甘肅貝母種子水提取液對小白菜的化感效應

許美玲 郭鳳霞 陳 垣 武 睿

(1甘肅農(nóng)業(yè)大學,生命科學技術學院,農(nóng)學院/甘肅省作物遺傳改良與種質創(chuàng)新重點實驗室/甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術創(chuàng)新重點實驗室/甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心/甘肅省干旱生境作物學重點實驗室,甘肅蘭州 730070;2 甘肅省特色藥用植物資源保護與利用工程實驗室/甘肅省特色藥材規(guī)范化可追溯栽培工程技術研究中心/甘肅中天藥業(yè)有限責任公司,甘肅定西 748100)

甘肅貝母(Fritillaria przewalskiiMaxim.)系被子植物百合科貝母屬多年生草本藥用植物,是藥材川貝母的主要基原植物之一,也是我國名貴的野生藥材,干燥鱗莖入藥,俗稱“岷貝”,具有清熱潤肺、化痰止咳、散結消癰等多種功效,主治肺熱燥咳、干咳少痰、陰虛勞嗽等癥[1-3]。甘肅貝母是貝母屬中藥用價值最高的一個類群,現(xiàn)已被廣泛應用于多種復方中成藥和注射針劑[4],但由于甘肅貝母野生種群自然更新速度緩慢,生長期4年,產(chǎn)量很低,加之過度采挖、環(huán)境惡化等,藥材蘊藏量銳減,人工栽培難度又較大,已處于瀕危狀態(tài),被《中國珍稀瀕危植物名錄》列為國家三級保護植物[5-7]。

甘肅貝母種子繁殖系數(shù)高,具有不傷害藥用部位的特點,是生產(chǎn)上快速解決甘肅貝母供應困難的有效途徑[8]。然而,甘肅貝母種子是具有后熟特性的原胚型種子,蒴果充分成熟后種子尚無完整的胚結構,僅具胚乳狀的內(nèi)含物,需要經(jīng)過完全的后熟過程才能吸脹發(fā)芽,屬于形態(tài)生理雙重休眠類型[9-10]。種子打破休眠對植物生長發(fā)育至關重要,由種子萌發(fā)內(nèi)源抑制物即化感物質引起的休眠是最常見的種子休眠類型之一[11-14]。因此,進一步探究甘肅貝母種子的后熟休眠機理及打破休眠促進萌發(fā)的途徑,對其規(guī)范化生產(chǎn)具有重要意義。

植物化感作用(allelopathy)包括自毒、自促、化感偏害和互惠作用,是自然界中普遍存在的現(xiàn)象[15]。馬令法等[16]研究表明,不同濃度青稞秸稈水浸提液對甘肅貝母種子發(fā)芽具有影響,適當把握秸稈還田量,可以降低化感作用對甘肅貝母發(fā)芽的抑制。李志亮等[17]采用伊貝母種子浸液對小麥生長化感效應研究,證實其種子內(nèi)存在某類抑制物質,且對其本身后熟過程和萌發(fā)存在抑制作用,并提出種子處理的方法。化感物質是化感作用的媒介,主要是植物的次生代謝物質通過抑制種胚生長、破壞種子亞細胞結構、植物激素及活性氧的代謝平衡,從而對種子萌發(fā)產(chǎn)生影響[18]。

