種莢預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性的影響

孫云波，陳翔，陳垣，周傳猛，白德濤

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3.隴西中天藥業(yè)有限責(zé)任公司,甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室,甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；4.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193)

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種莢預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性的影響

孫云波1,4，陳翔2，陳垣1*，周傳猛1，白德濤3

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；3.隴西中天藥業(yè)有限責(zé)任公司,甘肅省特色藥用植物資源保護(hù)與利用工程實(shí)驗(yàn)室,甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術(shù)研究中心，甘肅 定西 748100；4.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京 100193)

采用去除果莢浸種、不去除果莢浸種莢和燜種莢等方法對(duì)紅芪種子預(yù)處理12 h后再行發(fā)芽試驗(yàn)，以不去果莢不浸種干種莢為對(duì)照，旨在探尋改善紅芪種子發(fā)芽特性的種子預(yù)處理方法。結(jié)果表明，春播季節(jié)20℃/18℃自然光照條件下，各處理紅芪種子發(fā)芽率隨發(fā)芽天數(shù)的動(dòng)態(tài)變化均呈“S型”變化趨勢(shì)，符合Logistic曲線方程。紅芪種莢從置發(fā)芽床后第2～6天開(kāi)始，種子先后啟動(dòng)發(fā)芽，第14～19天發(fā)芽陸續(xù)結(jié)束。整個(gè)發(fā)芽過(guò)程中，種子各發(fā)芽指標(biāo)均表現(xiàn)出預(yù)處理間的顯著差異性，預(yù)處理使紅芪種子發(fā)芽提早1～4 d，發(fā)芽高峰持續(xù)期延長(zhǎng)2 d。去果莢浸種12 h顯著加快了種子發(fā)芽進(jìn)程，燜種莢處理有效延長(zhǎng)了發(fā)芽持續(xù)期。各處理發(fā)芽指標(biāo)從高到低依次為去果莢浸種12 h(發(fā)芽率80.7%，發(fā)芽勢(shì)54.0%，發(fā)芽指數(shù)7.083)>不去果莢燜種莢12 h(發(fā)芽率64.0%，發(fā)芽勢(shì)13.3%，發(fā)芽指數(shù)3.462)>不去果莢水浸種莢12 h(發(fā)芽率48.0%，發(fā)芽勢(shì)22.0%，發(fā)芽指數(shù)3.007)>對(duì)照干種莢(發(fā)芽率34.7%，發(fā)芽勢(shì)4.0%，發(fā)芽指數(shù)1.865)。以上說(shuō)明種莢果皮造成的吸水障礙是限制紅芪種子發(fā)芽的主要因素，播種前將紅芪種莢浸種12 h或燜種12 h再行播種均可顯著改善紅芪種子發(fā)芽特性，去除果莢后再浸種效果更佳，發(fā)芽率可達(dá)80.0%以上。

預(yù)處理；紅芪種莢；去皮浸種；燜種莢；發(fā)芽特性

紅芪(radix hedysari)為豆科植物多序巖黃芪(Hedysarumpolybotrys)的干燥根。春、秋二季采挖，除去須根和根頭，曬干[1]。紅芪味甘、微溫。歸肺、脾經(jīng)，具有固表止汗、生津養(yǎng)血等功效。用于中氣下陷、表虛自汗等病癥[1]。紅芪與黃芪(astragali radix)同科異屬[2]，兩者在種莢形態(tài)上差異性較大，紅芪種莢莢果在單粒種子處縊縮呈串珠形扁葫蘆狀，成熟飽滿種子黑褐色，種子與莢果皮結(jié)合緊密，難以脫粒，而黃芪莢果不縊縮，種子成熟后種莢易開(kāi)裂散出種子。

