黃精種子萌發(fā)及出苗特點研究△

傅飛龍，丁自勉，馬存德，魏建和，李先恩，祁建軍*

(1.中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所 教育部重點實驗室瀕危藥材繁育國家工程實驗室，北京 100193；2.陜西步長制藥有限公司，陜西 西安 710075)

·中藥農業(yè)·

黃精種子萌發(fā)及出苗特點研究△

傅飛龍1，丁自勉1，馬存德2，魏建和1，李先恩1，祁建軍1*

(1.中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所 教育部重點實驗室瀕危藥材繁育國家工程實驗室，北京 100193；2.陜西步長制藥有限公司，陜西 西安 710075)

目的：研究黃精種子休眠的特點，探索其萌發(fā)的適合條件。方法：按照種子檢驗規(guī)程要求測定了黃精種子的基本特性，包括千粒重、種子活力等。應用不同溫度層積方法探索黃精種子萌發(fā)特征。同時測定了黃精種子抑制物對白菜種子萌發(fā)的影響。結果：黃精種子平均胚率為56.39%，浸種72 h的飽和吸水率為36.81%；新鮮種子、4 ℃濕沙和25 ℃干燥儲存半年種子的種子活力率為100%、98.67%、96.67%；黃精種子及小球莖中存在不同程度的發(fā)芽抑制物；15、20、25 ℃層積的黃精種子均能萌發(fā)，但萌發(fā)時間、發(fā)芽率及萌發(fā)后發(fā)育情況存在差異，4 ℃層積種子不能發(fā)芽；種子萌發(fā)形成小球莖后進入休眠狀態(tài)，4 ℃層積60 d處理后出苗率為93.33%。結論：黃精種子25 ℃可以正常萌發(fā)，但存在上胚軸休眠特性，需要一定低溫打破休眠后才能出苗。

黃精；種子；休眠；溫度層積

黃精PolygonatumsibiricumRed.為百合科黃精屬多年生草本植物，集藥用、食用和觀賞價值于一身。目前，野生黃精資源已遠不能滿足生產需要，人工栽培是解決黃精藥材短缺的主要渠道[1]。黃精有兩種繁殖方式：種子的有性繁殖和根莖的無性繁殖。由于目前黃精種植處于野生變家種的時期，收集野生黃精進行無性繁殖比較多，但這樣的繁殖效率低，妨礙大面積種植推廣。黃精的結實率高，成熟植株平均每株可產生200粒左右種子，利用種子育苗移栽，是解決黃精野生變家種的重要途徑。但是，黃精種子存在休眠問題，自然生長條件下出苗期長，出苗不整齊等。本試驗開展了黃精種子的特性及其萌發(fā)和出苗規(guī)律研究，旨在為開展黃精種苗繁育提供指導。

1 材料與方法

1.1材料

供試黃精種子2016年11月采自步長制藥陜西略陽黃精GAP基地，經祁建軍研究員鑒定為黃精PolygonatumsibiricumRed.種子。黃精果子當年采集后，去掉果皮，每個果子約有種子5粒左右。發(fā)芽用種子采用新鮮的種子晾干表面水分后，直接進行下一步實驗。種子基本特性實驗使用陰干后的種子。

1.2方法

1.2.1種子特性測定 千粒重、種子胚的觀測。參照《林木種子檢驗規(guī)程》(GB2772-1999)相關規(guī)定，采用百粒重法測定種子千粒重。40℃浸泡48h后種子用于胚觀察，并計算胚率。

種皮透水性測定。選取4份1.0g陰干的黃精種子分別于三角瓶中，加30mL蒸餾水，分別置于15、25、45、55℃恒溫箱中，定期(15、25℃每8h，45、55℃每1h)取出，用濾紙吸干種子表面水分，稱重，計算種子吸水率，重復3次。

種子活力測定。供測黃精種子為新鮮種子、4℃沙藏儲存和25℃常溫干燥儲存6個月的種子。分別隨機選取100粒，40℃溫水浸泡48h，沿種子胚軸縱切，取帶胚的一半，浸于0.3%的TTC溶液中，在25℃黑暗條件下24h后，觀察胚染成紅色種子數并計算種子活力，對照為60℃水浸2h滅活種子，重復3次。胚染為紅色的種子視為有活力的活種子，未染色的種子視為沒有活力的死種子。

