溫度和干旱脅迫對3種大黃種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

李 慧，王雪茹，李依民*，徐 進(jìn)，劉 東，高 靜，張明英，杜 弢，顏永剛，張 崗*

溫度和干旱脅迫對3種大黃種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

李 慧1, 2，王雪茹1，李依民1, 2*，徐 進(jìn)3，劉 東4，高 靜1, 2，張明英1，杜 弢4，顏永剛1，張 崗1, 2*

1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院/陜西省秦嶺中草藥應(yīng)用開發(fā)工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 712046 2. 陜西省中醫(yī)藥管理局“秦藥”研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 712046 3. 鎮(zhèn)巴縣百花谷現(xiàn)代農(nóng)牧開發(fā)有限公司，陜西 漢中 723600 4. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院/甘肅省中藥質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730099

研究不同溫度和聚乙二醇（PEG）模擬干旱脅迫對大黃種子萌發(fā)的影響，探討大黃種子萌發(fā)的最適溫度和對干旱脅迫的耐性。用6個(gè)溫度（10、15、20、25、30、35 ℃）和6個(gè)聚乙二醇（PEG-6000，以下簡稱PEG）濃度（0、5%、10%、15%、20%、25%）模擬溫度脅迫與干旱脅迫對大黃種子進(jìn)行處理，置人工培養(yǎng)箱培育，借助SPSS 24.0單因素方差分析法對其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根、胚軸和子葉等指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析。溫度與干旱脅迫對3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長有顯著影響（＜0.05）；同一溫度下，3種大黃的種子萌發(fā)指標(biāo)隨PEG濃度的升高而降低，掌葉大黃和唐古特大黃幼苗各指標(biāo)亦是隨PEG濃度的升高而降低，而藥用大黃幼苗各指標(biāo)隨著PEG濃度的升高先增加后減小，在低濃度PEG（5%）達(dá)到最大，25%PEG重度干旱時(shí)嚴(yán)重抑制掌葉大黃和唐古特大黃萌發(fā)（＜0.05），完全抑制藥用大黃萌發(fā)；20 ℃或25 ℃下，各PEG濃度處理的3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長指標(biāo)均達(dá)到最大值；在低于20 ℃或者高于25 ℃時(shí)，各PEG濃度下的指標(biāo)呈下降趨勢，35 ℃高溫下種子萌發(fā)和幼苗生長指標(biāo)隨著PEG濃度的升高呈直線下降。掌葉大黃和唐古特大黃種子在各處理下所有指標(biāo)均高于藥用大黃，萌發(fā)的速度和整齊度較好，種子的活力高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性，輕度干旱環(huán)境有利于藥用大黃幼苗生長，為大黃種質(zhì)資源評價(jià)及規(guī)范種植研究與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

大黃；干旱；溫度；交互脅迫；種子萌發(fā)；幼苗生長

大黃來源于蓼科多年生高大草本掌葉大黃L.、唐古特大黃Maxim. ex Balf.和藥用大黃Baill的干燥根及根莖，瀉下攻積、清熱瀉火、涼血解毒、逐瘀通經(jīng)，用于治療實(shí)熱積滯便秘、血熱吐衄、目赤咽腫、癰腫疔瘡等癥[1]?，F(xiàn)已從大黃中解析有160多種化學(xué)成分，其中以蒽醌類為代表活性成分，在抗炎、抗腫瘤、保護(hù)心血管、保肝、改善腦損傷等方面作用顯著[2-3]。作為常用大宗藥材，大黃野生資源遠(yuǎn)不足于市場供給。為保障臨床藥源充足，大黃規(guī)范化種植已有一定規(guī)模，現(xiàn)主產(chǎn)于甘肅、青海、四川、陜西與湖北等省高海拔區(qū)域[4]。不同產(chǎn)區(qū)環(huán)境條件差異對大黃生長發(fā)育及次生代謝的影響，可能是高品質(zhì)大黃種植生產(chǎn)中面臨的首要科學(xué)問題。其中，以氣候和海拔造成的溫度與十分差異直接影響大黃種子萌發(fā)生理而顯得尤為關(guān)鍵。