過(guò)去，紅芪藥材主要來(lái)源于野生品，但隨著以紅芪為原料的保健品和中成藥的研發(fā)，野生紅芪遠(yuǎn)不能滿足藥材市場(chǎng)的需求，人工栽培紅芪受到關(guān)注，現(xiàn)已形成以甘肅省隴南市武都區(qū)米倉(cāng)山、安化鎮(zhèn)一帶為中心的紅芪道地產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)的紅芪藥材質(zhì)量?jī)?yōu)異，2011年獲國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志登記產(chǎn)品保護(hù)[3]。紅芪主要以種子播種育苗栽培為主，生產(chǎn)上一般整莢播種，由于莢果內(nèi)果皮與種子連在一起，莢膜包藏著種子，果莢硬質(zhì)，種皮又厚，吸水吸脹時(shí)間長(zhǎng)，種子在萌發(fā)過(guò)程中易爛種，發(fā)芽率很低，嚴(yán)重影響紅芪規(guī)范化育苗成效。盡管對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性相關(guān)研究也有少量報(bào)道，研究揭示成熟風(fēng)干后的紅芪種子具有明顯的硬實(shí)和休眠特性[4-7]，種子發(fā)芽期間對(duì)水分要求高，浸種30 h以上才能達(dá)到飽和吸水狀態(tài)[5]，土壤水分是影響紅芪種子發(fā)芽和出苗的一個(gè)主要因素，當(dāng)土壤含水量低于9.0%時(shí)，紅芪種子不能發(fā)芽。采用使紅芪種子外果皮受損的方法對(duì)促進(jìn)種子發(fā)芽出苗有顯著效果[6]。水浸種也可提高紅芪種子發(fā)芽率[7]，鮮種子秋播紅芪種子發(fā)芽率也較高[4]，說(shuō)明紅芪種子在成熟后風(fēng)干過(guò)程中果莢和種皮加厚硬化是造成種子吸水吸脹困難的主要原因，適宜的種子預(yù)處理可改善紅芪種子的發(fā)芽特性，提高種子發(fā)芽率。由于紅芪種子一般在9月中下旬陸續(xù)成熟，鮮種莢的果莢和種皮較嫩軟，水分易進(jìn)入，播種后發(fā)芽率雖高，但出苗后由于有效積溫低，越冬前生長(zhǎng)量小，幼苗抗凍性差，越冬返青率低，規(guī)范化育苗成效差。因此，探尋提高風(fēng)干紅芪種子發(fā)芽率的種莢預(yù)處理方法具有重要意義，可為紅芪GAP(good agricultural production)基地建設(shè)中確立播前種子預(yù)處理操作技術(shù)規(guī)程提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

發(fā)芽試驗(yàn)用紅芪種子為2011年9月中旬從甘肅紅芪主產(chǎn)區(qū)隴南市農(nóng)戶生產(chǎn)田隨機(jī)劃分60個(gè)樣點(diǎn)采集的紅芪種莢，經(jīng)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)中草藥栽培與鑒定系陳垣教授鑒定確認(rèn)屬多序巖黃芪的種莢。首先剔除雜質(zhì)、癟種和蟲(chóng)食種莢后手工混合均勻，然后裝入網(wǎng)袋掛涼在實(shí)驗(yàn)室靠陽(yáng)通風(fēng)處，待種子自然陰干后保存于4℃冰箱中備用于發(fā)芽試驗(yàn)。

1.1 種子預(yù)處理方法

種子預(yù)處理試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)方案，預(yù)處理因素有4個(gè)水平，即去果莢浸種12 h，不去果莢浸種莢12 h，不去果莢燜種莢12 h，以不去果莢不浸種的種莢為對(duì)照(以下去果莢簡(jiǎn)稱去莢)。具體操作方法是首先用剪刀將上述備用于發(fā)芽試驗(yàn)的串珠種莢分成單粒莢，隨機(jī)數(shù)取大小和飽滿度基本一致的帶莢種子600粒，用0.1%氯化汞對(duì)種莢表面消毒3 min，然后用清水沖洗4次，隨機(jī)分為4組，每組150粒，分別置4個(gè)經(jīng)滅菌并已編號(hào)的燒杯(直徑9.6 cm)內(nèi)，于2012年4月29日20:00隨機(jī)分別實(shí)施上述4個(gè)處理。其中，去果莢處理中事先磨搓去除果莢，挑選完整種子150粒，其余處理均不去除果莢。燜種莢處理是將150粒種莢置燒杯后加水搖勻后用濕潤(rùn)砂子包埋杯口。同時(shí)選擇規(guī)格一致的12個(gè)培養(yǎng)皿(直徑9.6 cm)高壓滅菌后備用于發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2 種子發(fā)芽試驗(yàn)

