不同引發(fā)劑對柴胡種子萌發(fā)的影響

張鑫瑞， 李 政， 孫 哲， 李澳旋， 喬永剛， 郭淑紅， 宋 蕓*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 山西 太谷 030801； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)作物研究所， 山西 汾陽 032200)

0 引言

【研究意義】柴胡(Bupleurumchinense)是傘形科柴胡屬植物，為多年生草本，其根可入藥，是常用中藥之一，中藥材柴胡是傘形科植物柴胡或狹葉柴胡(Bupleurumscorzonerifolium)的干燥根[1]。柴胡具有解表退熱，疏肝解郁，升舉陽氣的藥理作用[2]。柴胡種子壽命短、發(fā)芽率與發(fā)芽勢均較低，生產(chǎn)上柴胡種子發(fā)芽所需時間較長，出苗困難，在發(fā)芽過程中易出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象。同時，柴胡種子活力會在短時間內(nèi)降低，其發(fā)芽難度增加[3]。柴胡種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢直接影響柴胡幼苗和藥材質(zhì)量，對柴胡種植的影響較大。傳統(tǒng)種植柴胡常用開水燙種、摩擦破殼等方法提高其發(fā)芽率，但由于柴胡種子較小，摩擦破殼可能會傷害柴胡種子，燙種則可能使種子直接喪失活力。所以，在不損傷種子的前提下，提高柴胡的發(fā)芽勢對于柴胡的生產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】種子引發(fā)技術(shù)是基于種子萌發(fā)機(jī)制提出的一種播種前種子處理技術(shù)，可在種子發(fā)芽前的胚芽早期觸發(fā)正常的代謝過程[4]，其優(yōu)點(diǎn)是可以打破種子休眠，提高種子活力，改善種子發(fā)芽過程中時間較長的特性，提高種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率[5]。種子引發(fā)技術(shù)通過控制種子緩慢吸水和逐步回干,從而提高種子活力，促進(jìn)細(xì)胞膜、細(xì)胞器的修復(fù)和酶的活化,為種子萌發(fā)做好各種生理準(zhǔn)備[6]。與傳統(tǒng)種植相比，種子引發(fā)技術(shù)具有操作簡單，對種子的傷害較小等優(yōu)點(diǎn)，種子引發(fā)技術(shù)已應(yīng)用于黃芪和板藍(lán)根等植物[7-9]。文景琦等[10]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的外源H2O2對不同燕麥品種種子萌發(fā)的影響不同，外源H2O2濃度為0.1%對其促進(jìn)效果最為明顯。王鐵兵等[11]使用不同濃度水楊酸、赤霉素和聚乙二醇溶液對老化的玉米種子進(jìn)行引發(fā)處理表明，0.10 mmol/L水楊酸、0.025%赤霉素、10%聚乙二醇處理可顯著提高老化玉米種子的發(fā)芽率。劉小越等[12]研究表明，0.1%的細(xì)胞分裂素對甜菜種子發(fā)芽的促進(jìn)效果最好。張麗榮等[13]研究發(fā)現(xiàn)，氯化鈣溶液可提高老化金蓮花種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)，以5 mmol/L的氯化鈣溶液的效果最佳?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】隨著柴胡的藥理作用不斷被挖掘，市場對于柴胡的需求量逐漸增加。柴胡種子發(fā)芽率低影響柴胡的產(chǎn)量及藥材質(zhì)量，但鮮見關(guān)于引發(fā)劑對柴胡種子萌發(fā)影響的研究報(bào)道。選擇赤霉素、氯化鈣、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸為引發(fā)劑，研究其對柴胡種子萌發(fā)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探明不同濃度赤霉素、氯化鈣、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸對柴胡種子萌發(fā)的影響，以期為其生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 柴胡種子 柴胡(BupleurumchinenseDC.)種子，2020年5月收集于山西臨汾市襄汾縣新城鎮(zhèn)伯社村，避光室溫保存。種子標(biāo)本保存于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院標(biāo)本室，植株種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)申奉試驗(yàn)地。

