程凱龍 李曉琳 王瑞霞 楊鳳玲 劉大偉 劉宗瑞 王妮娜 郭元棣 馮佳麗 朱夢婷
摘要:探求白花蛇舌草種子的光敏感性,以期為白花蛇舌草野外資源的恢復和栽培生產(chǎn)提供技術支持。研究溫度、光照、植物生長調節(jié)劑(GA3、6-BA、乙烯和IAA)和含氮化合物(NaNO2、硝普鈉和NaNO3)等對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響。結果顯示,在25~30℃時,光照促進白花蛇舌草種子的萌發(fā),黑暗則抑制其種子的萌發(fā),光周期和光質分別以24h光照/0h黑暗和白光的效果最好;GA3、IAA、6-BA、NaNO2和NaNO3會顯著抑制白花蛇舌草種子的萌發(fā),不能在黑暗條件下促進種子萌發(fā),而0.0001~0.01mmol/L的乙烯利可以顯著促進白花蛇舌草種子的萌發(fā),0.01mmol/L硝普鈉可適當提高白花蛇舌草種子的發(fā)芽率。白花蛇舌草種子萌發(fā)的最佳技術體系:在25~30℃、24h光照/0h黑暗的白光下,用0.0001~0.01mmol/L的乙烯利處理種子,可以提高發(fā)芽率;同時,0.01mmol/L硝普鈉可以代替光照誘導萌發(fā)。
關鍵詞:白花蛇舌草;光敏感性;萌發(fā);植物生長調節(jié)劑;含氮化合物
中圖分類號:S567.21+9.01文獻標志碼:A
文章編號:1002-1302(2020)22-0164-05
通信作者:王瑞霞,博士,副教授,主要從事種子生物學的研究。E-mail:wrx_happy@163.com。
白花蛇舌草(HedyotisdiffusaWilld.)為茜草科(Rubiaceae)耳草屬,1年生無毛纖細披散草本。產(chǎn)于廣東、香港、廣西、海南、安徽、云南等地。據(jù)2010年《中華人民共和國藥典》記載,白花蛇舌草以全草入藥,具有清熱解毒、利濕消腫、活血止痛、抗腫瘤等功效[1]。內服用于治療腫瘤、蛇咬傷、小兒疳積等;外用用于治療泡瘡、刀傷、跌打等。是近年來研究較多的抗癌中草藥之一,廣泛用于治療多種惡性腫瘤,市場需求量大增。因此,提高白花蛇舌草的栽培產(chǎn)量和質量,對于滿足其市場供應和保護其野生資源具有重要作用。白花蛇舌草的繁殖是播種繁殖,研究白花蛇舌草種子萌發(fā)特性對白花蛇舌草資源的恢復和栽培標準化操作規(guī)程的制定具有重要意義。
種子萌發(fā)是通過播種繁殖的第一步,而植物種子萌發(fā)是一個復雜的過程,受多種內外因素的影響,如水分、溫度、光、激素及化學試劑等。其中,溫度和光照是植物生長和發(fā)育重要的環(huán)境因子,影響種子的萌發(fā)。王鴻彬等通過研究不同恒溫和變溫條件對江南油杉種子萌發(fā)的影響,確定了江南油杉的最佳萌發(fā)溫度[2]。黃振英等研究發(fā)現(xiàn),梭梭種子萌發(fā)的最適溫度是10℃,當溫度超過20℃時,溫度越高,萌發(fā)率越低[3]。光對不同植物種子萌發(fā)的影響不同。光對有些植物種子的萌發(fā)起著重要的調節(jié)作用,如龍膽草[4]、紅掌[5]、鵝不食[6]、無芒隱子草及條葉車前[7]等的種子在黑暗條件下萌發(fā)受到抑制,而矮沙冬青和梭梭的種子萌發(fā)在光照和黑暗條件下無顯著差異[3,8]。此外,不同光質和光周期對種子萌發(fā)的作用效果不同。紅光可以促進萵苣種子萌發(fā),藍光提高了種子發(fā)芽指數(shù)[9];光暗周期處理可以促進鵝不食種子的萌發(fā)[6]。
植物激素也影響著種子萌發(fā)。一些植物激素可以部分或者全部代替光照,在黑暗條件下促進種子萌發(fā)。赤霉素(GA3)、細胞分裂素和外源乙烯可以促進一些植物的種子萌發(fā),如羊草[10]、油松[11]、擬南芥[12]、番茄[13]和黃獨腳金[14]等。
含氮化合物能夠與光、植物激素相互作用,促進種子的萌發(fā)[15]。一氧化氮(NO)是結構簡單、具有水溶性和脂溶性的氣體活性分子,參與植物光調節(jié)過程,能夠促進許多植物種子的萌發(fā),特別是光敏感種子的萌發(fā)[16]。外源NO供體為硝普鈉(亞硝基鐵氫化鈉,SNP),0.50mmol/LSNP約能產(chǎn)生2μmol/LNO氣體[17]。崔興國等研究發(fā)現(xiàn),低濃度的SNP處理可以促進黃芪種子萌發(fā),過高濃度的SNP處理則抑制種子的萌發(fā)和幼苗生長[18]。土壤中脫氮作用和硝化菌是NO的主要來源,土壤中的硝酸鹽和亞硝酸鹽濃聚物可以影響種子的萌發(fā)[19]。不同種類的硝酸鹽可以影響茄子種子萌發(fā)[20]。