甘肅貝母等川貝母種子具有嚴格的后熟和休眠特性,郭鳳霞等[19]研究揭示了甘肅貝母種子的灌漿特性,常彥莉等[9]研究了經(jīng)后熟的甘肅貝母種子的吸水發(fā)芽特性,這些研究解決了野生甘肅貝母撫育和馴化栽培的關鍵技術,但至今對甘肅貝母種子后熟過程中是否存在內(nèi)源萌發(fā)抑制物質及其活性的消長規(guī)律等鮮見相關報道。因此,本試驗通過對甘肅貝母種子不同后熟階段內(nèi)源化感抑制物質的提取和生物活性測定,旨在揭示其種子內(nèi)是否存在此類物質以及抑制活性的強弱,從而確定種子休眠的主要原因,為進一步探明甘肅貝母種子中內(nèi)源抑制物質的種類特性及后熟脫休眠機理奠定基礎,為生產(chǎn)實踐中打破其種子休眠提供理論支撐,促進瀕危藥用植物甘肅貝母種質資源的可持續(xù)化利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試甘肅貝母種子于2017 年7 月采集于野生甘肅貝母,采集地點為甘肅省漳縣金鐘鎮(zhèn)大莊村,經(jīng)甘肅農(nóng)業(yè)大學藥用植物資源與鑒定實驗室鑒定。將甘肅貝母植株采摘后帶回實驗室,將種子從果實中搓揉下來,25℃蒸餾水清洗之后,用多菌靈1 000 倍液消毒,再用無菌水洗凈,參考常彥莉等[9]的方法進行后熟處理。

受體材料為小白菜品種北京60,其種子純度≥96.0%、凈度≥98.0%、發(fā)芽率≥85%、含水量≤7.0%,購自蘭州蔬菜種子供應站。

1.2 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液的制備

在甘肅貝母后熟過程中,取形態(tài)和生理后熟兩個階段甘肅貝母種子,洗去表面沙粒后用濾紙吸干表面水分,備用。水提取液的制備參考鄭景瑤等[20]的方法。稱取10.0 g 種子于研缽中,經(jīng)液氮冷凍后研磨,置于500 mL 燒杯中,按1∶25(m/v)的比例用蒸餾水提取,40 Hz 超聲提取30 min 后,用保鮮膜封口并在室溫(20～25℃)下靜置浸泡24 h。粗提液進行二重過濾后,獲得40 mg·mL-1的母液,儲存于4℃低溫冰箱中,用于小白菜種子發(fā)芽試驗。使用前參考鄭景瑤等[20]的方法,進行提取液濃度梯度的稀釋準備。在上述甘肅貝母種子提取液母液基礎上,分別吸取部分母液加蒸餾水依次稀釋成0、2.5、5.0、10.0、20.0 和40.0 mg·mL-15 個質量濃度的水提取液用于小白菜種子發(fā)芽試驗。

1.3 化感作用的生物活性測定

參照郭鳳霞等[21]的方法。選取顆粒飽滿、大小一致的小白菜種子900 粒,分成6 組,每組150 粒,3 次重復,每重復50 粒。采用培養(yǎng)皿(直徑9 cm)雙層濾紙法,各處理以6.0 mL 對應質量濃度的上述甘肅貝母種子提取液浸濕進行發(fā)芽試驗,對照組(CK)加等量蒸餾水浸濕。發(fā)芽試驗采用完全隨機區(qū)組設計,在25℃GTOP-260Y 型恒溫培養(yǎng)箱(浙江托普儀器有限公司)中進行,每天定時更換3.0 mL 對應提取液,從第2 天開始每天記錄小白菜種子的萌發(fā)情況,直至發(fā)芽結束(連續(xù)3 d 不再發(fā)芽)。按照公式計算發(fā)芽率(germination ratio,GR)、發(fā)芽勢(germination energy,GE)、發(fā)芽指數(shù)(germination index,GI)、發(fā)芽活力指數(shù)(vigor index,Ⅵ)[9,22]:

式中,Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù),Dt為相應發(fā)芽天數(shù),發(fā)芽種子的判定標準為小白菜胚根突破種皮,且伸長長度達到種子直徑的1/2 為標準。

發(fā)芽結束,從各處理培養(yǎng)皿中隨機抽樣10 株小白菜幼苗,用吸水紙吸干表面水分,用游標卡尺(0.01 mm)測定苗高、幼根長、幼根直徑,用電子天平(0.000 1 g)稱量單苗鮮重。