種子萌發(fā)是植物體生長發(fā)育的先決條件，種子萌發(fā)特性與溫度、水分或光照等環(huán)境條件關(guān)系密切，是決定植物逆境生理適應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。溫度是影響植物種子萌發(fā)的主要因素之一[6]，其通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜通透性及酶活性影響種子活力及萌發(fā)[7]。大量研究發(fā)現(xiàn)不同植物種子對溫度的響應(yīng)規(guī)律以及最佳萌發(fā)溫度均有差異，適宜的溫度可以提高種子發(fā)芽率，加快發(fā)芽速度，利于幼苗生長，過高或過低的溫度則抑制種子萌發(fā)[8-10]。同時(shí)，水分也是決定種子萌發(fā)的另一關(guān)鍵因素。干旱是最為普遍的水分脅迫，直接影響植物種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育[11]。種子長期處于干旱環(huán)境中導(dǎo)致發(fā)芽率低、成活率低，植物生長發(fā)育不良，影響其質(zhì)量和產(chǎn)量[12]。自然條件下，環(huán)境脅迫通常系溫度、干旱或鹽等多種因素共存的復(fù)合脅迫，對植物種子萌發(fā)及形態(tài)建成等造成極大影響[13-14]。然而，藥用植物生長發(fā)育與復(fù)合脅迫的關(guān)系研究尚不系統(tǒng)，是亟待開展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

目前，大黃研究主要集中在化學(xué)成分、藥理作用及臨床應(yīng)用方面[15-16]。課題組圍繞大黃生產(chǎn)實(shí)際問題，在國內(nèi)外率先開展了大黃種質(zhì)資源、質(zhì)量評價(jià)、基因表達(dá)調(diào)控等研究工作，取得了一定進(jìn)展[17-19]。大黃作為高海拔適生物種，對生長環(huán)境要求高，但是其在特殊生境下生理生態(tài)基礎(chǔ)研究匱乏，限制了對大黃品質(zhì)形成的深入研究和科學(xué)理解。水分、溫度等復(fù)合脅迫在藥用植物道地藥材的優(yōu)良性狀及品質(zhì)形成過程中起著獨(dú)特的作用，但是目前受關(guān)注較少，研究非常有限[13]。為此，本研究首次系統(tǒng)開展了3種大黃種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置10、15、20、25、30、35 ℃ 6個(gè)溫度梯度，在各溫度條件下又分別設(shè)置6個(gè)聚乙二醇（PEG-6000，以下簡稱PEG）溶液濃度梯度（0、5%、10%、15%、20%、25%）的干旱脅迫，考察3種大黃種子響應(yīng)溫度和干旱交互條件下的萌發(fā)特征和幼苗發(fā)育情況，預(yù)期為大黃規(guī)范化種植和高品質(zhì)藥材生產(chǎn)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

3種大黃種子樣品于2020年9月分別采自甘肅和政縣、陜西鎮(zhèn)巴縣和青海湟中縣，經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)王繼濤高級實(shí)驗(yàn)師鑒定為掌葉大黃L.、藥用大黃Baill.和唐古特大黃Maxim. ex Balf.的干燥成熟種子。

1.2 培養(yǎng)條件及方法

在光照培養(yǎng)箱（BSG-300，上海博訊）設(shè)置溫度梯度模擬外界環(huán)境溫度，以PEG模擬干旱環(huán)境。在光照培養(yǎng)箱設(shè)置6個(gè)恒溫（10、15、20、25、30、35 ℃）條件下，分別設(shè)置PEG濃度為0（CK）、5%、10%、15%、20%、25% 6個(gè)PEG干旱處理，每個(gè)處理3組重復(fù)，共108組實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)選用健康飽滿的3種大黃種子，去離子水浸泡1 d，使用75%乙醇消毒10 s，10%雙氧水消毒15 min。將種子置于鋪有兩層濾紙的150 mm的培養(yǎng)皿內(nèi)，種子間保持一定的距離，每皿100粒種子，用注射器將相應(yīng)濃度的PEG溶液注入底部，隨后將培養(yǎng)皿分別放入對應(yīng)條件的光照培養(yǎng)箱內(nèi)，光照時(shí)間12 h/d，光照強(qiáng)度15 000 lx。以胚根突破種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄萌發(fā)情況，培養(yǎng)10 d。試驗(yàn)過程為了排除水分蒸發(fā)對PEG濃度的影響，每隔3 d更換1次濾紙和相應(yīng)濃度的PEG溶液。

1.3 指標(biāo)測定

按照公式計(jì)算，各處理的最終發(fā)芽率和發(fā)芽勢。萌發(fā)結(jié)束后，從各處理的各重復(fù)中隨機(jī)取出10株幼苗，測定胚根長、胚軸長、子葉長、苗長。

