咸豐白術(shù)種子生物學(xué)特性研究

周武先，李大榮，周 亮，王 華，由金文，張美德，劉海華

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中藥材研究所，湖北 恩施 445000；2.麻陽苗族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 懷化 419400）

白術(shù)（Atractylodes macrocephalaKoidz.）為菊科蒼術(shù)屬多年生草本植物，味苦、甘，性溫；根狀莖為藥用部位，具有燥濕利水、健脾益氣、止汗安胎和抗炎抑菌等功效［1-3］。咸豐白術(shù)也被稱為雞腿白術(shù)，與其他產(chǎn)區(qū)的白術(shù)相比，具有有效成分含量高、綠色無污染、加工飲片形狀好、質(zhì)地均勻堅實等質(zhì)量優(yōu)勢［4］。近年來，由于部分藥農(nóng)盲目引種，導(dǎo)致咸豐白術(shù)種源退化，白術(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)無法得到保障。因此對咸豐不同地區(qū)的白術(shù)種子進行種子生物學(xué)研究和比較，篩選出性狀和活力更佳的種子，有利于從源頭保證白術(shù)藥材品質(zhì)，維護咸豐白術(shù)道地品牌。

目前，關(guān)于白術(shù)的研究主要集中于栽培技術(shù)、組織快繁以及化學(xué)成分等方面［5-7］，而白術(shù)種子生物學(xué)方面的研究報道較少。劉文東等［8］和田靜等［9］研究了不同條件對白術(shù)種子萌發(fā)的影響。劉小麗等［10］使用不同濃度次氯酸鈉溶液消毒對白術(shù)種子萌發(fā)影響進行了研究。但關(guān)于咸豐白術(shù)種子生物學(xué)特性以及不同消毒劑和激素處理對種子霉變和萌發(fā)影響的研究卻鮮見報道。為此，本研究收集了4 份來自咸豐不同地區(qū)的白術(shù)種子，并對其生物學(xué)特性進行比較，為發(fā)掘咸豐白術(shù)優(yōu)質(zhì)種源提供科學(xué)依據(jù)。此外，通過使用不同消毒劑對白術(shù)種子進行消毒處理，探索白術(shù)種子的最佳消毒方式。同時采用不同生長激素處理白術(shù)種子，篩選能夠有效促進種子萌發(fā)的激素處理，為白術(shù)種苗高效繁育奠定研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗使用的白術(shù)種子來自湖北省咸豐縣的活龍坪（HLP）、李子溪1（LZX1）、中心場（ZXC）和李子溪2（LZX2）4 個不同地區(qū)。白術(shù)種子購自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，為當(dāng)年采摘的健康種子。種子萌發(fā)試驗選用直徑150 mm 的塑料培養(yǎng)皿。

1.2 試驗方法

1.2.1 白術(shù)種子萌發(fā)試驗 將白術(shù)種子用去離子水浸種6 h 后取出，去除種皮，吸干水分備用。使用75%（V/V）酒精浸泡30 s，然后用3%次氯酸鈉浸泡10 min，最后取出用去離子水潤洗3 次，吸干表面水分，置于鋪有雙層濾紙的無菌培養(yǎng)皿中，放入25 ℃人工培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)。每處理3 次重復(fù)，每個重復(fù)30 粒種子。適時補水，保持萌發(fā)床濕潤，每天觀察并記錄種子發(fā)芽狀況，統(tǒng)計發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

1.2.2 不同消毒方式處理試驗 參考劉小麗等［10］的方法，以李子溪1 的白術(shù)種子為試驗材料，用去離子水浸種6 h，將種子分別置于3%過氧化氫（T1）、5%高錳酸鉀（T2）、3%次氯酸鈉（T3）、75%酒精（T4）和去離子水（CK）中浸泡15 min，然后取出用去離子水潤洗3 次，吸干表面水分，置于鋪有雙層濾紙的無菌培養(yǎng)皿中，放入25℃人工培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)。每個處理3 個重復(fù)，每個重復(fù)30 粒種子。適時補水，保持萌發(fā)床濕潤，每天觀察并記錄種子發(fā)芽狀況，統(tǒng)計發(fā)芽率和霉變率。

