高溫處理對(duì)肉蓯蓉寄主梭梭種子萌發(fā)相關(guān)性研究

何 權(quán)，蔣瑞娟，朱 軍，石書兵，李曉瑾

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區(qū)中藥民族藥研究所，烏魯木齊 830002)

0 引 言

【研究意義】荒漠肉蓯蓉(CistanchedeserticolaY.C.Ma)為列當(dāng)科(Orobanchaceae)肉蓯蓉屬(Cistanche)多年生專性根寄生植物，具有補(bǔ)腎、保肝、通便、抗老年癡呆、腫瘤輔助治療、抗輻射等10多種藥用功能[1-2]。其寄主為藜科(Chenopodiaceae)植物梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey.) Bunge)，是我國(guó)西北地區(qū)特有的植物資源，新疆是荒漠肉蓯蓉主產(chǎn)區(qū)之一。梭梭是藜科梭梭屬(Haloxylon)植物，灌木或小喬木。高1～9 m，樹干地徑可達(dá)50 cm。樹皮灰白色，木材堅(jiān)而脆;老枝灰褐色或淡黃褐色，通常具環(huán)狀裂隙。是一種典型的沙生植物，具有很強(qiáng)的抗逆性，是西北防治沙漠化的優(yōu)良樹種，對(duì)防風(fēng)固沙、保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)具有重要的意義[3-4]。同時(shí)，梭梭作為西北地區(qū)的燃料之一，燃燒值高、又是上等的薪碳植物；其嫩枝作為駱駝和羊喜食的飼料，具有很大的飼食價(jià)值。研究高溫處理對(duì)種子萌發(fā)的影響，對(duì)于研究梭梭的人工栽培具有重要的意義。【前人研究進(jìn)展】種子是生命延續(xù)的媒介，較高的萌發(fā)為其自身的延續(xù)奠定了基礎(chǔ)，通常種子萌發(fā)的溫度為10℃以上[5-6]，但有部分種子能夠忍受高溫且能促進(jìn)其萌發(fā)，坡柳種子萌發(fā)前在80℃處理會(huì)提高種子的萌發(fā)率[7]，雞冠花能忍受最高溫度為60℃[8]，這使得不同的種子有其不同的生活策略來應(yīng)對(duì)高溫。但關(guān)于種子高溫萌發(fā)的機(jī)理尚無定論。在古爾班通古特沙漠，夏季普遍干旱少雨、蒸發(fā)量大，這一地區(qū)植物的生長(zhǎng)和生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力始終被制約著[4]。自然條件下，荒漠或戈壁地表溫度能達(dá)到40～60℃[9]，梭梭作為這一區(qū)域優(yōu)勢(shì)物種之一，廣泛分布在固定、半固定沙地上。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者在分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等方面對(duì)梭梭研究比較深入[10-11]。但對(duì)梭梭種子萌發(fā)前以高溫處理的研究較少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】梭梭種子在人工栽培中用量非常大，在此過程中，經(jīng)常受到高溫和干旱的影響。研究高溫處理對(duì)種子萌發(fā)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究在萌發(fā)前以不同溫度和時(shí)間熱處理梭梭種子，探索萌發(fā)前高溫處理對(duì)梭梭種子萌發(fā)率的影響，討論高溫對(duì)梭梭種子萌發(fā)的作用，為梭梭的人工栽培提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料于2016年10月采自新疆東北部奇臺(tái)縣，凈選，置于陰涼處進(jìn)行陰干，用紙袋盛裝，低溫儲(chǔ)藏, 第二年4月,選取顆粒飽滿、色澤一致、大小均勻的種子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將梭梭種子在 46、49、 52、55和58℃的溫度下，分別處理 6、9、12、15、18和21 min，一共產(chǎn)生30個(gè)處理。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50粒種子，達(dá)到處理時(shí)間后迅速取出，晾干使種子含水量降至原狀態(tài)后再進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。以未處理種子為對(duì)照(CK)。