1.2.2溫度層積對黃精種子發(fā)芽的影響 分別選取50粒黃精種子，在4、15、20、25℃等4個溫度水平，沙藏層積90d，每隔3d統(tǒng)計黃精種子發(fā)芽率，重復3次，每個重復50粒種子。黃精種子發(fā)芽以突破種皮的胚根長度超過種子自身的長度視為種子萌發(fā)。

1.2.3溫度層積對黃精種子小球莖生長的影響 將25℃層積剛發(fā)芽，根莖長約0.5～0.6cm，小球莖未明顯膨大的種子，分別置于4、15、20、25℃等4個溫度水平的人工氣候箱中進行層積，層積時間統(tǒng)一為90d，定期(前30d每3d，后60d每10d)取出種子，測量小球莖膨大的直徑以及種子芽和根的生長變化。每個處理30粒種子，重復3次。

1.2.4低溫層積對黃精種子出苗率的影響 將25℃層積已發(fā)芽，小球莖直徑長約0.2～0.3cm，0.4～0.5cm和0.5～0.6cm的種子，分別4℃低溫層積處理15、30、45、60d后轉移至25℃培養(yǎng)，統(tǒng)計出苗率，重復3次。以芽出土并展開第一片真葉視為出苗。

1.2.5抑制物的生物測定 選取10g上述供測種子，在40℃恒溫箱中用20mL蒸餾水浸泡一段時間(6、12、24、30、48h)后，過濾，取濾液，以蒸餾水為對照，在鋪有2層濾紙培養(yǎng)皿中，分別加入水浸液4mL，均勻擺放100粒白菜種子，25℃恒溫條件培養(yǎng)。24h后統(tǒng)計白菜種子發(fā)芽率(以胚根長度達種子長度的1/2為發(fā)芽標準)，重復3次。

小球莖水浸液對白菜種子的發(fā)芽影響。選取25℃層積已萌發(fā)且小球莖直徑約0.5～0.6cm的種子，分別置4、15、20、25℃恒溫箱繼續(xù)沙藏層積2個月后，取出1g磨碎，在40℃恒溫箱中用15mL蒸餾水浸泡6h后，超聲提取1h，過濾。分別取上述濾液，以蒸餾水為對照，進行白菜種子生物測定，方法同上。

2 結果與分析

2.1黃精種子的特性

2.1.1種子及胚形態(tài) 黃精種子外觀有2個或3個棱呈不規(guī)則卵圓形，鮮種子表面為淡黃白色，有光澤，種臍明顯，呈深褐色圓點狀(圖1，A)。陰干后呈黃褐色，光澤消失，種皮質地堅硬，千粒重為31.38g。胚位于種子中部，沿種子中軸呈棒狀結構，占據種子小部分空間，平均胚長為(4.27±0.26)mm，胚率為(56.39±6.11)%，且胚結構簡單，分化不明顯，沒有明顯的胚芽、胚軸、胚根和子葉的分化。胚乳占據種子大部分空間，排列致密，細胞質濃厚(圖1，B)。黃精種子及胚形態(tài)長度的測量結果見表1。

注：A.黃精種子外觀；B.種子縱切面顯示胚和胚乳圖1 黃精種子外觀及縱切面

種子部位均值/mm標準差最小值/mm最大值/mm種子長度4.430.2884.005.00種子寬度4.130.2483.544.90種子厚度3.530.2593.124.02胚長度2.500.2911.983.14胚乳長4.270.3613.324.94胚率/%56.396.11045.7673.09