1.2.3 不同激素處理試驗 以李子溪1 白術(shù)種子為試驗材料，分別用0（CK）、100、200、400、500 mg/L 赤霉素（GA3），0（CK）、5、10、20、50、100 mg/L 生長素（IAA）和0（CK）、5、10、20、50、100 mg/L 細(xì)胞分裂素（6-BA）浸泡6 h，取出后去除種皮，使用3%次氯酸鈉浸泡消毒15 min，去離子水潤洗3 遍后置于鋪有雙層濾紙的無菌培養(yǎng)皿中，放入25℃人工培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)。每個處理3 個重復(fù)。適時補水，保持萌發(fā)床濕潤，每天觀察并記錄種子發(fā)芽狀況，統(tǒng)計發(fā)芽率和發(fā)芽勢，直至萌發(fā)率連續(xù)3 d 保持不變。

1.3 項目測定

1.3.1 白術(shù)種子形態(tài)學(xué)及千粒重測定 采用游標(biāo)卡尺測量種子長和寬；千粒重參考田靜等［9］的方法進行測定。

1.3.2 白術(shù)種子吸水特性及水分含量測定 吸水特性的測定參考劉文東等［8］的方法，稱取白術(shù)種子4 g置于清水中浸泡48 h；前2 h 每隔0.5 h 取出用吸水紙吸干表面水后稱重，2～6 h 每隔2 h 取出稱重，6～12 h 每隔6 h 取出稱重，12～24 h 每隔12 h 取出稱重，24～48 h 每隔24 h 取出稱重。每個處理3 次重復(fù)。吸水率=（M1-M0）/M0×100%，式中M0為種子初始質(zhì)量，M1為種子吸脹后的質(zhì)量。

水分含量由白術(shù)種子烘干前后重量差值計算所得，隨機選取60 粒白術(shù)種子，稱其初始重后置于105 ℃烘箱中烘至恒重，然后取出再次稱重。水分含量=（m1-m2）/（m1-m0），式中m0為干燥盒的重量，m1為干燥盒加種子的初始重，m2為烘干后干燥盒加種子的重量。

1.3.3 白術(shù)種子生活力及萌發(fā)指標(biāo)測定 種子生活力測定參考沈宇峰等［11］的方法進行，用2% TTC 染色測定，種子生活力=（胚染色數(shù)/種子總數(shù)）×100%。

發(fā)芽率=種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢=前5 d 發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

霉變率=霉變種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 22.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和單因素方差分析，并用新復(fù)極差法（Duncan）進行多重比較（α=0.05）。利用Origin8.1軟件制圖，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 白術(shù)種子形態(tài)學(xué)、千粒重及種子活力

由圖1 可知，中心場的白術(shù)種子長、寬均低于其他地區(qū)的白術(shù)種子，分別為9.00 mm 和3.25 mm。不同產(chǎn)地的白術(shù)種子在千粒重上差異明顯，其中以李子溪2 的白術(shù)種子千粒重最高，為36.27 g；中心場的最低，為29.63 g。使用2%TTC 染色法測定種子的生活力，結(jié)果顯示，不同地區(qū)白術(shù)種子的生活力無顯著差異，均達90%以上。

2.2 白術(shù)種子吸水特性及水分含量

圖2 顯示，4 種咸豐白術(shù)種子的吸水特性基本一致，均在前6 h 吸水迅速，6～12 h 處于吸水平緩期，12 h 后種子吸水基本達到飽和狀態(tài)，吸水率基本保持不變。不同地區(qū)白術(shù)種子的水分含量存在明顯差異，其中活龍坪的白術(shù)種子水分含量最高。

圖2 咸豐不同地區(qū)白術(shù)種子的吸水特性和水分含量

2.3 白術(shù)種子發(fā)芽率

從圖3 可知，活龍坪、李子溪1 和李子溪2 的白術(shù)種子發(fā)芽率為67.8%～71.1%，中心場的白術(shù)種子發(fā)芽率顯著高于其他地區(qū)的白術(shù)種子，發(fā)芽勢顯著高于活龍坪和李子溪1，最終發(fā)芽率達到80%以上。

