并且随着PEG-6000浓度的增加，地上部分鲜重逐渐降低(图2 a)，说明干旱严重影响了香果树幼苗的生长。从株高可以看出，干旱导致香果树幼苗生长受到极大抑制，移栽第一个10 d，所有浓度处理下香果树都有所生长，随着干旱持续时间的延长，PEG-6000处理下香果树幼苗的生长近乎停滞，比如T 3处理条件下(图2 b)。对香果树幼苗存活率的统计发现，干旱导致香果树幼苗死亡，在T 3处理下短期内死亡率达55.56%，并随着干旱天数的持续，死亡率逐渐增加。在T 1和T 2处理条件下，随着干旱程度及干旱天数的增加，幼苗死亡率逐渐增加(图2 c)。说明香果树对干旱的耐受能力较差，干旱严重影响香果树的生长发育，重度干旱甚至导致香果树死亡。

2.3 PEG-6000模拟干旱胁迫对香果树幼苗根结构的影响

根是植物吸收水分和营养物质的主要器官，根系的生长发育影响地上部分的生物量，同时地上生物量的累积也影响根系资源的分配。结果表明，香果树幼苗根鲜重表现出与地上部鲜重一样的结果，轻微干旱处理的T 1组根鲜重5.76 mg，ck是T 1的10倍，不同处理组根鲜重表现出显著性差异(图3 a)，说明PEG-6000模拟干旱处理通过影响香果树根的生长，进而影响香果树幼苗的生长发育。ck香果树主根长显著高于其他PEG-6000处理组，香果树主根长在PEG-6000各处理组之间差异并不大，在4～5 cm之间(图3 b)，表明不同干旱程度影响植物主根的生长，但对主根的影响不明显。对侧根量的统计发现，ck香果树侧根量达到80根以上，极显著高于PEG-6000其他模拟干旱处理组。与主根结果不同的地方在于，随着PEG-6000浓度的增加，香果树侧根量显著下降(图3 c)，导致香果树根鲜重降低，进而影响地上生物量的累积。

注：a为香果树根鲜重;b为香果树幼苗主根长;c为香果树幼苗侧根量。图3 不同PEG-6000浓度处理对香果树幼苗根发育的影响

注：a为不同处理下香果树叶片形态,标尺为1 cm;b为香果树幼苗叶片数量;c为香果树幼苗叶面积;d为香果树幼苗叶面积(前10 d)。图4 不同PEG-6000浓度处理对香果树幼苗叶生长的影响

2.4 PEG-6000模拟干旱胁迫对香果树幼苗叶的影响

植物的生长和生物量的累积与植物营养生长阶段有紧密联系，干旱影响植物水势和生长，会干扰植物生理和形态特征的正常变化。试验中发现，随着PEG-6000浓度的增加，香果树叶片数量逐渐降低，ck中香果树幼苗具有10片叶，在T 1处理条件下，香果树幼苗叶片数量有6片，在T 3处理条件下，叶片数量有2片(图4 a,b)。说明在干旱逆境胁迫下，显著抑制香果树植物叶片的生长。

对持续模拟干旱处理期间，香果树叶片生长动态的研究发现，ck在移栽至土壤中的前10 d生长较缓慢，叶面积增长缓慢，随后进入快速增长的阶段，这可能与植物刚移栽到一个新环境，需要适应过程有关(图4 c,图4 d)。模拟干旱处理条件下，香果树的生长受到严重影响，叶面积在前30 d的增长都非常缓慢，在30 d之后有较大的增长速率，这可能与叶片数量的增加，更多的叶片都在生长有关，导致叶面积有较快增长。

3 讨 论

香果树在木材、园林绿化和制药等方面都有重要价值[17]。然而由于过度砍伐、毁林开荒和气候的日益恶化，造成香果树分布范围虽广但多为零星分布，并且自然分布范围正逐步缩减，植株保有量持续减少[18]。通过提高种群的再生能力，结合人工繁育使植物能够发挥其繁殖和自我再生的潜能，从而达到植物保护的作用[19]。研究香果树种子繁殖潜力和幼苗生长动态对开发恢复濒危植物的有效方法有重要意义。

