陳云飛 任啟飛 劉芳 歐明燭 馬菁華

(貴州省植物園，貴州 貴陽(yáng) 550004)

川芎(Ligusticum chuanxiong)為傘形科的多年生草本，其性溫，味辛、微苦，具有活血行氣、祛風(fēng)止痛的功效[1]，川芎入藥歷史悠久，臨床應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，隨著對(duì)川芎的藥理藥效研究不斷深入，其藥用價(jià)值與保健價(jià)值日益得以體現(xiàn)，對(duì)川芎的需求量也逐年增加。但是在川芎的生產(chǎn)上一般采用莖節(jié)(芎苓子)作種[2]，利用莖節(jié)作種不僅成本投入高，而且長(zhǎng)期進(jìn)行無(wú)性繁殖會(huì)引起種質(zhì)退化[3]，利用種子繁殖是解決這一問(wèn)題的有效途徑，但目前尚未見(jiàn)到使用川芎種子作為繁殖材料的報(bào)道，也未見(jiàn)到川芎種子萌發(fā)方面的研究，推測(cè)可能是由于川芎種子發(fā)芽力不強(qiáng)。本文擬采用2種處理方式，即采用不同超聲時(shí)長(zhǎng)和不同濃度的赤霉素對(duì)川芎種子進(jìn)行處理，探討其對(duì)川芎種子發(fā)芽的影響。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用的川芎種子由千惠美農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，試驗(yàn)在貴州省植物園內(nèi)開展。

1.2 研究方法

1.2.1 川芎種子千粒重的測(cè)定

將所有川芎種子剔除雜質(zhì)和殘缺的壞種子，保留外觀完整、顆粒飽滿的種子，過(guò)8目篩(直徑≥3mm)和10目篩(直徑≥2mm)，得到Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種，2個(gè)級(jí)別各按照每份1000粒，重復(fù)3次，用電子天平稱重，取平均值，得到千粒重。

1.2.2 川芎種子吸水量測(cè)定

采用浸種法測(cè)定吸水量，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種分別取3份1000粒種子，稱取初始重量。因川芎種子堅(jiān)硬，種皮厚且蠟質(zhì)化，故設(shè)定較長(zhǎng)浸泡時(shí)間，分別為12h、24h、48h，取出用濾紙吸干水分，分別稱取重量，取平均值。

吸水量(%)=(吸水后重量-吸水前重量)÷吸水前重量×100%

1.2.3 川芎種子活力和壞種率的測(cè)定

分別?、窦?jí)種和Ⅱ級(jí)種置于純水中，在35℃條件下浸泡24h，之后取出浸泡好的種子，用濾紙吸干種子表面的水分，分別選取外觀完整、顆粒飽滿的Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種各50粒，重復(fù)3次，用解剖刀將種子沿種臍縱切，以不損傷胚為佳，選取保留胚的1/2種子，置于培養(yǎng)皿內(nèi)備用。同時(shí)取Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種50粒種子置于100℃的沸水中煮20min，作為染色的對(duì)照組。利用1%的TTC溶液進(jìn)行染色，將TTC倒入相應(yīng)培養(yǎng)皿中，以剛好淹沒(méi)種子為宜，在35℃條件放置3h，后取出種子，用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干種子表面的水分，觀察胚和胚乳的染色效果，并記錄染色情況。

種子活力(%)=染色種子數(shù)÷供試種子數(shù)×100%

分別取外觀完整、顆粒飽滿的Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種各100粒，重復(fù)3次，用解剖刀將種子沿種臍縱切，觀察種子，若胚和胚乳變黑壞死則定為壞種子。

壞種率(%)=壞種數(shù)÷供試種子數(shù)×100%

1.2.4 川芎種子的超聲波處理

將川芎種子用純水泡發(fā)24h后進(jìn)行消毒，利用10%次氯酸浸泡消毒10min，取出用無(wú)菌水沖洗10遍，再用酒精浸泡消毒2min，無(wú)菌水沖洗10遍。利用超聲清洗機(jī)(頻率為40kHz)對(duì)川芎種子進(jìn)行處理，設(shè)置超聲波時(shí)間為0min、5min、10min、15min、20min、25min 6個(gè)時(shí)間梯度，每個(gè)處理100粒種子，重復(fù)3次。發(fā)芽盤、鑷子等用75%酒精擦拭，后用無(wú)菌水沖洗3遍，鋪上無(wú)菌濾紙，放在紫外下殺菌30min。發(fā)芽試驗(yàn)采用紙床法，在消毒完畢的發(fā)芽盤內(nèi)放上處理好的種子，保持合適間距和濕度，置于25℃恒溫弱光培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。