最終發(fā)芽率＝發(fā)芽種子數(shù)/供試總種子數(shù)

發(fā)芽勢＝發(fā)芽前5 d發(fā)芽數(shù)/供試總種子數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019軟件和SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對發(fā)芽率、發(fā)芽勢和幼苗根長株高等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理繪圖、差異顯著性檢驗(yàn)（LSD法，＜0.05）和多因素方差分析，并用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對干旱脅迫下大黃種子萌發(fā)的影響

由圖1、2可知，3種大黃種子整體發(fā)芽率均隨著溫度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。20、25 ℃時(shí)，掌葉大黃在PEG濃度為5%出現(xiàn)最高值95.56%；20 ℃時(shí)，藥用大黃對照組出現(xiàn)最高值47.33%；25 ℃時(shí)，唐古特大黃對照組出現(xiàn)最高值96.67%；20 ℃時(shí)掌葉大黃和唐古特大黃種子的最終發(fā)芽率相對穩(wěn)定，各處理組間（除25% PEG濃度）無顯著差異（＞0.05），表明20 ℃是掌葉大黃和唐古特大黃種子的最適溫度。各處理組隨著PEG濃度的增加，藥用大黃最終發(fā)芽率明顯降低（＜0.05），而掌葉大黃和唐古特大黃種子降低趨勢并不明顯（＞0.05）；當(dāng)PEG濃度為25%時(shí)，掌葉大黃和唐古特大黃種子在30 ℃及35 ℃下不發(fā)芽，而藥用大黃種子在各溫度下均不發(fā)芽，且在PEG濃度為20%時(shí)，只在20 ℃和25 ℃溫度下發(fā)芽。

ZY-掌葉大黃 YY-藥用大黃 TGT-唐古特大黃 柱狀圖上不同字母表示3種大黃的所有處理在P＜0.05水平差異顯著，圖2、3同

圖2 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃種子的累積發(fā)芽率

如圖3所示，3種大黃種子發(fā)芽勢整體趨勢是先增加后減小。在溫度10、15和35 ℃下，藥用大黃種子發(fā)芽勢均為0（除15 ℃及35 ℃對照1.33%和0.67%），30 ℃時(shí)，PEG高濃度（20%和25%）的發(fā)芽勢也為0；掌葉大黃種子在低溫10 ℃時(shí)，除對照外均為0，15 ℃之后發(fā)芽勢開始升高，且在20～30 ℃，5%和10% PEG濃度組與對照均無差異（＞0.05）；10、15和35 ℃時(shí)，唐古特大黃種子在20%和25%PEG溶液處理下發(fā)芽勢均為0，且在所有溫度下，低濃度PEG（5%、10%）組與對照均無差異（＞0.05），10和15 ℃低溫時(shí)，發(fā)芽勢顯著高于掌葉大黃（＜0.05），其他溫度差異不明顯（＞0.05），而在所有溫度下，唐古特大黃和掌葉大黃種子的發(fā)芽勢均高于藥用大黃。

多因素方差分析顯示（表1），6種不同的溫度和6種不同的PEG濃度對3種大黃種子的最終發(fā)芽率、發(fā)芽勢有顯著影響。綜合上述結(jié)果，在干旱脅迫下，唐古特大黃和掌葉大黃優(yōu)于藥用大黃，20 ℃是掌葉大黃和唐古特大黃種子萌發(fā)的最適溫度，20和25 ℃是藥用大黃種子萌發(fā)的最適溫度。

圖3 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃種子的發(fā)芽勢

表1 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃種子萌發(fā)的多因素方差分析(F值)

Table 1 Multivariate an OVA of three rhubarb seeds germination under different treatments (F value)

差異來源F值 發(fā)芽勢最終發(fā)芽率 種子1444.231**1044.651** 溫度 551.992** 302.004** 脅迫 512.262** 491.126** 種子＋溫度 93.788** 22.464** 溫度＋脅迫 27.920** 14.111** 種子＋脅迫 92.825** 45.930** 種子＋溫度＋脅迫 8.683** 4.977**

*＜0.05，**＜0.01

隨著PEG脅迫程度的增加，種子萌發(fā)受到的抑制，尤其是PEG濃度25%時(shí)。因此，唐古特大黃種子比掌葉大黃種子耐低溫耐旱，掌葉大黃比唐古特大黃種子耐高溫，藥用大黃較掌葉大黃對高溫或低溫更敏感。

