射干種子萌發(fā)抑制物特性研究

杜逍，陳昊天，梁偉玲，趙敏，劉艷芬，武玉翠

（河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

射干（Belamcanda chinensis L.）為鳶尾科射干屬多年生直立草本藥用植物，以黃褐色塊狀根莖入藥，味苦、性寒，有清熱解毒、消痰、利咽的功效，可用于熱毒痰火郁結(jié)、咽喉腫痛、痰涎壅盛、咳嗽氣喘的治療[1]。成熟種莢分3 室，每室有3～11 粒種子，種子近球形，質(zhì)地堅(jiān)硬，外被黑色有光澤的假種皮，內(nèi)部有細(xì)網(wǎng)紋[2]。目前，射干主要靠種子和根莖繁殖。由于根莖繁殖效率較低，且容易導(dǎo)致藥材品質(zhì)退化，因此應(yīng)盡量尋求種子繁殖。但是，在自然狀態(tài)下，射干種子發(fā)芽率較低、發(fā)芽不整齊，且萌發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，需要20～30 d。因此，提高種子發(fā)芽率，縮短萌發(fā)時(shí)間，是提高射干繁殖效率的關(guān)鍵所在[2，3]。

利用射干種子吸水試驗(yàn)，通過(guò)觀察去皮和帶皮射干種子的萌發(fā)情況，研究種皮對(duì)射干種子萌發(fā)的影響；并進(jìn)一步利用射干種皮和胚乳浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)，探究影響射干種子萌發(fā)的內(nèi)源抑制物質(zhì)及其存在部位，旨為提高射干繁殖的生產(chǎn)效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

射干種子采自河北工程大學(xué)校園內(nèi)，曬干后備用。小麥品種為金麥54 號(hào)，由河北金穗種業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)。射干種苗栽培基質(zhì)購(gòu)自河北奧龍園藝有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 射干種子形態(tài)觀察 選取飽滿(mǎn)的射干種子，肉眼觀察其結(jié)構(gòu)特征；然后放到蒸餾水中浸泡24 h[4]，用解剖針剝開(kāi)種皮，置于放大鏡下觀察種皮和胚乳的形態(tài)。

1.2.2 射干種子吸水性測(cè)定 取帶皮射干種子2 g，置于裝有50 mL 蒸餾水的100 mL 燒杯中浸泡，每隔一定時(shí)間取出稱(chēng)重1 次。先用濾紙吸干種子表面浮水，稱(chēng)重后再次吸水，反復(fù)數(shù)次至種子質(zhì)量不再變化[5]。繪制射干種子的吸水曲線[6]。

1.2.3 射干種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響 取射干種子若干粒，用機(jī)械手段去除其黑色種皮。將去皮和帶皮的種子分別播種于裝有栽培基質(zhì)的花盆（直徑135 mm、高19 mm）中，播種深度2 cm，播種量50 粒/盆，3次重復(fù)，在自然條件下進(jìn)行培養(yǎng)[6]。播種15 d 后，每天上午觀察并記錄1 次種子的發(fā)芽數(shù)量，觀察期為1 個(gè)月。計(jì)算射干種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)：

發(fā)芽率=種子萌發(fā)數(shù)量/50×100%

發(fā)芽勢(shì)=培養(yǎng)22 d 種子的萌發(fā)數(shù)量/50×100%

1.2.4 射干種子不同部位浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 將射干種皮放入粉碎機(jī)內(nèi)充分打碎，稱(chēng)取0.6 g，用蒸餾水分別定容至10、15 和20 mL，在室溫下浸泡36 h 后用定量濾紙過(guò)濾，得到濃度分別為0.06、0.04 和0.03 g/mL 的種皮浸提液；取射干胚乳碾碎，稱(chēng)取0.6 g，用蒸餾水定容至10 mL，在室溫下浸泡36 h 后用定量濾紙過(guò)濾，得到濃度為0.06 g/mL的胚乳浸提液。在直徑100 mm 的培養(yǎng)皿中鋪4 層濾紙，放置小麥種子100 粒，加入5 mL 射干種子浸提物溶液進(jìn)行處理，試驗(yàn)設(shè)0.06、0.04 和0.03 g/mL 種皮浸提液以及0.06 g/mL 胚乳浸提液4 個(gè)處理，以加入5 mL 蒸餾水為對(duì)照（CK），每處理均3 次重復(fù)。在溫度23 ℃、1 200 lx 光照6 h/黑暗6 h 環(huán)境下培養(yǎng)，期間每隔2 h 統(tǒng)計(jì)1 次小麥種子的萌發(fā)數(shù)量，計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)；培養(yǎng)28 h 后，以小麥種子露白為標(biāo)準(zhǔn)，每隔10 h 統(tǒng)計(jì)1 次小麥種子的萌發(fā)數(shù)量，培養(yǎng)至72 h 結(jié)束，計(jì)算小麥種子發(fā)芽率和萌發(fā)抑制率。培養(yǎng)5 d 后，測(cè)量小麥根長(zhǎng)和苗高，計(jì)算根長(zhǎng)和苗高抑制率。培養(yǎng)期間，噴灑蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)。

