77份山西恒山野生蒙古黃芪種子萌發(fā)特性研究

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(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心， 山西 太原 030031；2.農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山西 太原 030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮研究所， 山西 太原 030031；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院， 山西 太谷 030801； 5.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 山西 太原 030031)Study on Seed Germination Characteristics of 77 Wild Astragalus membranaceus var.mongholicus Accessions from Shanxi HengshanGUO Xianlong1, FENG Jin3, WANG Junjie2, NIU Tiequan4, GU Rong5,LIANG Gaimei1, LIAN Aixiang5, GAO Xiuping1,2

蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao]為豆科多年生草本植物，具增強(qiáng)免疫力、抗衰老、抗腫瘤、降壓、降血糖等多種作用[1]，是大宗常用的藥食同源中藥材[2]。蒙古黃芪主要分布于內(nèi)蒙古、山西、河北等地[3]。山西恒山產(chǎn)的野生蒙古黃芪品質(zhì)上乘，堪稱“世界之最”，倍受國內(nèi)外市場(chǎng)歡迎[4]。目前蒙古黃芪野生資源瀕臨枯竭，人工栽培的蒙古黃芪成為商品黃芪的主要來源[5]。蒙古黃芪主要以種子播種繁殖，其種子發(fā)芽率低、出苗不整齊，嚴(yán)重影響蒙古黃芪的標(biāo)準(zhǔn)化栽培生產(chǎn)[6-7]。選育自然發(fā)芽率高的品種是解決這一重大問題的根本途徑。本試驗(yàn)開展了野生蒙古黃芪種子萌發(fā)能力的比較研究，旨在篩選自然萌發(fā)能力強(qiáng)的野生蒙古黃芪種質(zhì)，為蒙古黃芪標(biāo)準(zhǔn)化栽培生產(chǎn)與優(yōu)良品種選育提供優(yōu)異的種質(zhì)材料。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的77份野生蒙古黃芪種子，是項(xiàng)目組2016年7月在山西恒山東經(jīng)113°22′～113°58′、北緯39°27′～39°43′、海拔1 384～1 973 m處收集(收集信息見表1)，經(jīng)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)王玉慶教授鑒定確認(rèn)為豆科植物蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao]的種子。

表2 77份山西恒山野生蒙古黃芪種子發(fā)芽與硬實(shí)特性

編號(hào)發(fā)芽率 (%) 發(fā)芽勢(shì) (%) 發(fā)芽指數(shù) 初始發(fā)芽時(shí)間(d)硬實(shí)率 (%) H13.86±0.26rst3.86±0.26uvw7.84±0.62qr294.19±1.06bcdefH212.76±1.02ij12.76±1.02jkl20.20±1.46kl268.41±1.97uvH34.21±0.42qrst4.21±0.42stuvw7.78±1.05qr291.76±1.41def-ghiH414.73±0.53hi14.73±0.52ij18.60±1.13lm350.10±2.16xH50u0x0y-92.78±2.08cdefgH60u0x0y-93.53±0.68bcdefH70u0x0y-93.93±0.90bcdefH82.66±0.50stu2.66±0.50vwx3.06±0.20uvwx385.96±4.04jklm-noH96.20±0.69nopqr6.29±0.69qrstu12.44±1.44o293.76±0.96bcdefH106.11±0.33opqr6.11±0.33rstu10.30±0.74opq293.33±3.30bc-defgH110u0x0y84.50±1.87mnopH124.08±0.54qrst4.08±0.54tuvw7.90±1.18qr293.78±3.00bcdefH130u0x0y96.56±2.86abcH142.27±0.36stu2.27±0.36wx4.06±0.45tuvwx287.25±2.48ijklmnH150u0x0y-100.00±0.00aH160u0x0y-93.83±3.06bcdefH176.05±0.57opqr6.05±0.57rstu12.28±1.22op296.08±1.54abcdH187.91±0.54mnop7.91±0.54pqr15.12±1.26n282.83±0.85nopH199.90±0.93klm9.90±0.93nop19.86±2.32kl290.19±3.28fghijH205.43±0.60pqr5.43±0.60rstu10.60±1.02op295.10±0.95bcdeH219.68±0.69lm0x5.05±1.26stuvw6100.00±0.00aH2210.25±0.37jklm10.25±0.37mnop15.71±0.98n294.00±2.45bcdefH236.44±0.60nopqr5.00±1.01stuv6.93±1.06rs297.67±2.05abH2426.04±2.22e24.13±1.79g38.83±1.42g278.08±0.72qr

1.2 方 法

1.2.1 種子發(fā)芽試驗(yàn)