2.2 溫度對干旱脅迫下大黃幼苗生長的影響

由表2知，溫度由10 ℃升高到35 ℃的過程中，掌葉大黃各處理的胚根長先增后減，25 ℃時(shí)達(dá)到最大，且隨著PEG濃度的升高而縮短；唐古特大黃的胚根長同樣是先增后減，同掌葉大黃一致，20 ℃達(dá)到最大值，但在PEG濃度為5%之后，25 ℃達(dá)到最大值，隨后減少；藥用大黃的胚根長同樣是先增后減，同掌葉大黃一致，25 ℃達(dá)到最大值，但當(dāng)PEG濃度為10%和15%時(shí)，20 ℃達(dá)到最大值。不考慮未發(fā)芽的處理組時(shí)，掌葉大黃胚軸長的最大值出現(xiàn)在20 ℃時(shí)的對照組，為7.16 mm，最小值出現(xiàn)在15 ℃下PEG濃度為20%時(shí)，為1.59 mm；藥用大黃胚軸長的最大值出現(xiàn)在25 ℃下PEG濃度為5%，為5.89 mm，最小值出現(xiàn)在35 ℃下PEG濃度為10%，為2.36 mm；唐古特大黃胚軸長的最大值出現(xiàn)在25 ℃下PEG濃度為5%時(shí)，為6.52 mm，最小值出現(xiàn)在35 ℃下PEG濃度為10%，為2.14 mm。隨著溫度變化結(jié)合干旱脅迫的影響，胚根和胚軸均發(fā)生一定程度的變化（表2、3）。

由表4可知，隨著溫度的升高，干旱脅迫下掌葉大黃和唐古特大黃幼苗的子葉長呈現(xiàn)先增后減的趨勢。掌葉大黃在20 ℃達(dá)到最大值；而藥用大黃在PEG濃度為5%時(shí)，在25 ℃達(dá)到最大值，其余同掌葉大黃和唐古特大黃。對照組時(shí)掌葉大黃和唐古特大黃幼苗的子葉長度出現(xiàn)最大值，掌葉大黃最大值為7.63 mm，唐古特大黃最大值為8.17 mm；PEG濃度為5%時(shí)藥用大黃幼苗的子葉長度出現(xiàn)最大值，為7.65 mm。掌葉大黃幼苗苗長在25 ℃的對照組達(dá)到最大值；藥用大黃苗長在對照組時(shí)，25 ℃達(dá)到最大值；藥用大黃幼苗苗長PEG濃度為5%時(shí)，在25 ℃達(dá)到最大值，其他濃度時(shí)，在20 ℃達(dá)到最大值；唐古特大黃幼苗苗長在對照組和PEG濃度為15%時(shí)，在20 ℃達(dá)到最大值，在其他濃度時(shí)，在25 ℃達(dá)到最大值（表3、4）。

表2 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃幼苗的胚根長和胚軸長()

Table 2 Radicle length and hypocotyl length of three rhubarb seedlings under the interaction of temperature and PEG concentration ()

