不同成熟度野生水茄果實的種子萌發(fā)差異研究

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(嘉應學院生命科學學院， 廣東 梅州 514015)

水茄(SolanumtorvumSw.)為茄科茄屬多年生直立亞灌木，又名山顛茄、金衫扣、野茄子、刺茄、西好、青茄、烏涼、木哈蒿、天茄子、刺番茄[1]及turkey berry、洋毛辣、鴨卡、大苦子、狗辣子、黃天茄、黃刺茄、小苦子、小登茄、烏茄、一面針、萬桃花等[2]。水茄用途廣泛，根、莖、葉、果均入藥[2-7]，幼果尚可食[8-11]，農(nóng)業(yè)上則用于茄子嫁接育苗[12]和抗病育種[13-16]、植物源殺菌劑研制[17-18]及園林綠化[19-21]等，極具開發(fā)價值[22-23]。水茄單果細小但種子數(shù)量多[24]，種子育苗受到重視和利用[12,24]。然而，水茄種子萌發(fā)困難，關于促進水茄種子萌發(fā)的措施和效果研究報道不一致[12,24-29]，采種時期不統(tǒng)一是影響因子之一。為了探明水茄果實落黃成熟后不同時期采種對水茄種子萌發(fā)的影響，特開展本實驗。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用水茄果實于2017年12月采自廣東省梅州市學院路旁生長的同一株高度約1.7 m、分支較多的叢生野生植株，根據(jù)水茄果實顏色區(qū)分為3種成熟度，將上述不同成熟度的果實分別記錄為成熟度Ⅰ(成熟度最高，果皮黑色或略混灰白，果皮皺縮)、成熟度Ⅱ(成熟度居中，果皮淺黑色混雜黃色，果皮較皺縮)、成熟度Ⅲ(成熟度最低，果皮黃色少許混雜淺黑，果皮少皺縮)。氯化三苯基四氮唑由上海展云化工有限公司生產(chǎn)，赤霉素由國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn)。電導率儀為雷磁DDS-307 A型。

注：Ⅰ-1為成熟度Ⅰ果實，Ⅰ-2為成熟度Ⅰ胚；Ⅱ-1為成熟度Ⅱ果實，Ⅱ-2為成熟度Ⅱ胚；Ⅲ-1為成熟度Ⅲ果實，Ⅲ-2為成熟度Ⅲ胚。圖1 水茄3種成熟度果實及其種子中胚的形態(tài)

1.2 試驗方法

去除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類果實的果皮，分別取出其種子并用自來水清洗干凈后在25 ℃溫水中浸種12 h，隨機取吸脹的上述種子各30粒，用解剖刀片沿種子的中心線縱切，在解剖鏡(10×10)下逐一觀察不同成熟度果實中種子胚的形態(tài)和結(jié)構(gòu)差異并照相。

水茄種子萌發(fā)光溫條件、GA3處理的設置及發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的測定均按許良政等[24]的方法。不同成熟度果實的種子生活力測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[30]，在30 ℃恒溫箱的顯色處理時間為1 h。不同成熟度果實的種子活力測定采用電導法[30-31]。進行種子生活力和種子活力測定前，各種子均在25 ℃溫水中浸種12 h。上述各項試驗的種子均為100粒/份，每項實驗均重復4次。

實驗數(shù)據(jù)和圖表均用Microsoft Office Excel計算和繪制，用統(tǒng)計軟件SPSS viewer Document(17)中的一般線性模型T檢驗(LSD)方法統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟度水茄果實及其種子中胚的形態(tài)

不同成熟度的野生水茄果實，可從外果皮顏色上明顯區(qū)分(圖Ⅰ-1、Ⅱ-1、Ⅲ-1)。去除果實的果皮后，不同成熟度果實種子在手中的觸感不同，成熟度Ⅰ的種子明顯飽滿，成熟度Ⅱ次之，成熟度Ⅲ的種子顯扁平、飽滿度最差。解剖結(jié)果顯示，野生水茄種子的胚為彎鉤形(圖Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅲ-2)。3種類型種子的胚顯示明顯差別，無論是彎鉤胚的具體形態(tài)，還是光澤度、健碩度，均以成熟度Ⅰ的最佳、成熟度Ⅱ次之、成熟度Ⅲ最弱。成熟度Ⅰ彎鉤胚的鉤尖和鉤尾健碩，鉤尖和鉤尾間距最小，鉤尖與鉤尾的長度差異最小(圖Ⅰ-2)；成熟度Ⅲ的鉤尖和鉤尾最弱小，鉤尖和鉤尾間距最大，鉤尖短且與鉤尾的長度差異最大圖Ⅲ-2)；成熟度Ⅱ則介于成熟度Ⅰ和成熟度Ⅲ之間，但較接近于成熟度Ⅰ而顯著強于成熟度Ⅲ(圖Ⅱ-2)。