1.1.2 引發(fā)劑 赤霉素(GA3)、氯化鈣(CaCl2)、聚乙二醇(PEG-6000)和硼酸(H3BO3)，市購。

1.2 方法

1.2.1 種子引發(fā)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1) 引發(fā)劑引發(fā)。選擇赤霉素、氯化鈣、PEG-6000和硼酸為引發(fā)劑，每種引發(fā)劑設(shè)4個濃度處理(處理1～4)：赤霉素溶液分別為50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L；氯化鈣溶液分別為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%；PEG-6000溶液分別為10%、15%、20%和25%；硼酸溶液分別為50 mg/L、150 mg/L、250 mg/L和350 mg/L。在盛有30 mL各引發(fā)劑的培養(yǎng)皿分別加入籽粒飽滿、顏色及大小一致的柴胡種子5 g，使引發(fā)劑完全浸沒種子，然后將培養(yǎng)皿置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中浸泡24 h進(jìn)行引發(fā)，每4 h拿出培養(yǎng)皿用玻璃棒攪拌保證種子均勻吸水，3次重復(fù)。將各引發(fā)劑引發(fā)浸泡結(jié)束后的種子用蒸餾水沖洗表面殘留的引發(fā)液，并用干凈的濾紙吸干種子表面水分，然后再將種子攤在干凈的濾紙上于室內(nèi)(18～23℃)回干后備用。

2) 水引發(fā)。選取籽粒飽滿、顏色及大小一致的柴胡種子5 g，置于盛有等量蒸餾水的培養(yǎng)皿中，于25℃恒溫培養(yǎng)箱中分別浸泡8 h、16 h、24 h、36 h(處理1～4)。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗(yàn) 不同引發(fā)劑各濃度處理(處理1～4)回干結(jié)束后的柴胡種子放入培養(yǎng)皿中進(jìn)行紙上發(fā)芽，培養(yǎng)皿中放置雙層濾紙，每個培養(yǎng)皿50粒種子，3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于20℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。以不做任何處理為照組(CK)，同樣選取籽粒飽滿、顏色及大小一致的柴胡種子5 g進(jìn)行紙上發(fā)芽，培養(yǎng)皿中放置雙層濾紙，每個培養(yǎng)皿50粒種子，3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于20℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，記為處理1～4。

1.2.3 引發(fā)對柴胡種子最早發(fā)芽時間的影響 以不進(jìn)行引發(fā)處理為對照(CK)，赤霉素溶液、氯化鈣溶液、PEG-6000溶液、硼酸溶液和水對柴胡種子進(jìn)行引發(fā)分別設(shè)不同處理濃度和處理時間，統(tǒng)計(jì)時取各處理組的最早發(fā)芽時間。

1.2.4 指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算 考慮到柴胡種子發(fā)霉率較高且發(fā)芽進(jìn)程較長，有發(fā)霉情況則更換濾紙。每天更換培養(yǎng)皿中濾紙，每天統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽數(shù)(以露白為準(zhǔn))，25 d后根據(jù)公式計(jì)算柴胡發(fā)芽勢及發(fā)芽率。

發(fā)芽率=(試驗(yàn)時間內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽勢=(日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰時間內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

平均萌發(fā)時間=∑(Ti×Ni)/S

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

其中，Ti為時間(d)，Ni為試驗(yàn)第i天萌發(fā)的種子數(shù)，S為萌發(fā)種子總數(shù)，Gt為第25天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時間(d)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，采用Dun-can法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤霉素溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)的影響

從表1可知，不同濃度赤霉素溶液引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均萌發(fā)時間存在差異。發(fā)芽率：處理2和CK最高，均為38.00%；處理3最低，為28.00%；處理2和CK顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。發(fā)芽勢：處理2最高，為31.33%；處理4其次，為24.00%；處理1最低，為20.67%；處理2顯著高于除處理4外的其余處理，其余處理間差異不顯著。發(fā)芽指數(shù)：處理2最大，為1.15；CK其次，為1.04；處理1最小，為0.86；處理2顯著大于處理1和處理3，其余處理間差異不顯著。平均萌發(fā)時間：CK最長，為19.00 d；處理1其次，為18.43 d；處理3最短，為16.30 d；CK顯著長于除處理1外的其余處理，處理1與處理2差異不顯著，處理2～4間差異不顯著。表明，4個濃度赤霉素溶液處理均可縮短柴胡種子的發(fā)芽進(jìn)程，以赤霉素濃度為100 mg/L時對柴胡種子的引發(fā)效果最好。

