香蓼種子休眠與萌發(fā)特性1)

何淼 常進(jìn) 劉嬌

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

香蓼(Polygonum viscosum)是蓼科(Polygonaceae)蓼屬的一年生草本植物，主要分布在黑龍江省、吉林省、遼寧省、臺灣地區(qū)，俄羅斯、朝鮮、日本、印度等地也有分布［1］。香蓼為一年生草本，植株具香味，總狀花序呈穗狀，花期 7—9月份，瘦果寬卵形［2］。香蓼作為蓼屬植物中較為珍貴的芳香植物，目前處于野生狀態(tài)且資源相對稀少。蓼屬植物中部分種子存在休眠現(xiàn)象且不易萌發(fā)。其種子萌發(fā)是復(fù)雜的生理過程，亦是保證植物生長的重要階段，環(huán)境條件中的溫度、水分、光照、土壤及種子自身?xiàng)l件中的酶、激素等都能夠影響種子的萌發(fā)［3］。對蓼科蓼屬種子休眠原因的研究中表明:種皮障礙、胚形態(tài)發(fā)育不完全、化學(xué)抑制物質(zhì)［4－6］等均可導(dǎo)致種子休眠。目前有關(guān)香蓼的揮發(fā)油［7］已有初步研究，但有關(guān)香蓼種子休眠與萌發(fā)特性還尚未見報(bào)道。本研究通過對香廖種子休眠與萌發(fā)特性進(jìn)行定性試驗(yàn)，探索促進(jìn)其萌發(fā)的條件，為深入探討這種植物的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制提供依據(jù)，同時(shí)為生產(chǎn)中獲得大量種苗，建立種植資源圃，以及為進(jìn)行進(jìn)一步的雜交育種及品種選育工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，對香蓼的工廠化生產(chǎn)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2012年9月份于黑龍江省尚志市帽兒山(45°20'～45°20'N，127°30'～127°34'E)采集野生香蓼種子?？瞻T粒采用水選法漂出，然后將飽滿種子于室溫下陰干后裝入牛皮紙袋中，室溫儲藏備用。

1.2 香蓼種子休眠特性的測定

種皮機(jī)械障礙測定:將香蓼未破皮種子和破皮種子分別在蒸餾水中浸泡48 h，75%乙醇消毒30 s，0.1%HgCl2消毒 6 min，放入 MS+30 g·L－1蔗糖+8 g·L－1瓊脂的培養(yǎng)基中。試驗(yàn)條件為(25±2)℃，光照強(qiáng)度 1 500～2 000 lx，光照時(shí)間16 h·L－1。每處理50粒種子，重復(fù)3次。計(jì)算發(fā)芽率。發(fā)芽率=(已發(fā)芽種子數(shù)/總粒數(shù))×100%。

種皮透水性測定:未破皮種子和破皮種子稱質(zhì)量并浸泡于蒸餾水中，分別在 1、2、3、4、8、12、24、36、48 h時(shí)取出，用濾紙吸干種子表面水分稱質(zhì)量，直至種子質(zhì)量不再變化為止。每處理50粒種子，重復(fù)3次，計(jì)算吸水率。吸水率=［(吸水后質(zhì)量－吸水前質(zhì)量)/吸水前質(zhì)量］×100%。

1.3 香蓼種子萌發(fā)特性的測定

不同溫度處理:將香蓼種子種皮劃破后，200 mg·L－1GA3浸種 48 h，分別置于常溫 5、15、20、25、30℃，5℃ /25℃(夜12 h/晝12 h)、20℃ /30℃(夜12 h/晝12 h)下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，光照強(qiáng)度為1900～2000 lx。

不同光照強(qiáng)度處理:將香蓼種子種皮劃破后，200 mg·L－1GA3浸種 48 h，在 1 900～2 000 lx、400～500 lx、黑暗條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，溫度為25℃。

不同酸蝕時(shí)間處理:分別用濃硫酸浸泡種子0、3、5、8、10 min 后用蒸餾水沖洗干凈，用 200 mg·L－1GA3浸種48 h后進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。溫度為25℃，光照強(qiáng)度 1 900～2 000 lx。

不同質(zhì)量濃度及種類的外源植物生長調(diào)節(jié)劑處理:用 GA3(100、200、300、500 mg·L－1)、6－BA(50、100、150、200 mg·L－1)、NAA(10、50、100 mg·L－1)處理未破皮種子，以蒸餾水浸泡48 h未破皮種子為對照;將香蓼種子種皮劃破再經(jīng)過上述處理，對照為破皮種子。溫度為25℃，光照強(qiáng)度1 900～2 000 lx。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS19.0軟件進(jìn)行方差分析及多重比較分析(Duncan’s法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 香蓼種子休眠影響因素