采用培養(yǎng)皿法。每個(gè)培養(yǎng)皿擺放種子50粒，3次重復(fù)。種子經(jīng)5%次氯酸鈉消毒20 min，取出后用蒸餾水漂洗干凈，置于墊有2層潔凈濾紙的滅菌培養(yǎng)皿中。加入適量消毒水，保持濾紙濕潤，于25 ℃、光照12 h條件下培養(yǎng)。每天定時(shí)觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)(以胚根突破種皮視為發(fā)芽)，并記錄種子初始發(fā)芽時(shí)間。按照以下公式計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽率(%)=(10 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(4 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中，Gt為t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.2.2 種子重量和大小測(cè)定

種子重量用萬分之一電子天平稱量。每份材料隨機(jī)取100粒種子稱重，重復(fù)稱取8次，計(jì)算平均值，換算成千粒重。

種子大小用游標(biāo)卡尺測(cè)量。每份材料隨機(jī)取20粒種子，分別測(cè)量種子扁平面的長度和寬度，計(jì)算平均值。

1.2.3 種子硬實(shí)率測(cè)定

每份材料隨機(jī)取種子100粒，置刻度試管中，加入蒸餾水20 mL，室溫(24 ℃)下浸泡24 h，取出，統(tǒng)計(jì)硬實(shí)種子數(shù)(沒有明顯膨脹的種子記為硬實(shí)種子)，計(jì)算種子硬實(shí)率，重復(fù)3次。

硬實(shí)率(%)=硬實(shí)種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003軟件和SAS 8.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 77份山西恒山野生蒙古黃芪種子發(fā)芽特性

由表2可知，在10 d發(fā)芽試驗(yàn)期間，77份山西恒山野生蒙古黃芪種子發(fā)芽率變異范圍為0.00%～53.61%，材料間發(fā)芽率差異顯著。其中，17份材料(占材料總數(shù)的22.1%)在10 d發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)無一發(fā)芽；54份材料(占材料總數(shù)的70.1%)種子發(fā)芽率在30%以下；6份材料(占材料總數(shù)的7.8%)發(fā)芽率在30%以上，其中3份材料發(fā)芽率超過40%，最高的達(dá)到53.61%。

續(xù)表2

編號(hào)發(fā)芽率 (%) 發(fā)芽勢(shì) (%) 發(fā)芽指數(shù) 初始發(fā)芽時(shí)間(d)硬實(shí)率 (%) H2510.42±0.59jklm6.22±0.31rstu9.88±0.32opq298.01±0.46abH264.12±0.49qrst2.67±0.94vwx5.75±0.79rstu298.08±1.54abH2710.34±0.64jklm2.83±0.85vw5.00±0.74stuvw594.99±1.41bcdeH2817.75±0.54g13.17±2.39jkl23.72±1.09j284.42±1.01mnopH2918.42±0.43g11.15±1.63lmno18.81±0.78lm285.91±3.16jklmnoH302.16±0.18stu2.16±0.18wx4.02±0.30tuvwx276.08±2.55rsH3141.08±1.68b41.08±1.68b80.01±1.83b260.04±1.68wH3216.74±0.99gh14.23±1.08ijk28.77±1.77i287.97±1.40hijklmH3314.73±0.58hi11.93±2.36klmn21.71±1.43jk292.02±1.87cdefghH3411.86±1.28jkl8.80±1.14opq16.41±1.46mn292.19±1.41cdefghH3543.31±2.77b35.36±2.13c50.32±1.80e288.75±0.89ghijklmH3626.26±1.44e26.26±1.44fg54.75±2.27d273.75±2.77stH3729.73±1.74d29.73±1.74e51.91±1.63e264.57±1.23vH382.34±0.39stu2.34±0.39wx2.44±0.49wxy424.08±1.73zH3924.48±2.25e24.48±2.25g39.15±2.28g268.08±3.36uvH4010.42±2.07jklm6.80±1.14qrs10.02±1.37opq297.91±0.92abH4120.86±1.86f16.22±1.90i27.48±1.88i291.99±1.43cdefghH420u0x0y-100.00±0.00aH430u0x0y-86.12±1.78jklmnoH446.71±1.01nopq6.71±1.01qrs12.42±0.88o294.04±0.77bcdefH452.47±0.66stu2.47±0.66vwx3.93±0.60uvwx290.04±2.40fghijkH468.95±1.78mn0x2.57±0.38wxy688.12±0.16hijklmH471.99±1.62tu1.99±1.62wx2.69±2.13vwxy391.97±1.60cdefghH480u0x0y-100.00±0.00aH490u0x0y-100.00±0.00aH500u0x0y-100.00±0.00aH518.23±1.19mno0x3.79±0.68uvwx695.97±1.67abcdeH522.74±0.99stu2.74±0.99vwx3.29±0.41uvwx393.44±2.22bcdefH532.80±0.86stu2.80±0.86vw3.49±1.03uvwx3100.00±0.00aH540u0x0y-97.99±0.92abH556.74±1.46nopq0x1.78±0.42xy886.04±2.49jklmnoH564.88±1.25qrs0x1.52±0.32xy8100.00±0.00aH574.44±1.18qrst2.03±0.04wx5.36±0.54rstuv297.53±1.39abH586.15±1.19opqr3.74±1.04uvw6.64±0.55rst298.12±1.54abH596.75±1.16nopq6.75±1.16qrs12.46±1.33o291.22±2.47efghiH600u0x0y-91.92±3.37cdefghH612.35±1.05stu0x1.31±0.10xy6100.00±0.00aH627.88±0.91mnop7.88±0.91pqr11.40±1.34op382.39±1.36opH6353.61±3.31a53.61±3.31a94.49±2.45a231.93±2.49yH6412.38±1.20ijk12.38±1.20jklm20.41±2.13kl278.04±1.68qrH6521.13±1.50f21.13±1.50h32.02±1.84h275.97±0.78rsH666.71±1.01nopq6.71±1.01qrs11.71±1.18op289.97±1.67fghijkH6716.53±1.56gh16.53±1.56i29.08±1.38i270.06±4.01tuH6829.72±2.20d27.39±1.42f45.96±1.91f289.86±1.64fghijklH695.93±0.90opqr5.93±0.90rstu9.57±0.90pq285.28±1.99lmnoH706.65±0.67nopq6.65±0.67qrst9.83±1.05opq359.86±1.65wH7132.63±2.45c32.63±2.45d58.35±2.40c259.94±2.52wH720u0x0y-47.50±2.04xH730u0x0y-85.51±2.09klmnoH740u0x0y-87.83±1.65hijklmH755.78±1.85opqr5.78±1.85rstu11.47±1.26op281.83±0.62opqH7614.72±1.34hi14.72±1.34ij28.49±1.46i280.17±3.16pqrH776.48±1.14nopqr4.62±0.59stuvw7.63±0.86qrs295.22±2.51bcde