采用DDS-11A 型電導率儀(上海雷磁儀器廠)測定電導率。取各濃度水提取液處理下生長一致的小白菜幼苗,去離子水沖洗干凈,用濾紙吸干表面殘留水分后,置于試管中,加入4 mL 去離子水,真空抽氣20 min后,立即測定初始電導率d1,然后將試管加蓋放入沸水浴中加熱20 min,放至室溫后再測定浸出液電導率d2[23]。按照公式計算相對電導率(d3):

采用化感效應指數(shù)(response index,RI)度量化感作用的類型和強度[24]。綜合化感效應指數(shù)(comprehensive response index)是指同一處理下供體植物對同一受體植物各測試項目RI 的算術平均值,能反映化感效應的強弱[25]。按照公式計算RI:

式中,C 為各指標對照值,T 為各指標處理值。RI＞0 為促進作用,RI＜0 為抑制作用,設定對照的RI 值為0,絕對值的大小與化感作用強度一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010 制圖,SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行方差分析,試驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。處理間多重比較采用Duncan 法。

2 結果與分析

2.1 不同階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子萌發(fā)進程的影響

由圖1 可知,不同后熟階段甘肅貝母種子不同濃度水提取液對小白菜種子萌發(fā)進程和終發(fā)芽率均具有顯著影響(P＜0.05),其影響趨勢在不同階段表現(xiàn)不一致。在不同濃度甘肅貝母種子水提取液條件下,小白菜種子均從著床后第2 天開始萌發(fā),第8 天發(fā)芽全部結束,發(fā)芽持續(xù)7 d。發(fā)芽初期(第1～第4 天),一定濃度的水提取液對小白菜種子萌發(fā)有影響,而從第5 天開始,各處理種子發(fā)芽率達到平衡,并持續(xù)到發(fā)芽終期,其中,形態(tài)后熟階段40 mg·mL-1和生理后熟階段10 mg·mL-1的處理對小白菜種子終發(fā)芽率具有顯著影響(P＜0.05)。

形態(tài)后熟階段甘肅貝母種子水提取液中,CK、2.5、5、10、20 mg·mL-1各處理組種子的發(fā)芽率在發(fā)芽第1 天分別達到73.3%、69.3%、65.3%、66.7%、63.3%,當水提取液濃度達到40 mg·mL-1時,小白菜種子的萌發(fā)進程較CK 明顯后延(圖1-A)。小白菜種子的發(fā)芽速率隨著甘肅貝母水提取液濃度的升高而呈現(xiàn)逐漸減緩的趨勢,且水提取液濃度越高對萌發(fā)速度的影響越大。而生理后熟階段各濃度水提取液處理對小白菜種子萌發(fā)的影響未表現(xiàn)出通?；凶饔盟哂械拇龠M或抑制作用規(guī)律,而是單一的促進作用,0～5 mg·mL-1是一個作用區(qū)間,10～40 mg·mL-1是另一個作用區(qū)間,當水提取液濃度為10 mg·mL-1時,小白菜種子發(fā)芽率在整個萌發(fā)過程中持續(xù)低于CK(圖1-B)。在發(fā)芽第2 天,CK、2.5、5 mg·mL-1處理組種子的發(fā)芽率分別達到80%、77.3%、80%,濃度效應不明顯,而10、20、40 mg·mL-1處理組種子的發(fā)芽率分別達到58%、76.7%、82%,其中以40 mg·mL-1處理的促進作用更明顯,表明此階段水提取液中含有能夠促進小白菜種子萌發(fā)的物質,并且需要水提取液濃度大于40 mg·mL-1,才可產(chǎn)生正向的生理效應。

圖1 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子萌發(fā)進程的影響Fig.1 Effects of aqueous extracts from different after-ripening stages of F.przewalskii on seeds germination process of B.chinensis