1.2.2 萌發(fā)試驗(yàn)

采用紙上發(fā)芽法，每處理3次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子，將培養(yǎng)皿置于25℃(光照8 h，黑暗16 h)培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽，適時(shí)補(bǔ)充水分，保持培養(yǎng)皿底部濕潤(rùn)且種子周圍不出現(xiàn)水膜。每天記錄種子的萌發(fā)數(shù)量，種子發(fā)芽的判定以胚根伸出種皮0.1 cm以上為標(biāo)準(zhǔn)，記錄至連續(xù)7 d無種子萌發(fā)為止：

發(fā)芽率(GR)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)(VI)=GI×g；

發(fā)芽勢(shì)(GE)=發(fā)芽達(dá)到高峰時(shí)正常苗總數(shù)/供試種子總粒數(shù)×100%；

式中，Gt為第td的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，g為幼苗鮮重[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel軟件處理，用SPSS21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)、多重比較(LSD)以及多元非線性回歸分析，用Sigmaplot13 軟件繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 梭梭種子發(fā)芽率對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)

種子的萌發(fā)除了受基因調(diào)控外，還受到復(fù)雜的環(huán)境影響，研究表明，萌發(fā)前經(jīng)高溫處理后，梭梭種子發(fā)芽率有不同程度的下降，在5個(gè)不同高溫處理下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，梭梭種子的發(fā)芽率先增加后降低(圖1a)。在52℃，處理時(shí)間為9 min時(shí)，種子發(fā)芽率顯著高于其他5個(gè)時(shí)間處理(P<0.05)；在55℃，處理時(shí)間為18 min時(shí)，種子發(fā)芽率為0，說明在高溫影響下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)種子發(fā)芽率受到明顯的抑制。在6個(gè)不同處理時(shí)間下(圖1b)，處理時(shí)間為18、21 min時(shí)，處理溫度越高，發(fā)芽率越低，處理時(shí)間為18 min,46和49℃差異不顯著,但其他差異均，并在處理18 min后發(fā)芽率為0。無論是處理溫度還是處理時(shí)間在52℃，9 min均與其他處理組差異顯著。圖1

圖1 種子發(fā)芽率對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)
Fig.1 Seed germination rate response to different temperature and time treatments

2.2 梭梭種子發(fā)芽勢(shì)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)

梭梭種子發(fā)芽勢(shì)與梭梭種子發(fā)芽率有相似的結(jié)果，在5個(gè)不同高溫處理下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，梭梭種子的發(fā)芽勢(shì)先增加后降低(圖2a)；52℃時(shí)，處理時(shí)間為9 min時(shí)，種子發(fā)芽勢(shì)顯著高于其他5個(gè)時(shí)間處理(P<0.05)，并在55℃，18 min時(shí)發(fā)芽勢(shì)為0。在6個(gè)不同處理時(shí)間下(圖2b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)先增加后降低的雙峰現(xiàn)象。這表明可能與種子的自我保護(hù)有關(guān)，能在適宜的條件下萌發(fā)；無論是處理溫度還是處理時(shí)間在52℃，9 min均差異顯著其他處理且不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2

2.3 梭梭種子發(fā)芽指數(shù)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)

梭梭種子發(fā)芽指數(shù)與梭梭種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)都有相似的結(jié)果，在5個(gè)不同高溫處理下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，梭梭種子的發(fā)芽指數(shù)先增加后降低(圖3a)；在52℃，處理時(shí)間為9 min時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他5個(gè)時(shí)間處理(P<0.05)，并在55℃，18 min時(shí)發(fā)芽指數(shù)為0。在6個(gè)不同處理時(shí)間下(圖3b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的雙峰現(xiàn)象；在處理時(shí)間為12 min時(shí),55和58℃溫度處理下差異不顯著，但其他各組均差異顯著(P<0.05)。圖3

圖2 種子發(fā)芽勢(shì)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)
Fig.2 Germination potential response to different temperature and time treatments