1.2.5 川芎種子的赤霉素(GA3)處理

將川芎種子和所用器具消毒，方法同上。設(shè)置赤霉素濃度為0mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1、300mg·L-1、400mg·L-15個(gè)濃度梯度，每個(gè)處理100粒種子，重復(fù)3次，分別浸泡24h。發(fā)芽試驗(yàn)采用紙床法，在消毒完畢的發(fā)芽盤內(nèi)放上處理好的種子，保持合適間距和濕度，置于25℃恒溫弱光培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。

1.2.6 川芎種子發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽率的測(cè)定

以胚根伸出2mm為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，以長(zhǎng)出葉子為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)3d不再發(fā)芽來(lái)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽初期正常發(fā)芽種子數(shù)÷供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽率=發(fā)芽末期全部正常發(fā)芽種子數(shù)÷供試種子數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 川芎種子千粒重

不同大小的種子之所以存在差異，主要是其在發(fā)育過(guò)程中積累的物質(zhì)多少存在差異，大粒種子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累多，為種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，小粒種子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累少，相對(duì)處于劣勢(shì)。有研究表明，種子大小能夠影響種子的萌發(fā)能力，直接影響幼苗的建成，最終影響整個(gè)群落的結(jié)構(gòu)[4]。經(jīng)測(cè)定，得出川芎種子千粒重和平均直徑如表1所示，Ⅰ級(jí)種平均千粒重為15.89g，Ⅱ級(jí)種平均千粒重為9.81g，Ⅰ級(jí)種較Ⅱ級(jí)種重了61.98%，Ⅰ級(jí)種較Ⅱ級(jí)種平均直徑多出1mm。故而推測(cè)Ⅰ級(jí)種較Ⅱ級(jí)種在發(fā)芽率、種子活力及出苗率上有更好的表現(xiàn)。

表1 川芎種子千粒重及平均直徑

2.2 川芎種子吸水量

種子的萌發(fā)是從吸水開始的，處于短暫休眠狀態(tài)的種子只有在有足夠的水分條件下才能萌發(fā)，經(jīng)試驗(yàn)得出結(jié)果如圖1所示。Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種在12h內(nèi)快速吸水，兩者均表現(xiàn)為在24h后和48h后的吸水量相差不超過(guò)1%，說(shuō)明Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種在24h內(nèi)就達(dá)到最大吸收值。種子的吸水量與種皮透性有關(guān)，而種皮的通透性控制著種胚與外界環(huán)境間水分、氣體和養(yǎng)分的交換，對(duì)種子的萌發(fā)、休眠和貯藏等具有重要的作用[5]，川芎Ⅰ級(jí)種的最大吸水量為44.66%，Ⅱ級(jí)種最大吸水量為40.82%，相較于其它研究中其它物種的種子吸水量來(lái)說(shuō)，川芎種子的吸水量較小，可能與其種皮厚且蠟質(zhì)化有關(guān)，說(shuō)明其種皮的通透性較低。

圖1 川芎種子吸水情況

2.3 川芎種子活力及壞種率

經(jīng)測(cè)定，本批次川芎種子的壞種率及種子活力如表2所示。雖然選擇的種子均為外觀完成飽滿的種子，但是其依然有一定程度的壞種率，Ⅰ級(jí)種的壞種率38.98%，較Ⅱ級(jí)種的壞種率30.17%多出了8.81%，同時(shí)，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種表現(xiàn)出來(lái)的活力均不強(qiáng)，分別為42.67%和40.67%，Ⅰ級(jí)種的活力略微高于Ⅱ級(jí)種，對(duì)照組的種子著色率均為0，說(shuō)明此方法是具參考價(jià)值的。

表2 川芎種子活力及壞種率

2.4 不同超聲時(shí)長(zhǎng)處理下的川芎種子萌發(fā)情況

經(jīng)測(cè)定，在不同時(shí)長(zhǎng)的超聲波處理下，川芎種子的發(fā)芽勢(shì)如表3所示，發(fā)芽勢(shì)在發(fā)芽培養(yǎng)的第15天進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種的發(fā)芽勢(shì)均不高，但是可以很明顯看到隨著超聲時(shí)間的增加，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種的發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律；Ⅰ級(jí)種的發(fā)芽勢(shì)在0～10min處理下勢(shì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在10min處理下達(dá)到最大，為13%；15～25min時(shí)間段呈現(xiàn)先下降后又略微上升的趨勢(shì)；Ⅱ級(jí)種在0～5min時(shí)間段勢(shì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在5min達(dá)到最大，為14%；10～25min處理下呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，變化幅度不大。