表1 不同濃度赤霉素溶液引發(fā)柴胡種子的萌發(fā)狀況

2.2 氯化鈣溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)的影響

從表2看出，不同濃度氯化鈣溶液引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均萌發(fā)時間存在差異。發(fā)芽率：處理3最高，為48.67%；處理4其次，為43.33%；處理1最低，為32.67%；處理3顯著高于除處理4外的其余處理，處理1顯著低于除CK外的其余處理，其余處理間差異不顯著。發(fā)芽勢：處理3最高，為33.33%；處理4其次，為30.00%；CK最低，為23.33%；處理3顯著高于CK，CK與其余處理間差異均不顯著。發(fā)芽指數(shù)：處理3最大，為1.38；處理2和處理4其次，均為1.21；處理1最小，為1.01；處理3顯著大于處理1，處理1與其余處理間差異均不顯著。平均萌發(fā)時間：CK最長，為19.00 d；處理2其次，為18.53 d；處理1最短，為16.86 d；處理1顯著短于其余處理，其余處理間差異不顯著。表明，當(dāng)氯化鈣溶液濃度為1.50%時對柴胡種子的引發(fā)效果最好。

表2 不同濃度氯化鈣溶液引發(fā)柴胡種子的萌發(fā)狀況

2.3 PEG-6000溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)的影響

從表3看出，不同濃度PEG-6000溶液引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均萌發(fā)時間存在差異。發(fā)芽率：處理3最高，為48.00%；處理4其次，為43.33%；CK最低，為38.00%；處理3顯著高于CK，CK與其余處理間差異不顯著。發(fā)芽勢：處理3最高，為38.00%；CK其次，為23.33%；處理1最低，為8.00%；處理3顯著高于其余處理，處理1、處理2和處理4間差異不顯著，三者顯著低于CK。發(fā)芽指數(shù)：處理3最大，為1.42；處理4其次，為1.31；CK最小，為1.04；CK顯著小于除處理1外的其余處理，其余處理間差異不顯著。平均萌發(fā)時間：CK最長，為19.00 d；處理1其次，為17.80 d；處理4最短，為17.10 d；CK顯著長于除處理1和處理3外的其余處理，處理1～4間差異不顯著。表明，PEG-6000濃度為20%時對柴胡種子的引發(fā)效果最好。

表3 不同濃度PEG-6000溶液引發(fā)對柴胡種子的萌發(fā)狀況

2.4 硼酸溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)的影響

從表4看出，不同濃度硼酸溶液引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均萌發(fā)時間存在差異。發(fā)芽率：處理3最高，為42.67%；處理1其次，為42.00%；處理4最低，為35.33%；處理4顯著低于除CK外的其余處理，CK與其余處理間差異不顯著。發(fā)芽勢：處理3最高，為34.00%；處理2和CK其次，均為23.33%；處理4最低，為16.00%；處理3顯著高于其余處理，處理4顯著低于除處理1外的其余處理，其余處理間差異不顯著。發(fā)芽指數(shù)：處理1和處理3最大，均為1.25；處理4最小，為1.01；處理1～3間差異不顯著，但均顯著大于處理4，處理4與CK間、處理2與CK間差異不顯著。平均萌發(fā)時間：CK最長，為19.00 d；處理4其次，為18.13 d；處理2最短，為17.50 d；CK顯著長于除處理4外的其余處理，其余處理間差異不顯著。表明，在硼酸溶液濃度為 250 mg/L時對柴胡種子的引發(fā)效果最好。

表4 不同濃度硼酸溶液引發(fā)柴胡種子的萌發(fā)狀況

2.5 不同時長水引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)的影響

從表5看出，不同時長水引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均萌發(fā)時間存在差異。發(fā)芽率：處理4最高，為43.33%；處理1其次，為40.00%；處理2最低，為34.00%；處理4顯著高于處理2，CK/處理1/處理2/處理3間、CK/處理1/處理3/處理4間差異不顯著。發(fā)芽勢：處理1最高，為32.67%；處理3其次，均為31.33%；CK最低，為23.33%；處理1和處理3顯著高于CK，處理1/處理2/處理3/處理4間、CK/處理2/處理4間差異不顯著。發(fā)芽指數(shù)：各處理為0.98～1.16，處理間差異不顯著。平均萌發(fā)時間：處理4最長，為19.53 d；CK其次，為19.00 d；處理1最短，為17.60 d；處理4顯著長于除CK外的其余處理，其余處理間差異不顯著。表明，水引發(fā)時間為8 h時，各發(fā)芽指標(biāo)均較CK提高，水引發(fā)時間為36 h時，除平均萌發(fā)時間外，其余指標(biāo)均較CK提高。

