摘要：通過模擬酸雨脅迫及苔蘚化感作用兩種不同的生長環(huán)境，初步探討了模擬酸雨及3種苔蘚鳳尾蘚（Fissidens bryoides）、提燈蘚（Mnium hornum）、縮葉蘚（Ptychomitrium）種植水對紫蘇（Perilla frutescens）種子萌發(fā)特性的影響。結(jié)果表明，pH為5.0及以上的低濃度模擬酸雨環(huán)境對紫蘇種子的萌發(fā)及幼苗生長影響不大，但隨著酸化程度的加深，對紫蘇種子萌發(fā)的抑制作用明顯增加，當(dāng)pH降到1.0時(shí)種子不發(fā)芽。紫蘇幼苗葉片POD活力隨脅迫時(shí)間的延長呈先升后降的趨勢。而葉片MDA含量除pH為5.0處理組與對照組相近外，其他脅迫濃度下均有顯著增加，說明pH低于5.0紫蘇幼苗生長受到較嚴(yán)重?fù)p害。在苔蘚種植水培養(yǎng)環(huán)境中，與對照組相比，紫蘇種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均隨苔蘚植物種植水濃度的升高而升高，在濃度為100%時(shí)對種子萌發(fā)的促進(jìn)效果最為顯著。

關(guān)鍵詞：紫蘇（Perilla frutescens）；種子萌發(fā)；生理指標(biāo)；酸雨；化感作用

中圖分類號：Q949.777.6；Q945.79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）23-5336-04

Study on Germination Characteristics of Perilla frutescens under Simulation Environment of Acid Rain and Bryophyta

XIE Tian，JIANG An-na，WANG Man-jun，YAN Feng，F(xiàn)ANG Yuan-ping，XIANG Jun

（Hubei Key Laboratory of Economic Forest Germplasm Improvement and Resources Comprehensive Utilization / College of Chemisitry and Life Sciences， Huanggang Normal University， Huanggang 438000，Hubei，China）

Abstract： By simulating two different growth environment， acid rain stress and moss allelopathy， the effects of acid rain and three bryophyte cultivate water （Fissidens bryoides，Mnium hornum，Ptychomitrium） on Perilla frutescens seed germination was studied. The results showed that the simulated acid rain with pH lower than 5.0 had little effect on P. frutescens seed germination and seedling growth； as the increasing of acidification， there was a significant inhibition of seed germination， and the seed could not germinate under the pH lower than 1.0. The POD activity in P. frutescens blade increased firstly and then decreased as the stress time prolonged， and the MDA content was decreased when pH was lower than 5.0， suggesting that P. frutescens seedling growth was affected by pH lower than 5.0. In the culture water environment， compared to the control， P. frutescens germination rate， germination index， vigor index increased as the bryophyte planting concentration increasing， and the treatment with the most significant effect was 100% bryophyte planting solution.

Key words： Perilla frutescens； seed germination； physical signs； acid rain； allelopathy