圖3 咸豐不同地區(qū)白術(shù)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢

不同地區(qū)的白術(shù)種子形態(tài)、千粒重、生活力、吸水特性和水分含量與其發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)見表1。從表1 可以看出，不同地區(qū)白術(shù)種子的千粒重和生活力均與發(fā)芽率呈正相關(guān)，其中活龍坪白術(shù)種子的千粒重與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)。

表1 咸豐不同地區(qū)白術(shù)種子形態(tài)學(xué)、千粒重、生活力、吸水率及水分含量與發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)

2.4 不同消毒方式對白術(shù)種子霉變率及發(fā)芽率的影響

由圖4 可知，與對照相比，消毒處理顯著降低了白術(shù)種子的霉變率，其中75%酒精和3%次氯酸鈉的消毒效果較好，霉變率顯著低于對照處理，降幅分別為79.0%和72.6%，其次為3%過氧化氫和0.5%高錳酸鉀，霉變率顯著低于對照處理，均為43.3%，降幅為37.1%。從不同消毒處理的白術(shù)種子發(fā)芽率來看，3%次氯酸鈉不僅有較好的消毒效果，對白術(shù)種子的萌發(fā)也有一定的促進作用，而75%酒精雖然消毒效果較好，但對白術(shù)種子萌發(fā)有嚴(yán)重的抑制作用，會使白術(shù)種子完全喪失活性。

圖4 不同消毒方式對白術(shù)種子霉變率及發(fā)芽率的影響

2.5 不同激素處理對白術(shù)種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響

由圖5 可知，100、200、400 mg/L 的GA3對白術(shù)種子的萌發(fā)有顯著的促進作用，發(fā)芽率相比于對照增幅均為20.4%。50、100、200 mg/L 的GA3處理對白術(shù)種子發(fā)芽勢有一定促進作用，增幅為12.0%～16.0%，但與對照相比差異不顯著。

圖5 不同濃度GA3對白術(shù)種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響

圖6 顯示，相比于對照，5、10、20 mg/L 的IAA 對白術(shù)種子的萌發(fā)有顯著的促進作用，發(fā)芽率增幅分別為31.0%、25.9%和24.3%。白術(shù)種子發(fā)芽勢以5 mg/L 的IAA 處理最高，為84.4%，顯著高于對照處理，增幅達31.0%。

圖6 不同濃度IAA 對白術(shù)種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響

從圖7 可以看出，5 mg/L 和10 mg/L 的6-BA 對白術(shù)種子的萌發(fā)有顯著的促進作用，相比于對照處理，發(fā)芽率增幅分別為27.1%和32.2%。5 mg/L 和10 mg/L 6-BA 處理下白術(shù)種子發(fā)芽勢顯著高于對照處理，增幅分別為29.3%和32.8%。

圖7 不同濃度6-BA 對白術(shù)種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響

3 小結(jié)與討論

試驗結(jié)果表明，不同地區(qū)的4 份種子中以中心場的白術(shù)種子生活力和發(fā)芽率最高，可初步作為咸豐的優(yōu)勢種源。白術(shù)種子最優(yōu)的消毒處理方式為3%次氯酸鈉浸泡消毒15 min。100～400 mg/L GA3、5～20 mg/L IAA 以及5～10 mg/L 6-BA 對白術(shù)種子萌發(fā)均具有較好的促進效果。

