張雁明， 卜海燕， 趙 迪， 徐當(dāng)會， 劉 坤， 齊 威

(蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730000)

種子萌發(fā)受多種環(huán)境因子的影響。足夠的水分、適宜的溫度和充足的氧氣是種子萌發(fā)的3個必須條件，光照作為一種重要的環(huán)境因子也影響種子萌發(fā)[1]。內(nèi)源激素含量和比例以及種子對內(nèi)源激素的敏感性均影響種子萌發(fā)[2]。吸脹作為種子萌發(fā)的起始階段，對種子萌發(fā)起著至關(guān)重要的作用[3]。

矮金蓮花(TrolliusfarreriStapf)全草均可入藥，主治傷風(fēng)、感冒，主要分布在云貴高原和青藏高原[4]。目前，僅見矮金蓮花種子萌發(fā)特性方面的研究[5]，其種子萌發(fā)各階段的生理變化尚不明確。本研究對矮金蓮花種子吸脹階段吸水率和內(nèi)源激素含量變化進(jìn)行了初步研究，以期為快速打破矮金蓮花種子休眠提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而提高其種苗的人工繁育效率，為其人工栽培提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 材料

供試矮金蓮花種子于2014年9月至10月在青藏高原東北緣甘肅省甘南藏族自治州境內(nèi)蘭州大學(xué)高寒草甸與濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站附近采集，海拔約2 900 m。隨機(jī)采集50株以上植株自然脫落的種子，室內(nèi)自然干燥，清理干凈并混勻后裝入信封中，置于4 ℃冰箱保存。

1.2 方法

于2017年4月，選取成熟飽滿的種子在GTOP-380B光照培養(yǎng)箱(浙江托普儀器有限公司)中進(jìn)行吸脹實(shí)驗(yàn)，設(shè)置光照(光照度12 000 lx，光照時(shí)間12 h·d-1)和黑暗2種條件。參照青藏高原高寒草甸5月至8月生長季均溫設(shè)定光照培養(yǎng)箱晝溫25 ℃、夜溫10 ℃。使用BAS124S電子天平〔精度0.1 mg，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司〕稱取種子，每份約1 g，并逐一標(biāo)記。將種子置于玻璃培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中用蒸餾水浸種，每個培養(yǎng)皿1份種子。種子吸脹過程自蒸餾水浸種開始，滿24 h記為1 d，至種子萌發(fā)結(jié)束。分別于光照條件下吸脹1、3、5和7 d以及黑暗條件下吸脹1、3、5、7和9 d取種，每次取3個培養(yǎng)皿，濾紙吸干表面水分后稱取各培養(yǎng)皿中種子質(zhì)量，根據(jù)公式“吸水率=〔(吸水后某培養(yǎng)皿中種子質(zhì)量-吸水前該培養(yǎng)皿中種子質(zhì)量)/吸水前該培養(yǎng)皿中種子質(zhì)量〕×100%”計(jì)算種子的吸水率，結(jié)果取平均值。以未浸種的種子為對照，記為吸脹0 d。

參考文獻(xiàn)[6]采用高效液相色譜法測定種子中ZT、GAs、IAA和ABA的含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，采用Origin 2017軟件制圖。

2 結(jié)果和分析

2.1 種子吸水特性分析

光照和黑暗條件下矮金蓮花種子吸水過程基本一致(圖1)。吸脹0～1 d為快速吸水期，吸水率迅速升高，主要為吸脹力吸水；吸脹1～3 d為緩慢吸水期，吸水率緩慢升高，吸水漸趨飽和；吸脹3 d后種子幾乎不再吸水，為吸水停滯期，吸水率穩(wěn)定。種子萌發(fā)(光照和黑暗條件下分別吸脹7和9 d)時(shí)光照和黑暗條件下的吸水率差異不顯著(P>0.05)。