紫蘇（Perilla frutescens）別名赤蘇、紅蘇、紅紫蘇、香蘇等，系唇形科紫蘇屬一年生草本植物，是我國傳統(tǒng)的藥食兩用植物[1]，目前各地均有栽培。紫蘇全株均有很高的營養(yǎng)價(jià)值，其具有低糖、高纖維、高胡蘿卜素等特點(diǎn)；在醫(yī)療保健方面，紫蘇具有保護(hù)肝臟、降血脂、降血壓、預(yù)防癌變、提高記憶力、抗過敏及抗微生物等功效，是衛(wèi)生部首批頒布的60種“藥食同源”品種之一，可以開發(fā)出多種保健食品，在醫(yī)藥和食品工業(yè)上具有廣泛的用途[2]。隨著紫蘇相關(guān)研究的深入及產(chǎn)品市場的拓展，對紫蘇的數(shù)量與質(zhì)量要求越來越高。而種子往往被認(rèn)為是植物生命周期的開始，幼苗的生長是天然更新過程中最敏感的階段，受環(huán)境影響較大。研究表明，紫蘇種子表面有較厚的蠟質(zhì)層，種皮透水、透氣性差，從而導(dǎo)致其休眠期較長、發(fā)芽率較低[3]。紫蘇種植大多采用育苗移栽法生產(chǎn)，而當(dāng)大面積栽培（如進(jìn)行山坡荒地改造和生態(tài)恢復(fù)）時(shí)則需要撒播，發(fā)芽率很低。相關(guān)研究也指出，惡劣環(huán)境條件的脅迫會(huì)對植物種子萌發(fā)和幼苗生長造成很大的影響[4]。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展和礦物燃料消耗的增多，酸雨發(fā)生的頻率越來越高，發(fā)生的范圍也不斷擴(kuò)大。研究表明，酸雨對植物種子萌發(fā)和幼苗生長均會(huì)產(chǎn)生較大的影響[5，6]。而酸雨是否會(huì)對紫蘇種子萌發(fā)及幼苗生長造成影響及其影響程度如何目前未見報(bào)道。在環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的今天，苔蘚植物作為一類對環(huán)境條件特別敏感的高等植物類群，對其生態(tài)功能的研究開始興起[7]。苔蘚植物在涵養(yǎng)水源、營養(yǎng)循環(huán)、環(huán)境指示、天然更新及次生代謝物積累等方面都發(fā)揮著不容忽視的作用[8]；同時(shí)，其作為生態(tài)系統(tǒng)的主要地被植物，不僅在物理結(jié)構(gòu)上對種子和幼苗產(chǎn)生影響，而且可能對種子萌發(fā)和幼苗的建成存在化感作用[9，10]?；凶饔茫ˋllelopathy）是指植物通過向環(huán)境釋放次生化學(xué)物質(zhì)而對鄰近植物（包括微生物）的生長發(fā)育產(chǎn)生直接或間接的有害或有益影響。Steijlen等[11]發(fā)現(xiàn)赤莖蘚（Pleurozium schreberi）對歐洲赤松種子萌發(fā)存在明顯的抑制作用，且認(rèn)為是一種化學(xué)影響。杜桂森等[12]用5種苔蘚植物配子體的水提液分別培養(yǎng)5種作物種子，發(fā)現(xiàn)羊角蘚（Herpetineuron toccoae）、山羽蘚（Abietinella abietilla）、塔蘚（Hylocomium splendens）和細(xì)葉金發(fā)蘚（Polytrichum longisetum）對種子萌發(fā)均有不同的促進(jìn)作用，而溫帶光萼苔（Porella platiphylla）則有不同程度的抑制作用。Equihua等[13]用苔蘚浸提液和新鮮植物體對帚石楠（Calluna vulgaris）的種子進(jìn)行了處理，發(fā)現(xiàn)沒有化感作用?？梢娞μ\植物對種子萌發(fā)的影響作用不盡相同。目前，關(guān)于苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)的化感作用研究鮮有報(bào)道。本研究通過模擬兩種不同的生長環(huán)境（酸雨脅迫及苔蘚化感作用），初步探討模擬酸雨及3種苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)特性的影響，為紫蘇在不同環(huán)境下大面積栽培提供科學(xué)依據(jù)，對坡地利用及生態(tài)重建具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試種子及苔蘚 紫蘇種子由湖北蘄春李時(shí)珍生物有限公司提供。新鮮鳳尾蘚（Fissidens bryoides）、提燈蘚（Mnium hornum）及縮葉蘚（Ptychomitrium）均采自湖北省黃岡市龍王山。

1.1.2 藥品和化學(xué)試劑 愈創(chuàng)木酚，30%H2O2，三氯乙酸，硫代巴比妥酸（0.6%TBA）溶液，20 mmoL/L KH2PO4（pH 6.0），100 mmol/L磷酸緩沖液（pH 6.0），70%乙醇等。

1.1.3 主要儀器和設(shè)備 722型分光光度計(jì)；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州國華電器有限公司生產(chǎn)）；YP1201N型電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；AB204-N型分析天平[梅特勒托利多儀器（上海）有限公司]；飛鴿牌系列高速冷凍離心機(jī)；具塞試管、研缽、培養(yǎng)皿、濾紙等。

1.2 方法

1.2.1 模擬酸雨對紫蘇種子萌發(fā)及幼苗生長的影響 挑選子粒飽滿、大小一致的紫蘇種子，用蒸餾水沖洗3遍后放入盛有30%H2O2的燒杯中消毒20 min，再用蒸餾水徹底沖洗。將種子分為6組，分別用pH為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0的模擬酸雨溶液和蒸餾水（對照）浸泡24 h，待種子充分吸水膨脹后將其整齊地排列在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑12.5 cm）中，每皿50粒，每個(gè)濃度梯度重復(fù)3次。每粒種子之間留有均勻的間距，以保證與模擬酸雨溶液的良好接觸；且生長空間應(yīng)足夠，以防止種子發(fā)霉后相互感染。將培養(yǎng)皿放入25 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng)，每天噴淋1次上述6種溶液，液體噴淋量隨紫蘇幼苗的生長從5 mL到10 mL逐漸增加，共培養(yǎng)10 d。每天觀察發(fā)芽種子的生長狀況并進(jìn)行發(fā)芽指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定。