同一類種子，千粒重越大說明種粒越飽滿，其萌發(fā)也更有優(yōu)勢［12］。在本試驗中，4 種白術(shù)種子的千粒重都與其發(fā)芽率呈正相關(guān)，即對于同一品種的種子，其千粒重越大，發(fā)芽率也會越高。種子的生活力是指種子的潛在萌發(fā)能力或種胚所具有的生命力，通常指種子中具有生命力的種子數(shù)占種子總數(shù)的百分率，它不僅是種子質(zhì)量鑒定中一項重要檢測內(nèi)容，也是判斷種子質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)［13，14］。沈宇峰等［11］和趙文吉等［15］通過研究不同產(chǎn)地的白術(shù)種子生活力與發(fā)芽率的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)白術(shù)種子的生活力和發(fā)芽率顯著正相關(guān)。本試驗通過TTC 法測定白術(shù)種子生活力，結(jié)果也得出白術(shù)種子的生活力與其發(fā)芽率呈正相關(guān)，生活力高的種子發(fā)芽率也越高。本研究中，中心場白術(shù)種子生活力最高，發(fā)芽率和萌發(fā)勢也高于其他地區(qū)的白術(shù)種子，可以作為咸豐的優(yōu)異種源。此外，不同地區(qū)的白術(shù)種子種長、種寬、吸水率以及水分含量與其發(fā)芽率的關(guān)系存在一定差異，并未呈現(xiàn)特定的相關(guān)性，這可能與白術(shù)種源及生長環(huán)境差異有關(guān)，但具體原因有待進一步研究。

植物在生長發(fā)育過程中有一些病害與其種子自身帶有的病菌有關(guān)，所以種子種植前對其進行消毒處理可以有效地減輕植物生長期間病害的發(fā)生［16］。此外，消毒處理還可以顯著降低種子在萌發(fā)過程中的霉變率，提升成苗率［17］。晏家祥等［18］和李忠光等［19］分別研究了消毒劑對毛紅椿和小桐子種子霉變率的影響，證明了適宜的消毒劑可以有效降低種子的霉變率。在本試驗中，4 種消毒劑均可有效降低白術(shù)種子霉變率，且以3%的次氯酸鈉和75%的酒精效果更佳，但75%酒精消毒處理會使白術(shù)種子完全喪失活性，這與晏家祥等［18］研究75%酒精對毛紅椿種子發(fā)芽率影響的結(jié)果類似，因此75%酒精不可以作為白術(shù)種子的消毒試劑。3%的次氯酸鈉對白術(shù)種子的發(fā)芽率沒有顯著影響，反而具有一定的促進作用，因此3%次氯酸鈉是白術(shù)種子的理想消毒劑。李忠光等［19］的研究表明，次氯酸鈉雖然可以降低小桐子的霉變率，但對小桐子種子萌發(fā)具有一定的抑制作用，說明同樣的消毒劑對不同植物種子的消毒效果和發(fā)芽率的影響不同，這可能與種子表面的霉菌類型和種子生物學(xué)特性不同有關(guān)。

植物生長調(diào)節(jié)劑是一類與植物激素具有相似生理和生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)，它能夠影響植物種子的萌發(fā)以及植株的生長發(fā)育。GA3是廣泛存在的一種植物激素，它參與種子萌發(fā)，幼苗生長和果實成熟等重要的生理過程；在解除種子休眠、細(xì)胞分裂和分化等方面也起著促進作用［20，21］。IAA 是一種植物體內(nèi)普遍存在的內(nèi)源生長素，對細(xì)胞分裂伸長和分化具有重要的作用［22］。劉生財?shù)龋?3］的研究表明，莧菜早期生長過程中幼苗鮮重增加和根系生長發(fā)育與IAA 存在密切聯(lián)系。6-BA 是一類能夠促進胞質(zhì)分裂的物質(zhì)，與IAA 具有協(xié)同作用，是調(diào)節(jié)植物細(xì)胞生長和發(fā)育的重要激素，能夠促進細(xì)胞的分裂和種子的萌發(fā)［24］。本研究結(jié)果表明，100～400 mg/L 的GA3、5～20 mg/L 的IAA 以 及5～10 mg/L 的6-BA 對 白 術(shù) 種 子 的萌發(fā)均具有較好的促進作用，而激素的濃度過低或過高均無法提高白術(shù)種子的發(fā)芽率，說明GA3、IAA以及6-BA 對白術(shù)種子的萌發(fā)存在顯著的劑量效應(yīng)，這與以往報道的生長激素對莧菜、紫羅勒以及菜瓜種子萌發(fā)的影響結(jié)果類似［23，25，26］?？傮w來說，低濃度的激素對白術(shù)種子的萌發(fā)有一定的促進作用，而高濃度的激素處理效果不顯著，甚至?xí)a(chǎn)生抑制作用。