胡莉娟李銀娥

（1.濟(jì)南國(guó)際園博園管理處，山東 濟(jì)南 250099；2.云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650000）

種子萌發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，常受到基因調(diào)控、激素作用和種子體內(nèi)分子變化等因素的影響［1］。具有正常生活力的種子在適宜的環(huán)境條件下（光照、溫度、水分和氧氣等）不能萌發(fā)的現(xiàn)象稱為休眠，種子休眠是植物發(fā)育過(guò)程的一個(gè)正常生理現(xiàn)象，是植物對(duì)環(huán)境條件及季節(jié)性變化的生物學(xué)適應(yīng)［2］，可避免種子在不適宜生長(zhǎng)的季節(jié)萌發(fā)，以“休眠種子”這一形式度過(guò)惡劣環(huán)境條件［3］，使植物能夠適應(yīng)不同的氣候［4］。種子休眠對(duì)維持植物的生存、繁衍后代以及種群更新等具有深遠(yuǎn)意義。但在植物培育中，若不能及時(shí)解除種子休眠，往往會(huì)出現(xiàn)發(fā)芽率低甚至隔年發(fā)芽的現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了育種、引種、造林等農(nóng)林業(yè)的發(fā)展，因此種子休眠、解除方法和種子萌發(fā)特性也備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注［2,5］。

分析種子的休眠原因是打破種子休眠、促進(jìn)種子萌發(fā)的前提條件［6］。引起種子休眠的原因有很多，可能是由一種因素造成，也可能為多種因素所致，各因素之間又相互聯(lián)系共同控制著種子的休眠，歸結(jié)起來(lái)主要包括種殼障礙、內(nèi)源萌發(fā)抑制物、種胚發(fā)育狀況和二度休眠四個(gè)方面［5］。對(duì)不同休眠類型的種子，解除種子休眠的方法也各異，常用方法有：（1）物理方法，包括機(jī)械處理、溫度處理(高溫、低溫、變溫)、干藏干熱及射線、超聲波、電場(chǎng)和磁場(chǎng)處理；（2）化學(xué)試劑法，包括激素處理、無(wú)機(jī)化學(xué)試劑處理和有機(jī)化學(xué)藥劑處理；（3）結(jié)合物理和化學(xué)試劑的綜合處理方法［2,9］。

鈴鐺子（Anisodus luridus）又名藏茄、山煙，是茄科山茛菪屬多年生宿根草本植物，在我國(guó)分布在西藏東南部，其根、種子可供藥用，有抗痙攣和止痛作用，醫(yī)藥上用根提取莨菪堿類生物堿。目前，關(guān)于鈴鐺子萌發(fā)特性的研究報(bào)道也甚少，本研究用不同的物理和化學(xué)方法處理檢驗(yàn)對(duì)鈴鐺子種子萌發(fā)特性的影響，以獲得解除鈴鐺子種子的休眠的最優(yōu)方法提高種子發(fā)芽速度和發(fā)芽率，為鈴鐺子的栽培生產(chǎn)和種苗擴(kuò)繁等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

鈴鐺子是多年生草本，高50-120cm，全株密被絨毛和星狀毛，根粗壯并呈現(xiàn)黃褐色，花冠淺黃綠色或有時(shí)裂片帶淡紫色?；ㄩ_(kāi)放是時(shí)梗彎曲導(dǎo)致花下垂，這一機(jī)制能避免降雨和紫外線對(duì)花粉的破壞［10］。山莨菪屬植物的傳粉過(guò)程需要傳粉昆蟲(chóng)的協(xié)助，鈴鐺子的主要傳粉昆蟲(chóng)胡蜂［11-12］。鈴鐺子的果實(shí)發(fā)育階段果梗直立。本實(shí)驗(yàn)的種子材料于2013年8月份采自西藏林芝市魯朗鎮(zhèn)附近。在野外收集已經(jīng)成熟的果實(shí)并裝在紙袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，待果實(shí)完全干燥后分離種子。種子處理及發(fā)芽試驗(yàn)于2014年在云南師范大學(xué)生物工程中心完成。

