旱、鹽脅迫下不同LED光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響

李 鉑, 孫曉春, 黃文靜, 何懿菡, 楊 媛, 宋忠興, 王 楠

(1. 陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083；2. 秦藥特色資源研究與開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育)，陜西 咸陽 712083)

黃芪，又名黃耆，始載《五十二病方》[1]，有補(bǔ)氣固表、利水消腫、托毒生肌之功效[2]。2015版《中國(guó)藥典》規(guī)定黃芪來源為豆科植物蒙古黃芪Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge. var.mongholicus(Bge.) Hsiao或膜莢黃芪A.membranaceus( Fisch.) Bge.的干燥根[3]，多糖類、皂苷類、黃酮類為其主要化學(xué)成分，具有調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、保肝、保護(hù)腎臟、降血糖等作用[4]。隨著醫(yī)療保健水平的改善與人民生活水平的提高，黃芪的市場(chǎng)需求日益增大，過度采挖導(dǎo)致野生黃芪資源嚴(yán)重匱乏。內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、河北等地為黃芪的主產(chǎn)區(qū)[5, 6]。子洲黃芪被評(píng)為陜西省“十大秦藥”之一，并通過國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品認(rèn)證[7]。

藥用植物種子萌發(fā)不僅需要種子自身結(jié)構(gòu)完整，還需適宜的溫度、水分和充足空氣等基本條件。光是植物生命活動(dòng)中重要的環(huán)境因素之一，不僅調(diào)控種子萌發(fā)[8]，還對(duì)種子苗期形態(tài)建成起著關(guān)鍵作用[9]。研究采用PEG模擬干旱脅迫，NaCl模擬鹽脅迫對(duì)黃芪種子進(jìn)行處理，同時(shí)，將黃芪種子分別置于紅光、紅光/藍(lán)光4∶1、紅光/藍(lán)光2∶1、藍(lán)光、白光五種不同光質(zhì)下培養(yǎng)，觀察種子萌發(fā)情況，研究干旱脅迫、鹽脅迫下不同光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響。筆者研究結(jié)果將為黃芪種子種苗生產(chǎn)提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料、儀器與試劑

1.1 試驗(yàn)材料

黃芪種子采自陜西省榆林市子洲縣，由陜西中醫(yī)藥大學(xué)黃文靜副教授鑒定為豆科黃耆屬蒙古黃芪A.membranaceus( Fisch.) Bge. var.mongholicus(Bge.) Hsiao.的干燥成熟種子。

1.2 儀器與試劑

儀器：萬分之一電子天平(Sartorius，Germany)、LED光源(廣東偉照業(yè)光電節(jié)能有限公司)偶聯(lián)微電腦時(shí)控開關(guān)(KG316T型，浙江郎本電氣有限公司)。

試劑：分析純NaCl、PEG、高錳酸鉀(天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)，水為蒸餾水。

2 方法與結(jié)果

2.1 試驗(yàn)方法

2.1.1 種子前處理 選取籽粒飽滿、大小均勻、完整的黃芪種子，去除雜質(zhì)，1%高錳酸鉀溶液消毒20 min，蒸餾水沖洗3次，無菌濾紙吸除種子表面水分。

2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用PEG和NaCl分別模擬干旱脅迫與鹽脅迫。將黃芪種子置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑9 cm)，每個(gè)培養(yǎng)皿放置30顆種子，每個(gè)處理重復(fù)5次。按照質(zhì)量濃度分別配制滲透勢(shì)均為-0.5 MPa的PEG溶液和NaCl溶液，用于模擬中度旱、鹽脅迫[10]；同時(shí)，設(shè)置紅光、紅光/藍(lán)光4∶1、紅光/藍(lán)光2∶1、藍(lán)光不同LED光質(zhì)處理[11]，以白光作為對(duì)照(熒光燈FL，T5，飛利浦照明工業(yè)有限公司)，調(diào)整光源與培養(yǎng)皿之間的距離，使各處光照強(qiáng)度保持一致。光周期：12 h光照/12 h黑暗，LED光源參數(shù)見表1。人工氣候室環(huán)境溫度25±2°C，相對(duì)濕度50%～60%RH。