1.2.2 苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)的影響

1）苔蘚植物種植水的制備。將野外采集的3種新鮮苔蘚用自來水沖洗，去掉夾在其中的其他苔蘚和雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗干凈，陰干后稱重，取相同重量的苔蘚分別置于3個(gè)盛有等量蒸餾水的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)4 d。4 d后各培養(yǎng)皿中的液體即為相應(yīng)的苔蘚植物種植水。

2）種子發(fā)芽及處理。紫蘇種子經(jīng)消毒（70%乙醇中浸泡15 min，蒸餾水漂洗3次）后，挑選子粒飽滿、大小相近的種子播種于鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，每皿50粒。濾紙已滴加蒸餾水（對照）或不同濃度梯度（1%、10%、100%）的苔蘚植物種植水8 mL，每個(gè)處理重復(fù)3次。25 ℃恒溫條件下暗培養(yǎng)10 d。每天記錄種子發(fā)芽數(shù)。發(fā)芽結(jié)束后，從每個(gè)重復(fù)中選出20個(gè)發(fā)芽較整齊且具有代表性的種子，用鑷子將其胚根取下，測量胚根長，取其平均值[1]。

1.3 發(fā)芽指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定

試驗(yàn)測定的紫蘇種子發(fā)芽指標(biāo)有發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，各發(fā)芽指標(biāo)的測定參照文獻(xiàn)[1]的方法進(jìn)行。生理指標(biāo)有紫蘇幼苗葉片過氧化物酶（POD）活力和丙二醛（MDA）含量。POD活力的測定采用愈創(chuàng)木酚比色法[1個(gè)酶活力單位（U）定義為每分鐘每克樣品OD470 nm的變化值]；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸法[14]。采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件和Excel 2003對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖。

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

發(fā)芽指數(shù)=∑（Gt/Dt），

式中，Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間（d）；

活力指數(shù)=S×（Gt/Dt），

式中，S為胚根長度（cm）。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨脅迫對紫蘇種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

2.1.1 模擬酸雨脅迫對紫蘇種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響 由表1可知，紫蘇種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)隨著模擬酸雨溶液pH的下降而降低。當(dāng)溶液pH為2.0時(shí)，在培養(yǎng)過程中出現(xiàn)了較嚴(yán)重的發(fā)霉及部分芽死亡現(xiàn)象，種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對照相比差異極顯著，其中發(fā)芽率僅為對照的57.1%；當(dāng)溶液pH為1.0時(shí)，種子不發(fā)芽，可能是種子已經(jīng)被高濃度模擬酸雨溶液殺死。Fan等[15]研究發(fā)現(xiàn)，模擬酸雨溶液pH 2.0可能是抑制種子萌發(fā)與幼苗生長的閾值，這與本研究結(jié)果一致。當(dāng)溶液pH為5.0時(shí)，種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對照無顯著差異，表明溶液在該酸度下對種子萌發(fā)無影響。因此，種植環(huán)境pH 低于5.0不宜進(jìn)行紫蘇栽培。

2.1.2 模擬酸雨脅迫對紫蘇幼苗葉片POD活力的影響 由圖1可知，紫蘇幼苗葉片POD活力隨脅迫時(shí)間的延長總體上呈先上升后下降的趨勢。脅迫初期3個(gè)處理組的POD活力都高于對照組，但在第十天時(shí)都逼近對照組，表明種子受酸雨脅迫后，機(jī)體啟動(dòng)應(yīng)激修復(fù)機(jī)制，POD活力上升清除體內(nèi)的活性氧，但隨著處理時(shí)間的延長，種子積累過多的活性氧超過了其耐受能力，從而對植物本身產(chǎn)生了傷害，影響了生理代謝，導(dǎo)致POD活力下降[4]。