2.1.2 種皮透水性 黃精種子在45、55 ℃浸種(圖2，A)后，吸脹較快，浸種 8 h 后吸水高峰結束，12 h 后吸脹結束進入吸水飽和期，飽和吸水率分別為(34.75±0.51)%和(36.81±1.48)%；黃精種子在15、25 ℃浸種(圖2，B)后，緩慢吸脹，分別在64 h和48 h后吸脹結束進入吸水飽和期，飽和吸水率分別為(34.16±1.11)%和(35.58±0.61)%。結果證明，黃精種子透水性較好，其種皮雖存在一定的機械阻力但不是影響其種子萌發(fā)的主要原因。

2.1.3 種子活力測定 有活力的黃精種子(圖3，A)與無活力的種子(圖3，B)，其種子活力和發(fā)芽率結果見表2。新鮮種子、4 ℃濕沙和25 ℃干燥儲存種子的活力和發(fā)芽率無顯著差異。說明經過半年儲存后黃精種子的活力沒有下降25 ℃下均可以很好地萌發(fā)。

2.2黃精種子萌發(fā)和出苗特性

2.2.1種子萌發(fā)和出苗過程的形態(tài)變化 黃精種子在25℃溫度沙藏2周后，胚根(圖4，A，K)從種臍處突破種皮露白。并繼續(xù)向種外伸長(圖4，B)，并

注：A.45、55 ℃；B.15、25 ℃圖2 不同溫度條件下黃精種子吸水率曲線

注：A.活種子的胚染成紅色；B.無活力種子的胚未染色圖3 種子活力測定

表2 種子活力和發(fā)芽率對比(%)

在近種子端(圖4，C，D)約3～4 mm處膨大形成環(huán)狀凸起，向外伸出根并迅速伸長，此時肉眼不能觀察到明顯的胚芽。同時，種子內部胚體積膨大胚乳降解提供營養(yǎng)(圖4，L～N)。此時，種子完成萌發(fā)。萌發(fā)后，環(huán)狀凸起膨大形成球狀的小球莖(圖4，E～G)且與根約成90°處伸出肉眼可見的胚芽，種子內的胚幾乎占滿種子空間(圖4，O～R)。小球莖和胚芽發(fā)育到一定程度(圖4，H)，不再生長，但保持著生根生長。種子進入上胚軸休眠階段，轉入低溫(4 ℃)層積處理60 d后，胚芽(圖4，I)頂端變成紫灰色，綠色的子葉(圖4，J)伸出，突破土層并展開，種子出苗。

注：A～D.黃精種子發(fā)芽階段胚根動態(tài)；E～H.黃精種子發(fā)芽后根莖和芽動態(tài)；I～J胚在黃精種子出苗過程動態(tài)；K～N.黃精種子發(fā)芽階段胚動態(tài)；O～R.黃精種子發(fā)芽后胚動態(tài)圖4 黃精種子萌發(fā)及出苗過程

2.2.2 黃精種子萌發(fā)的最適溫度 四種溫度下沙藏的黃精種子萌發(fā)結果如圖5所示。20、25 ℃沙藏的種子，在10～13 d后即有少數種子露白，隨著沙藏時間的延長，露白和發(fā)芽種子數增多，21～28 d出現明顯的發(fā)芽高峰，發(fā)芽率分別可達28.67%～63.33%和46.67% ～87.33%；25 ℃沙藏35 d后發(fā)芽率達到100%，20 ℃沙藏種子56 d后發(fā)芽率達83.33%。15 ℃層沙藏種子33 d后開始萌發(fā)，44～50 d發(fā)芽率達8% ～12.67%。4 ℃沙藏種子3個月內未見發(fā)芽。結果證明，黃精種子萌發(fā)的最適溫度為25 ℃，約需35 d達到100%發(fā)芽率，但不能正常出苗。

圖5 四種溫度下沙藏層積黃精種子的發(fā)芽率

2.2.3小球莖的形成及出苗 黃精種子萌發(fā)后不能馬上出苗，而是形成一個小球莖(圖6和圖7)。15、20、25 ℃沙藏的黃精種子萌發(fā)后均可形成小球莖，小球莖直徑從約0.6～6 mm分別需要約35～65 d。25 ℃沙藏種子(圖7，A)，胚芽(子葉)為白色，伸長至2～4 mm不再伸長，保持生根生長，側根數量達5～6個；20 ℃沙藏種子(圖7，B)，胚芽頂端逐漸變?yōu)榈仙?，伸長至6～8 mm不再伸長，保持生根生長，側根數量達3～4個；15 ℃層積種子(圖7，C)，胚芽頂端逐漸變?yōu)榈仙扉L至8～12 mm不再伸長，保持生根生長，側根數量達1～2個。 上述結果說明，黃精種子在形成小球莖后存在休眠特性，在15、20、25 ℃條件下均存在子葉不能正常伸長，出苗困難。