圖3 種子發(fā)芽指數(shù)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)
Fig.3 Seed germination index response to different temperature and time treatments

2.4 梭梭種子活力指數(shù)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)

隨著處理溫度的升高梭梭種子活力指數(shù)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升在下降的趨勢(shì)，高于52℃時(shí)均呈極速下降趨勢(shì)。在55℃，15 min時(shí)，梭梭種子活力指數(shù)與對(duì)照相比下降顯著(P<0.05)，種子發(fā)芽率受到抑制，無法維持正常發(fā)芽失去活力，說明高溫對(duì)梭梭種子萌發(fā)有一定抑制作用。在6個(gè)不同處理時(shí)間下(圖4b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發(fā)芽指數(shù)先增加后降低的現(xiàn)象；在處理時(shí)間為9 min時(shí),55和58℃溫度處理下和處理18 min, 46和49℃差異不顯著，但其他各組均差異顯著(P<0.05)。圖4

2.5 溫度和時(shí)間處理的主效應(yīng)和交互作用

梭梭種子在各處理?xiàng)l件下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的二因素方差分析結(jié)果表明，無論處理溫度、處理時(shí)間對(duì)梭梭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)還是處理溫度與處理時(shí)間的交互作用效應(yīng)均有顯著(P<0.05)的影響，二者在梭梭種子處理中起著重要作用。表1

2.6 高溫處理與梭梭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的關(guān)系

不同條件處理后種子活力下降的最直觀的表現(xiàn)是種子的發(fā)芽率等活力指標(biāo)降低，不同處理溫度(X)和時(shí)間(Y)對(duì)各個(gè)活力指標(biāo)(Z)的相關(guān)分析結(jié)果表明，不同處理溫度和時(shí)間與梭梭種子的各個(gè)活力指標(biāo)表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性極顯著，表明高溫對(duì)梭梭種子萌發(fā)具有一定的抑制作用，這可能與梭梭種子在復(fù)雜的環(huán)境條件有關(guān)。表2

圖4 種子活力指數(shù)對(duì)不同溫度和時(shí)間處理的響應(yīng)
Fig.4 Seed vigor index response to different temperature and time treatments

表1 溫度和時(shí)間的主效應(yīng)和交互作用分析
Table 1 Analysis of main effects and interactions between aging temperature and time

源Sourcedf發(fā)芽率 Germination rate發(fā)芽勢(shì) Germination potentialMSFSig.MSFSig.溫度Temperature40.1395 007.269**00.0853 585.732**0時(shí)間Time50.0983 538.319**00.1415 916.322**0溫度×?xí)r間Temperature × time200.00393.761**00.00298.894**0誤差Error6000源Sourcedf發(fā)芽指數(shù) Germination index活力指數(shù) Vitality indexMSFSig.MSFSig.溫度Temperature4120.21526 370.016**01.292119.597**0時(shí)間Time540.648 914.619**00.91184.315**0溫度×?xí)r間Temperature × time200.807177.124**00.0585.411**0誤差Error600.0050.011

注：**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01)

表2 高溫處理與種子各個(gè)活力指標(biāo)關(guān)系
Table 2 Temperature treatment and the relationship between seed vigor indicators

指標(biāo)Index樣本數(shù)Sample size回歸方程Regression equation調(diào)整R2發(fā)芽率(Z1)Germination rate (Z1)90Z1=-0.013 X-0.012 Y +1.0090.561**發(fā)芽勢(shì)(Z2)Germination potential (Z2)90Z2=-0.010 X-0.016 Y +0.9060.653**發(fā)芽指數(shù)(Z3)Germination index (Z3)90Z3=-0.394 X-0.264 Y +28.9280.586**活力指數(shù)(Z4)Vitality Index (Z4)90Z4=-0.043 X-0.034 Y +3.0490.610**

注：**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)。X為溫度；Y為時(shí)間

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01).Xis temperature;Yis time