2.2 不同階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子發(fā)芽特性的影響

由表1 可知,形態(tài)后熟與生理后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子發(fā)芽的作用有所差異,在兩個階段中其變化趨勢不同,對發(fā)芽活力指數(shù)影響最明顯。在形態(tài)后熟階段,小白菜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均隨著甘肅貝母種子水提取液濃度的增大呈現(xiàn)低濃度促進高濃度抑制的雙重作用,但對其發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力指數(shù)均表現(xiàn)單一的抑制作用。當水提取液濃度為2.5 mg·mL-1時,種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均達到最大值,較CK 分別提高了0.76%、2.38%,對應RI 值分別為0.008、0.023,顯著高于40 mg·mL-1處理組(P＜0.05)。當水提取液濃度大于2.5 mg·mL-1時,對小白菜種子萌發(fā)開始表現(xiàn)出抑制作用(RI＜0),其發(fā)芽率和發(fā)芽勢均隨著水提取液濃度增大而逐漸降低,與CK相比,5、10、20、40 mg·mL-1處理組小白菜種子發(fā)芽率分別降低3.08%、3.85%、5.39%、9.23%,發(fā)芽勢分別降低5.56%、3.18%、3.96%、36.51%,抑制作用與其濃度呈正比。不同濃度甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均表現(xiàn)為抑制作用(RI＜0),且各處理的發(fā)芽活力指數(shù)與CK 之間均達到差異顯著水平(P＜0.05)。當水提取液濃度升至40 mg·mL-1時,小白菜種子的化感抑制作用最強,發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及發(fā)芽活力指數(shù)均較CK 顯著降低9.23%、36.51%、40.60%、85.96%(P＜0.05),RI值分別為-0.102、-0.575、-0.684、-6.124。

在生理后熟階段中,小白菜種子的發(fā)芽特性均異于形態(tài)后熟階段。不同濃度水提取液處理對小白菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)出抑制作用(RI＜0),發(fā)芽率從高到低依次為CK＞5 mg·mL-1＞40 mg·mL-1＞2.5 mg·mL-1＞20 mg·mL-1＞10 mg·mL-1,發(fā)芽指數(shù)為CK＞20 mg·mL-1＞2.5 mg·mL-1＞40 mg·mL-1＞5 mg·mL-1＞10 mg·mL-1,但隨著水提取液濃度的增大,處于0 ～5 mg·mL-1階段時,對小白菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)為抑制作用,在10 mg·mL-1時,對其各發(fā)芽指標抑制作用均達到最強,10～40 mg·mL-1時,各項發(fā)芽指標的抑制作用逐漸減弱。水提取液濃度為5 mg·mL-1時,小白菜種子發(fā)芽活力指數(shù)為117.04,高于CK,RI值為0.084,當水提取液濃度增加至10 mg·mL-1時,對小白菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力指數(shù)的抑制作用均達到最大,與CK 相比分別降低19.69%、27.50%、19.18%、12.01%,其RI 值分別為-0.245、-0.379、-0.237、-0.137。生理后熟階段水提取液對小白菜種子發(fā)芽率雖均表現(xiàn)為抑制作用(RI＜0),但水提取液濃度超過10 mg·mL-1后濃度梯度效應表現(xiàn)明顯,種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均隨著水提取液濃度增大而逐漸升高,不同濃度水提取液處理的小白菜種子發(fā)芽率與CK 之間差距逐漸縮小,分別為19.69%、7.88%、1.58%;當水提液濃度為20 mg·mL-1時,雖然對小白菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均有抑制,但是顯著提高了其發(fā)芽活力指數(shù)。同時,除10 mg·mL-1處理組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)以及20 mg·mL-1和40 mg·mL-1處理組的發(fā)芽活力指數(shù)與CK 相比達到差異顯著水平(P＜0.05)外,其余指標與CK 均無顯著差異。