2.2 種子不同成熟度及赤霉素對水茄發(fā)芽的影響

2.2.1 種子不同成熟度及赤霉素對水茄起始發(fā)芽天數(shù)的影響

與對照相比，500～1 500 mg/L的GA3均能促進3種不同成熟度的種子提前萌發(fā)，而且，無論是對照，還是500～1 500 mg/L的GA3處理，水茄種子起始發(fā)芽天數(shù)均依次為成熟度Ⅰ<成熟度Ⅱ<成熟度Ⅲ，即成熟度Ⅰ的萌發(fā)最快，成熟度Ⅲ的萌發(fā)最遲，成熟度Ⅱ介于成熟度Ⅰ與成熟度Ⅲ之間。就同一處理的不同成熟度水茄種子起始發(fā)芽天數(shù)而言，成熟度Ⅲ的種子皆顯著晚于成熟度Ⅱ和成熟度Ⅰ，分別較成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的晚16.01%～33.36%與16.27%～21.79%，成熟度Ⅰ與成熟度Ⅱ間差異不顯著(表2)。

2.2.2 種子不同成熟度及赤霉素對水茄發(fā)芽率的影響

從表3可以看出，500～1 500 mg/L的GA3均能提高3種不同成熟度的種子萌發(fā)率，類似地，無論是對照，還是500～1 500 mg/L的GA3處理，水茄種子萌發(fā)率呈現(xiàn)成熟度Ⅰ>成熟度Ⅱ>成熟度Ⅲ的特征，即成熟度Ⅰ的萌發(fā)率最高，成熟度Ⅲ的萌發(fā)率最低，成熟度Ⅱ的介于成熟度Ⅰ與成熟度Ⅲ之間。比較同一處理的不同成熟度水茄種子萌發(fā)率，3種成熟度的種子萌發(fā)率相互間差異極顯著。其中，成熟度Ⅰ的水茄種子萌發(fā)率，各是不同處理的成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.50～2.50倍與3.48～7.80倍，成熟度Ⅱ的則比成熟度Ⅲ的高1.81～3.17倍。此外，1 500 mg/L GA3促進水茄種子萌發(fā)的效果，均比500 mg/L GA3和1 000 mg/L GA3的好。

2.3 不同成熟度水茄種子生活力及其浸出液電導率差異

表1顯示，3種成熟度果實的種子生活力，彼此之間差異極顯著，其中，成熟度Ⅰ的種子生活力分別高出成熟度Ⅱ、成熟度Ⅲ的34.57%與111.73%，成熟度Ⅱ則比成熟度Ⅲ的高57.35%。反映種子活力的種子浸出液電導率，以成熟度Ⅲ的最低，但相互間差別甚微、無顯著差異，僅分別比成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的低3.23%與2.67%。

表1 赤霉素處理的不同成熟度水茄種子起始發(fā)芽天數(shù)

類型對照(d)500mg/LGA3(d)1000mg/LGA3(d)1500mg/LGA3(d)成熟度Ⅰ14.00±1.00b12.68±1.15b11.67±0.57b10.66±0.59b成熟度Ⅱ15.33±0.55b12.63±0.58b12.33±0.71b11.69±0.81b成熟度Ⅲ18.67±1.53a14.71±1.13a15.00±1.00a14.01±1.01a

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，同一數(shù)據(jù)列后含有不同大寫和小寫字母分別表示差異極顯著(p<0.01)與差異顯著(p<0.05)。下同。

表2 赤霉素處理的不同成熟度水茄種子發(fā)芽率

類型對照(%)500mg/LGA3(%)1000mg/LGA3(%)1500mg/LGA3(%)成熟度Ⅰ9.99±0.05A12.91±0.09A35.91±1.09A67.91±3.09A成熟度Ⅱ4.00±0.07B8.63±0.03B15.63±0.97B27.63±1.01B成熟度Ⅲ2.21±0.01C3.71±0.03C6.99±0.98C8.71±0.87C