對小球莖直徑分別為2～3、 4～5、5～6 mm的已經萌發(fā)的種子進行4 ℃低溫沙藏處理，分別在處理15、30、45、60 d后轉入25℃，低溫處理60 d的種子能出苗(圖7，D)，出苗率分別達到(3.33±5.77)%，(13.33±5.77)%和(93.33±5.77)%。這一結果說明，4 ℃低溫沙藏處理60 d能夠解除黃精種子萌發(fā)時形成的小球莖休眠，然后能正常出苗。

圖6 不同溫度層積黃精小球莖變化

注：A.25 ℃；B.20 ℃；C.15 ℃；D.4 ℃沙藏后出苗圖7 層積后種子外觀

2.3抑制物生物測定

2.3.1種子水浸液對白菜種子發(fā)芽的影響 黃精種子在形成小球莖后存在明顯的休眠特性，不能正常出苗。本研究利用種子浸提物來處理白菜種子，驗證黃精種子中是否存在發(fā)育抑制物。黃精種子在不同浸提時間下，浸提液對白菜種子萌發(fā)的影響不同(圖8)。浸種6、12h的4℃沙藏和25℃干燥儲存種子浸泡液處理所得的白菜種子發(fā)芽率均略小于蒸餾水處理，但差異無統(tǒng)計學意義；4℃沙藏和25℃干燥儲存種子浸種24、30、36、72h的浸泡液處理所得的白菜種子發(fā)芽率均顯著小于蒸餾水處理，24h浸提液的影響最強，發(fā)芽率只有(23.67±9.29)%和(21.33±8.51)%。由此可見，黃精種子水浸液中存在水溶性萌發(fā)抑制物。

圖8 黃精種子不同時間浸液對白菜種子發(fā)芽率的影響

2.3.2小球莖浸提液對白菜種子發(fā)芽影響 經4、15、20、25℃沙藏層積2個月黃精小球莖的水提液處理白菜種子，其發(fā)芽率分別為(21.67±0.58)%，(40±1.73)%，(27.67±2.08)%，(34±3.61)%，均顯著小于蒸餾水處理，說明黃精小球莖中存在發(fā)育抑制物(圖9)。

圖9 小球莖水浸液對白菜種子發(fā)芽率的影響

3 結論與討論

成熟后收獲的黃精種子胚發(fā)育不全，沒有形成明顯的胚結構，種子中只有一個呈棒狀的胚，胚乳占據種子的大部分體積。另外，在種子萌發(fā)過程存在萌發(fā)抑制物，按照Baskin[2]的種子休眠分類理論，黃精種子屬于形態(tài)生理休眠類型(Morphophysiologicaldormancy，MPD)。然而，黃精種子的休眠解除過程，跟其他具有MPD休眠類型的種子存在明顯不同。例如西洋參[3]、人參[3]、重樓[4]646-648、芍藥[4] 163-164、牡丹[4] 165-166等MPD類型種子，需要15～20℃層積處理60～90d左右，然后再轉入4℃低溫層積60d左右。黃精種子萌發(fā)初期要求溫度較高(25℃)，開始萌發(fā)速度比較快(14d左右)。黃精種子在高溫(25℃)下萌發(fā)后，很快形成一種小球莖組織，該小球莖組織上分化出根和胚芽，但由于存在生長抑制物，不能繼續(xù)生長。這一小球莖時期的休眠應該屬于上胚軸休眠，通過低溫沙藏60d左右即可解除休眠。本研究證明，黃精種子在初始萌發(fā)階