紅芪種莢經(jīng)上述方法預(yù)處理后種子發(fā)芽試驗(yàn)在甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(原中草藥栽培與鑒定實(shí)驗(yàn)室)20℃/18℃自然光照條件下進(jìn)行。發(fā)芽試驗(yàn)于2012年4月30日開(kāi)始，5月20日結(jié)束。即種子經(jīng)上述方法預(yù)處理結(jié)束后，立即依次用蒸餾水沖洗3次，將各組150粒種子依次擺放在已滅菌對(duì)應(yīng)編號(hào)的3個(gè)培養(yǎng)皿(重復(fù)3次)，每皿50粒種子，種子床由2層組成，下層為脫脂棉(厚2 mm)，上層為濾紙。為了保證試驗(yàn)過(guò)程中的唯一差異性原則，提高試驗(yàn)的精確性，發(fā)芽試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)光照條件差異劃分為3個(gè)區(qū)組，每區(qū)組擺放4個(gè)處理培養(yǎng)皿，共擺放12個(gè)培養(yǎng)皿。加水時(shí)沿培養(yǎng)皿邊緣加經(jīng)滅菌冷卻后的自來(lái)水，以傾斜培養(yǎng)皿無(wú)水滲出為度，記錄加水量，其他培養(yǎng)皿加水量和方法均一致。在皿底部和蓋外均標(biāo)記處理號(hào)及重復(fù)號(hào)，將50粒種子均勻擺放在培養(yǎng)皿內(nèi)。發(fā)芽過(guò)程中每隔12 h換水1次，以胚根突破種皮1 mm左右作為種子發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)，每天早晨8:00觀察記載發(fā)芽種子數(shù)，最后計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)[8-9]。

發(fā)芽率(germination rate，%)=終發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100

發(fā)芽勢(shì)(germination power，%)=發(fā)芽高峰期種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)(germination index，GI)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為對(duì)應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方法預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽過(guò)程的影響

圖1顯示出經(jīng)不同方法預(yù)處理后種子發(fā)芽率隨發(fā)芽持續(xù)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。各處理中，紅芪種子發(fā)芽率的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程均呈“S型”曲線變化趨勢(shì)(圖1a)。從種子置發(fā)芽床后第2～6天內(nèi)各處理種子逐漸啟動(dòng)發(fā)芽，隨著發(fā)芽天數(shù)的延長(zhǎng)，發(fā)芽率均顯著提高并達(dá)到最大值，但整個(gè)發(fā)芽過(guò)程均表現(xiàn)出處理間的顯著差異性。在發(fā)芽第6天開(kāi)始，各處理種子發(fā)芽率和每天發(fā)芽種子數(shù)均已達(dá)到顯著差異性水平(F=7.143，P<0.05)，直到發(fā)芽全部結(jié)束。在整個(gè)種子發(fā)芽過(guò)程中，去莢浸種12 h后種子發(fā)芽率始終處于最高水平，不處理對(duì)照種子的發(fā)芽率始終處于最低水平，不去莢燜種12 h和不去莢浸種12 h后種子的發(fā)芽率介于兩者之間。

圖1b還顯示，對(duì)照不處理干種莢置發(fā)芽床后在第6天3個(gè)重復(fù)百粒種子平均僅有1粒發(fā)芽，而種子經(jīng)去莢浸種、不去莢浸種和不去莢燜種莢12 h后分別已有16，14和7粒種子發(fā)芽。顯然，與對(duì)照相比較，預(yù)處理顯著促進(jìn)了紅芪種子的發(fā)芽進(jìn)程(圖1)。其中，對(duì)照種子從第6天開(kāi)始發(fā)芽，第17天發(fā)芽結(jié)束，發(fā)芽持續(xù)期為12 d；去莢浸種12 h后種子從第2天開(kāi)始發(fā)芽，第13天發(fā)芽結(jié)束，發(fā)芽持續(xù)期為12 d；不去莢浸種和不去莢燜種12 h后種子均從第6天開(kāi)始發(fā)芽，但前者第14天發(fā)芽結(jié)束，發(fā)芽持續(xù)期為9 d，后者第18天發(fā)芽結(jié)束，發(fā)芽持續(xù)期為13 d。各處理發(fā)芽持續(xù)期最大相差4 d。在整個(gè)種子發(fā)芽過(guò)程中，預(yù)處理明顯提早了種子發(fā)芽高峰期，經(jīng)燜種處理的種子發(fā)芽持續(xù)期明顯延長(zhǎng)。