表3 水茄不同成熟度種子生活力及其浸出液電導率

類型TTC法種子生活力(%)種子浸出液電導率(μs/cm)成熟度Ⅰ48.00±3.00A33.47±0.21成熟度Ⅱ35.67±4.04B33.28±0.16成熟度Ⅲ22.67±2.52C32.39±0.57

3 討論與結(jié)論

目前，對野生水茄種子萌發(fā)特性[24]及促進水茄種子萌發(fā)的措施已有許多研究[12,24,28]，但是，關于水茄種子胚的形態(tài)及種子成熟度對水茄種子萌發(fā)的影響尚未見報道。胚是在包被狀態(tài)下形成的源自合子的新一代植物早期多細胞結(jié)構(gòu)，在不同類群植物中可有不同分化程度與形態(tài)特征[32]。本文首次報道了野生水茄種子的胚形似彎鉤及其不同成熟度的發(fā)育差異(圖1)。陳瑩等[33]研究發(fā)現(xiàn)，北柴胡種子萌發(fā)難、萌發(fā)率低且出苗不整齊的主要因素，是其種子采收時胚處于不同發(fā)育階段，存在形態(tài)后熟現(xiàn)象。本試驗結(jié)果預示野生水茄種子胚的發(fā)育，也可能與此類似。王鵬凱等[34]認為，植物的胚形態(tài)是植物生長發(fā)育基礎，胚形態(tài)決定著植物胚后發(fā)育的基本結(jié)構(gòu)。因此，水茄種子胚的組織發(fā)育與形態(tài)建成過程需更進一步研究。

魏建和等[35]根據(jù)果實顏色區(qū)分北柴胡和三島柴胡的種子成熟度，報道了種子成熟度是影響柴胡種子萌發(fā)的重要因素。用野生水茄的研究也得到類似結(jié)果，無論是否采用GA3刺激，不同成熟度水茄種子的起始發(fā)芽天數(shù)(表1)和萌發(fā)率(表2)均受影響。本試驗GA3促進水茄種子發(fā)芽的效果隨其處理濃度升高而加強，這與前期研究一致[24]。值得注意的是，不同成熟度水茄種子的發(fā)芽差異，并不能被不同濃度的GA3處理所消除。而且，不同成熟度水茄種子，其起始發(fā)芽天數(shù)與萌發(fā)率間的差異趨勢并不完全一致，從起始發(fā)芽天數(shù)來看，在各種處理下，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ都顯著快于成熟度Ⅲ，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ間則差別不顯著。萌發(fā)率間，3種成熟度的種子萌發(fā)率差異極顯著。說明種子成熟度對萌發(fā)率的影響，較對起始發(fā)芽天數(shù)的影響更大，其原因有待深究。

TTC法測定種子生活力和電導法測定種子活力，雖都能指示種子的萌發(fā)狀況，但二者不能混淆。TTC法是通過種子解剖后，測定其顯露出的胚的琥珀酸脫氫酶等及其輔酶(Ⅰ、Ⅱ)的還原能力，進而判斷胚是否存活以及代謝功能；電導法對完好種子的測定結(jié)果，反映了種子細胞膜結(jié)構(gòu)與功能是否受損，從而預測種子活力水平[30-31]。本試驗所測得的種子生活力，3種成熟度的種子間差異極顯著(表3)，成熟度Ⅰ分別是成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.35倍與2.12倍，成熟度Ⅱ則為成熟度Ⅲ的1.56倍；3種成熟度的種子活力間不僅不存在顯著差異，而且數(shù)值之間差距極小，僅相差0.19～1.08μs/cm(表3)。總體而言，3種成熟度的種子活力介于30～40μs/cm之間，屬于種子活力較差范疇[30]，這也許可以部分解釋3種成熟度的種子，在無GA3處理時萌發(fā)率均很低的原因(表2，表3)。魏建和等[35]的實驗也表明種皮抑制北柴胡和三島柴胡種子萌發(fā)，推測種皮存在發(fā)芽抑制物。水茄種皮是否影響發(fā)芽以及是否也含有發(fā)芽抑制物尚待進一步探討。

綜合本試驗結(jié)果，可得結(jié)論如下：1) 水茄種子的胚呈彎鉤形，不同成熟度水茄種子的胚存在明顯可區(qū)分的形態(tài)差異。2) 種子成熟度顯著影響水茄種子的萌發(fā)。3) 種子成熟度顯著影響水茄種子的生活力。