指標(biāo)種子溫度/℃長度/mm CK5%PEG10% PEG15% PEG20% PEG 胚根ZY109.26±2.42aC10.01±1.63aD——— 1521.45±2.43aB18.27±4.42aB18.66±1.81aB10.27±5.40bC6.78±4.11bC 2041.54±5.49aA41.66±6.70aA29.27±5.65bA25.76±3.94bB16.98±3.43cB 2543.56±9.19aA42.45±3.24aA32.65±7.54bA36.17±9.63abA20.57±3.95cA 3012.19±3.46aC13.53±2.39aC10.18±1.71bC10.07±2.26bC8.12±3.32bC 357.55±1.32aC5.52±1.27bE4.58±0.67bD4.77±0.30bD4.43±0.33bD YY107.98±3.23B———— 159.34±2.41abB12.16±3.99aB7.39±2.44bC6.86±4.04bB— 2020.75±8.45bA27.48±7.15aA26.58±6.13abA16.97±3.05bA— 2521.17±6.17bA29.54±4.63aA22.22±6.24bB8.78±2.91cB— 308.64±2.59aB6.93±1.11abC6.70±1.12bC5.78±1.38cB— 35————— TGT1015.43±3.62aC15.12±2.93aC12.74±2.68abC9.47±1.83bC— 1523.53±4.36abB25.87±6.47aB20.45±4.44bB18.38±5.53bB— 2036.08±6.04aA37.00±3.21aA29.80±4.63bA23.37±4.58cA— 2525.52±7.88bB36.88±7.14aA31.44±5.88aA18.58±6.43cB10.64±6.27dA 3010.57±2.35bD12.78±5.11abC14.27±4.87aC10.64±2.88bC9.16±3.18bA 355.13±0.93abE5.24±1.58aD3.99±0.68bD—— 胚軸ZY102.07±0.51aD1.79±0.42aC——— 154.36±0.65aC4.42±0.75aB4.28±1.47aA2.27±0.80bC1.53±1.22bC 207.16±1.25aA5.92±1.19bA4.79±0.67cA4.56±1.07cA3.19±0.97dA 255.57±1.22aB4.27±1.26bB4.24±0.75bA4.67±0.88bA3.35±0.49cA 304.62±1.23abC5.33±1.05aA4.09±1.02bA3.99±0.65bB3.01±1.32cB 352.89±0.89aD2.65±0.56aC2.24±0.45aB2.67±0.60aC2.36±0.72aB YY102.43±1.23D———— 153.05±0.64abC3.38±0.95aB2.36±0.48bC2.32±0.40bC— 205.56±0.94abA5.73±0.91aA4.85±1.26abA4.77±1.09bA— 255.54±1.08aA5.89±1.36aA4.88±0.91aA3.77±1.25aB— 304.83±1.60aB3.97±0.56bB3.14±0.65bB2.66±3.47cC— 35————— TGT105.01±0.72aB4.32±0.90aC3.10±0.82bC2.42±0.31bC— 155.53±0.80aAB5.16±0.84abB4.70±0.62bB4.19±0.94bB— 205.77±1.54abA6.25±1.48aA5.33±0.91abA4.79±0.88bA— 256.00±1.75aA6.52±0.75aA5.72±0.81aA4.22±0.90bAB3.62±0.91cA 304.92±1.90aB5.04±0.72aB4.57±0.76abB4.05±0.63abB3.68±1.17bA 352.80±0.46abC2.94±0.63aD2.14±0.37bD——

不同字母表示差異顯著＜0.05，下同

Different letters indicate significant difference? 0.05, same as below

2.3 溫度對干旱脅迫下大黃種子萌發(fā)和幼苗生長影響的互作效應(yīng)分析

利用Design Expert 8.0軟件，以種子類型、外界脅迫、實(shí)驗(yàn)溫度為考察因素，以最終發(fā)芽率、胚根長等測量指標(biāo)為響應(yīng)值，來預(yù)測不同溫度和PEG脅迫下3種大黃種子和幼苗發(fā)育的最優(yōu)處理。由圖4可以看出，相同溫度下隨著脅迫濃度的增加，種子的最終發(fā)芽率和幼苗的胚根長、胚軸長、子葉長、苗長減小。最后由軟件分析得到最佳處理?xiàng)l件：0.72% PEG、19.30 ℃復(fù)合脅迫為掌葉大黃發(fā)芽的最優(yōu)處理組合，0.78%PEG、18.51 ℃為藥用大黃發(fā)芽的最優(yōu)處理組合，0.52%PEG、18.09 ℃為唐古特大黃發(fā)芽的最優(yōu)處理組合；適宜3種大黃幼苗發(fā)育的處理均為0%PEG時(shí)的不同溫度下，為掌葉大黃22.32 ℃、藥用大黃21.61 ℃、唐古特大黃20.93 ℃。

表3 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃幼苗生長的多因素方差分析

Table 3 Multivariate analysis of variance for growth of three rhubarb seedlings under the interaction of temperature and PEG concentration

差異來源胚根長/mm胚軸長/mm子葉長/mm苗長/mm 種子231.448**144.155** 6.779**337.940** 溫度646.857**388.082** 10.807**781.500** 脅迫534.149**702.375** 18.991**792.751** 種子＋溫度 26.048** 29.239** 1.459* 30.334** 溫度＋脅迫 47.506** 30.423** 1.448* 50.087** 種子＋脅迫 19.695** 14.232** 0.733* 24.155** 種子＋溫度＋脅迫 5.739** 8.418** 1.770** 7.472**

