落新婦種子發(fā)芽條件初探

李 燕，崔鶯文，辛建攀，田如男

(南京林業(yè)大學風景園林學院，江蘇 南京 210037)

落新婦隸屬于虎耳草科(Saxifragaceae)落新婦屬(Astilbe)。落新婦屬原生種約有20種，分布于亞洲和北美洲，我國原產(chǎn)7種，主要分布在華東、華中和西南地區(qū)[1]。落新婦為多年生直立草本，是難得的耐陰觀花植物，有著廣闊的園林應用前景[1]。此外，落新婦植株含有落新婦苷和巖白菜素等有效成分，具有抗腫瘤、活血祛瘀、抗菌抗炎、止咳祛痰、抗內(nèi)毒素等作用[2]。因此，落新婦作為一種集觀賞價值及藥用價值的野生花卉，是一種值得開發(fā)和重視的新資源[3]。

種子是高等植物生長發(fā)育的起點，種子萌發(fā)是植物生活史中的重要階段[4]。種子活力是一個復雜的綜合性狀，反映了種子在各種條件下具有的潛在萌發(fā)與出苗能力等，受遺傳、種子發(fā)育期間的環(huán)境及貯藏條件等諸多因素的影響，而種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)是反映種子活力的可靠指標。目前，對落新婦的研究以藥理學成分測定和園藝品種介紹為主[5-9]，而有關(guān)落新婦繁殖方面的研究并不多見。繁殖是實現(xiàn)引種栽培和園林應用的第一步，落新婦的繁殖方法可以分為有性和無性繁殖[10]。在種子繁殖中，由于落新婦種子很小，1060粒/g左右，且具有休眠現(xiàn)象，常規(guī)播種常出現(xiàn)出芽不整齊、發(fā)芽緩慢及發(fā)芽率低等現(xiàn)象，嚴重制約其繁殖速度[11,12]。鑒于此，為解除落新婦種子休眠，促進種子萌發(fā)，本文以甘肅蘭州種源的落新婦種子為材料，探討了不同預處理在不同溫度下對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響，旨在探究落新婦種子適宜的發(fā)芽條件，為進一步對落新婦的引種栽培及園林應用等研究提供一定參考，以期使落新婦成為我國觀賞植物新秀。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為甘肅蘭州種源的落新婦種子。將風干的落新婦種子放入清水中，立即攪拌，將下沉種子撈出，重復3次，將最后1次下沉的種子撈出置于陰涼干燥處風干，所得種子即為供試種子[13]。本試驗的落新婦種子千粒重為0.9441 g，種子含水量為7.84%，種子活力值為76.81%。試驗地點為南京林業(yè)大學園林實驗室。

1.2 方法

將供試種子用0.5% H2O2消毒，再用無菌水沖洗5次后置于蒸餾水中，浸泡24 h后分別進行以下預處理(以未經(jīng)預處理的種子為對照組)：(1)GA3浸種：將試驗材料浸于濃度為250 mg/L的GA3溶液中24 h；(2)丙酮溶液浸種：將試驗材料浸于濃度為500 mg/L的丙酮溶液中4-5 h；(3)低溫層積：將種子用15-20℃的溫水浸泡24 h后，與5-6倍細河沙充分混拌，裝入透氣、透水的編織袋中，放入3-7℃的冰箱中60天。預處理結(jié)束后，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，從3個處理及對照組中各選50粒種子，均勻置于鋪有兩層濾紙、直徑為10 cm的培養(yǎng)皿中，于恒溫分別為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的人工智能培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽試驗，每組共設(shè)3個重復。

試驗期間，設(shè)定光周期為12 h/12 h，光照強度為2000Lx。以種子放入人工培養(yǎng)箱的當天為第1天，每天適時補充蒸餾水，以保證芽床內(nèi)相對濕度恒定；每天定時(早上9點)開始觀測并記錄種子發(fā)芽情況，統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，種子萌發(fā)以胚根突破種皮，肉眼可見為標準。用以下公式計算各項發(fā)芽指標[14,15]：

種子發(fā)芽率=(發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽粒數(shù)(本實驗為21天)/供試種子粒數(shù))×100%

種子發(fā)芽勢=(發(fā)芽試驗規(guī)定期限的最初1/3期間內(nèi)的正常發(fā)芽粒數(shù)(本實驗為7天)/供試種子粒數(shù))×100%

種子發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(Gt為第t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù))

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)分析及差異顯著性檢驗。利用Microsoft Excel軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 落新婦種子萌發(fā)進程