2.1.3 模擬酸雨脅迫對紫蘇幼苗葉片MDA含量的影響 MDA是植物體內(nèi)膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量的高低反映了細(xì)胞膜脂過氧化程度的大小，含量越高表明細(xì)胞膜脂過氧化程度越高，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性越差[4]。由圖2可知，紫蘇幼苗葉片MDA含量隨著模擬酸雨溶液pH的降低而增加。在試驗(yàn)處理的10 d內(nèi)，與對照組相比，除pH為5.0的處理組外，其他處理組紫蘇幼苗葉片MDA含量明顯增加，表明模擬酸雨溶液pH在4.0及以下時(shí)引起了不同程度的細(xì)胞膜損傷，其活性氧積累導(dǎo)致紫蘇幼苗葉片不同程度的膜脂過氧化，且模擬酸雨溶液pH越低，膜脂過氧化程度越高。第四天時(shí)，pH為3.0的處理組紫蘇幼苗葉片MDA含量約為對照的3倍。

2.2 苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)的影響

2.2.1 不同濃度苔蘚植物種植水對紫蘇種子發(fā)芽率的影響 由圖3可知，與對照組相比，用不同濃度的3種苔蘚植物種植水培養(yǎng)紫蘇種子，種子發(fā)芽率都有不同程度的提高（1%濃度組除外），且隨種植水濃度的升高而升高；在濃度為100%時(shí)最高，鳳尾蘚和提燈蘚種植水處理組紫蘇種子發(fā)芽率均達(dá)到90.5%，縮葉蘚種植水處理組為89.3%。因此，本試驗(yàn)選取的3種苔蘚植物對紫蘇種子萌發(fā)均有一定的促進(jìn)作用。由方差分析可知，相同苔蘚植物種植水處理下，不同濃度種植水對紫蘇種子萌發(fā)的促進(jìn)作用差異不顯著。

2.2.2 不同濃度苔蘚植物種植水對紫蘇種子發(fā)芽指數(shù)的影響 由圖4可知，當(dāng)用濃度為1%的苔蘚植物種植水培養(yǎng)紫蘇種子時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)與對照組相比基本沒有變化，而濃度為10%和100%時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)較對照組明顯升高。其中，鳳尾蘚組和提燈蘚組種植水濃度100%時(shí)，紫蘇種子發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到最大，縮葉蘚組種植水濃度為10%和100%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)相當(dāng)。

2.2.3 不同濃度苔蘚植物種植水對紫蘇種子活力指數(shù)的影響 由圖5可知，用不同濃度的3種苔蘚植物種植水培養(yǎng)紫蘇種子時(shí)，種子活力指數(shù)均高于對照組，且隨著種植水濃度的升高而升高。當(dāng)種植水濃度為100%時(shí)，紫蘇種子活力指數(shù)均達(dá)到最大，但3種苔蘚植物種植水對紫蘇種子活力指數(shù)的影響程度不同。

2.2.4 不同種類苔蘚植物種植水對紫蘇種子發(fā)芽率的影響 由圖6可知，與對照組相比，苔蘚植物種植水濃度為1%時(shí)，3種苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)均沒有影響。隨著種植水濃度的升高，3種苔蘚植物對紫蘇種子萌發(fā)的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)，而不同種類苔蘚對其促進(jìn)作用程度不同：濃度為10%時(shí)，提燈蘚種植水處理組的種子發(fā)芽率最高；種植水濃度為100%時(shí)，鳳尾蘚和提燈蘚種植水處理組對種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，種子發(fā)芽率均最高，而縮葉蘚種植水處理組的種子發(fā)芽率與10%濃度組相同。由方差分析可知，相同濃度種植水處理下，不同種類苔蘚植物種植水對紫蘇種子萌發(fā)的促進(jìn)作用差異不顯著。

3 小結(jié)與討論

種子的萌發(fā)除了與自身因素如種子的生命力、成熟而完整的胚、充足的營養(yǎng)儲(chǔ)備等有關(guān)以外，還與外界環(huán)境因素密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著模擬酸雨溶液pH的降低，紫蘇種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均顯著下降，幼苗受脅迫程度加深；當(dāng)模擬酸雨溶液pH下降到2.0及以下時(shí)，紫蘇種子的發(fā)芽率大幅降低，且出現(xiàn)嚴(yán)重的發(fā)霉、死苗現(xiàn)象；pH為5.0的低濃度模擬酸雨環(huán)境適宜紫蘇生長，這與馬玉濤等[1]報(bào)道的紫蘇種子萌發(fā)pH適宜范圍（5.0～6.3）較窄的結(jié)果基本一致。紫蘇葉片膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量均隨著模擬酸雨溶液pH的降低而增加。在試驗(yàn)處理的10 d內(nèi)，與對照組相比，除pH為5.0的處理組外，其他處理組紫蘇葉片MDA含量均顯著增加。因此，pH為5.0以下的模擬酸雨溶液對紫蘇種子萌發(fā)及生長影響較大，可見紫蘇對酸雨脅迫的耐受能力不強(qiáng)，在酸雨地區(qū)種植紫蘇要考慮種植環(huán)境的酸堿度。