表5 不同時長水引發(fā)柴胡種子的萌發(fā)狀況

2.6 引發(fā)對柴胡種子最早發(fā)芽時間的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，對照(CK)、赤霉素引發(fā)、氯化鈣引發(fā)、PEG-6000引發(fā)、硼酸引發(fā)和水引發(fā)柴胡種子最早發(fā)芽時間分別為14 d、11 d、11 d、10 d、10 d和11 d。其中，PEG-6000溶液和硼酸溶液引發(fā)的最早發(fā)芽時間最短，為10d，最早發(fā)芽時間較CK提早4 d，赤霉素溶液、氯化鈣溶液和水引發(fā)的最早發(fā)芽時間居中，均為11 d，較CK提早3 d。

3 討論

發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是衡量種子發(fā)芽能力的重要指標(biāo)，種子的發(fā)芽率是指發(fā)芽結(jié)束后，發(fā)芽數(shù)占測試種子總數(shù)的百分比，反應(yīng)種子的發(fā)芽速度[14]；發(fā)芽勢是種子從發(fā)芽開始到發(fā)芽高峰時段內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)占測試種子總數(shù)的百分比，發(fā)芽勢可以反應(yīng)測試種子的發(fā)芽是否集中在一段時間和發(fā)芽是否整齊[15]；而發(fā)芽指數(shù)是種子的活力指標(biāo)，如果發(fā)芽過程中種子的發(fā)芽指數(shù)高，說明待測試種子的活力就高。種子萌發(fā)是植物生命周期的關(guān)鍵階段，對外界環(huán)境非常敏感。引發(fā)能促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長，使種子萌發(fā)的時間縮短，加快發(fā)芽進(jìn)程，提高種子活力。引發(fā)方法、引發(fā)劑種類和濃度、發(fā)芽溫度和外界環(huán)境不同，其引發(fā)對種子發(fā)芽特性的影響存在差異。赤霉素能提高柴胡種子的發(fā)芽率以及發(fā)芽指數(shù)[16]。清水浸種不僅能夠促使柴胡種子提早萌發(fā)，而且能夠提高柴胡種子發(fā)芽率[17]。氯化鈣溶液可促進(jìn)柴胡種子萌發(fā)，提升發(fā)芽率和發(fā)芽勢[18]。PEG-6000引發(fā)可提高柴胡種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢[19]。上述研究為柴胡引發(fā)篩選了合適的處理方法，為在育種和人工栽培領(lǐng)域提高柴胡的發(fā)芽率提供了有益的參考。但是，前述研究只是探討了引發(fā)后未回干的柴胡種子的發(fā)芽變化，而在實(shí)際育種及栽培過程中，種子在引發(fā)處理后可能會進(jìn)行貯藏以及運(yùn)輸，所以研究回干后種子引發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。

研究結(jié)果表明，赤霉素溶液引發(fā)柴胡種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢較CK相同甚至降低，可能是由于赤霉素引發(fā)后的回干過程使赤霉素對柴胡的引發(fā)效果消失，進(jìn)而影響后續(xù)柴胡種子的吸水發(fā)芽過程。氯化鈣溶液和PEG-6000溶液引發(fā)均可提高柴胡種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，以1.50%氯化鈣溶液和20%PEG-6000溶液對柴胡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)提高效果最好，但從平均萌發(fā)時間看，20% PEG-6000溶液對發(fā)芽進(jìn)程的縮短效果較1.50%氯化鈣溶液好。總體看，氯化鈣溶液和PEG-6000溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)進(jìn)程的提高效果優(yōu)于硼酸溶液和水引發(fā)。

水引發(fā)時長除36 h外，其余引發(fā)時長處理柴胡的平均萌發(fā)時間縮短，并使種子集中在一段時間萌發(fā)，提高柴胡種子在一定時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)量，為柴胡的播種以及育種爭取時間，對種子快速完成萌發(fā)代謝過程有利，可避開不利環(huán)境因素對種子萌發(fā)的影響。研究結(jié)果表明，各引發(fā)處理均可縮短柴胡的最早發(fā)芽時間，加速其發(fā)芽進(jìn)程。

4 結(jié)論

赤霉素溶液、氯化鈣溶液、PEG-6000溶液和硼酸溶液為引發(fā)劑的各濃度處理中，總體上以氯化鈣溶液和PEG-6000溶液引發(fā)對柴胡種子萌發(fā)進(jìn)程的提高效果優(yōu)于硼酸溶液和水引發(fā)，其中20%PEG-6000溶液的引發(fā)效果最好，1.50%氯化鈣溶液其次，均可顯著提高柴胡種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，縮短發(fā)芽的平均萌發(fā)時間，并使首次發(fā)芽時間提前，加快其發(fā)芽進(jìn)程。