表1 LED光源相關(guān)參數(shù)

2.1.3 種子發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定 每日定時(shí)觀察和記錄黃芪發(fā)芽種子數(shù)，按公式(1)計(jì)算處理4 d黃芪種子發(fā)芽勢(shì)，各處理10 d后均無新種子萌發(fā)。按公式(2)計(jì)算發(fā)芽率，公式(3)計(jì)算發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)處理隨機(jī)取5株幼苗，分別測(cè)定根長(zhǎng)和鮮重。

發(fā)芽勢(shì)=處理4 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

(1)

發(fā)芽率=處理10 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

(2)

發(fā)芽指數(shù)=∑ Gt/Dt

(3)

Gt表示不同天數(shù)內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)，Dt表示發(fā)芽天數(shù)。

2.1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)，采用IBM SPSS Statistics 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 干旱脅迫下不同光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響 由表2可知，PEG脅迫下紅/藍(lán) 2∶1和紅光處理的黃芪種子發(fā)芽率均顯著高于對(duì)照組(白光)，相比對(duì)照組分別提高72.91%和62.5%(P<0.05)，不同光質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)無顯著影響；發(fā)芽指數(shù)以紅/藍(lán)2∶1處理的促進(jìn)作用顯著，為對(duì)照組的1.89倍(P<0.05)，其余光質(zhì)處理對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響不明顯。綜合多個(gè)指標(biāo)，PEG模擬的干旱脅迫下以紅/藍(lán)2∶1對(duì)黃芪種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最為顯著。

表2 干旱脅迫下不同LED光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響

注：同一列數(shù)字后小寫字母表示0.05水平差異。

2.2.2 干旱脅迫下不同光質(zhì)對(duì)黃芪幼苗生長(zhǎng)和生物量的影響 由表3 可知，PEG脅迫下紅/藍(lán)2∶1處理的黃芪幼苗根長(zhǎng)顯著高于對(duì)照組(白光)，相比對(duì)照組提高28.33%(P<0.05)，此時(shí)鮮重為對(duì)照組的1.49倍，但未達(dá)到顯著差異。干旱脅迫下藍(lán)光處理強(qiáng)烈抑制黃芪幼苗根的伸長(zhǎng)，僅為白光處理的59.9%(P<0.05)，藍(lán)光對(duì)鮮重的影響與對(duì)照組相比無顯著差異。故PEG脅迫結(jié)合紅/藍(lán)2∶1為提高黃芪根長(zhǎng)的最佳處理?xiàng)l件，藍(lán)光則顯著抑制根的生長(zhǎng)。

2.2.3 鹽脅迫下不同光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響 在NaCl模擬的鹽脅迫下，黃芪種子在紅光/藍(lán)光4∶1和藍(lán)光條件下的發(fā)芽率顯著高于白光對(duì)照，均為對(duì)照組的2.1倍(P<0.05)；二者處理的黃芪種子發(fā)芽勢(shì)分別為對(duì)照組的1.84倍和1.71倍(P<0.05)；發(fā)芽指數(shù)則以紅光/藍(lán)光4∶1的促進(jìn)作用最為顯著，為對(duì)照組的1.69倍(P<0.05，表4)。綜合考慮，鹽脅迫下以紅/藍(lán)4∶1光質(zhì)處理對(duì)黃芪種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最強(qiáng)。

表3 干旱脅迫下不同LED光質(zhì)對(duì)黃芪幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