光周期[21]和光照度[22]會影響白花蛇舌草種子的萌發(fā)。郭巧生等研究發(fā)現(xiàn),變溫和GA3處理可以提高白花蛇舌草種子的萌發(fā)率,并提出白花蛇舌草種子具有光敏特性[23]。但是,尚不明確光質、細胞分裂素和含氮化合物對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響。對于白花蛇舌草種子的光敏感性還缺乏系統(tǒng)的研究。
白花蛇舌草種子具有光敏感性,而在黑暗條件下,植物激素和含氮化合物能部分或全部代替光照促進種子萌發(fā)嗎?不同光質是否影響種子萌發(fā)?本項目以白花蛇舌草種子為材料,研究溫度、光照、植物激素[GA3、6-芐氨基腺嘌呤(6-BA)、乙烯和吲哚乙酸(IAA)]和含氮化合物(NaNO2、硝普鈉和NaNO3)等對種子萌發(fā)的影響,以期了解影響其萌發(fā)的主要因子,提高發(fā)芽率,縮短發(fā)芽時間,建立最佳的白花蛇舌草種子萌發(fā)技術體系,為野外資源恢復和栽培生產(chǎn)提供科學依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗材料
白花蛇舌草種子由中國中醫(yī)科學院中藥研究所提供。
1.2白花蛇舌草種子形態(tài)學觀察
選取飽滿的種子,在體式顯微鏡和掃描電子顯微鏡下,觀測白花蛇舌草種子大小、形狀、顏色和種皮表面紋飾等外部形態(tài)特征。
1.3溫度對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響
選取飽滿的種子,用75%乙醇消毒30s,再用1%次氯酸鈉消毒20min,用蒸餾水沖洗3次,濾紙吸干表面水分,即為供試種子。
將供試種子分別置于15、20、25、30、35℃,光照設定周期性光照[光周期為光照14h/黑暗10h,光照度為12μmol/(m2·s)]和全天黑暗2個處理,每個處理50粒種子,重復3次。以雙層濾紙為發(fā)芽床,每天同一時間觀察并記錄種子萌發(fā)情況,并保持濾紙濕潤(下同)。
1.4光照對種子萌發(fā)的影響
光周期對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響。將種子分別置于24h/0h、16h/8h、12h/12h、10h/14h、14h/10h、0h/24h的光照/黑暗光周期下,且光照度為12μmol/(m2·s)。
光質對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響。將種子分別置于紅光、藍光、白光下,連續(xù)照射,光照度為12μmol/(m2·s),溫度為25℃。
1.5植物激素對種子萌發(fā)的影響
用0、0.0001、0.001、0.01、0.1、1.0mmol/L的GA3、6-BA、乙烯利和IAA處理種子,將種子置于25℃、全天黑暗條件下進行萌發(fā)。
1.6含氮化合物對種子萌發(fā)的影響
用0、0.005、0.01、0.05、0.1、0.5mmol/L的NaNO2、硝普鈉和NaNO3處理種子,將種子置于25℃、全天黑暗條件下進行萌發(fā)。
1.7數(shù)據(jù)分析
處理后,每天同一時間檢查種子發(fā)芽情況,以胚根突破種皮約1mm時記為萌發(fā)。3d后測定發(fā)芽勢,7d后測發(fā)芽率,計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、相對萌發(fā)率等各項指標,公式如下:
發(fā)芽勢=3d后發(fā)芽的種子數(shù)/處理的種子總數(shù)×100%;
發(fā)芽率=7d后發(fā)芽的種子數(shù)/處理的種子總數(shù)×100%;
相對發(fā)芽率=激素或含氮化合物處理種子的發(fā)芽率/對照種子的發(fā)芽率。
用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(one-wayANOVA)、多重比較(Student-Newman-Keuls)和一般線性模型分析(generallinearmodelprocedures)(P≤0.05)。
2結果與分析
2.1白花蛇舌草種子形態(tài)學觀察
白花蛇舌草種皮呈紅棕色或棕黃色(圖1-A),種子小、微塵樣,長250~400μm,寬150~250μm。種子外觀上具棱,為不規(guī)則多面體。種皮表皮為長方形薄壁細胞,內層細胞網(wǎng)狀(圖1-B)。
2.2溫度對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響