圖1 種莢預(yù)處理12 h后紅芪種子發(fā)芽率(a)和每天百粒種子發(fā)芽種子數(shù)(b)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程Fig.1 Dynamics of seed germination rate (a) and the germinated seeds every day (b) in 100-seeds after pod pretreated for 12 h

參數(shù)Parameters去莢浸種12hSoakingpeeledseedsfor12h不去莢浸種莢12hSoakingunpeeledseedpodsfor12h不去莢燜種莢12hStewingunpeeledseedpodsfor12h不處理對(duì)照Non-treatmentCK發(fā)芽高峰起始期Gt1Maximumgerminationstart-time(d)4578發(fā)芽高峰結(jié)束期Gt2Maximumgerminationend-time(d)9101211發(fā)芽終期Gt3Germinationterminatingtime(d)14161915最大發(fā)芽速率到達(dá)時(shí)間GtMTimeofmaximumgerminationrate(d)781010最大發(fā)芽速率GVMMaximumgerminationrate(Grains/d)12.46.36.83.6種子萌動(dòng)期持續(xù)天數(shù)GT1Start-germinationduration(d)4578發(fā)芽高峰期持續(xù)天數(shù)GT2Quick-germinationduration(d)5553發(fā)芽緩增期持續(xù)天數(shù)GT3Slow-germinationduration(d)5674

注：表中參數(shù)均由平均發(fā)芽率估算(n=3)。

Note: The parameters estimated by the mean germination rate (n=3).

圖2 種莢預(yù)處理12 h后紅芪種子發(fā)芽率與發(fā)芽天數(shù)配合Logistic方程直線化擬合結(jié)果及估測(cè)的發(fā)芽率變化軌跡Fig.2 Linear result and the germination track estimated by Logistic equation fitting germination rate of H. polybotrys seeds following pretreated for 12 h with germination duration

對(duì)4種方法預(yù)處理種莢后紅芪種子發(fā)芽率隨發(fā)芽持續(xù)天數(shù)的變化動(dòng)態(tài)擬合Logistic曲線方程，方程參數(shù)估計(jì)的各發(fā)芽參數(shù)列于表1，直線化擬合結(jié)果和方程估測(cè)的發(fā)芽率變化軌跡見(jiàn)圖2。顯然，對(duì)照和經(jīng)種莢預(yù)處理后的紅芪種子發(fā)芽率隨發(fā)芽持續(xù)天數(shù)的變化動(dòng)態(tài)均符合Logistic曲線方程，方程擬合指數(shù)均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(圖2)。方程估測(cè)的發(fā)芽參數(shù)(表1)與實(shí)際發(fā)芽過(guò)程(圖1)基本相符合。根據(jù)“S”型曲線的變化情況，大致可將紅芪種子發(fā)芽進(jìn)程分為3個(gè)時(shí)期，即種子萌動(dòng)期、發(fā)芽高峰期和發(fā)芽緩增期。各處理發(fā)芽最大速率，即每天發(fā)芽種子數(shù)最大相差8～9粒。 利用方程參數(shù)估測(cè)的各處理發(fā)芽高峰起始范圍為種子置床后第4～8天， 發(fā)芽終期范圍為種子置床后第14～19天，發(fā)芽持續(xù)期范圍為種子置床后13～18 d。種子預(yù)處理使種子發(fā)芽進(jìn)程提早1～5 d進(jìn)入發(fā)芽高峰期，發(fā)芽高峰持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，不處理對(duì)照干種莢種子發(fā)芽高峰持續(xù)時(shí)間僅3 d，而去莢浸種、不去莢燜種莢和不去莢浸種莢12 h后種子發(fā)芽高峰持續(xù)時(shí)間均較對(duì)照延長(zhǎng)2 d(表1)。不去莢種莢經(jīng)燜種處理12 h后置濕潤(rùn)的發(fā)芽床發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)期最長(zhǎng)，而去莢浸種12 h后發(fā)芽持續(xù)時(shí)間最短，發(fā)芽最為集中。顯然，浸種處理使最大發(fā)芽速率到達(dá)時(shí)間提早，去莢后浸種效應(yīng)更大。在不去莢處理中，發(fā)芽初期燜種莢處理和浸種莢處理12 h后發(fā)芽率差異性不顯著，浸種處理的發(fā)芽率稍高于燜種處理的水平，但隨著發(fā)芽持續(xù)天數(shù)的延長(zhǎng)，趨勢(shì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，燜種處理12 h后的種子發(fā)芽率在發(fā)芽后第9天趕上浸種處理的水平并逐漸高出，至發(fā)芽終期燜種處理顯著高于浸種處理的水平(P<0.05)。燜種莢處理12 h還較浸種莢處理12 h發(fā)芽持續(xù)期延長(zhǎng)2 d左右，兩者均較對(duì)照持續(xù)期延長(zhǎng)1～3 d，這與實(shí)際發(fā)芽過(guò)程(圖1)相吻合。各處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽進(jìn)程的促進(jìn)作用依次為去莢浸種12 h>不去莢浸種莢12 h>不去莢燜種莢12 h>不去莢不浸種干種莢(對(duì)照)。