*＜0.05，**＜0.01

表4 溫度與PEG溶液濃度交互作用下3種大黃幼苗的子葉長和苗長()

Table 4 Cotyledon length and seedling length of three rhubarb seedlings under the interaction of temperature and PEG concentration ()

指標(biāo)種子溫度/℃長度/mm CK5%PEG10% PEG15% PEG20% PEG 子葉ZY103.92±0.63aD3.88±0.74aC——— 155.94±0.79aC5.69±0.74aB5.02±0.52bB3.22±0.64cC2.93±0.65cB 207.63±1.10aA6.81±1.19bA5.13±0.92bB5.55±0.78bA3.71±0.75cA 256.82±0.96aB5.59±1.15bB5.09±0.95bB5.39±0.99bA3.81±0.88cA 306.38±0.77aBC5.84±0.83aB5.71±0.70aA4.47±1.04bB3.28±2.09bB 353.16±0.57aD3.52±0.90aC3.32±0.55aC3.64±0.51aC3.08±0.32aB YY103.73±4.21D———— 154.34±0.41aC4.38±0.56aB3.24±0.48bB3.09±0.83bD— 206.62±1.07aA6.28±0.87aB5.33±0.96bA4.85±0.87bA— 256.47±1.61bA7.65±0.90aA5.56±1.06cA4.23±0.79dB— 306.00±0.92aB4.42±1.43bB3.73±0.68bB3.96±2.76bC— 35————— TGT105.43±0.46aC4.42±0.52bD3.98±0.54bC2.98±0.52cC— 156.68±1.10aB5.44±0.75bC5.17±0.45bBC4.59±1.07cA— 208.17±1.53aA6.28±1.23bB5.65±1.30bcB5.03±1.15cA— 257.76±0.98aA7.77±0.93aA7.05±0.80bA4.24±0.86cB3.76±0.65bA 305.48±0.64aC5.41±0.58aC4.46±0.82bC3.82±0.71bC3.15±0.77cA 353.74±0.63aD3.56±0.51aE3.18±0.51aD—— 苗ZY1015.82±3.43aD15.57±2.36aC——— 1537.25±7.38aB35.12±3.44aB34.20±6.04aB19.83±7.43bC10.78±5.88cB 2068.97±9.74aA65.94±8.68aA46.74±7.06bA41.00±5.46bB28.46±5.75cA 2574.57±18.67aA67.85±6.98aA52.36±7.14bA52.26±10.45bA31.25±5.40cA 3027.95±4.92aC30.22±3.79aB23.03±3.60bC19.85±2.04bC12.14±2.97cB 3515.94±2.81aD13.23±2.25bC11.56±0.87cD11.96±0.21bcC11.43±1.08cB YY1013.17±5.19C———— 1518.13±3.84aB21.19±5.53aB13.18±2.66bB14.35±4.96bC— 2034.11±6.67abA39.71±9.08aA40.10±8.48aA28.97±4.47bA— 2533.93±8.06bA48.70±4.79aA36.74±6.39bA19.52±4.79cB— 3020.48±4.31aB17.81±3.77abB14.79±1.81bB13.87±3.96bC— 35————— TGT1026.14±2.97aC23.54±3.27abC22.10±3.67bC15.88±3.90cC— 1538.58±3.02aB38.30±6.48aB34.43±4.71aB28.85±4.57bA— 2053.17±7.61aA52.23±2.79aA42.19±6.57bA34.62±4.41cA13.45±4.35dB 2546.21±8.83bA56.35±9.08aA46.35±7.64bA27.25±9.38cA18.94±6.47dA 3025.14±3.88abC27.26±6.38aC24.31±4.07abC21.48±3.18bB17.27±4.86cA 3512.67±1.92aD12.68±1.92aD9.86±1.27bD——

