低溫和赤霉素對泰山黃精種子萌發(fā)特性的影響

孫文帥　陳為序　祝麗香　秦寧　劉盈盈　曲洪瑤　鄭敏　孫湄婷　葛春妹

摘要：泰山黃精種子在自然條件下萌發(fā)率低、出苗緩慢，提高種子萌發(fā)率、縮短育苗時間是泰山黃精栽培所面臨的關鍵問題。本研究將泰山黃精果實與濕沙混合層積處理，處理溫度設室外自然低溫貯藏、-4℃低溫冷藏和-20℃低溫冷藏，然后用赤霉素浸泡，研究打破泰山黃精種子休眠的方法。自然低溫貯藏、-4℃低溫冷藏濕沙層積泰山黃精種子萌發(fā)率為35.61%～42.39%，-20℃低溫冷藏后萌發(fā)率極低。濕沙層積處理后用赤霉素浸泡顯著提高種子萌發(fā)率，-4℃低溫冷藏后用100 mg·L-1赤霉素處理萌發(fā)率最高。形態(tài)學研究發(fā)現(xiàn)，泰山黃精種子萌發(fā)首先形成小球莖，小球莖分化出不定根和芽后休眠30～40 d，最后形成幼苗。由此推測泰山黃精種子存在二次休眠現(xiàn)象，即種子休眠和小球莖休眠。濕沙層積-4℃低溫冷藏后的泰山黃精種子用100 mg·L-1赤霉素浸泡24 h能夠打破其種子休眠，顯著縮短小球莖休眠時間，是提高泰山黃精種子育苗效率的一種有效方法。

關鍵詞：泰山黃精;低溫貯藏;赤霉素;休眠;發(fā)芽率

中圖分類號：S567.21文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）11-0064-04

Effects of Low-Temperature and Gibberellin on Seed

Germination Characteristics of Polygonatum sibiricum

Sun Wenshuai1， Chen Weixu2， Zhu Lixiang1， Qin Ning1， Liu Yingying1，

Qu Hongyao1， Zheng Min1， Sun Meiting1， Ge Chunmei1

（1. Agronomy College， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China;

2. Shangyao Huayu （Linyi） Traditional Chinese Resources Co.， Ltd.， Linyi 276000， China）

Abstract Under natural conditions， the germination rate was low and the emergence rate was slow of Polygonatum sibiricum seeds. To improve the germination rate and shorten the seedling time were the key problems in the cultivation of P. sibiricum. In this study， the fruits of P. sibiricum mixed with high-moisture sand and treated with three kinds of low temperature （outdoor natural low-temperature， -4℃ and -20℃），and then， the seeds were soaked in GA solutions to study the method for breaking seed dormancy. The germination rate of seeds of P. sibiricum treated by natural low-temperature and -4℃ cold storage was 35.61%～42.39%， while that treated by -20℃ cold storage was close to zero， which indicated that fruits of P. sibiricum could not be stored at -20℃ with high-moisture sand. The germination rate of P. sibiricum seeds treated by wet sand stratification was significantly increased after soaked with gibberellin， and the highest germination rate was obtained in 100 mg·L-1 gibberellin treatment after -4℃ cold storage. The study of seed germination morphology of P. sibiricum showed that the seeds firstly formed small corms， which then differentiated into roots and buds， and finally formed seedlings after dormant for 30～40 days. Therefore， it could be concluded that there were two-dormancy in the seeds of P. sibiricum， namely seed dormancy and small corm dormancy. The dormancy of P. sibiricum seeds could be broken and the dormancy time of small corm could be significantly shortened by soaked in 100 mg·L-1 gibberellin for 24 hours after stratification with high moisture and stored at -4℃， which was an effective method to improve seedling efficiency.

Keywords Polygonatum sibiricum; Low temperature storage;Gibberellin;Dormancy; Germination percentage

泰山黃精（Polygonatum sibiricum Red.）為百合科黃精屬植物，根莖藥用或食用，具有補氣養(yǎng)陰、健脾潤肺、降血壓、降血糖、降血脂等功效。因泰山黃精種子自然條件下發(fā)芽率極低，生產(chǎn)上以根狀莖繁殖為主[1]。利用根狀莖作種根投入高，每公頃需要泰山黃精根狀莖2 500 kg，更重要的是長期無性繁殖引起種質(zhì)退化[2]。種子繁殖是解決這一問題的有效途徑，但必需提高泰山黃精種子萌發(fā)率和出苗率。目前，對黃精種子萌發(fā)特性的研究主要集中于多花黃精和溱黃精[3，4]，未見對泰山黃精種子萌發(fā)和休眠特性的研究。雖然泰山黃精與多花黃精、溱黃精為同科植物，但環(huán)境條件影響種子休眠和發(fā)芽特性，因此，有必要研究泰山黃精種子萌發(fā)特性。