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

在發(fā)芽試驗(yàn)第4天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，結(jié)果表明，77份供試材料種子發(fā)芽勢(shì)變異范圍為0.00%～53.61%，材料間發(fā)芽勢(shì)差異顯著。其中，23份材料(占材料總數(shù)的29.90%)發(fā)芽勢(shì)為0.00%；47份材料(占材料總數(shù)的61.00%)發(fā)芽勢(shì)小于25%；7份材料(占材料總數(shù)的9.10%)發(fā)芽勢(shì)高于25%，其中，2份材料超過40%，最高達(dá)到53.61%(表2)。

表2結(jié)果也顯示，77份材料種子發(fā)芽指數(shù)差異顯著，最小的為0.00，最大的為94.49，材料間差異顯著。發(fā)芽指數(shù)為0.00的材料有17份，占材料總數(shù)的22.1%；發(fā)芽指數(shù)小于40的材料有53份，占材料總數(shù)的68.8%；發(fā)芽指數(shù)高于40的材料有7份，占材料總數(shù)的9.1%，其中2份材料的發(fā)芽指數(shù)達(dá)到80以上。

從表2還可見，77份材料種子發(fā)芽時(shí)間差異顯著，最早的在培養(yǎng)第2天即發(fā)芽，最晚的在培養(yǎng)10 d時(shí)仍無發(fā)芽。在培養(yǎng)第2天開始發(fā)芽的材料有45份，占材料總數(shù)的58.4%；第3～5天開始發(fā)芽的有9份，占材料總數(shù)的11.7%；第6～8天開始發(fā)芽的有6份，占材料總數(shù)的7.8%；17份(占材料總數(shù)的22.1%)初始發(fā)芽時(shí)間在11 d以上。參試的6份發(fā)芽率較高的材料初始發(fā)芽時(shí)間均在第2天。

2.2 77份山西恒山野生蒙古黃芪種子大小特征

由表3可見，77份山西恒山野生蒙古黃芪種子大小差別很大。種子的長度、寬度、千粒重變異范圍分別為2.93～4.04 mm、2.21～3.02 mm、3.937～9.987 g；最大種子和最小種子的長度、寬度、千粒重分別相差37.9%、36.7%、153.7%。77份材料間種子長度、寬度、千粒重均存在顯著差異，但三者均與種子發(fā)芽率沒有明顯相關(guān)(表4)。

表3 77份山西恒山野生蒙古黃芪種子大小特征

指標(biāo)最小值最大值均值F值p值長度(mm)2.934.043.4655.96<0.0001寬度(mm)2.213.022.6743.27<0.0001千粒重(g) 3.937 9.987 6.8601194.25<0.0001