2.2 不同方法預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性的影響

圖1，圖2和表1顯示，各處理種子置發(fā)芽床后，分別在第4～8天陸續(xù)進(jìn)入發(fā)芽高峰期，故以第7天的發(fā)芽率作為發(fā)芽勢(shì)指標(biāo)。表2顯示，種子預(yù)處理對(duì)紅芪種子終發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)等質(zhì)量指標(biāo)均具有極顯著影響(F=38.625，P<0.001；F=55.169，P<0.001；F=140.043，P<0.001)，種莢預(yù)處理均改善了紅芪種子的發(fā)芽特性，改善程度因預(yù)處理的不同而異。去莢浸種12 h后種子發(fā)芽集中，發(fā)芽期縮短(圖1)，發(fā)芽指標(biāo)最佳(表2)，較對(duì)照干種莢發(fā)芽率增加46.0%(P<0.01)，發(fā)芽勢(shì)增加50.0%(P<0.01)，發(fā)芽指數(shù)增加5.218(P<0.01)，且種子在發(fā)芽過(guò)程中未出現(xiàn)霉變現(xiàn)象。不去莢燜種莢和不去莢浸種莢12 h預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽的促進(jìn)作用次之，兩處理間種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均不顯著(P>0.05)，但其終發(fā)芽率間的差異性也達(dá)到顯著水平(P<0.05)，兩處理發(fā)芽率均較對(duì)照水平顯著提高(P<0.05)，不去莢燜種莢12 h對(duì)終發(fā)芽率的促進(jìn)作用更加顯著，盡管第7天種子發(fā)芽率僅增加9.3%，與對(duì)照間的差異性未達(dá)到顯著水平(P>0.05)，但其終發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別較對(duì)照增加29.3%和1.597，與對(duì)照間的差異性均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。而不去皮浸種莢12 h后種子發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照顯著增加18.0%(P<0.01)，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)雖均不及燜種處理的水平，但均較對(duì)照極顯著提高，發(fā)芽率較對(duì)照增加13.3%(P<0.01)，發(fā)芽指數(shù)增加1.142(P<0.01)。浸種12 h條件下，去皮處理較不去皮處理發(fā)芽率增加32.7%(P<0.01)，發(fā)芽勢(shì)增加32.0%(P<0.01)，發(fā)芽指數(shù)增加4.076(P<0.01)。不去皮處理中，加水后燜種莢和水浸種莢也均可促進(jìn)種子吸水吸脹過(guò)程，提高發(fā)芽率，而燜種莢促進(jìn)作用更佳。各處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽的促進(jìn)作用從大到小依次為去皮浸種12 h>不去皮燜種莢12 h>不去皮浸種莢12 h>不去皮不浸種(對(duì)照)(表2)。

表2 20℃/18℃自然光照條件下種莢預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同列數(shù)據(jù)不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05差異顯著，不同大寫(xiě)字母表示在P<0.01差異極顯著。

Note: The data indicates mean±SD. Different small letters mean significant differences atP<0.05; Different capital letters mean great-significant differences atP<0.01.