注：同一列數(shù)字后小寫字母表示0.05水平差異。

表4 鹽脅迫下不同LED光質(zhì)對(duì)黃芪種子萌發(fā)的影響

注：同一列數(shù)字后小寫字母表示0.05水平差異。

2.2.4 鹽脅迫下不同光質(zhì)對(duì)黃芪幼苗生長(zhǎng)和生物量的影響 NaCl脅迫下紅/藍(lán)2∶1和紅/藍(lán)4∶1能夠顯著促進(jìn)黃芪幼苗根的伸長(zhǎng)，相比對(duì)照組分別提高100.5%和85.49%(P<0.05)。鮮重則以紅/藍(lán)2∶1處理的提高幅度最為顯著，相比白光處理提高88.48%(P<0.05)；紅/藍(lán)4∶1處理對(duì)鮮重?zé)o顯著影響。與干旱脅迫相比，鹽脅迫下藍(lán)光同樣抑制黃芪根的伸長(zhǎng)，相比對(duì)照組下降20.53%(P<0.05)，此時(shí)鮮重?zé)o顯著變化(表5)。因此，NaCl模擬的鹽脅迫下紅/藍(lán)2∶1為提高黃芪根長(zhǎng)和鮮重的最佳處理?xiàng)l件，紅/藍(lán)4∶1效果次之，藍(lán)光則抑制根的伸長(zhǎng)。

表5 鹽脅迫下不同LED光質(zhì)對(duì)黃芪幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

注：同一列數(shù)字后小寫字母表示0.05水平差異。

3 討論

黃芪適應(yīng)性強(qiáng)，喜光、耐寒、耐旱，怕澇。由于黃芪種皮存在蠟質(zhì)和果膠質(zhì)等物質(zhì)，透水性較差；另一方面，黃芪種子較小且結(jié)構(gòu)緊密，阻礙種子對(duì)水分的吸收，造成黃芪種子在正常環(huán)境下發(fā)芽率較低[12]。黃芪種子的硬實(shí)特性是保護(hù)自身繁殖器官的一種策略，具有重要的生態(tài)學(xué)意義。然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，硬實(shí)種子若不進(jìn)行播種或育苗前處理，容易出現(xiàn)出苗率低、出苗不整齊等現(xiàn)象[13]。

適宜濃度的PEG引發(fā)處理能促進(jìn)藥用植物種子萌發(fā)，并提高幼苗抗逆性[14, 15]。NaCl處理種子表現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)，高濃度NaCl顯著抑制種子發(fā)芽，適宜NaCl濃度的選擇依賴于不同物種耐鹽性的差異[16]。王楠等[10]研究表明，旱、鹽脅迫下黃芪種子萌發(fā)對(duì)光照時(shí)長(zhǎng)的響應(yīng)無顯著變化，而不同光質(zhì)是否影響旱、鹽脅迫處理的黃芪種子,研究表明，紅光能顯著提高遠(yuǎn)志種子發(fā)芽率[17]，紅光照射量與紫莖澤蘭種子發(fā)芽率的提高量呈線性正相關(guān)[18]，紅/藍(lán)5∶1為促進(jìn)辣椒種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的最佳光質(zhì)[19]。因此，光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光周期與光照時(shí)間均可能影響需光性種子的萌發(fā)[8]。筆者試驗(yàn)采用水分脅迫、鹽脅迫與不同光質(zhì)處理相耦合，發(fā)現(xiàn)黃芪種子在萌發(fā)過程中發(fā)生水分脅迫，利用紅光/藍(lán)光2∶1處理可以有效促進(jìn)種子萌發(fā)，顯著提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，并促進(jìn)幼苗根的伸長(zhǎng)。當(dāng)處于鹽脅迫條件下，紅光/藍(lán)光4∶1處理對(duì)黃芪種子萌發(fā)的促進(jìn)作用顯著。旱、鹽脅迫下藍(lán)光均顯著抑制了黃芪幼苗根的伸長(zhǎng)。結(jié)果表明，黃芪種子萌發(fā)的需光特性受外界水分條件和滲透調(diào)節(jié)的影響。因此，在黃芪育苗過程中，可通過選擇合適的光質(zhì)配比提高種子出苗率。

后續(xù)將進(jìn)一步探究不同LED光質(zhì)與光照強(qiáng)度處理對(duì)旱、鹽脅迫下黃芪幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)、黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷積累的影響機(jī)制。最終，通過篩選光質(zhì)、光照強(qiáng)度與旱、鹽脅迫耦合的最佳條件，為黃芪種子種苗生產(chǎn)和規(guī)范化栽培提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。