由圖2可知,溫度會顯著影響白花蛇舌草種子的萌發(fā)(P<0.05)。在光照條件下,隨著溫度的升高,發(fā)芽勢和發(fā)芽率先升高再降低,25℃時達到最高值;而在黑暗條件下,則相反,隨著溫度的升高,發(fā)芽勢和發(fā)芽率均先降低再升高,25~30℃時最低。在25~30℃時,光照會促進白花蛇舌草種子的萌發(fā),而在溫度低于20℃或高于30℃時,光照則抑制其種子萌發(fā)。
2.3光照對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響
由圖3可知,光周期可顯著影響白花蛇舌草種子的萌發(fā)。發(fā)芽勢和發(fā)芽率以24h/0h光照/黑暗條件下的值最高,14h/10h的次之,而在16h/8h、12h/12h、10h/14h、0h/24h光照/黑暗條件下萌發(fā)的種子,發(fā)芽勢和發(fā)芽率均較低。
由圖4可知,光質(紅光、藍光、白光)可顯著影響白花蛇舌草種子的萌發(fā),發(fā)芽勢和發(fā)芽率均以白光時最高,紅光時次之,藍光時最低。
2.4植物激素對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響
由表1可知,0.0001~0.01mmol/L的乙烯利可顯著提高白花蛇舌草種子的發(fā)芽率,而施用0.0001~1.0mmol/LGA3、IAA和6-BA的白花蛇舌草種子,不僅發(fā)芽勢、發(fā)芽率多數(shù)顯著低于對照(0.1mol/LIAA處理和1.0mol/L6-BA處理的發(fā)芽勢除外),而且相對發(fā)芽率也低。由此可知,GA3、IAA和6-BA會抑制白花蛇舌草種子的萌發(fā),不能代替光照促進種子萌發(fā)。
2.5含氮化合物對白花蛇舌草種子萌發(fā)的影響
由表2可知,0.005~0.5mmol/L的NaNO2和NaNO3會顯著抑制白花蛇舌草種子的萌發(fā),不能在黑暗條件下促進種子萌發(fā),而0.01mmol/L硝普鈉可適當提高白花蛇舌草種子的發(fā)芽率,說明0.01mmol/L硝普鈉可代替光照誘導白花蛇舌草種子萌發(fā)。
3結論與討論
種子發(fā)芽與光的關系被稱為光敏感性,這與光敏色素有關[24]。光敏色素和溫度間存在互作,不同溫度下種子的發(fā)芽受到不同光敏色素家族的調控[25]。在25~30℃時,光照促進白花蛇舌草的種子萌發(fā),24h/0h的光照/黑暗光周期效果最好,14h/10h的次之,在此溫度范圍內,黑暗則抑制其種子的萌發(fā);而當溫度低于20℃或[HJ2mm]高于30℃時,情況則恰恰相反,黑暗促進其種子萌發(fā),而光照則抑制種子萌發(fā)。本研究結果表明,溫度和光周期同時影響白花蛇舌草種子的萌發(fā),這與Lim等的研究結果[21]一致。此外,光質也影響種子萌發(fā)[26]。對于白花蛇舌草的種子,在紅光和藍光條件下的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均低于白光條件下的??梢?,溫度、光周期和光質都會影響白花蛇舌草種子的萌發(fā)。
GA3、IAA和6-BA抑制白花蛇舌草種子的萌發(fā)。這與郭巧生等的研究結果[23]相反。而0.0001~0.01mmol/L的乙烯利可以顯著促進白花蛇舌草種子的萌發(fā),這與莫云容等的研究結果[27]相似。
NaNO2和NaNO3顯著抑制白花蛇舌草種子的萌發(fā),不能在黑暗條件下促進種子萌發(fā),而0.01mmol/L硝普鈉可以適當提高白花蛇舌草種子的發(fā)芽率,可代替光照誘導白花蛇舌草種子萌發(fā)。這與崔興國等的研究結果[18]一致。NO在植物體內具有雙重作用,低濃度時參與植物生長發(fā)育的信號轉導過程,而高濃度時則產(chǎn)生過氧亞硝酸,進而破壞生物大分子的結構與功能[28]。
溫度、光周期、光質、乙烯利和硝普鈉都會影響白花蛇舌草種子的萌發(fā),白花蛇舌草種子萌發(fā)的最佳技術體系:在25~30℃、24h光照/0h黑暗光周期的白光下,用0.0001~0.01mmol/L的乙烯利處理種子,可提高發(fā)芽率;同時,0.01mmol/L硝普鈉可代替光照誘導萌發(fā)。該研究結果可為野外資源恢復和栽培生產(chǎn)提供技術支持。
參考文獻:
[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[S].一部.北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2010.