2.1.1 種皮機(jī)械障礙特性

相同光照條件下，在無菌培養(yǎng)基中未破皮種子不萌發(fā)，而破皮種子的萌發(fā)率為36.67%，最早萌發(fā)時(shí)間為第3 d。由此說明，香蓼種子的萌發(fā)受到種皮的機(jī)械阻礙作用，破皮種子更易萌發(fā)。

2.1.2 種皮吸水性測定分析

試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。在吸水過程中，香蓼未破皮種子與破皮種子的吸水趨勢大致相同，但就整個(gè)吸水過程而言，破皮種子的吸水率均略高于未破皮種子，在4 h之前比較明顯，這說明破皮有助于香蓼種子快速吸水。在4 h之后吸水曲線呈緩慢上升趨勢，飽和狀態(tài)出現(xiàn)在36 h左右，在飽和狀態(tài)下未破皮種子與破皮種子的吸水率差異不顯著，吸水率分別為 25.01%、26.03%。

圖1 香蓼種子吸水曲線

2.2 香蓼種子萌發(fā)特性

2.2.1 溫度對種子萌發(fā)的影響

不同溫度處理對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時(shí)間進(jìn)行方差分析(表1)，25℃條件下，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均為最高，分別達(dá)到58.00%和31.33%。這與其他6個(gè)溫度處理下的結(jié)果相比，差異極顯著(P＜0.01);在25℃條件下，平均發(fā)芽時(shí)間最短，僅為4.36 d，說明種子發(fā)芽速度在25℃條件下最快，同時(shí)在5℃條件下香蓼種子幾乎不萌發(fā)。

2.2.2 光照強(qiáng)度對種子萌發(fā)的影響

不同光照強(qiáng)度處理均在第2 d開始發(fā)芽(表2)。不同光照強(qiáng)度條件對香蓼種子發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間影響差異不顯著(P＞0.05)。在光照強(qiáng)度為1 900～2 000 lx和黑暗條件下，平均發(fā)芽時(shí)間差異顯著(P＜0.05)。在光照強(qiáng)度為1 900～2 000 lx條件下，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均最高，分別為58.00%和 31.33%，平均發(fā)芽時(shí)間最短，僅為 4.36 d。所以，香蓼種子在光照強(qiáng)度為1 900～2 000 lx時(shí)萌發(fā)效果最好。

2.2.3 不同時(shí)間濃硫酸處理對種子萌發(fā)的影響

經(jīng)過不同時(shí)間濃硫酸處理后，香蓼種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢與對照組相比，均差異顯著(P＜0.05)(表3)。發(fā)芽率和發(fā)芽勢在不同處理時(shí)間下差異顯著(P＜0.01)，但平均發(fā)芽時(shí)間并未達(dá)到顯著水平(P＞0.05)。隨濃硫酸處理時(shí)間的延長，其發(fā)芽勢呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在1 900～2 000 lx光照強(qiáng)度下經(jīng)濃硫酸處理5 min時(shí)，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢均達(dá)到最高，其發(fā)芽率為 24.67%，較其他處理差異顯著(P＜0.05)。

表1 溫度對種子萌發(fā)的影響

表2 光照強(qiáng)度對種子萌發(fā)的影響

表3 不同時(shí)間濃硫酸處理對種子萌發(fā)的影響

2.2.4 外源植物生長調(diào)節(jié)劑對種子萌發(fā)的影響

不同外源植物調(diào)節(jié)劑處理種子，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢均顯著高于對照組，平均發(fā)芽時(shí)間均低于對照組(除 150、200 mg·L－16－BA 外)(P＜0.05)(表4)。

表4 外源植物生長調(diào)節(jié)劑對破皮種子萌發(fā)的影響

隨著GA3質(zhì)量濃度上升，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢先升高后降低，而平均發(fā)芽時(shí)間與之相反;隨6－BA質(zhì)量濃度上升，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢下降，而平均發(fā)芽時(shí)間則增大。隨NAA質(zhì)量濃度上升，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時(shí)間均上升。在11種外源激素處理中，香蓼種子在200 mg·L－1GA3處理下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，分別為58.00%和31.33%，與其他處理間差異極顯著(P＜0.01)。

3 結(jié)論與討論

蓼屬植物部分種子具有休眠特性，這種休眠特性和種子本身的性質(zhì)有關(guān)，并且因植物種類及萌發(fā)條件差異而不同［8－9］。前期研究工作發(fā)現(xiàn)，香蓼種胚(胚根、子葉)不存在休眠現(xiàn)象，但其萌發(fā)需要營養(yǎng)作為動力。本研究發(fā)現(xiàn)香蓼種子雖具有較厚蠟質(zhì)角質(zhì)層，但種皮透水性較好，所以種子透水性不佳不是引起休眠的原因。在種皮障礙測定中發(fā)現(xiàn)，破皮種子發(fā)芽率為36.67%。而未破皮種子不萌發(fā)，因此，其不易萌發(fā)的原因之一是種皮對種子萌發(fā)的機(jī)械阻礙作用，使得種胚不能突破種皮正常生長。這與紅蓼、核桃(Amygdalus persica)、杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)等植物存在的機(jī)械阻礙類似［10］。