1.2 種子前處理

選擇大小均一、籽粒飽滿的種子，進(jìn)行以下處理，每種處理的種子數(shù)量為60。處理結(jié)束后將每種處理的種子平均分為三組，開(kāi)始萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。

1.2.1 低溫處理。種子在零下20℃冰箱中冷藏7天，結(jié)束后用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌，用蒸餾水沖洗后均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。

1.2.2 赤霉素處理。用500mg∕L赤霉素溶液浸泡種子24h，然后用蒸餾水沖洗并用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌，再次用蒸餾水沖洗后均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。

1.2.3 低溫并用激素處理。種子于零下20℃冰箱中冷藏7天，取出后用500mg∕L赤霉素溶液浸泡24h后用蒸餾水沖洗，然后用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌，之后再次用蒸餾水沖洗后均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。

1.2.4 磨破種皮處理。用砂紙打磨鈴鐺子種皮，使種皮變薄，用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌后用蒸餾水沖洗，均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。

1.2.5 MS營(yíng)養(yǎng)液處理。用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌后用蒸餾水沖洗，然后將種子均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，加適量MS營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.6 超聲波處理。將種子用頻率為40 KHz的超聲波處理10 min，取出后用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌，然后均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。

1.2.7 對(duì)照。用70%酒精進(jìn)行種子表面殺菌后用蒸餾水沖洗，然后均勻擺放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中。

以上處理完成后，用蒸餾水濕潤(rùn)濾紙保證水分充足，放在20℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，定時(shí)補(bǔ)充水分或者營(yíng)養(yǎng)液防止脫水，定時(shí)觀察種子萌發(fā)情況，記錄每天發(fā)芽的數(shù)量。

1.3 種子發(fā)芽指標(biāo)的測(cè)定與統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)的結(jié)果用發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)來(lái)表示，其中發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)∕供試種子數(shù)×100%，發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)∕供試種子數(shù)×100%.用單因素方差分析以比較不同處理間的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。

2 結(jié)果

發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的處理對(duì)鈴鐺子的萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)有非常顯著的影響（圖1）。其中超聲波處理的種子沒(méi)有發(fā)芽，表明超聲波對(duì)種子活力具有破壞作用；而低溫處理、磨破種殼處理和利用營(yíng)養(yǎng)液萌發(fā)三種處理的種子萌發(fā)率與對(duì)照組沒(méi)有顯著差異；而赤霉素處理和低溫并用赤霉素處理的種子萌發(fā)率顯著高于對(duì)照組，但兩種處理間卻不存在顯著差異，盡管低溫并用赤霉素處理的種子萌發(fā)率高于赤霉素處理的種子萌發(fā)率（圖1）。發(fā)芽勢(shì)的結(jié)果與種子萌發(fā)率的結(jié)果呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)（圖1）。

圖1 鈴鐺子不同處理的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

3 討論

植物的種子的萌發(fā)受到多種因素的影響［13］，因此常用的打破種子休眠促進(jìn)種子萌發(fā)的處理通常有低溫處理、赤霉素處理、磨破種殼處理、營(yíng)養(yǎng)液萌發(fā)和超聲波處理。溫度主要通過(guò)調(diào)節(jié)種子內(nèi)酶的活性來(lái)控制其新陳代謝的速度，而低溫處理解除種子休眠是通過(guò)調(diào)節(jié)休眠解除的促進(jìn)物和抑制物之間的平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，已有的研究表明低溫處理通常能顯著提高植物種子的萌發(fā)能力［14-15］。而本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)低溫處理并沒(méi)有顯著提高鈴鐺子的種子萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)，表明低溫并不能完全打破鈴鐺子的種子休眠。除了低溫處理外，各種植物激素如赤霉素、細(xì)胞分裂素、乙烯等對(duì)促進(jìn)種子萌發(fā)的研究報(bào)道很多［14-15］，尤其以赤霉素處理促進(jìn)種子的萌發(fā)最常見(jiàn)。赤霉素通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生的水解酶將種子中的大分子儲(chǔ)藏物質(zhì)分解為小分子為胚后熟過(guò)程提供營(yíng)養(yǎng)物種，進(jìn)而促進(jìn)了種子的萌發(fā)過(guò)程［16］。本研究的結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，赤霉素處理顯著提高了鈴鐺子種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均明顯高于未處理的種子；而低溫后再進(jìn)行赤霉素處理后，雖然鈴鐺子的種子萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比得到了較為顯著的提高，但與赤霉素處理并沒(méi)有顯著差異。這些結(jié)果表明鈴鐺子的胚可能存在明顯的后熟過(guò)程，而用赤霉素處理就可以促進(jìn)胚的后熟并打破種子的休眠。