表4 種子特征特性之間的相關(guān)分析

指標(biāo)千粒重長度寬度硬實(shí)率發(fā)芽率發(fā)芽率-0.0030.1960.007-0.487**1硬實(shí)率1-0.487**

注：“**”表示極顯著相關(guān)(p<0.01)。

2.3 山西恒山野生蒙古黃芪種子硬實(shí)特性

表2結(jié)果表明，77份山西恒山野生蒙古黃芪種子硬實(shí)率變異范圍為24.08%～100.00%，材料間差異顯著。硬實(shí)率低于60%的材料僅6份，占供試材料總數(shù)的7.80%；硬實(shí)率為60%～80%的有10份，占材料總數(shù)的13.00%；硬實(shí)率高于80%的多達(dá)61份，占材料總數(shù)的79.2%，其中9份(占材料總數(shù)的11.7%)硬實(shí)率為100.00%，33份(占材料總數(shù)的42.90%)硬實(shí)率為90.00%～99.00%?？梢?，山西恒山野生蒙古黃芪種質(zhì)種子硬實(shí)現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。77份材料種子硬實(shí)率在一定程度上與發(fā)芽率間存在顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 -0.487(表4)。

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是種子繁殖中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。種子萌發(fā)受植物自身萌發(fā)能力和外界環(huán)境因素雙重影響。在正常的溫濕度條件下，自然狀態(tài)(即不加任何處理)的蒙古黃芪種子萌發(fā)率很低，一般只有20 %左右[6,8-9]，最高未超過30%[6]。蒙古黃芪種子自然萌發(fā)率低的原因，主要是其種子存在較深的硬實(shí)休眠現(xiàn)象[6,8-9]。本研究結(jié)果顯示，在供試的77份山西恒山野生蒙古黃芪種質(zhì)中，有92%以上的材料種子硬實(shí)率高達(dá)60%～100%。同時(shí)，筆者在觀察記錄77份材料種子發(fā)芽情況的過程中，注意到未發(fā)芽的種子絕大部分為未吸脹的硬實(shí)種子，這與賈文秀等[8]對(duì)蒙古黃芪種子發(fā)芽試驗(yàn)中全部未發(fā)芽種子進(jìn)行分析所觀察到的情況相似。說明種子的硬實(shí)特性確實(shí)是導(dǎo)致蒙古黃芪種子自然萌發(fā)率很低的重要因素。

破除種子硬實(shí)休眠是提高蒙古黃芪種子發(fā)芽率的關(guān)鍵。破除種子硬實(shí)休眠的方法已有較多報(bào)道，有砂磨法、機(jī)磨法、硫酸處理法、溫水浸泡法、溫育+輕度研磨+砂培集成處理等等[6-11]。采用濃硫酸浸種處理，可大幅度提高蒙古黃芪種子發(fā)芽率(達(dá)80%～96.8%)，但濃硫酸的使用濃度和浸種時(shí)間要求嚴(yán)格，較難掌握，特別是在實(shí)際操作中存在相當(dāng)危險(xiǎn)性，不宜推廣[7,10,12]。用碾米機(jī)打磨，可使蒙古黃芪種子發(fā)芽率最高達(dá)94.8%，但處理時(shí)間和操作技術(shù)要求比較嚴(yán)格，若處理過重或時(shí)間過長，會(huì)造成種子嚴(yán)重破損，反而影響種子發(fā)芽[4,8]。溫育+輕度研磨+砂培集成處理可使蒙古黃芪種子發(fā)芽率最高達(dá)87.7%，但該法操作煩瑣，推廣應(yīng)用有一定難度[7]。砂磨法和溫水浸泡法是目前蒙古黃芪生產(chǎn)中普遍采用的2種種子處理方法，這2種方法相對(duì)操作簡易和安全，處理后種子發(fā)芽率最高可達(dá)65%左右[9]。

本研究通過對(duì)77份山西恒山野生蒙古黃芪種子發(fā)芽特性的比較試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)6份材料種子自然發(fā)芽率高于30%，特別是H 63和H 31種子自然萌發(fā)能力較強(qiáng)，發(fā)芽率分別達(dá)53.61%和41.08%，而且在培養(yǎng)第2天即開始發(fā)芽，第3天發(fā)芽率分別達(dá)51.06%和41.08%，發(fā)芽指數(shù)分別高達(dá)94.49和80.01。說明H 63和H 31種子發(fā)芽早，發(fā)芽速度快，發(fā)芽整齊，發(fā)芽率也較高，可作為蒙古黃芪標(biāo)準(zhǔn)化栽培生產(chǎn)和優(yōu)良品種選育的優(yōu)異種質(zhì)資源。H 63和H 31種子能否用砂磨法或溫水浸泡法處理，使發(fā)芽率提高到80%以上，有待進(jìn)一步研究。