2.2 種子內(nèi)源激素含量分析

光照和黑暗條件下矮金蓮花種子內(nèi)源激素含量的動態(tài)變化見表1。結(jié)果顯示：光照和黑暗條件下矮金蓮花種子中ZT含量在吸脹過程中總體上較低，其中，在吸脹3 d均最低(分別為0.45和0.26 μg·g-1)，分別在吸脹5和9 d達(dá)到最高(分別為1.08和0.58 μg·g-1)。光照和黑暗條件下，吸脹過程中GAs含量均較高。隨著吸脹時(shí)間的延長，光照條件下GAs含量基本呈逐漸升高的趨勢，黑暗條件下呈“降低—升高—降低”的趨勢，且不同吸脹時(shí)間的GAs含量差異不顯著(P>0.05)。隨著吸脹時(shí)間的延長，光照條件下IAA含量呈先降低后升高的趨勢，在吸脹7 d最高(4.04 μg·g-1)，且與其他吸脹時(shí)間差異顯著(P<0.05)；黑暗條件下IAA含量呈波動變化，在吸脹1和7 d較低，在吸脹9 d最高(4.68 μg·g-1)。光照和黑暗條件下，吸脹過程中ABA含量總體上較低，且基本呈逐漸升高的趨勢，并分別于吸脹7和9 d達(dá)到最高。

—○—： 光照Light； —●—： 黑暗Dark.圖1 光照和黑暗條件下矮金蓮花種子吸水率的動態(tài)變化Fig. 1 Dynamic change of water absorption rate in seeds of Trollius farreri Stapf under light and dark conditions

表1光照和黑暗條件下矮金蓮花種子內(nèi)源激素含量的動態(tài)變化1)

Table1DynamicchangeofendogenoushormonecontentinseedsofTrolliusfarreriStapfunderlightanddarkconditions1)

吸脹時(shí)間/dImbibition timeZT含量/(μg·g-1)ZT contentGAs含量/(μg·g-1)GAs contentIAA含量/(μg·g-1)IAA contentABA含量/(μg·g-1)ABA contentZT/ABA比ZT/ABA ratioGAs/ABA比GAs/ABA ratioIAA/ABA比IAA/ABA ratio光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark光照Light黑暗Dark00.61c0.61a403.54a403.54a3.38b3.38bc0.51c0.51d1.20a1.20a791.25a791.25a6.63a6.63a10.69b0.47ab407.09a374.61a3.28b2.46d0.78b0.77c0.88b0.61bc521.91b486.51c4.21b3.19c30.45d0.26c417.63a414.93a3.08b4.03ab0.86b0.90b0.52c0.29e485.62b461.03c3.58b4.05b51.08a0.36bc453.46a427.23a3.33b3.12cd0.94ab0.77c1.15a0.47d482.40b554.84b3.54b4.05bc70.47d0.54a451.36a444.27a4.04a3.00cd1.04a0.86bc0.45c0.63b434.00b516.59c3.88b3.49c90.58a409.68a4.68a1.11a0.52cd369.08c4.22bc

1)同列中不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Different lowercases in the same column indicate the significant (P<0.05) difference.

光照和黑暗條件下ZT/ABA比分別在吸脹7和3 d最低，分別為吸脹0 d的38.00%和24.17%；分別在吸脹5和9 d達(dá)到峰值。光照條件下吸脹1 d GAs/ABA比迅速下降，之后緩慢下降；黑暗條件下GAs/ABA比呈“降低—升高—降低”的趨勢。隨著吸脹時(shí)間的延長，光照和黑暗條件下IAA/ABA比的變化趨勢與IAA含量基本一致，IAA/ABA比在種子吸脹開始后迅速下降，吸脹1 d分別為吸脹0 d的63.05%和48.42%，之后保持在較低水平，且均在種子萌發(fā)時(shí)小幅升高。

3 討 論

種子吸脹是植物種子進(jìn)化過程中適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。種子吸脹至飽和所需時(shí)間及吸水量與種子自身形態(tài)(如千粒質(zhì)量)和種子生境的降水量等氣候因子有關(guān)[7-8]。本研究中，矮金蓮花種子從干種子至吸脹飽和所需時(shí)間較長，可能與種皮的不透氣性和不透水性有關(guān)。光照條件下矮金蓮花種子萌發(fā)起始時(shí)間較黑暗條件早，說明光照利于其種子萌發(fā)。