3 討論與結(jié)論

中藥資源具有明顯的地域性，地道藥材或道地藥材是指特定產(chǎn)地出產(chǎn)的著名優(yōu)質(zhì)藥材[12]。紅芪是甘肅省隴南市的主要地道中藥材品種之一，主要依賴種子育苗栽培繁殖，屬可再生中藥資源[13]。要獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的藥材，總是從種子發(fā)芽或育苗開(kāi)始[14]。因此，種子萌發(fā)是藥用植物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中極其重要的環(huán)節(jié),它關(guān)系到成苗數(shù)及其質(zhì)量，進(jìn)而影響栽培藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量，而種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均可反映種子發(fā)芽的速度和整齊度，是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)。王進(jìn)等[15]提出，具有硬實(shí)特性的種子是充分成熟的種子，單項(xiàng)的活力指標(biāo)不能全面反映種子活力的變化，需采用多種指標(biāo)。

3.1 紅芪種子發(fā)芽率的變化動(dòng)態(tài)呈“S”型曲線，符合Logistic曲線方程

種子發(fā)芽曲線表示種子在整個(gè)發(fā)芽過(guò)程中發(fā)芽率的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)[16]，從發(fā)芽曲線可了解種子發(fā)芽的進(jìn)程和持續(xù)時(shí)間，為育苗生產(chǎn)中出苗階段田間管理提供科學(xué)依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)，在各處理中，紅芪種子發(fā)芽率變化動(dòng)態(tài)趨勢(shì)均呈“S”型曲線，符合Logistic曲線方程。紅芪種子發(fā)芽進(jìn)程分為3個(gè)時(shí)期，即種子萌動(dòng)期、發(fā)芽高峰期和發(fā)芽緩增期。從種子置發(fā)芽床后第2～6天內(nèi)各處理種子陸續(xù)開(kāi)始發(fā)芽，發(fā)芽最快時(shí)期出現(xiàn)在種子置發(fā)芽床后第8～10天，第14～19天發(fā)芽陸續(xù)結(jié)束。浸種預(yù)處理有效縮短了種子萌動(dòng)期，使發(fā)芽提早1～4 d，延長(zhǎng)了種子發(fā)芽高峰持續(xù)期，使種子發(fā)芽率顯著提高，去莢后浸種效果更佳。

3.2 果莢是限制紅芪種子萌發(fā)的主要因子

種子的發(fā)芽受各種因素的影響，種子的發(fā)育狀況、種皮結(jié)構(gòu)、后熟特性和休眠特性均是影響種子發(fā)芽的內(nèi)在因素，而種皮厚度和發(fā)芽期間的環(huán)境條件是影響種子發(fā)芽的外在因素。對(duì)具有硬實(shí)和休眠特性的種子人們常采用浸種法和砂搓破皮法促進(jìn)種子吸水吸脹過(guò)程，以改善其發(fā)芽特性，因?yàn)榉N子只有在吸脹后才可產(chǎn)生赤霉素，進(jìn)而誘導(dǎo)水解酶的合成，促進(jìn)種子的萌發(fā)[16-17]。大田條件下經(jīng)砂搓的紅芪種子在8 d后發(fā)芽率可達(dá)31.7%，而未經(jīng)處理的干種莢種子發(fā)芽率僅4.0%[6]。蔡子平和王宏霞[18]經(jīng)溫湯浸種30 min后分別采用清水、50～200 g/L聚乙二醇、1～4 g/L硝酸鉀和50～600 mg/L赤霉素(GA3)等溶劑浸種12 h，然后在室溫自然光照條件下發(fā)芽試驗(yàn)表明，清水浸種發(fā)芽率為21.0%，乙二醇、硝酸鉀浸種對(duì)紅芪種子發(fā)芽均有抑制作用，而GA3浸種對(duì)紅芪種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，0.400 g/L的GA3浸種后發(fā)芽率最為顯著水平，發(fā)芽率達(dá)34.0%。藺海明等[5]研究揭示，在培養(yǎng)箱自然光照條件下，紅芪種子發(fā)芽的適宜溫度為20～25℃，發(fā)芽率變幅為61.3%～67.3%。本研究在20℃/18℃自然光照條件下發(fā)芽試驗(yàn)表明，干種莢發(fā)芽率為34.7%，種莢預(yù)處理極顯著改善了紅芪種子的發(fā)芽特性，去果莢后浸種效果更佳，浸種12 h后種子發(fā)芽率達(dá)80.7%，較干種莢發(fā)芽率增加46.0%，發(fā)芽提早4 d。水浸種相同時(shí)間條件下，去除果莢較不去除果莢處理發(fā)芽率增加32.7%，發(fā)芽勢(shì)增加32.0%，發(fā)芽指數(shù)增加4.076。說(shuō)明果莢造成紅芪種子吸水障礙，對(duì)紅芪種子發(fā)芽具有抑制作用，去莢后浸種使種子提前完成吸脹過(guò)程，可能提早促進(jìn)了赤霉素的產(chǎn)生并誘發(fā)水解酶，最終促進(jìn)種子萌發(fā)。