由各指標的RI 值可知,不同萌發(fā)指標對甘肅貝母化感效應的影響大小不同。形態(tài)后熟階段,每個處理RI 值均為發(fā)芽指數(shù)＞發(fā)芽活力指數(shù),由此可見,發(fā)芽活力指數(shù)對此階段甘肅貝母水提取液的化感效應最敏感,發(fā)芽指數(shù)次之。生理后熟階段,當水提液濃度低于10 mg·mL-1時,發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)最敏感;水提液濃度為10 mg·mL-1時,發(fā)芽勢敏感作用最強;水提液濃度為10～40 mg·mL-1時,發(fā)芽活力指數(shù)對化感作用最敏感,說明水提液濃度大于10 mg·mL-1,主要影響小白菜種子的生長量。

表1 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of aqueous extracts from different after-ripening stages of F.przewalskii on seeds germination of B.chinensis

2.3 不同階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜幼苗生長發(fā)育的影響

不同階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜幼苗生長發(fā)育也具有不同影響,影響趨勢在兩個階段中表現(xiàn)不一致。由表2 可知,發(fā)芽結束后,不同階段甘肅貝母種子的水提取液對小白菜幼苗生長發(fā)育具有不同程度的影響。其中,形態(tài)后熟階段水提取液對小白菜幼苗生長有明顯的影響,整體表現(xiàn)為抑制作用(RI＜0)。水提取液濃度為2.5 mg·mL-1時,對小白菜幼苗根直徑的抑制作用未達到顯著水平,而在其他濃度水提取液處理下,幼苗(10 株)平均苗高、根長、根直徑和單苗鮮重與CK 相比均達到差異顯著水平(P＜0.05),且隨著水提取液濃度的增高,對小白菜幼苗生長發(fā)育各項指標的抑制作用逐漸增強,40 mg·mL-1水提取液對小白菜種子抑制作用均達到最大(P＜0.05),平均苗高、根長、根直徑和單苗鮮重分別較CK 顯著降低46.27%、76.40%、36.92%、20.48%,對應的 RI值分別為-0.861、-3.238、-0.585、-0.258。生理后熟階段不同濃度水提取液對小白菜幼苗生長總體表現(xiàn)為促進作用(RI＞0),但對根長影響不顯著(P＞0.05)。當水提取液濃度為2.5 mg·mL-1時,對小白菜幼苗苗高、根長、單苗鮮重影響不顯著,但對其根直徑有顯著的促進作用(P＜0.05);當濃度為5 mg·mL-1時,對幼苗苗高、根直徑、單苗鮮重的促進作用均達到顯著水平(P＜0.05),各生長指標較CK 分別增加22.84%、35.14%、48.50%;而當水提取液濃度為40 mg·mL-1時,對幼苗根直徑和單苗鮮重的促進作用最大,較CK 分別顯著增加了70.27%、83.08%(P＜0.05)。

由各指標的RI 值可知,不同生長指標受甘肅貝母化感效應的影響程度不同。形態(tài)后熟階段根長受影響最大,對甘肅貝母化感作用更敏感。而生理后熟階段,當水提取液濃度高于2.5 mg·mL-1時,單苗鮮重對化感作用最敏感。

表2 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜幼苗生長的影響Table 2 Effects of aqueous extracts from different after-ripening stages of F.przewalskii on plant growth of B.chinensis

2.4 甘肅貝母種子不同階段水提取液對小白菜幼苗電導率的影響

電導率可以很好地反映植物細胞的穩(wěn)定程度。由表3 可知,不同階段各濃度的甘肅貝母種子水提取液對小白菜幼苗的電導率表現(xiàn)出差異性。形態(tài)后熟階段,隨著甘肅貝母種子水提取液濃度的增大,小白菜幼苗浸出液電導率(d2)呈升高趨勢,與CK 相比,2.5、5、10、20、40 mg·mL-1處理組d2分別增加8.80%、2.56%、3.86%、11.58%、25.27%,且水提取液濃度為40 mg·mL-1時與CK 間差異達到顯著水平(P＜0.05),而初始電導率(d1)和相對電導率(d3)并無明顯的變化規(guī)律性。而生理后熟階段,不同濃度甘肅貝母種子水提取液處理小白菜幼苗后,其初始電導率、浸出液電導率及相對電導率與CK 相比均未達到顯著水平(P＞0.05)。

