干旱脅迫與溫度變化對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)特性的影響

仉 勁，李國(guó)清，于清偉

（泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東泰安271000）

0 引言

桔梗[Platycodon grandiflorum(Jacq)A.D C]為桔?？平酃俣嗄晟p子葉草本植物，又名鈴鐺花。其作為中國(guó)傳統(tǒng)中藥材之一，具有宣肺、祛痰、鎮(zhèn)咳、抗腫瘤等功效[1]。桔梗中含桔梗苷、桔梗酸(A、B、C)、桔梗糖以及生物堿等活性成分[2-3]，并含有16多種氨基酸[4-6]，藥用價(jià)值和食用價(jià)值潛力都很大。同時(shí)，桔梗還通常用來(lái)鹽漬咸菜、制作鮮食等食物，是中國(guó)東北地區(qū)及朝鮮、韓國(guó)、日本等國(guó)家的常用蔬菜之一。桔梗的花大而美觀，花期又較長(zhǎng)，可以作為觀賞植物栽培。因此，桔梗是一種很好的藥、食、觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物[7]。

目前，市場(chǎng)上的桔梗多數(shù)為人工栽培種植，但在種植生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)自然條件下桔梗種子發(fā)芽率低（僅16%～20%[8]之間）、出苗不全、苗弱小等諸多問(wèn)題。在桔梗的人工栽培過(guò)程中造成產(chǎn)量下降的問(wèn)題是干旱脅迫和低溫環(huán)境，如何解決這些問(wèn)題成為桔梗產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的提升[9-11]的關(guān)鍵。山東地區(qū)桔梗的種植時(shí)間多數(shù)集中在春季時(shí)期，而此時(shí)山東地區(qū)正是多風(fēng)少雨季節(jié)，再加上溫度回升較快，降雨季節(jié)性分布不均，這些因素易導(dǎo)致播種的桔梗種子處于干燥或低溫的不利環(huán)境之中[12-13]，使其在種子萌發(fā)階段遭受干旱脅迫的干擾，影響種子萌發(fā)和種苗成活。為此，本研究以泰安市農(nóng)科院藥用植物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自主選育的桔梗新品系（粉花桔梗）的種子為試驗(yàn)材料，通過(guò)研究模擬不同干旱脅迫和不同溫度處理對(duì)桔梗種子萌發(fā)特性的影響，來(lái)探討粉花桔梗種子萌發(fā)的最佳水分環(huán)境和溫度環(huán)境，以期為提高粉花桔梗種子萌發(fā)提供技術(shù)支撐，為桔梗新品系的示范推廣過(guò)程提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)桔梗種子是2016年秋季采自泰安市農(nóng)科院藥用植物種質(zhì)資源圃中2年生粉花桔梗群體，選取飽滿(mǎn)種子備用。

PEG-6000試劑購(gòu)買(mǎi)于自華大生物公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將選取桔梗種子用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%的KMnO4溶液進(jìn)行表面消毒，然后使用蒸餾水沖干凈。在培養(yǎng)皿中墊雙層濾紙作為發(fā)芽床，之后加入等量的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG-6000溶液到發(fā)芽床中，分別為5%PEG-6000(H1)、10%PEG-6000(H2)、15%PEG-6000(H3)和蒸餾水對(duì)照(CK)，每個(gè)培養(yǎng)皿放置50粒桔梗種子，然后放入培養(yǎng)箱中分別于15℃(T1)、20℃(T2)、25℃(T3)下進(jìn)行光照培養(yǎng)（12 h光/12 h暗），記錄每天的種子萌發(fā)情況，并根據(jù)實(shí)際情況添加各處理液至原始質(zhì)量。每處理重復(fù)3個(gè)培養(yǎng)皿。

表1 實(shí)驗(yàn)情況列表

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

以胚根突破種皮視為萌發(fā)開(kāi)始，記錄各處理種子起始萌發(fā)后3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，8天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算見(jiàn)公式(1)和(2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)起始時(shí)間的影響

如表2所示，在不同溫度條件下，在20℃和25℃下桔梗種子萌發(fā)起動(dòng)較快，在第3天便可開(kāi)始萌發(fā)；當(dāng)處理溫度為15℃時(shí)，培養(yǎng)到第8天種子才開(kāi)始萌發(fā)，其萌發(fā)起時(shí)間相比20℃和25℃處理延遲2倍以上，可以看出低溫顯著延遲萌發(fā)起始時(shí)間。在同一溫度條件下，隨著干旱脅迫程度的增加，種子萌發(fā)起始時(shí)間呈現(xiàn)出延后的變化趨勢(shì)。其中，中低濃度的干旱脅迫對(duì)起始時(shí)間的影響不顯著，但是較高程度的干旱脅迫對(duì)桔梗種子萌發(fā)的影響相比其他的處理呈現(xiàn)顯著性差異。