段不存在萌發(fā)障礙，25℃是種子萌發(fā)的最適溫度。在此溫度下，經過約30d左右生長發(fā)育形成明顯小球莖，這時需要低溫來解除上胚軸休眠才能出苗。生物測定實驗也證明了小球莖中存在有黃精種子的萌發(fā)抑制物。 這一研究結果，為人們在可控條件下進行黃精種子育苗提高參考，可加快育苗進程。

本研究證明，黃精種子具有形態(tài)和生理休眠特性，在初始萌發(fā)階段為胚的形態(tài)建成期，形成小球莖后需要低溫解除生理休眠。張躍進[5]等認為黃精種子萌發(fā)有綜合休眠現象。黃精種子25℃層積35～40d的發(fā)芽率為100%，萌發(fā)特性好。同時，在黃精小球莖直徑約為5～6mm時轉入4℃低溫層積2個月可以達到最好的出苗率。吳維春[6]等研究也證明低溫處理時間與出苗率相關，處理60d幼苗基本全部出土的結果一致。

[1] 張躍進，張玉翠，王占紅，等.黃精種子內源抑制物質的初步研究[J].西北農業(yè)學報，2011，20(7)：50.

[2]BaskinC，BaskinJM.Determiningdormancy-breakingandgerminationrequirementsfromthefewestseeds[J].Washing-ton：IslandPress，2004：162-179.

[3] 黃耀閣，崔樹玉，李向高，等.人參和西洋參種子休眠機理研究進展[J].人參研究，1995(1)：3-7.

[4] 陳 瑛. 實用中藥種子技術手冊[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，1999.

[5] 張躍進，張玉翠，李勇剛，等.藥用植物黃精種子休眠特性研究[J].植物研究，2010，30(6)：753-757.

[6] 吳維春，羅海潮.溫度與黃精種子萌發(fā)試驗[J].中藥材，1995，18(12)：587-598.

StudiesonGerminationandEmergenceCharacteristicofPolygonatumsibiricumRed.Seed

FU Feilong1，DING Zimian1，MA Cunde2，WEI Jianhe1，LI Xianen1，QI Jianjun1*

(1.Key Laboratory of Bioactive Substances and Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine Ministry of Education，Institute of Medicinal Plant Development，Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College，Beijing 100193，China；2.Xi’an Buchang Pharmaceutical Co.Ltd.，Xi’an 710075，China)

Objective：To study the dormancy characteristic ofPolygonatumsibiricumRed.seed and explore the suitable condition for its germination.Methods：In accordance with the requirement of seed inspection rule，the basic characteristics ofPolygonatumsibiricumRed.seed were determined including the thousand-grain weight，seed vigor and so on.The seed germination characteristics were explored by the temperature stratification.Also，the seed inhibition effect on germination of Chinese cabbage seeds was determined.Results：The average embryo rate ofPolygonatumsibiricumRed.was 56.39% and the saturated water absorption was 36.81%；The viability of fresh seeds was 100%，and the viability was 98.67% and 96.67% respectively after six months of storage at 4 ℃ and 25 ℃；There were different levels of germination inhibitors in seeds and small bulbs ofPolygonatumsibiricumRed.；The seeds ofPolygonatumsibiricumRed.can germinate at 15，20 and 25 ℃，but the germination time and rate were different at different temperature conditions；Seeds gone into dormant after the small bulb had grown to a certain stage.The emergence rate was 93.33% after 60 days at 4 ℃.Conclusion：The seeds ofPolygonatumsibiricumRed.could germinate normally at 25 ℃，but there were epicotyl dormancy and needed a certain low temperature to break dormancy before emergence.

PolygonatumsibiricumRed.；seeds；dormancy；temperature stratification

中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(chuàng)新工程經費資助(2016-I2M-2-003)；陜西省科技廳項目(2015KTTSST01-05)；陜西省科學技術研究發(fā)展計劃項目(2015SF2-32)

] 祁建軍，研究員，研究方向：藥用植物生物技術研究；Tel：(010)57833431，E-mail：jjqi@implad.ac.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.8.020

2017-05-03)

*[