表3 不同超聲時(shí)長(zhǎng)處理下的川芎種子發(fā)芽勢(shì)

川芎種子的發(fā)芽率如表4所示，發(fā)芽率在發(fā)芽培養(yǎng)的第35天進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，此時(shí)川芎種子已連續(xù)3d基本不再發(fā)芽。結(jié)果顯示，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種的發(fā)芽率均不高，但是隨著超聲時(shí)間的增加，依然呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性；Ⅰ級(jí)種的發(fā)芽勢(shì)在0～10min處理下勢(shì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在10min達(dá)到最大，為38%；15～25min處理下呈現(xiàn)先下降后又略微上升的趨勢(shì)；Ⅱ級(jí)種在在0～5min處理下勢(shì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在5min達(dá)到峰頂，為14%；10～25min處理下呈現(xiàn)一個(gè)先下降再略微上升，又下降再略微上升的趨勢(shì)，各處理下變化幅度不大。

表4 不同超聲時(shí)長(zhǎng)處理下的川芎種子發(fā)芽率

總的看來(lái)，Ⅰ級(jí)種在超聲10min處理下發(fā)芽勢(shì)最大，為13.00%，發(fā)芽率也最大，為38.00%，說(shuō)明10min的超聲對(duì)Ⅰ級(jí)種作用較為明顯。Ⅱ級(jí)種在超聲5min處理下作用明顯，發(fā)芽勢(shì)最大，為14.00%，發(fā)芽率也最大，為30.00%。說(shuō)明合適的超聲處理有助于種子萌發(fā)，過(guò)長(zhǎng)的超聲處理對(duì)種子的萌發(fā)反而起到抑制作用。同時(shí)可以看到，在超聲的處理下，Ⅰ級(jí)種的最大發(fā)芽勢(shì)較Ⅱ級(jí)種的最大發(fā)芽勢(shì)略低，說(shuō)明Ⅱ級(jí)種的發(fā)芽速度較快，但發(fā)芽結(jié)束后Ⅰ級(jí)種的最大發(fā)芽率卻明顯高于Ⅱ級(jí)種，說(shuō)明Ⅰ級(jí)種出苗率更高，推測(cè)原因可能是Ⅰ級(jí)種質(zhì)量和體積較大，能為發(fā)芽提供的能量物質(zhì)更為充足。

2.5 不同濃度赤霉素處理下的川芎種子萌發(fā)情況

經(jīng)測(cè)定，在不同赤霉素濃度處理下，川芎種子的發(fā)芽勢(shì)如表5所示，發(fā)芽勢(shì)在發(fā)芽培養(yǎng)的第15天進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，隨著赤霉素濃度的升高，Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種均呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，Ⅰ級(jí)種總體呈現(xiàn)出隨著赤霉素濃度的升高，發(fā)芽勢(shì)逐漸上升，在濃度為200mg·L-1的處理下Ⅰ級(jí)種的發(fā)芽勢(shì)最高，為23%，較對(duì)照組高出9%，隨后又呈下降和略微上升的趨勢(shì)。Ⅱ級(jí)種和Ⅰ級(jí)種趨勢(shì)有較大差異，隨著赤霉素濃度的升高，其發(fā)芽勢(shì)逐漸上升，在400mg·L-1出現(xiàn)峰值，為29.00%，較對(duì)照組高出13%。

表5 不同赤霉素濃度處理下的川芎種子發(fā)芽勢(shì)

赤霉素處理下的發(fā)芽率在發(fā)芽培養(yǎng)的第22天進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，此時(shí)川芎種子已連續(xù)3d基本不再發(fā)芽，發(fā)芽率如表6所示，可以看到Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種所呈現(xiàn)的規(guī)律同發(fā)芽勢(shì)一致，隨著赤霉素濃度的升高，Ⅰ級(jí)種發(fā)芽率逐漸上升，在濃度為200mg·L-1的處理下Ⅰ級(jí)種的發(fā)芽率最高，為40%，較對(duì)照組高出10%，隨后又呈下降和略微上升的趨勢(shì)。Ⅱ級(jí)種和Ⅰ級(jí)種趨勢(shì)有較大差異，隨著赤霉素濃度的升高，其發(fā)芽率逐漸上升，在400mg·L-1出現(xiàn)最大值，為40%，較對(duì)照組高出8%。