植物內(nèi)源激素在種子休眠和萌發(fā)過程中發(fā)揮著極其重要的作用，尤其是ABA和GA[9-10]。李魏飛[11]認(rèn)為，馬尾松(PinusmassonianaLamb.)種子萌發(fā)期GA3含量不斷升高對種子萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。油松(PinustabuliformisCarr.)種子萌發(fā)初期胚乳中細(xì)胞分裂素含量升高迅速，能促進(jìn)種子萌發(fā)、增強(qiáng)胚的膜透性及促進(jìn)GA釋放，為胚的生長提供充足的物質(zhì)和能量[12]。本研究中，矮金蓮花種子吸脹過程中，ZT、IAA和ABA含量均較低，GAs含量較高且保持緩慢升高并于吸脹后期達(dá)到最高，對促進(jìn)種子萌發(fā)具有重要作用。IAA含量升高可能對種子萌發(fā)、種子萌發(fā)后根系伸長、幼苗建植和芽的生長具有重要作用，而ZT含量在吸脹后期達(dá)到最高，對種子萌發(fā)具有正調(diào)控作用，與解除種子休眠和抑制ABA作用相關(guān)。ABA屬于內(nèi)源抑制類激素，具有誘導(dǎo)種子休眠、抑制種子萌發(fā)、抑制GA生物合成及其信號傳導(dǎo)等作用[13]。多數(shù)研究認(rèn)為，隨著植物種子休眠的解除，ABA含量降低，但也有報(bào)道稱種子對ABA的敏感性與種子休眠密切相關(guān)。而鄭秀珍[14]的研究結(jié)果表明：刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)種子發(fā)芽時(shí)ABA含量升高。Goggin等[9]認(rèn)為，硬直黑麥草(LoliumrigidumGaud.)種子胚中的ABA濃度在種子萌發(fā)過程中具有重要作用，但并不是解除休眠的主要原因，可能與種子對ABA的敏感性有關(guān)。本研究中，ABA作為萌發(fā)抑制類激素，在吸脹過程中其含量持續(xù)小幅度升高，并在吸脹后期達(dá)到最高，但GAs含量一直處于較高水平，并未顯著降低。表明ABA并未抑制GAs生物合成或者促進(jìn)GAs代謝分解，可能對GAs的信號通路表現(xiàn)出一定的抑制作用，也可能是吸脹后期產(chǎn)生的ZT較多抑制了ABA的作用，導(dǎo)致種子對ABA的敏感性降低。

種子休眠和萌發(fā)是復(fù)雜的生理調(diào)控過程，不是由某一種內(nèi)源激素單獨(dú)調(diào)控，而是由多種內(nèi)源激素協(xié)同作用、互相調(diào)節(jié)，使各種內(nèi)源激素保持在一個平衡的濃度范圍[14]。陳志穎等[15]在研究DHAP處理對天山云杉(Piceaschrenkianassp.tianschanica)種子萌發(fā)過程中內(nèi)源激素比值的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，過高和過低的ABA/(ZT+GA3+IAA)比均不利于種子萌發(fā)。本研究中，未浸種(吸脹0 d)種子中ZT/ABA、GAs/ABA和IAA/ABA的比值均較高，吸脹1 d急速吸水，各激素比值急速下降，但萌發(fā)前激素比值總體較穩(wěn)定，這可能是為種子萌發(fā)做充分準(zhǔn)備，也表明激素比值過高可能不利于種子萌發(fā)。

綜上所述，矮金蓮花種子的休眠解除和萌發(fā)啟動不一定是萌發(fā)促進(jìn)類激素的絕對升高或者萌發(fā)抑制類激素的絕對降低引起的，其種子萌發(fā)過程中多種內(nèi)源激素協(xié)同作用，每一階段都有不同的內(nèi)源激素表達(dá)。