表3 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜幼苗電導率的影響Table 3 Effects of aqueous extracts from different after-ripening stages of F.przewalskii on the conductivity of B.chinensis

2.5 綜合化感效應分析

由表4 可知,不同階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜萌發(fā)特性、幼苗形態(tài)與電導率指標的綜合化感效應表現(xiàn)不同,影響程度因階段不同而異。形態(tài)后熟階段,不同濃度水提取液對小白菜發(fā)芽大體表現(xiàn)為抑制作用,且其抑制作用隨著水提取液濃度的增大而逐漸增強。水提取液對小白菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽活力指數(shù)的抑制效應強度分別為0.045、0.135、0.188、2.190,即對發(fā)芽活力指數(shù)的化感抑制效應最大,表明此階段中化感物質對小白菜種子萌發(fā)率的影響較小,而對種子萌發(fā)速度和生長量的影響較大。幼苗形態(tài)中根長對此階段水提取液的綜合化感效應響應表現(xiàn)得最為敏感,綜合化感效應指數(shù)為-1.502,其次為苗高、根直徑和單株鮮重。相對電導率的綜合化感效應指數(shù)為-0.118,其敏感程度最低。生理后熟階段,不同濃度水提取液對小白菜種子的終發(fā)芽率雖有抑制作用(RI＜0),但當水提取液濃度＞10 mg·mL-1時,其對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的抑制作用強度隨著水提取液濃度的增大不斷降低。小白菜種子萌發(fā)特性各指標不同濃度的綜合化感效應指數(shù)為-0.050,幼苗形態(tài)與電導率指標的綜合化感效應指數(shù)為0.148,而在形態(tài)后熟階段,其綜合化感效應指數(shù)分別為-0.640、-0.494?？傮w來看,水提液濃度為2.5、5、10、20、40 mg·mL-1的形態(tài)后熟階段水提取液化感抑制作用強度均大于同等濃度的生理后熟階段水提取液。

3 討論

種子打破休眠進而萌發(fā)是一個非常復雜的過程,由許多內(nèi)部和外部因素自發(fā)地進行調節(jié),共同控制[26]。其中導致種子萌發(fā)率低的原因有很多,如機械障礙[27]、激素平衡以及種子后熟特性[28]、內(nèi)源抑制物[29]等。諸多研究發(fā)現(xiàn),種子內(nèi)源抑制物即化感物質是導致種子休眠的主要原因,化感物質可促進或抑制不同物種種子的萌發(fā),對植物的生長發(fā)育有著重要的影響[30-31]。藥用植物普遍存在化感作用,如中藥材種子滇重樓[32]、蒙古黃芪[21]、玉鈴花[33]等均是由于種子內(nèi)存在內(nèi)源化感抑制物質,從而導致其難以萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn),化感作用存在濃度梯度效應,一般表現(xiàn)為低促高抑,即當提取液濃度達到一定“閾值”時才表現(xiàn)出抑制作用,濃度越大,抑制作用越明顯[34-35]。本研究結果表明,藥用植物甘肅貝母種子中的內(nèi)源化感抑制物質,在不同后熟階段表現(xiàn)出不同程度的化感效應,兩個階段甘肅貝母種子不同濃度水提取液對小白菜種子萌發(fā)進程、萌發(fā)特性的綜合化感敏感程度表現(xiàn)為形態(tài)后熟＞生理后熟,其中在形態(tài)后熟階段,抑制效應隨著水提取液濃度增大,呈現(xiàn)先減弱后增強的趨勢,而生理后熟階段水提取液雖然抑制了小白菜種子的萌發(fā),但當水提取液濃度為10 mg·mL-1時達到最低,超過10 mg·mL-1時,對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的抑制作用逐漸降低。說明不同后熟階段,其種子所含的抑制物質含量不同,對小白菜種子呈現(xiàn)的抑制效果有所差異,有些抑制物質在濃度較低時反而會出現(xiàn)促進作用。一般認為生理后熟的過程即是萌發(fā)促進物質含量與抑制物質含量比值增大的過程[36]。