本試驗采取低溫濕沙層積與赤霉素相結(jié)合的方法，研究泰山黃精種子萌發(fā)特性，以期為打破泰山黃精種子休眠、提高發(fā)芽率、縮短育苗時間提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 低溫濕沙層積處理

2017年11月采集泰山天柱峰野生泰山黃精黑色的成熟果實，室內(nèi)陰干4天后于 2017年11月25日進行沙藏處理。具體方法如下：將泰山黃精果實200 g與含水量60%～65%的細沙按照1∶[KG-*2/3]5的比例充分混合放儲藏盒內(nèi)。儲存溫度設置為室外自然貯藏、-4℃低溫冷藏和-20℃低溫冷藏，每個處理3次重復。貯存120 d取出，洗除果皮，一部分于發(fā)芽盒內(nèi)進行萌發(fā)試驗，另一部分用赤霉素處理。

1.2 赤霉素處理

將沙藏處理的泰山黃精種子用50、100、150、200 mg·L-1赤霉素浸泡24 h，然后在發(fā)芽盒內(nèi)進行萌發(fā)試驗。種子萌發(fā)在25℃、14/8 h光暗交替的光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行。第15 d開始調(diào)查發(fā)芽率，之后每隔 2 d調(diào)查 1 次。以胚根突破種皮為萌發(fā)的標志，開始萌發(fā)后第50 d計算發(fā)芽勢。

1.3 種子萌發(fā)及出苗過程形態(tài)變化觀察

在泰山黃精種子萌發(fā)和幼苗形成過程中隨時觀測種子形態(tài)變化并進行拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用 SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，顯著性水平設置為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫貯藏對泰山黃精外觀和萌發(fā)率的影響

由圖1可知，室外自然低溫貯藏的泰山黃精種子呈深黃色，光澤明顯;-4℃低溫冷藏的泰山黃精種子呈淺黃色，光澤不明顯;-20℃ 低溫冷藏的泰山黃精種子呈深黃色或黃褐色，半透明，光澤明顯。

貯藏溫度影響泰山黃精種子萌發(fā)。由表1看出，-4℃低溫冷藏泰山黃精種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，比室外自然貯藏的泰山黃精種子分別提高了19.04%、97.10%。-20℃低溫冷藏泰山黃精種子發(fā)芽率極低。說明適度低溫和濕潤環(huán)境提高泰山黃精種子發(fā)芽率，但持續(xù)-20℃低溫高濕使泰山黃精種子失去發(fā)芽能力。

2.2 低溫貯藏和赤霉素對泰山黃精種子萌發(fā)的影響

與室外自然貯藏相比，-4℃低溫貯藏后赤霉素浸泡，泰山黃精種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別提高了3.87%～13.55%和9.06%～45.60%，以100 mg·L-1赤霉素處理效果最佳（表2）。

2.3 泰山黃精種子萌發(fā)過程中形態(tài)變化

-4℃低溫冷藏的泰山黃精種子用100 mg·L-1赤霉素處理后第15 d開始萌發(fā)，胚根從種臍處突破種皮，19 d 胚根長5～7 mm（圖2A），隨后胚根頂端或中部開始膨大成球狀結(jié)構（圖2B、C、D）。25～30 d小球莖頂端產(chǎn)生不定根并呈成近90o彎曲生長（圖2E）。35～45 d在小球莖上與不定根相對的一側(cè)產(chǎn)生突起后分化出芽結(jié)構并逐漸分化成芽（圖2F）。50 d小球莖的體積大于種子，芽逐漸伸長，不定根分化出側(cè)根，種子萎縮（圖2G）。70 d小球莖與種子脫離，成為一個獨立結(jié)構。80～90 d芽生長加快，不定根進一步伸長，側(cè)根增多。至90～120 d小球莖處于休眠狀態(tài)（圖2H）。120 d后重新恢復生長并抽生第一片真葉，形成幼苗（圖2J）。