較為致密的種皮導(dǎo)致較差的通透性也是影響種子萌發(fā)的重要因素，不同程度打磨處理種子種殼，減少了種皮的機(jī)械束縛，使得種子更容易透水和透氣，可縮短水分和子葉養(yǎng)分到達(dá)胚的時(shí)間，加快胚吸水后的萌發(fā)。例如，栝樓（Trichosathes kirilowii）的種子休眠主要是種皮引起的機(jī)械阻隔，而機(jī)械磨破種皮可以顯著提高栝樓的種子萌發(fā)率［17］。已經(jīng)有研究證明不同機(jī)械處理能夠顯著縮短白櫟種子、房山櫟和夏櫟種子等根和芽的平均發(fā)芽時(shí)間和增加種子出根率、萌芽率、根長(zhǎng)和苗高［18-19］。而本研究通過(guò)磨破鈴鐺子種皮后,其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)并未顯著提高，表明鈴鐺子的種皮并不是抑制鈴鐺子種子萌發(fā)的主要因素，進(jìn)一步說(shuō)明鈴鐺子種子的休眠主要是內(nèi)在的因素。

植物種子萌發(fā)過(guò)程中需要的營(yíng)養(yǎng)成分主要來(lái)源于胚儲(chǔ)藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但當(dāng)種子的胚比較小時(shí)，外院的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能在一定程度上促進(jìn)種子的萌發(fā)過(guò)程［14-15］。但本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MS營(yíng)養(yǎng)液處理后與對(duì)照組相比較并不存在顯著差異，說(shuō)明MS營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鈴鐺子種子萌發(fā)沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。此外，超聲波（頻率大于20 kHz彈性機(jī)械波）具有穿透力強(qiáng)、功率大和方向性好的特點(diǎn)，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的影響，具有顯著的生物學(xué)效應(yīng)［20］。有研究發(fā)現(xiàn)，超聲波處理可以縮短種子萌發(fā)時(shí)間,提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)并且提高作物產(chǎn)量［21］。但超聲波對(duì)不同作物的刺激效應(yīng)不同，在一種作物上表現(xiàn)為正向效應(yīng)，而在另一種作物上可能表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)。本次實(shí)驗(yàn)中超聲波處理后的鈴鐺子種子未萌發(fā)，各項(xiàng)萌發(fā)指數(shù)均為零，可能是由于40 kHz超聲波處理后，鈴鐺子種子質(zhì)膜通透性、酶活力改變，使種子失去活力，而嚴(yán)重影響了種子的萌發(fā)，所以不宜用40 kHz超聲波對(duì)鈴鐺子種子進(jìn)行發(fā)芽預(yù)處理。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)多種處理方法及其組合開(kāi)展了對(duì)西藏林芝地區(qū)鈴鐺子的種子萌發(fā)研究，結(jié)果表明赤霉素（GA3）浸泡處理能顯著提高鈴鐺子的種子萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)，而其他實(shí)驗(yàn)中常用的低溫處理和增加外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并不能顯著提高鈴鐺子的種子萌發(fā)，表明鈴鐺子的胚發(fā)育可能存在后熟的過(guò)程。

山莨菪屬的植物含有大量的莨菪堿和東莨菪堿，可以用于具有麻醉、鎮(zhèn)痛等功效［22］，而鈴鐺子的植株中同樣含有這兩類生物堿［23］。本研究的結(jié)果證明在播種前利用赤霉素處理可大幅度提高鈴鐺子種子的萌發(fā)率且具有較為簡(jiǎn)單的可操作性，為鈴鐺子的栽培種植、遺傳育種、栽培生產(chǎn)等研究提供了重要的理論依據(jù)。