表2 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)起始時(shí)間的影響

2.2 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽率是反映作物種子在適宜條件下的萌發(fā)能力。從表3中看出，在15℃～25℃的溫度范圍內(nèi)，隨著干旱脅迫程度的增加，桔梗種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均呈逐漸下降趨勢(shì)；5%PEG處理的桔梗發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照處理（蒸餾水）的均在同一水平，表明輕度干旱脅迫對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)無(wú)顯著差異。在15℃～25℃溫度范圍內(nèi)對(duì)照種子均有較高的發(fā)芽率，不同溫度間雖略有變化，但未達(dá)顯著差異水平，種子均可正常萌發(fā)。綜合考慮試驗(yàn)中粉花桔梗種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)2個(gè)指標(biāo)的分析，認(rèn)為粉花桔梗種子的最適萌發(fā)溫度在20℃～25℃之間。

表3 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

2.3 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

從表4桔梗種子萌發(fā)的進(jìn)程中看出，在同一溫度條件下整個(gè)桔梗種子萌發(fā)過(guò)程中，種子萌發(fā)率隨干旱脅迫程度增加基本上呈降低的趨勢(shì)；在同一干旱條件下不同溫度下，溫度升高有利于桔梗種子的萌發(fā)。同時(shí)，無(wú)論是不同溫度還是不同干旱脅迫條件下，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，種子萌發(fā)率均逐漸上升的趨勢(shì)。但是從表4中能夠看出，低溫(15℃)和重度干旱(15%PEG)對(duì)桔梗種子的萌發(fā)表現(xiàn)出不利影響，在此條件下桔梗種子的發(fā)芽率幾乎為零。因此，在桔梗的實(shí)際生產(chǎn)種植中應(yīng)該避開(kāi)低溫和重度干旱的不利條件。

3 討論與結(jié)論

植物的生長(zhǎng)發(fā)育開(kāi)始于種子的萌發(fā)，這也是植株開(kāi)始生長(zhǎng)的先決條件之一。在種子萌發(fā)期間適度的水分供應(yīng)和適宜的溫度是影響植物種子正常生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子，其中包括對(duì)種子吸水、萌動(dòng)、胚根、胚芽伸長(zhǎng)至幼苗的形成整個(gè)過(guò)程均有重要作用。有關(guān)研究表明，在種子萌發(fā)過(guò)程中生理代謝過(guò)程反應(yīng)活躍[14-15]。研究證實(shí)，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，種子的萌發(fā)進(jìn)程呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)；而過(guò)低溫度或者過(guò)高的溫度都會(huì)使膜的透性、膜結(jié)合蛋白及其他相關(guān)酶系活性降低[16-17]，從而造成種子萌發(fā)啟動(dòng)延遲、受阻，因而制約著幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

表4 干旱和溫度對(duì)粉花桔梗種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

同樣，桔梗種子萌發(fā)對(duì)水分和溫度也有一定的要求。郭巧生等[18]研究表明，在5℃～25℃溫度條件下，不同基因型桔梗種子均可良好萌發(fā)，在25℃～30℃溫度下桔梗種子可有較高的發(fā)芽率，但在這兩個(gè)溫度范圍內(nèi)粉花桔梗種子發(fā)芽率差異不顯著；但是隨著溫度的升高至30℃時(shí)，桔梗種子發(fā)芽率開(kāi)始有明顯下降的趨勢(shì)。桔梗種子體積較小，能供給種子萌發(fā)所需能量物質(zhì)十分有限，在種子萌發(fā)階段遇低溫侵襲使出苗時(shí)間延長(zhǎng)。如果這個(gè)時(shí)期正好處于干旱狀態(tài)或低溫狀態(tài)中，桔梗種子的發(fā)芽會(huì)受到進(jìn)一步的抑制。桔梗種子在播種時(shí)種子容易處于干旱環(huán)境之中，使桔梗種子萌發(fā)遭受干旱的干擾，就會(huì)造成桔梗種子發(fā)芽率降低[19-20]。在自然狀態(tài)下，桔梗種子一般在春季4—5月份萌發(fā)，由于中國(guó)北方地區(qū)年降水分布不均以及春季溫度不穩(wěn)定等[21-23]，這就使桔梗的播種受到一定低溫和干旱的影響。但是隨著播種時(shí)間的延后和延長(zhǎng)，外界環(huán)境溫度開(kāi)始逐漸升高改善，加上種子自身的萌發(fā)機(jī)制[24]能夠確保大部分種子萌發(fā)，這大大提高了種子發(fā)芽率和幼苗成活率。

從本試驗(yàn)的研究結(jié)果看，低溫(15℃)處理?xiàng)l件下的桔梗種子萌發(fā)速度抑制程度呈現(xiàn)顯著性差異。但是隨著處理溫度的增加，種子萌發(fā)進(jìn)程明顯加快，在25℃處理下桔梗種子的發(fā)芽率達(dá)到最高值，但在15℃～25℃之間桔梗發(fā)芽率沒(méi)有呈現(xiàn)顯著性差異。在干旱脅迫方面，當(dāng)PEG濃度達(dá)到10%時(shí)，桔梗種子發(fā)芽率開(kāi)始明顯降低，這與丁膺賓等[25]的研究結(jié)果基本相符，但當(dāng)干旱進(jìn)一步加大時(shí)，桔梗種子的萌發(fā)將受到極大限制，會(huì)造成桔梗人工栽培中缺苗斷壟，限制產(chǎn)量的形成。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下，粉花桔梗種子在干旱脅迫PEG小于5%和溫度在20℃～25℃之間時(shí)種子的萌發(fā)指數(shù)可達(dá)到最佳值。

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