3 討論與結(jié)論

種子休眠是調(diào)整萌發(fā)最佳時間和空間的一個方法，具有重要的生態(tài)學意義。種子休眠表現(xiàn)為一種數(shù)量性狀，隨外界條件和生長環(huán)境而改變[5]。黃精屬植物數(shù)量多、分布范圍廣，不同生態(tài)環(huán)境下的黃精種子都具有休眠特性，但不同產(chǎn)地休眠特點不同[6]。 王劍龍等[7]解剖發(fā)現(xiàn)黃精種皮有一層細胞壁木質(zhì)化的細胞，阻礙水分進入黃精種子內(nèi)部;黃精種子胚乳結(jié)構致密，不利于水分在共質(zhì)體內(nèi)流動。根據(jù)Baskin等[8]種子休眠類型的劃分標準，黃精種子的休眠屬于形態(tài)和生理休眠。

已有研究證實低溫層積處理能夠打破種子休眠[5]。濕沙層積處理的泰山黃精種子發(fā)芽率為35.61%～42.39%，而自然條件下泰山黃精種子播種后3個月內(nèi)基本不發(fā)芽，說明濕沙層積處理能打破黃精種子休眠，無論自然低溫還是-4℃低溫都提高種子萌發(fā)率，-4℃低溫處理效果更顯著。王占紅等[9]研究認為室外沙藏處理黃精種子萌發(fā)率高于低溫貯藏，與本研究結(jié)果相反，可能與黃精果實處理不同有關。成京晉等[10]發(fā)現(xiàn)-20℃冷藏處理多花黃精種子基本不萌發(fā)，與本研究結(jié)果一致，說明-20℃濕沙冷藏使泰山黃精種子喪失發(fā)芽能力。

赤霉素誘導細胞壁分解酶加快胚乳分解，而且胚乳分解尤其是種臍和珠孔處胚乳乳化是種子萌發(fā)的先決條件[11]。Chen 等[12]研究發(fā)現(xiàn)種子萌發(fā)與胚乳中淀粉水解有關。赤霉素能有效提高α和β淀粉酶活性，促進淀粉水解成可溶性糖[13]。泰山黃精種子淀粉含量高達73.70%，胚乳中淀粉能否轉(zhuǎn)化為可溶性糖而后被吸收利用是泰山黃精種子能否萌發(fā)的關鍵。本研究發(fā)現(xiàn)赤霉素處理顯著提高泰山黃精種子的萌發(fā)率和發(fā)芽勢，可能與赤霉素提高淀粉酶活性有關。Steadman等[14]研究發(fā)現(xiàn)生理形態(tài)休眠類種子在其后熟過程中環(huán)境水分含量必須超過一定閥值才能完成生理后熟作用，而且淀粉類種子的水分閥值高于脂肪類和蛋白質(zhì)類種子。本研究中低溫沙藏時沙的含水量為60%～65%，滿足泰山黃精種子生理后熟所需水分。由此可以推測本研究中-4℃濕沙冷藏與赤霉素聯(lián)用提高泰山黃精種子發(fā)芽率的主要原因是低溫高濕加快泰山黃精種子生理后熟而赤霉素促進胚乳中淀粉水解成可溶性糖，加快種子萌發(fā)速度。

植物通常由胚發(fā)育成植株，黃精種子萌發(fā)具有特殊性，即種子萌發(fā)首先形成小球莖，由小球莖分化出根和芽，最后發(fā)育成植株。王劍龍等[7]研究發(fā)現(xiàn)黃精種子萌發(fā)時胚乳內(nèi)儲存的淀粉逐漸消失。本研究發(fā)現(xiàn)，泰山黃精萌發(fā)形成小球莖逐步長大伴隨著種子逐步萎縮，可以推測種子胚乳內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移至小球莖，為小球莖進一步分化根和芽提供物質(zhì)保障?？梢娦∏蚯o類似于體外胚的營養(yǎng)貯藏器官。

黃精種子萌發(fā)形成的小球莖，在自然條件下當年處于休眠狀態(tài)，第二年春季才出苗，說明小球莖需要經(jīng)受漫長的冬季低溫才能進行葉生長。本研究-4℃低溫濕沙層積處理后，黃精種子萌發(fā)形成的小球莖有約30～40 d的發(fā)育停滯期，然后芽才開始生長，抽生一片真葉，形成幼苗，說明-4℃低溫濕沙層積處理有利于打破黃精種子休眠，縮短小球莖休眠時間。

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收稿日期：2019-08-23

基金項目：泰安市大學生科技創(chuàng)新計劃項目（2017D003）;山東農(nóng)業(yè)大學大學生科技創(chuàng)新計劃項目

作者簡介：孫文帥（1993—），男，碩士研究生，研究方向：藥用植物栽培。E-mail：15065802215@163.com

通訊作者：祝麗香（1965—），女，博士，副教授，碩士生導師，研究方向：藥用植物栽培、抗性生理、品種選育和種質(zhì)資源評價。E-mail：zhulix1965@163.com