發(fā)芽勢(shì)=培養(yǎng)0～24 h 種子的萌發(fā)數(shù)量/100×100%

萌發(fā)抑制率=（1-處理組種子萌發(fā)數(shù)量/對(duì)照組種子萌發(fā)數(shù)量）×100%

根長(zhǎng)抑制率=（處理組根長(zhǎng)-對(duì)照組根長(zhǎng)）/對(duì)照組根長(zhǎng)×100%

苗高抑制率=（處理組苗高-對(duì)照組苗高）/對(duì)照組根長(zhǎng)苗高×100%

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和方差分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 射干種子的形態(tài)特征

觀察發(fā)現(xiàn)，射干種子呈卵圓形，直徑0.35～0.60 cm，表面黑色、有光澤；種皮墨綠色或黑色，質(zhì)地較柔軟，放大鏡下觀察有細(xì)網(wǎng)紋；胚乳白色，質(zhì)地堅(jiān)硬，均勻分布于胚外側(cè)，占據(jù)種子大部分空間。

2.2 射干種子的吸水性特征

隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，射干種子的凈吸水量增加呈先快后慢的趨勢(shì)變化（圖1）。其中，浸泡6 h 內(nèi)指標(biāo)值呈直線上升趨勢(shì)，凈吸水量約占種子總吸水量的36.59%；浸泡6～36 h，種子仍保持較快的吸水速率；浸泡36～60 h，種子凈吸水量增加緩慢；浸泡60 h 后，種子凈吸水量幾乎不再增加，種子吸水基本達(dá)到飽和。射干種子吸水過(guò)程所表現(xiàn)的3 個(gè)階段符合其他種子的吸水規(guī)律，說(shuō)明射干種皮具備通暢吸水透水的能力，并不存在嚴(yán)重的透水障礙。因此推測(cè)，種皮的透水性不是導(dǎo)致射干種子休眠的主要原因。

圖1 射干種子的吸水曲線Fig.1 Water sorption curve of B. chinensis

2.3 射干種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響

射干去皮種子的發(fā)芽數(shù)量（圖2）、發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)（表1）均顯著＞帶皮種子，其中發(fā)芽率為帶皮種子的1.71 倍，且萌發(fā)的幼苗比較強(qiáng)壯。表明射干種皮對(duì)種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用，去皮可以明顯促進(jìn)射干種子萌發(fā)。

圖2 射干去皮和帶皮種子的發(fā)芽數(shù)量Fig.2 Germination quantity of B. chinensis seeds without and with seed coats

表1 射干種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)Table 1 Germination rate and germination potential of B. chinensis seeds （%）

2.4 射干種子不同部位浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.4.1 對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響 射干種子不同部位浸提液處理的小麥種子萌發(fā)率均＜CK，其中種皮浸提液處理影響較大，而胚乳浸提液處理的指標(biāo)值與CK 差異始終不顯著（圖3）。表明射干種子不同部位浸提液均對(duì)小麥種子萌發(fā)具有一定的抑制作用，其中射干種皮浸提液的抑制作用明顯，且抑制效果也明顯高于胚乳浸提液。

圖3 射干種子不同部位浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響Fig.3 Effects of difference extract from B. chinensis on the germination of wheat seeds

射干種皮浸提液處理的小麥種子培養(yǎng)14～38 h，萌發(fā)數(shù)明顯較少，發(fā)芽率顯著＜CK；培養(yǎng)38～56 h，種子陸續(xù)萌發(fā)，發(fā)芽率與CK 差異逐漸減?。慌囵B(yǎng)72 h后，種子發(fā)芽率均≥97.67%，不同濃度處理之間及其與CK 之間差異均不顯著。射干種皮浸提液處理會(huì)明顯推遲小麥種子萌發(fā)，且推遲作用隨著種皮浸提液濃度的增大而增強(qiáng)，0.03、0.04、0.06 g/mL 種皮浸提液處理的小麥種子發(fā)芽勢(shì)分別為57.33%、53.33%和39.00%，指標(biāo)值與0.06 g/mL 胚乳浸提液處理（86.00%）和CK（90.00%）相比明顯降低。表明射干種皮浸取液可顯著抑制和延緩小麥種子萌發(fā)，且這種抑制作用隨著浸提液濃度的增大而增強(qiáng)。

2.4.2 對(duì)小麥種子幼苗生長(zhǎng)的影響 射干種子不同部位浸提液處理的小麥根長(zhǎng)和苗高均＜CK，其中種皮浸提液處理的指標(biāo)值與CK 差異均達(dá)到了顯著水平，而胚乳浸提液處理與CK 差異均不顯著；不同部位浸提液處理的小麥根長(zhǎng)和苗高均差異較大，其中種皮浸提液對(duì)幼苗根長(zhǎng)和苗高的抑制作用明顯高于胚乳浸提液（表2）。種皮浸提液處理下，其抑制作用隨著浸提液濃度的降低而降低，其中0.06 與0.04 g/mL 濃度處理的小麥根長(zhǎng)和苗高無(wú)顯著差異，但二者均顯著＜0.03 g/mL 濃度處理。表明射干種子不同部位浸提液均對(duì)小麥種子幼苗生長(zhǎng)具有一定的抑制作用，其中射干種皮浸提液抑制作用明顯，且抑制效果也明顯高于胚乳浸提液。由此推斷，射干種子的內(nèi)源抑制物主要存在于種皮。