圖1-4可以看出，落新婦種子對溫度有較廣的適應性，在10-30℃條件下均可萌發(fā)。隨著發(fā)芽時間的延長，各溫度下種子發(fā)芽粒數(shù)的增長趨勢一致，均在18天內(nèi)完成發(fā)芽過程，但種子達到發(fā)芽高峰所需的時間略有差異。其中，20℃時種子均最先萌發(fā)，且發(fā)芽粒數(shù)最多，分別為33、45、38和35粒；10℃和30℃下種子的初始萌發(fā)時間相對較遲，發(fā)芽粒數(shù)少。由此表明，20℃的發(fā)芽溫度不僅提早了種子初始萌發(fā)時間，還提高了種子萌發(fā)率。而在35℃條件下，對照及經(jīng)過預處理的種子均不萌發(fā)，可見高溫可能不利于落新婦種子萌發(fā)。此外，在20℃條件下，GA3浸種、丙酮浸種和低溫層積處理下種子起始發(fā)芽時間比對照組提前了1-2天，表明預處理對種子起始發(fā)芽時間有一定的促進效果。

2.2 預處理對落新婦種子萌發(fā)的影響

2.2.1 種子發(fā)芽率

從圖5可以看出，各發(fā)芽溫度下預處理對種子發(fā)芽率均有不同程度的促進作用，其促進程度從大到小依次為GA3>丙酮>層積>CK，且GA3浸種處理組與其他3組的種子發(fā)芽率均差異顯著(p<0.05)。隨著溫度的升高，4組種子發(fā)芽率變化趨勢一致，即先上升再下降。在20℃處理條件下，GA3浸種、丙酮溶液浸種和低溫層積處理組的種子發(fā)芽率均達到最大值，分別是90.00%、75.33%和69.33%，比同溫度對照組分別增加了36.36%、14.14%和5.05%。35℃時發(fā)芽率為0，種子不萌發(fā)，說明高溫可能抑制了落新婦種子萌發(fā)?？梢?，20℃為落新婦種子的適宜發(fā)芽溫度，且適當?shù)念A處理可以有效地提高發(fā)芽率，促進種子萌發(fā)。

圖1 對照組Fig.1 Control group

圖2 GA3浸種處理組Fig.2 GA3 treatment

圖3 丙酮溶液浸種處理組Fig.3 Acetone solution treatment

圖4 低溫層積處理組Fig.4 Cold stratification treatment

圖5 不同預處理種子在不同發(fā)芽溫度下的發(fā)芽率差異Fig.5 The effect of different treatments at differen temperatures on seed germination percentage注：不同小寫字母之間表示差異顯著(p<0.05)，相同字母之間表示差異不顯著。下同。Note: Different small letters indicate significant difference(p<0.05), while the same letters indicate insignificant difference.The same as below.

2.2.2 種子發(fā)芽勢

由圖6可知，在15℃、20℃和25℃溫度下，預處理能夠在一定程度上提高種子發(fā)芽勢。其中，GA3浸種處理組的種子發(fā)芽勢最大(p<0.05)，分別為23.33%、54.67%和40.00%，丙酮浸種、低溫層積處理依次次之；在10℃、30℃和35℃下落新婦種子發(fā)芽勢為零。在20℃處理條件下，GA3浸種、丙酮溶液浸種和低溫層積處理組的種子發(fā)芽勢均達到最大值，分別是54.67%、44.00%和41.33%，比同溫度對照組分別增加了78.25%、43.46%和34.76%。由此表明，落新婦種子發(fā)芽整齊度可以通過適當?shù)念A處理和發(fā)芽溫度進行改善。

圖6 不同預處理種子在不同發(fā)芽溫度下的發(fā)芽勢差異Fig.6 The effect of different treatments at different temperatures on seed germination energy

2.2.3 種子發(fā)芽指數(shù)

預處理對種子發(fā)芽指數(shù)有一定的促進作用(圖7)。在各發(fā)芽溫度下，不同預處理對種子發(fā)芽指數(shù)的促進程度從大到小依次為GA3>丙酮>層積>CK，GA3浸種處理組與其他3組的種子發(fā)芽指數(shù)具有顯著性差異(p<0.05)。隨著發(fā)芽溫度的上升，發(fā)芽指數(shù)的變化趨勢與發(fā)芽率基本一致，即先上升再下降。在20℃處理條件下，GA3浸種、丙酮溶液浸種和低溫層積處理組的種子發(fā)芽指數(shù)均達到最大值，分別是8.57、6.12和5.90，比同溫度對照組分別增加了83.12%、30.77%和26.07%。綜上可知，從發(fā)芽指數(shù)看，20℃為落新婦種子的適宜發(fā)芽溫度，適當?shù)念A處理和發(fā)芽溫度可以提高落新婦種子的發(fā)芽速度。

圖7 不同預處理種子在不同發(fā)芽溫度下的發(fā)芽指數(shù)差異Fig.7 The effect of different treeatments at different temperatures on seed germination index