總體看來(lái)，Ⅰ級(jí)種的在200mg·L-1的赤霉素濃度作用下發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都最高，說(shuō)明該濃度有助于提升Ⅰ級(jí)種的發(fā)芽力，對(duì)Ⅱ級(jí)種來(lái)說(shuō)，400mg·L-1的赤霉素濃度處理下，其發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都最高，由于沒(méi)有設(shè)定比該濃度更大的梯度，故而不確定其是否為峰值，有待進(jìn)一步探討，但通過(guò)趨勢(shì)也可發(fā)現(xiàn)，赤霉素的處理也在一定程度上有助于提升Ⅱ級(jí)種子的發(fā)芽力。由表6顯示，赤霉素處理下的Ⅱ級(jí)種最大發(fā)芽勢(shì)較Ⅰ級(jí)種高，說(shuō)明Ⅱ級(jí)種發(fā)芽速度更快，但最終的發(fā)芽率呈現(xiàn)一樣的水平。

表6 不同赤霉素濃度處理下的川芎種子發(fā)芽率

3 結(jié)論與討論

種子的萌發(fā)受多種因素的影響，有可能受外界環(huán)境條件的影響，也有可能受自身活力及品質(zhì)的影響。經(jīng)吸水量測(cè)定，川芎Ⅰ級(jí)種的最大吸水量為44.66%，Ⅱ級(jí)種最大吸水量為40.82%，吸水量較小，說(shuō)明其種皮的透水性、透氣性差，種子萌發(fā)機(jī)械阻礙大，可能與其種皮厚且蠟質(zhì)化有關(guān)。

種子活力是評(píng)價(jià)種子好壞的重要指標(biāo)，本次試驗(yàn)雖然選擇的種子均為外觀完整飽滿的種子，但是試驗(yàn)顯示Ⅰ級(jí)種和Ⅱ級(jí)種表現(xiàn)出來(lái)的種子活力均不強(qiáng)，分別為42.67%和40.67%，Ⅰ級(jí)種的活力略微高于Ⅱ級(jí)種，種子的活力較低，說(shuō)明其出苗率不會(huì)很高。且有一定程度的壞種率，Ⅰ級(jí)種的壞種率38.98%，Ⅱ級(jí)種的壞種率30.17%，壞種率過(guò)大會(huì)造成生產(chǎn)上的欠收以及人力物力的浪費(fèi)。說(shuō)明本批次的川芎種子本身品質(zhì)較差。綜合吸水性、種子活力以及壞種率來(lái)看，本批次川芎種子在發(fā)芽率上表現(xiàn)欠佳。

超聲波是一種彈性機(jī)械波，能量高，對(duì)生物體活組織具有較強(qiáng)的穿透力[6]。研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)條件下的超聲波處理植物種子，可以提高種子的發(fā)芽率、促進(jìn)種子萌發(fā)、提高種子活力，增加種子的抗逆能力及產(chǎn)量[7]，本批次川芎種子在一定時(shí)長(zhǎng)的超聲波作用下發(fā)芽率有所提升，Ⅰ級(jí)種在超聲10min處理下作用較為明顯，發(fā)芽率最大，為38.00%，較對(duì)照提升9%。Ⅱ級(jí)種在超聲5min處理下作用明顯，發(fā)芽率最大，為30.00%，較對(duì)照提升5%，說(shuō)明合適的超聲處理有助于種子萌發(fā)。

赤霉素是一種重要的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)激素，生理活性大，在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起著重要作用。其能解除種子休眠，并能刺激已結(jié)束休眠種胚的生長(zhǎng)[8]，本研究中，川芎種在赤霉素處理下發(fā)芽率有所提升，Ⅰ級(jí)種的在200mg·L-1的赤霉素濃度作用下發(fā)芽率較對(duì)照提升10%，Ⅱ級(jí)種在400mg·L-1的赤霉素濃度處理下發(fā)芽率較對(duì)照提升11%，說(shuō)明一定濃度的赤霉素有助于提升川芎種子發(fā)芽力。對(duì)照超聲和赤霉素的處理，發(fā)現(xiàn)赤霉素處理下的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都較超聲處理的高，而且赤霉素處理下的發(fā)芽結(jié)束的時(shí)間也較超聲處理的提前了13d，說(shuō)明赤霉素能更好提升川芎種子的發(fā)芽力和縮短發(fā)芽時(shí)間。

總的來(lái)說(shuō)，本次研究表明川芎雖然結(jié)實(shí)量大，但是種子本身質(zhì)量不高、吸水性弱、活力差、發(fā)芽率低，超聲和赤霉素處理下的發(fā)芽力也未得到顯著提升，說(shuō)明川芎的種子繁殖損耗大，應(yīng)用于生產(chǎn)上收效不好，不宜使用。