圖4 溫度與PEG溶液濃度交互作用下對大黃生長影響的響應(yīng)面

3 討論

3.1 3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長對溫度響應(yīng)差異顯著

種子萌發(fā)是種子吸水激活代謝反應(yīng)，隨后引起胚膨大和胚根從外周組織中突破的一個(gè)過程，其內(nèi)部進(jìn)行著一系列酶催化的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，而溫度對于維系酶的活性至關(guān)重要[20]，因此低溫或高溫均會對種子萌發(fā)產(chǎn)生影響。種子內(nèi)貯藏物可以供給種子萌發(fā)及幼苗生長是十分有限的，若遇低溫侵襲使出苗延遲，則會因?yàn)榛A(chǔ)生命代謝的消耗在出苗前耗盡貯藏物[21]，高溫會影響萌發(fā)過程中膜透性和酶的活性，降低代謝活動[22]。只有在適宜的溫度下種子的活力才不會受影響，萌發(fā)正常出苗整齊。本研究發(fā)現(xiàn)3種大黃種子在10、15 ℃的情況下發(fā)芽遲緩，藥用大黃萌發(fā)率較低；在20、25 ℃情況下，種子可以正常萌發(fā)及生長，而且可以迅速進(jìn)入萌發(fā)狀態(tài)；在30 ℃情況下，種子萌發(fā)率降低，出苗緩慢；在35 ℃情況下，萌發(fā)情況顯著降低，藥用大黃完全不萌發(fā)。唐古特大黃在10 ℃時(shí)不論是萌發(fā)時(shí)間還是萌發(fā)率以及幼苗的生長與20、25 ℃時(shí)的差異較其他2個(gè)大黃最小，因此唐古特大黃對低溫的適應(yīng)性優(yōu)于其他2種大黃，掌葉大黃在35 ℃時(shí)各指標(biāo)與20、25 ℃時(shí)的差異較其他2個(gè)大黃最小，因此掌葉大黃對高溫的適應(yīng)性優(yōu)于其他2種大黃。

3.2 3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長對干旱脅迫響應(yīng)差異顯著

水分也是植物生長的先決條件，土壤干旱已經(jīng)成為影響全球生態(tài)系統(tǒng)的重要的環(huán)境因子，嚴(yán)重影響植物的生長發(fā)育[23]。PEG是一種高分子滲透劑，可以使植物組織和細(xì)胞處于類似干旱的水分脅迫中，通常用于植物抗旱性早期鑒定研究，其作用機(jī)制是能減緩種子萌發(fā)初期水分進(jìn)出種子的速率，從而控制種子吸水速率和發(fā)芽進(jìn)程[24]。用不同濃度的PEG溶液處理小麥種子測定其萌發(fā)指標(biāo)，5%～10%PEG對種子萌發(fā)影響較小，15% PEG延緩種子萌發(fā)，當(dāng)濃度到達(dá)30%時(shí)，小麥種子幾乎不發(fā)芽[25]；以大花白麻和羅布麻為對象，隨著PEG濃度的不斷增加，種子含水率減少，種子萌發(fā)指標(biāo)和幼苗生長指標(biāo)均呈明顯的下降趨勢，且在25%～30%時(shí)受抑制程度最明顯[26]。本研究表明低濃度（5%）PEG處理3種大黃，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及幼苗胚根、胚軸和子葉與對照無明顯差異，甚至對藥用大黃幼苗還有輕微促進(jìn)作用；高濃度（25%）PEG處理時(shí)，藥用大黃種子萌發(fā)完全被抑制，掌葉大黃和唐古特大黃各指標(biāo)也顯著下降；當(dāng)PEG濃度為15%時(shí)，掌葉大黃和唐古特大黃種子萌發(fā)與幼苗生長指標(biāo)均為對照的58%以上。這些結(jié)果說明掌葉大黃和唐古特大黃的抗旱性優(yōu)于藥用大黃，這可能系3種大黃生長于不同高海拔山區(qū)長期進(jìn)化的結(jié)果。

3.3 溫度與干旱復(fù)合脅迫對3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長有顯著影響

自然條件下，植物往往會受到2種或2種以上的非生物脅迫，環(huán)境脅迫及在不同脅迫組合會對種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生影響[27]。干旱與溫度脅迫最常見的兩種脅迫因子。本研究發(fā)現(xiàn)干旱與溫度脅迫交互作用顯著影響3種大黃的種子萌發(fā)及幼苗生長。各濃度PEG與20、25 ℃交互處理優(yōu)于各濃度PEG單獨(dú)處理下3種大黃的種子萌發(fā)及幼苗生長，說明適宜的溫度會緩減干旱對種子萌發(fā)的脅迫。而在10 ℃或35 ℃單獨(dú)處理下3種大黃種子的萌發(fā)及生長情況，其他溫度較10 ℃或35 ℃與各濃度PEG交互處理下的好，說明不適宜的脅迫會加速另一種脅迫對種子萌發(fā)的抑制。不適宜的溫度與干旱脅迫交互作用使種子發(fā)生生理失衡，進(jìn)而降低發(fā)芽率、延遲發(fā)芽時(shí)間，甚至使種子喪失活力[28]。在不同濃度PEG與低溫或高溫交互處理下，3種大黃種子萌發(fā)明顯受到抑制，這與前人對黃芪[29]、桔梗[30]、野豌豆[31]等植物種子萌發(fā)研究類似，隨著溫度的下降或者升高，大黃抗旱性也會有一定程度的下降。所以復(fù)合脅迫環(huán)境中一種脅迫會影響植物對另一種脅迫的抗性。