溫度是影響蓼屬植物種子萌發(fā)的一項(xiàng)重要因素，其過高過低都不利于種子萌發(fā)［11－12］。本試驗(yàn)中香蓼種子在溫度25℃下最適宜萌發(fā)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢分別為58.00%和31.33%，與其他6個(gè)試驗(yàn)結(jié)果相比差異極顯著(P＜0.01)，同時(shí)變溫條件未能有效提高種子發(fā)芽率，這說明溫度與香蓼種子的萌發(fā)有著密切聯(lián)系;在25℃下進(jìn)行不同光照試驗(yàn)，結(jié)果表明，種子發(fā)芽率、平均發(fā)芽時(shí)間差異不顯著，由此說明，光照不是影響香蓼種子萌發(fā)的主要因素;酸蝕處理是降低厚種皮種子硬實(shí)率常用的方法［4，13］，本試驗(yàn)中處理時(shí)間為5 min時(shí)，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢均最高，且較其他處理差異顯著，發(fā)芽率為24.67%。隨著濃硫酸處理時(shí)間不斷延長，種子發(fā)芽率先升高后降低，原因可能為在濃硫酸處理3～5 min時(shí)，種皮透性逐漸增強(qiáng)，而5 min后濃硫酸放熱對種子萌發(fā)有影響，這說明濃硫酸處理對種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用;試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，只有在破皮與外源激素同時(shí)處理香蓼種子時(shí)，種子才會萌發(fā)，這與本試驗(yàn)中影響種子休眠因素的研究結(jié)果相一致。在11組外源激素的處理中，經(jīng)200 mg·L－1GA3處理的破皮香蓼種子，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢均最高，分別為58.00%和31.33%，較其他處理差異達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。這說明種子萌發(fā)需要?jiǎng)恿?，GA3等外源激素的使用，可以為香蓼種子的萌發(fā)提供所需的營養(yǎng)。GA3等外源激素的使用在某種程度上可能會解除某種抑制物質(zhì)的抑制作用，從而促使種子萌發(fā)。

綜上所述，香蓼種皮堅(jiān)硬對種子萌發(fā)有一定的機(jī)械阻礙，是否還存在其他影響香蓼種子萌發(fā)的因素，如種皮中存在抑制物質(zhì)等，還有待進(jìn)一步研究。

［1］ 聶紹荃，袁曉穎.黑龍江省植物資源志［M］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社，2003:215.

［2］ 王雁，岳樺，湯一方.中國黑龍江野生花卉［M］.北京:中國林業(yè)出版社，2008:40.

［3］ 烏鳳章，劉桂豐，姜靜，等.種子萌發(fā)調(diào)控的分子機(jī)理研究進(jìn)展［J］.北方園藝，2008(2):54－58.

［4］ 許桂芳，劉明久，席世麗，等.破除紅蓼種子休眠研究［J］.種子，2005，24(1):24－25.

［5］ 曹貴榮，王建榮.GA3打破紅蓼種子深休眠的試驗(yàn)［J］.植物生理學(xué)通訊，1996，32(6):426－427.

［6］ 沈法萊，楊大，楊躍雄，等.影響珠芽蓼種子發(fā)芽諸因素及其生態(tài)［J］.資源開發(fā)與市場，1999，315(3):131－132.

［7］ 張德志，楊文勝，張偉森，等.香蓼揮發(fā)油化學(xué)成分的研究［J］.吉林林學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，8(1):6－9.

［8］ ［美］卡恩·AA.種子休眠和萌發(fā)的生理生化［M］.王沙生，譯.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1989:33－68.

［9］ 唐安軍，龍春林，刀志靈.種子休眠機(jī)理研究概述［J］.云南植物研究，2004，26(3):241－251.

［10］ 楊朝霞.厚樸種子解除休眠及萌發(fā)生理的研究［D］.南京:南京林業(yè)大學(xué)，2008.

［11］ 孫昌高，方堅(jiān)，徐秀瑛.蓼科藥用植物種子發(fā)芽的研究［J］.資源開發(fā)與市場，1999，15(3):131－132.

［12］ Bouwmeester H J，Karssen C M.The dual role of temperature in the regulation of the seasonal changes in dormancy and germination of seeds of Polygonum persicaria L［J］.Oecologia，1992，90:88－94.

［13］ 史曉華，徐本美，黎念林，等.青錢柳種子休眠與萌發(fā)的研究［J］.種子，2002，15(1):5－7.