3 討 論

3.1 高溫處理對(duì)梭梭種子萌發(fā)率的影響

研究表明，梭梭種子萌發(fā)前經(jīng)高溫處理后，最終在58℃時(shí)種子失去活力，發(fā)芽率為0，但在52℃，9 min 處理后，其萌發(fā)率達(dá)到最大，為(55.00±0.30)%。提高處理溫度后，梭梭種子的萌發(fā)率會(huì)降低，但在外界環(huán)境條件刺激下整體呈現(xiàn)先增加后降低的雙峰現(xiàn)象，這與張樹新等[13]研究出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。說明梭梭種子萌發(fā)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，能在適宜種子萌發(fā)的條件下促進(jìn)種子的再次萌發(fā)，提高種子萌發(fā)率，加強(qiáng)梭梭種群的更新。在西北地區(qū)，梭梭廣泛分布于干旱的荒漠，荒漠大部分區(qū)域的特點(diǎn)是不規(guī)則的降水量和很大的潛在蒸發(fā)量。很強(qiáng)的蒸發(fā)速率造成了土壤表面的高溫。這種嚴(yán)酷的條件使得沙漠植物產(chǎn)生不同的生活史策略來增大其適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)將梭梭種子萌發(fā)前遭遇高于40℃的高溫后，并未表現(xiàn)出種子萌發(fā)率升高的現(xiàn)象，這可能是種子在惡劣環(huán)境下的自我保護(hù)。同時(shí)，也表明梭梭種子不存在熱沖擊[14-16]效應(yīng)。

3.2 高溫處理對(duì)防止梭梭種群退化的意義

種子萌發(fā)是植物構(gòu)建的重要基礎(chǔ)，種子萌發(fā)率的大小直接影響群落結(jié)構(gòu)和功能。種子既有可能通過將種子散入土壤種子庫抵御多變的環(huán)境條件從而分?jǐn)偢鞣N風(fēng)險(xiǎn)，也有可能通過大量萌發(fā)去競(jìng)爭(zhēng)有利的資源。有研究認(rèn)為，荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，相同的環(huán)境壓力會(huì)導(dǎo)致不同的植物產(chǎn)生趨同性適應(yīng)能力[17]。例如，多年生草本、小灌木以及具有小種子的植物萌發(fā)時(shí)間較早[18]；喬木種子萌發(fā)時(shí)間比草本和灌木種子延遲[19]；總體水分條件較好時(shí)，在梭梭幼苗的生長(zhǎng)初期，它在與短命植物的水分競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，反之，水分有限的條件下則處于優(yōu)勢(shì)[20]。說明該類種子萌發(fā)能夠適應(yīng)較惡劣條件。梭梭被大量的肉蓯蓉所寄生，有效的提高梭梭種群面積能使肉蓯蓉這種資源得到更大的保護(hù)，發(fā)揮出更大的價(jià)值。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高溫處理梭梭種子后，仍有較高的萌發(fā)率，這與自然界中梭梭的種群退化形成對(duì)比，也就是說梭梭種群的退化與梭梭種子的萌發(fā)沒有直接聯(lián)系，梭梭的種群退化與種子繁殖力[21]、種群更新不良[22]等其他因素有關(guān)。

4 結(jié) 論

對(duì)種子萌發(fā)前經(jīng)高溫處理，表明高溫對(duì)梭梭種子萌發(fā)具有一定的抑制作用。溫度為52℃，時(shí)間為9 min時(shí)，梭梭種子發(fā)芽率最高，達(dá)(55.00±0.30)%，溫度為58℃，時(shí)間為9 min時(shí)發(fā)芽率為0.00%；將梭梭種子置于4℃儲(chǔ)存6個(gè)月后，種子沒有明顯的熱沖擊效應(yīng)；梭梭種子萌發(fā)前經(jīng)高溫處理后仍有較高的萌發(fā)率，這與自然種群梭梭種群的退化沒有直接聯(lián)系。