3.3 濕燜和水浸種莢預(yù)處理均可加快紅芪莢種皮膨脹軟化，促進(jìn)種子吸水吸脹，提高發(fā)芽率

種子是可脫離母體的延存器官，種子萌發(fā)是個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)。播種后種子是否迅速萌發(fā)，達(dá)到早苗、全苗和壯苗，這關(guān)系到能否為栽培作物的豐產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。種子萌發(fā)率的降低也會(huì)影響植物在群落中的多度[19]。水分是種子萌發(fā)的首要條件，干種子含有的水分都屬于束縛水，不能作為反應(yīng)的介質(zhì)，只有吸水后，種子細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體才能由凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，使細(xì)胞器結(jié)構(gòu)恢復(fù)，基因活化表達(dá)萌發(fā)所需要的蛋白質(zhì)，同時(shí)，吸水能使種子呼吸作用和代謝活動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生水解酶，讓貯藏物質(zhì)水解成可溶性物質(zhì)供胚發(fā)育所需要。吸水后種皮膨脹軟化，既有利于種子內(nèi)外氣體交換，也有利于胚根和胚芽突破種皮生長(zhǎng)。由于蛋白質(zhì)有較大的親水性，蛋白質(zhì)含量高的種子吸水要超過(guò)干種子的重量時(shí)才能發(fā)芽[16]。王彥榮和曾彥軍[20]采用浸種法顯著提高了結(jié)縷草(Zoysiajaponica)種子的發(fā)芽率，并指出天然的種子發(fā)芽抑制物大多數(shù)可能是一些簡(jiǎn)單的低分子量有機(jī)化合物，可經(jīng)水浸或水淋后自種子中滲出。紅芪為豆科藥用植物，屬高蛋白質(zhì)含量的種子。張鵬等[21]認(rèn)為，紅芪種子最適發(fā)芽地溫為15～20℃，土壤水分含量為180～240 g/kg。張杰等[7]在15℃恒溫條件下試驗(yàn)表明，經(jīng)清水浸種后紅芪種子發(fā)芽率為25.0%。本研究發(fā)現(xiàn)，在20℃/18℃自然光照條件下，不去除莢的紅芪種莢經(jīng)濕燜和水浸種預(yù)處理12 h后發(fā)芽特性也均得到顯著改善，燜種莢的促進(jìn)作用更大，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別為64.0%,13.3%和3.462，較對(duì)照干種莢極顯著改善，而水浸種莢后種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均較干種莢顯著提高，說(shuō)明濕燜和浸種處理也均可軟化紅芪果莢，促進(jìn)種子吸水吸脹，同樣可起到與發(fā)芽誘導(dǎo)物質(zhì)相同的促進(jìn)作用，但濕燜種莢效果更顯著，這可能是由于燜種處理要比浸種處理導(dǎo)致的種子吸脹損傷小的緣故，這與王進(jìn)等[15]對(duì)苦豆子(Sophoraalopecuroides)和苦馬豆(Swainsoniasalsula)種子發(fā)芽特性的研究觀點(diǎn)相一致，即種子硬實(shí)破除后，種子通過(guò)緩慢吸水，有利于細(xì)胞膜和酶活性的修復(fù)，避免了對(duì)種子的物理傷害和膜損傷。不去莢的種莢浸種過(guò)程中水分首先用來(lái)軟化莢和種皮，而后才用來(lái)滿足種子吸水需要，赤霉素誘發(fā)的水解酶產(chǎn)生可能滯后，而不浸種干種莢在種子置發(fā)芽床后才啟動(dòng)莢種皮軟化作用，赤霉素誘發(fā)的水解酶產(chǎn)生更加延遲，當(dāng)水解酶產(chǎn)生時(shí)有些種胚可能已失去原有活力，若種子萌發(fā)期間水分虧缺，萌發(fā)率會(huì)更低。