表2 射干種子不同部位浸提液對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的抑制效果Table 2 Inhibition effects of different extracts from B. chinensis on the growth of wheat seedlings

射干種子不同部位浸提液處理對(duì)小麥根長(zhǎng)與苗高的影響效果不同，其中種皮浸提液對(duì)小麥株高生長(zhǎng)的抑制作用更強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

自然界中多數(shù)植物存在種子休眠現(xiàn)象，即具有生活力的種子即使在適宜的環(huán)境條件下仍不能萌發(fā)的現(xiàn)象[7～10]。研究表明，部分植物種子的休眠主要受種皮透氣性、透水性等結(jié)構(gòu)因素的影響，種皮致密使胚與外界水、氣交換受到嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致種子萌發(fā)受到抑制[11]；還有部分種子的休眠現(xiàn)象是由于種子內(nèi)部存在內(nèi)源抑制物質(zhì)而影響儲(chǔ)存有機(jī)物質(zhì)的生理代謝活動(dòng)，導(dǎo)致種子無(wú)法正常萌發(fā)[12]。賈和田[13]研究發(fā)現(xiàn)，用機(jī)械手段去掉射干種子的種皮后可以提高種子萌發(fā)率，說(shuō)明種皮對(duì)射干種子萌發(fā)具有一定的抑制作用。本研究觀察發(fā)現(xiàn)，射干種子浸泡36 h 內(nèi)吸水較快；浸泡36～72 h，種子吸水量明顯減少；浸泡72 h 后，吸水量幾乎不再增加，種子吸水基本達(dá)到飽和。射干種子的吸水過(guò)程基本符合一般種子的吸水規(guī)律，種皮產(chǎn)生的機(jī)械阻礙對(duì)水分流通影響不大，由此推測(cè)，射干種子的休眠現(xiàn)象不是由于種皮機(jī)械阻礙造成的。

前人研究證明，植物種子中存在內(nèi)源抑制物質(zhì)是導(dǎo)致種子休眠的主要原因之一[14]，且自然界大多數(shù)植物種子中含有萌發(fā)抑制物[15]。趙燕[5]研究發(fā)現(xiàn)，滇重樓種子的胚乳內(nèi)存在大量易溶于甲醇的萌發(fā)抑制物；陸秀君等[16]研究發(fā)現(xiàn)，天女木蘭種子的抑制物質(zhì)主要存在于假種皮和胚乳中；賈彩霞[17]研究發(fā)現(xiàn)，核桃種子各部分均存在內(nèi)源萌發(fā)抑制物?？梢?jiàn)，種子萌發(fā)抑制物質(zhì)分布較為廣泛，存在于種子的各個(gè)部位，但不同部位中的抑制物含量與種類(lèi)也有所差別。本研究中，在花盆中播種去皮和帶皮的射干種子，觀察其萌發(fā)情況，發(fā)現(xiàn)射干去皮種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均顯著好于帶皮種子，且較帶皮種子萌發(fā)的幼苗更加健壯、長(zhǎng)勢(shì)更好，由此可基本斷定射干種皮內(nèi)存在內(nèi)源萌發(fā)抑制物。以蒸餾水處理為CK 進(jìn)一步比較了射干種皮浸提液與胚乳浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的抑制效果，發(fā)現(xiàn)射干胚乳浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響不大；射干種皮浸提液對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均具有顯著的抑制作用，且這種抑制作用也明顯高于胚乳浸提液。射干種子休眠主要與其內(nèi)源種子萌發(fā)抑制物有關(guān)，且該抑制物質(zhì)集中存在于種皮。

自然界中，種子萌發(fā)抑制物的種類(lèi)有很多[18]，其種類(lèi)不同，作用機(jī)理和對(duì)幼苗的影響方式也有所差別[19]。如，多花黃精種子內(nèi)的萌發(fā)抑制物主要影響幼苗根部生長(zhǎng)和葉綠素合成[4]；黃連種子內(nèi)存在脫落酸、香豆素等物質(zhì)，主要影響幼苗伸長(zhǎng)[20]。本研究結(jié)果表明，射干種皮浸提液對(duì)小麥生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用，其中對(duì)苗高的抑制作用強(qiáng)于對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用。

綜上所述，射干種子休眠現(xiàn)象是由種皮中的內(nèi)源萌發(fā)抑制物所致，而非致密種皮不透水導(dǎo)致的機(jī)械阻礙，種子萌發(fā)抑制物對(duì)小麥幼苗的影響主要體現(xiàn)在抑制苗高和根長(zhǎng)2 個(gè)方面。射干種皮內(nèi)源抑制物的成分及其抑制機(jī)理有待進(jìn)一步研究。