种子的发芽是作物育苗的重要阶段，在干旱胁迫条件下，植物种子在发芽阶段无法获得足够的水分，导致种子发芽受到抑制。实验中发现，香果树种子在室内培养条件下的发芽率可达89%，轻微干旱条件，可以提高种子的发芽率。在野外的发芽率仅有13%～20%[20]，而且表现为土壤层的种子萌发率明显高于苔藓层和枯枝落叶层[11]，这可能是因为野外环境并不能保证持续的湿润环境，导致香果树种子发芽率低。实验中发现香果树种子在置床6 d后才开始发芽，需要长时间的湿润环境，土壤层能保持水分，苔藓层和枯枝落叶层处于土壤表层，水分更容易蒸发流失，造成干旱胁迫。同时，当PEG-6000浓度达到20%时，香果树种子发芽完全受抑制，发芽率为0。香果树种子萌发未受轻度干旱影响，说明具有一定的耐旱能力，中度干旱降低种子发芽，重度干旱完全抑制发芽。女贞、盐肤木、香椿等喀斯特地区其他常见树种的种子在PEG浓度达20%时仍能发芽，相比之下，香果树种子的耐旱能力相对较差[21]。

干旱不仅影响香果树种子的萌发，还影响幼苗的生长。干旱严重抑制了香果树的生长发育，并随着干旱程度的增加，抑制程度越重。与ck相比，干旱处理下，香果树叶片数量和叶面积显著降低，这也导致香果树地上鲜重急剧减少。干旱是影响植物生长最大的因素之一，在干旱胁迫下，植物体内各种生长代谢活动都受到影响，尤其是植物叶片对干旱胁迫特别敏感，导致叶片生长缓慢，叶柄长度缩短，叶面积减小，株型紧凑[22]。干旱导致地上生物量的减少，总能量的降低，分配给根的能量也随之降低，随着干旱程度的增加，根的生物量也随之下降。相较于主根生物量的投入，遭受干旱胁迫的香果树幼苗增加了侧根生物量的投资，相对于主根或根系的伸长，侧根增加的成本更低，而且能更有效增加根表面积，增加根系吸水的作用[23]。

香果树数量降低的另一个因素是耐旱能力差，研究发现，干旱导致香果树幼苗死亡，尤其是PEG-6000达到15%时，干旱处理10 d幼苗死亡率达55%。这也提示在自然条件下，严重干旱影响香果树种子萌发，即使在雨水之后香果树幼苗发芽，之后的持续干旱也将导致香果树幼苗的死亡。香果树幼苗在不同地表上的成活率顺序为土壤>苔藓>凋落物，可能是土壤比苔藓和枯枝落叶有更好的水分和营养供给，而且凋落物层阻碍了香果树的胚根到达土壤表面，导致干旱的程度更严重[11]。植物在长期的自然演化过程中形成了多样化的胁迫应答机制，如植物应对干旱胁迫表现为叶片脱落、降低生长能力、改变形态结构以及生理生化调节等方面[24]。近年来研究发现，全球范围内干旱导致树木死亡的现象频频发生，可能与近年来恶劣的气候有关。T 3条件下，香果树幼苗在短时间内大量死亡，可能是植物的水分输导系统受破坏，导致植物快速脱水死亡。而T 2条件下，随着干旱时间的延长，香果树幼苗死亡数在逐渐增加，主要因为植物为了防止水分过多散失而关闭气孔，限制了光合作用对碳的同化，导致植物长期碳失衡引起碳汇耗尽而死亡[25]。即使没有导致香果树幼苗死亡，碳汇的持续消耗也导致植株生长受到极大抑制。

因而，在香果树自然更新过程中，尤其土壤干旱地区或种子发芽时期出现季节性干旱的区域，应通过调控土壤水分的方式，改善土壤水分状况，以保证香果树的更新、繁殖。此外，可通过培育耐旱的香果树品种，以适应日趋极端的环境；在香果树幼苗期合理使用菌肥，增强香果树对干旱胁迫的适应能力[26]。