表4 不同后熟階段甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子萌發(fā)與幼苗生長的化感效應Table 4 Allelopthic effects of aqueous extracts from different after-ripening stages of F.przewalskii on seeds germination and seedling growth of B.chinensis

植物化感抑制物質對種子的影響不僅表現(xiàn)在萌發(fā)特性上,對種子生長發(fā)育表現(xiàn)更為突出[37]。郭鳳霞等[21]研究發(fā)現(xiàn),蒙古黃芪種子不同時間水浸提液對黨參種子幼苗生長均具有極顯著影響,且影響趨勢在2個黨參種中表現(xiàn)基本一致,即隨著浸提時間延長,對不同黨參萌發(fā)及幼根促進作用逐漸減弱而抑制作用逐漸增強。李彩琴等[38]通過不同溫度寬葉羌活種子水浸提液對白菜種子萌發(fā)和幼苗生長的研究,證明寬葉羌活種子中含有較強的內(nèi)源抑制物質,且隨著溫度升高,其浸提液中內(nèi)源抑制物質活性越強。本研究結果表明,不同階段不同濃度甘肅貝母種子水提取液對小白菜種子的生長指標也具有顯著作用,且對小白菜種子幼苗生長的影響要強于其萌發(fā)特性,不同階段對小白菜的化感效應存在較大差異。形態(tài)后熟階段,對小白菜苗高、幼根長、幼根直徑及單苗鮮重等各項生長指標均表現(xiàn)為單一的抑制作用,且除當水提取液濃度為2.5 mg·mL-1時對小白菜幼苗根直徑的抑制作用不顯著,其他均與對照相比達到統(tǒng)計差異顯著水平,化感敏感程度總體表現(xiàn)為根長＞苗高＞幼根直徑＞單苗鮮重(個別濃度除外),說明小白菜幼苗對此階段貝母種子內(nèi)部化感物質的敏感部位主要集中在根部。生理后熟階段,雖然規(guī)律性不明顯,但是其在水提取液濃度為2.5 mg·mL-1時,已經(jīng)開始表現(xiàn)出對小白菜幼根直徑明顯的促進作用。

電導率代表種子中的化感物質對質膜的損傷程度,水提取液中的化感物質可在一定程度上破壞細胞膜系統(tǒng)或改變細胞膜功能,從而影響植物對礦質元素和水分的吸收以及蛋白質的合成,抑制受體植物幼苗的生長[39]。本試驗中,形態(tài)后熟階段低濃度水提取液(2.5 ～10.0 mg·mL-1)處理的小白菜幼苗浸出液電導率顯著低于高濃度(40 mg·mL-1)處理,表明小白菜幼苗在較低濃度下,細胞膜穩(wěn)態(tài)性較強,這與鄒麗娜等[40]的研究結果一致。生理后熟階段,各處理之間無顯著差異。綜合分析表明,生理后熟階段水提取液處理對小白菜幼苗細胞的傷害最低,甘肅貝母種子后熟過程中,形態(tài)后熟階段水提取液對小白菜幼苗的抑制作用高于生理后熟階段。

4 結論

本研究結果表明,甘肅貝母種子中含有一定活性的內(nèi)源化感抑制物質,且與種子休眠有關系。在種子不同后熟階段,其內(nèi)源化感抑制物質的含量變化有顯著差別,形態(tài)后熟階段對小白菜種子幼根生長的抑制活性高于對其種子萌發(fā)的抑制活性,生理后熟階段正好相反。本研究對內(nèi)源化感抑制物質與甘肅貝母種子休眠之間的關系以及對其后熟處理過程中內(nèi)源抑制物質的活性消長規(guī)律有了初步探討,為進一步詳細研究甘肅貝母種子萌發(fā)的抑制機理提供了科學依據(jù),進而為甘肅貝母的引種馴化提供了重要參考。