[2]王鴻彬,劉雄盛,李志輝,等.溫度對江南油杉種子萌發(fā)特性的影響[J].種子,2018,3(1):46-51.
[3]黃振英,張新時,GuttermanY,等.光照、溫度和鹽分對梭梭種子萌發(fā)的影響[J].植物生理學報,2001,27(3):275-280.
[4]程云清,周革,賈飛飛.光照處理對龍膽草種子萌發(fā)的影響[J].吉林師范大學學報(自然科學版),2005,26(3):78-79.
[5]姜蕾,易懋生,蘭天維,等.紅掌種子萌發(fā)特性的研究[J].種子,2006,25(1):19-22.
[6]張舒娜,潘曉曦,馬琳,等.光對鵝不食種子萌發(fā)及幼苗的影響[J].種子,2016,35(11):91-93.
[7]魚小軍,王彥榮,龍瑞軍.光照、鹽分和埋深對無芒隱子草和條葉車前種子萌發(fā)的影響[J].生態(tài)學雜志,2006,25(4):395-398.
[8]楊期和,葛學軍,葉萬輝,等.矮沙冬青種子特性和萌發(fā)影響因素的研究[J].植物生態(tài)學報,2004,28(5):651-66.
[9]李雯琳,郁繼華,楊其長.不同光質對葉用萵苣種子萌發(fā)和幼苗酶活性的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學學報,2013,48(3):44-49.
[10]馬紅媛,梁正偉,黃立華,等.4種外源激素處理對羊草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008,26(2):69-73.
[11]周建榮.不同激素處理對油松種子萌發(fā)特性的影響[J].種子,2016,35(1):85-87.
[12]李鳳玲,陳季楚,趙毓橘.赤霉素和光對擬南芥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].植物生理與分子生物學學報,2000,26(2):101-104.
[13]GrootSPC,KarssenCM.Gibberellinsregulateseedgerminationintomatobyendospermweakening:astudywithgibberellin-deficientmutants[J].Planta,1987,171(4):525-531.
[14]SugimotoaY,AliaAM,YabutaaS,etal.GerminationstrategyofStrigahermonthicainvolvesregulationofethylenebiosynthesis[J].PhysiologyPlant,2003,119(1):137-145.
[15]廖卓毅,周健,錢存夢,等.一氧化氮調控種子休眠與萌發(fā)的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2015,43(3):7-11.
[16]GibaZ,GrubiicD,KonjevicR.Nitrogenoxidesasenviron-mentalsensorsforseeds[J].SeedScienceResearch,2003,13(3):187-196.
[17]DelledonneM,XiaYJ,DixonRA.Nitricoxidefunctionasasignalinplantdiseaseresistance[J].Nature,1998,394(6693):585-588.
[18]崔興國,時麗冉.NO供體SNP對黃芪種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].河北農(nóng)業(yè)科學,2011,15(2):107-108.
[19]JacobsenJV,BarreroJM,HughesT,etal.Rolesforbluelight,jasmonateandnitricoxideintheregulationofdormancyandgerminationinwheatgrain(TriticumaestivumL.)[J].Planta,2013,238:121-138.
[20]貢金梅,吳慧,高杰.4種硝酸鹽對茄子種子萌發(fā)及根系的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學,2014,51(7):1292-1299.
[21]LimUK,KimSH,LeeHJ.Thegrowth,seedgerminationandanticancereffectofHedyotisdiffusa[J].KoreanJournalofEcology,1994,17(4):523-531.
[22]ZhangM,TanXH,ZhangY,etal.HedayotisdiffusaWilld.seedgerminationandpartsofallelopathy[J].ChineseWildPlantResources,2012,31(1):33-37.
[23]郭巧生,吳傳萬,劉俊,等.白花蛇舌草種子萌發(fā)特性[J].中藥材,2001,24(8):548-550.
[24]姜勇,王文杰,李艷紅,等.光質、光強對入侵植物紫荊澤蘭種子萌發(fā)及幼苗狀態(tài)的影響[J].植物研究,2012,32(4):415-419.
[25]DonohueK,HeschelMS,ButlerCM,etal.Diversificationofphytohromecontributionstogerminationasafunctionofseed-maturationenvironment[J].NewPhytologist,2008,177(2):367-379.
[26]王燕,張亞見,何茂盛,等.光質對植物形態(tài)結構和生長的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2018,46(19):22-25.
[27]莫云容,張培欣,朱海山,等.外源乙烯對不同品種辣椒種子萌發(fā)的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2016,30(2):268-273.
[28]ZhangYY,LiuYL.Sourceandfunctionofnitricoxideinplants[J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica,2004,24(5):921-929.