本研究厘清了3種大黃種子萌發(fā)及幼苗生長的最適溫度及在干旱脅迫下的生長特征及其差異，為大黃規(guī)范化種植生產(chǎn)及品質(zhì)提高提供了理論依據(jù)。然而，3種大黃響應(yīng)溫度和干旱脅迫處理的差異機(jī)制尚需深入研究。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Effects of temperature and drought stress on seed germination and seedling growth of three rhubarb species

LI Hui1, 2, WANG Xue-ru1, LI Yi-min1, 2, XU Jin3, LIU Dong4, GAO Jing1, 2, ZHANG Ming-ying1, DU Tao4, YAN Yong-gang1, ZHANG Gang1, 2

1. Shaanxi University of Chinese Medicine of Pharmacy/Shaanxi Qinling Chinese Herbal Medicine Application Development Engineering Technology Research Center, Xi’an 712046, China 2. Key Laboratory for Research of "Qin Medicine" of Shaanxi Administration of Traditional Chinese Medicine, Xi’an 712046, China 3. Baihua Valley Modern Agriculture and Animal Husbandry Development Co., Ltd. of Zhenba County, Hanzhong 723600, China 4. College of Pharmacy, Gansu University of Chinese Medicine/Key Laboratory of Quality and Standard of Traditional Chinese Medicine in Gansu Province, Lanzhou 730099, China

To study the effect of different temperature and PEG-6000 simulated drought stress on seed germination of Rhubarb, exploring the optimum temperature and tolerance of seed germination of rhubarb under drought stress.To use six temperatures (10, 15, 20, 25 and 30, 35oC) and six PEG concentrations (0, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%) to simulate the temperature stress and drought stress to deal with rhubarb seeds, artificial culture box, with the help of SPSS 24.0 single factor variance analysis on the germination potential, germination rate, germination index, radical length, hycopotyl length, cotyledon length index statistics and analysis.Drought and temperature had significant effects (＜0.05) on the seed germination and seedling growth of these three rhubarbs. Under the same temperature condition, seed germination indexes deceased with the increasement of PEG concentrations for these species. Forand, seedling growth indexes decreased as PEG concentrations increased.seedling growth indexes showed increased then decreased and reached peak at 5% PEG. 25% PEG severely repressedandgermination, and completely inhibitedgermination. At 20oC or 25oC, seed germination and seedling growth indexes of the three rhubarbs all reached maximum under various PEG concentrations. At temperatures below 20oC or over 25oC, seed germination and seedling growth indexes displayed decreasing trend, while showing decreased dramatically at 35oC high temperature.Over all, under all experimental conditions, indexes ofandseeds showed better germination speed and uniformity, higher seed vigor, and stronger drought resistance than those of. Mild drought might be good for seedling growth of. This study provided a theoretical basis for the germplasm assessment, standard cultivation research and applications of rhubarb.

rhubarb; drought; temperature; interactive stress; seed germination; seedling growth

R286.2

A

0253 - 2670(2022)08 - 2480 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.08.025

2021-10-16

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81973430）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（82104334）；陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈項(xiàng)目（2021ZDLSF04-01）；陜西中醫(yī)藥大學(xué)新進(jìn)博士科研啟動經(jīng)費(fèi)（104080001）；陜西中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2019-QN01）；省部共建特色秦藥資源研究開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（培育）開放課題（QY202101）

李 慧，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴庂Y源與分子生藥學(xué)。E-mail: 1445784065@qq.com

張 崗，男，博士，教授，研究方向?yàn)橹兴庂Y源與分子生藥學(xué)。E-mail:jay_gumling2003@aliyun.com

李依民，女，博士，副教授，研究方向?yàn)橹兴庂Y源評價(jià)與利用。E-mail: 2051058@sntcm.edu.cn

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