3 結(jié)論與討論

溫度是種子萌發(fā)過程中關(guān)鍵的環(huán)境因子之一[16,17]，會在很大程度上對種子的萌發(fā)能力及萌發(fā)速率產(chǎn)生影響[18]。如新疆鼠尾草(Salviadeserta)種子的適宜萌發(fā)溫度范圍為15-30℃，25℃時發(fā)芽率最高，溫度大于30℃時種子萌發(fā)明顯受到抑制，發(fā)芽率逐漸降低[19]。黃花磯松(Limoniumaureum)種子隨溫度升高，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)先升高后降低，最適溫度為恒溫25和30℃以及變溫20/30℃[20]。龐長民[12]等人在進行落新婦種子發(fā)芽試驗時，其發(fā)芽溫度僅設(shè)置為25℃，鑒于此，本文設(shè)置了6個不同發(fā)芽溫度，即10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃，結(jié)果表明落新婦種子萌發(fā)最適溫度為20℃，高于或低于此溫度時，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)均下降，可知落新婦屬于低溫萌發(fā)類型[21]。此外，落新婦種子在35℃條件下不萌發(fā)，導致這一結(jié)果的可能原因是(ⅰ)高溫條件下落新婦種子可能存在熱休眠[22]；(ⅱ)高溫導致落新婦種子的蛋白質(zhì)老化變性[23]。

種子休眠普遍存在于高等植物中，其類型可分為內(nèi)源因素休眠(胚發(fā)育不全、生理上未成熟、內(nèi)源激素間的相互作用、缺少必需的激素刺激或萌發(fā)抑制物質(zhì)的存在)，外源因素休眠(種子的結(jié)構(gòu)特征，包括種皮、胚乳、胚的附屬物等)和綜合性休眠(內(nèi)源和外源因素結(jié)合引致的休眠)，這3種類型的休眠均是種子自身的原因引起的[24, 25]。GA3作為最常用的萌發(fā)刺激物，可以誘導水解酶的產(chǎn)生和貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以促進胚生長，從而通過調(diào)節(jié)種子內(nèi)部生理狀態(tài)促進種子萌發(fā)[26-28]。研究表明，外源GA3處理可加速種子內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，從而提高成苗率[29]。150 mg/L GA3處理下少花龍葵(Solanumphoteinocarpum)種子發(fā)芽率可高達94.38%[30]，80 mg/L GA3處理下沙生針茅(Stipaglareosa)種子發(fā)芽勢達到48.00%[31]。這與本研究中250 mg/L GA3浸種處理對落新婦種子萌發(fā)的促進效果較接近，GA3浸種可顯著提高落新婦種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)。此外，層積處理是通過抑制休眠的物質(zhì)(如GA3)和保持休眠的物質(zhì)(如ABA)等含量的消長而實現(xiàn)的，如大花牽牛(Pharbitisnil)、廣葉山黧豆(Lathyruslatifolium)，且用GA3浸泡種子可以代替低溫層積，這與本試驗中低溫層積處理對落新婦種子萌發(fā)的促進作用結(jié)果一致。由此可知，休眠能被赤霉素或低溫層積處理解除，說明落新婦種子存在生理抑制，而GA3預處理能夠顯著提高落新婦種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，且均達到最高值，表明落新婦種子內(nèi)部生理狀態(tài)可能為種子萌發(fā)的主要影響因素。

本試驗中，丙酮溶液浸種處理能夠明顯提高落新婦種子各項發(fā)芽指標，這可能是因為丙酮溶液(i)能夠使原生質(zhì)膜和細胞器得以恢復，促使生物活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和合成能力增強；(ⅱ)導致種胚的覆蓋部分(胚乳、種皮)軟化甚至破裂，使種皮透性增加，從而利于內(nèi)部抑制物質(zhì)排出，解除萌發(fā)抑制[32]。也有可能是因為500 mg/L丙酮溶液作為一種高滲溶液，能夠促進脫氫酶活性、過氧化物酶和酸性磷酸酯酶活性，提高種子活力，從而增加發(fā)芽率、發(fā)芽勢等發(fā)芽指標[33]。由此表明，落新婦種子休眠中的內(nèi)源和外源因素相互聯(lián)系，共同調(diào)控種子的休眠與萌發(fā)，其休眠類型屬于綜合性休眠[34]。

綜上所述，落新婦種子在10-30℃條件下均可萌發(fā)，其中20℃為最適發(fā)芽溫度，高于35℃時其萌發(fā)受到抑制；適當?shù)念A處理和發(fā)芽溫度可提高落新婦種子發(fā)芽率、發(fā)芽整齊度和發(fā)芽速率，從而進一步縮短播種至出苗的時間，降低育苗成本。其中，250 mg/L GA3浸種處理最有利于解除落新婦種子休眠，促進種子萌發(fā)。