苔蘚植物生境的多樣性和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于維管植物，同時(shí)多數(shù)苔蘚植物都能產(chǎn)生豐富的次生代謝物質(zhì)，且具有較強(qiáng)的生物活性[10]。由于苔蘚種類、植物種子特性各不相同，苔蘚的化感作用對不同植物種子萌發(fā)的影響作用也不同。目前關(guān)于苔蘚植物對不同植物種子萌發(fā)的影響也有不少研究。在試驗(yàn)材料的選取上多是選用苔蘚植物水提液[12]，考慮到苔蘚植物主要是通過其分泌物來影響其周圍環(huán)境，因此本研究選用苔蘚植物種植水，即培養(yǎng)過苔蘚的液體。二者的內(nèi)容物不同，前者的主要成分是苔蘚的代謝物和苔蘚的組成成分，而后者是苔蘚植物的分泌物，較前者成分簡單。從這方面來說，苔蘚植物種植水更符合自然條件下苔蘚在植物天然更新過程中發(fā)揮的作用。

本研究表明，鳳尾蘚、提燈蘚、縮葉蘚種植水對紫蘇種子萌發(fā)均有不同程度的促進(jìn)作用，且種植水濃度越高促進(jìn)作用越明顯。因此可以推斷，在這3種苔蘚的代謝物中的某種或幾種化學(xué)物質(zhì)能夠打破紫蘇種子的休眠，促進(jìn)其萌發(fā)，至于到底是何種物質(zhì)以及其具體的影響機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。本研究為在苔蘚生長的坡地進(jìn)行大面積紫蘇種子撒播提供了一定的理論支撐，至少對其早期的萌發(fā)有著積極的影響。而苔蘚伴生的生境對紫蘇幼苗生長及其成分的影響還有待繼續(xù)深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬玉濤，惠榮奎，劉 焰.紫蘇種子萌發(fā)特性的研究[J].種子，2009，28（11）：49-51，55.

[2] 張 洪，黃建韶，趙東海.紫蘇營養(yǎng)成分的研究[J]. 食品與機(jī)械，2006，22（2）：41-43.

[3] 張春平，何 平，何俊星，等.不同處理對藥用紫蘇種子萌發(fā)特性的影響[J].中草藥，2010，41（8）：1361-1365.

[4] 潘瑞熾.植物生理學(xué)[M].第六版.北京：高等教育出版社，2007. 283-285.

[5] 陳雨莉.酸雨對植物的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，1985， 1（2）：52-56.

[6] 付曉萍，田大倫.酸雨對植物的影響研究進(jìn)展[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21（4）：23-27，53.

[7] 郭水良，曹 同.苔蘚植物生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展[J]. 浙江師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，23（3）：291-296.

[8] 汪 慶，羅 宣.苔蘚植物的主要次生代謝產(chǎn)物與有害生物防治[J]. 貴州科學(xué)，2001，19（4）：93-100.

[9] 朱瑞良，王幼芳，熊李虎. 苔蘚植物研究進(jìn)展Ⅰ. 我國苔蘚植物研究現(xiàn)狀與展望[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2002，22（2）：444-451.

[10] 藺 菲，郝占慶，葉 吉. 苔蘚植物對植物天然更新的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（4）：456-460.

[11] STEIJLEN I， NILSSON M C， ZACKRISSON O. Seed regeneration of scots pine in boreal forest stands dominated by lichen and feather moss[J]. Canadian Journal of Forest Research，1995，25（5）：713-723.

[12] 杜桂森，魏連昊，劉 靜，等.苔蘚植物提取液對作物種子萌發(fā)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)， 2004，24（8）：1497-1501.

[13] EQUIHUA M，USHER M B. Impact of carpets of the invasive moss Campylopus introflexus on Calluna vulgaris regeneration[J]. The Journal of Ecology，1993，81（2）：359-365.

[14] 張志良，瞿偉菁，李小方.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].第四版. 北京：高等教育出版社，2009.274-275.

[15] FAN H B， WANG Y H. Effects of simulated acid rain on germination， foliar damage， chlorophyll contents and seedling growth of five hardwood species growing in China[J]. Forest Ecology and Management，2000，126（3）：321-329.

（責(zé)任編輯 張利艷）