綜上所述，厚實(shí)果莢造成的吸水障礙和發(fā)芽期間的水分條件是造成紅芪種子發(fā)芽率低的主要原因。播種前將紅芪種莢水浸種或保濕燜種12 h后再行播種均可顯著改善紅芪種子的發(fā)芽特性，提高發(fā)芽率，為培育壯苗奠定良好基礎(chǔ)，去莢后浸種效果更佳，當(dāng)年產(chǎn)種子次年春季發(fā)芽率可達(dá)80%以上，該方法簡(jiǎn)單易行，安全可靠。對(duì)浸種不同時(shí)間和機(jī)械化去皮技術(shù)的研究將是下一步研究的重點(diǎn)。

致謝：甘肅省武都區(qū)中藥材中心協(xié)助種子采集，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院郭鳳霞研究員指導(dǎo)統(tǒng)計(jì)分析，西北師范大學(xué)生命科學(xué)院2011級(jí)本科生郭愛(ài)峰參與數(shù)據(jù)錄入校對(duì)，在此一并致謝。

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Effects of pod pre-treatments on the germination traits ofHedysarumpolybotrysseeds

SUN Yun-Bo1,4, CHEN Xiang2, CHEN Yuan1*, ZHOU Chuan-Meng1, BAI De-Tao3

1.GansuKeyLaboratoryofCropGenetic&GermplasmEnhancement,GansuProvincialKeyLaboratoryofGoodAgriculturalProductiveTechnologyforTraditionalChineseMedicines,CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.KeyLaboratoryofDesertandDesertification,ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China; 3.GansuEngineeringLaboratoryofResourceReservationandUtilizationforCharacteristicMedicalPlants,GansuCultivatedEngineeringandTechnologyResearchCenterofStandardizationandTraceabilityforCharacteristicChineseMedicine,LongxiZhongtianPharmaceuticalCo.,Ltd,Dingxi748100,China; 4.TheInstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,Beijing100193,China

Plant pod seeds ofHedysarumpolybotryswere used in a germination test in order to explore the effect of seed pre-treatment methods. Several methods, such as soaking the peeled seeds, and soaking and stewing the unpeeled seed pods for 12 h, were compared with non-soaked, dry seed pods as a control. Results under natural illumination at 18-20℃ showed that germination dynamics in all pre-treatments followed S curve patterns that fitted to a logistic equation. Germination started days 2-6 and finished days 14-19. The pre-treatments showed significant differences in germination traits. The peeled and soaking pre-treatment and the soaking and stewed unpeeled-seed pods pre-treatment delayed peak germination by two days. The peeled and soaking pre-treatment significantly expedited germination while the unpeeled and stewing pre-treatment prolonged germination duration. All the pre-treatments for 12 h significantly improved germination quality compared with the control. The control had a germination rate of 34.7%, germination power 4.0% and germination index 1.865. The results for the peeled and soaked seeds were 80.7%, 54.0% and 7.083 respectively, that for the unpeeled stewed seed pods 64.0%, 13.3% and 3.462 respectively. The results thus show that pre-treating seeds by soaking or stewing can significantly improve germination quality. Improvements were highest in the peeled pre-treatment, where seeds showed over 80% germination rate.

pretreatment; radix hedysari seed pods; peeled soaking seeds; stewed seed pods; germination trait

10.11686/cyxb2014274

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-06-09；改回日期：2014-08-14

2012年甘肅省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新支撐工程專項(xiàng)，甘肅省中藥材扶持項(xiàng)目(151402)，全國(guó)第四次中藥資源普查甘肅(試點(diǎn))岷縣,宕昌縣中藥資源普查(201207002-02和2013GSZYZYPC-02)和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目資助。

孫云波(1985-)，女，吉林臨江人，在讀碩士。E-mail: syb_0229@163.com *通訊作者Corresponding author. E-mail: cygcx1963@163.com

孫云波，陳翔，陳垣，周傳猛,白德濤. 種莢預(yù)處理對(duì)紅芪種子發(fā)芽特性的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 159-167.

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