人參種子胚后發(fā)育與生理后熟處理方法研究

楊 威 鄭德龍 蔡世霞 薛 爽

（吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 吉林吉林 132000）

人參種子具有休眠的特性，需要經(jīng)過處理，解除休眠，才能發(fā)芽?？茖W(xué)研究證明，人參種子休眠主要原因是種子胚沒有發(fā)育完成，需要經(jīng)過后熟期。自然環(huán)境中，人參種子的休眠期是在冬季低溫條件下進(jìn)行，是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要幾個(gè)月的時(shí)間種子胚才能發(fā)育完成。人參種皮厚實(shí)緊密，通透性差，難以吸收水分，交換氣體，種子中還含有抑制發(fā)芽的活性物質(zhì)，必須經(jīng)過沙藏處理或者應(yīng)用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑進(jìn)行化學(xué)處理，才能完成種子胚后發(fā)育和生理后熟，解除休眠，發(fā)芽生長(zhǎng)[1]。

人參種子休眠受多種因素的影響和多種物質(zhì)的控制，脫落酸就是抑制人參種子萌發(fā)的主要化學(xué)物質(zhì)之一。脫落酸不耐高溫，在溫度高的條件下容易分解，但是僅利用高溫分解脫落酸，并不能解除人參種子的休眠。植物種子休眠是一種復(fù)雜的自我保護(hù)機(jī)制，經(jīng)過漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過程，形成完善的基因控制過程。解除人參種子休眠是科研工作者一直探索的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)過多年的理論研究和科學(xué)實(shí)踐，已經(jīng)探索出了比較可行的技術(shù)方法，取得了一定的科研成果，應(yīng)用于人參生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中[2]。

本科研團(tuán)隊(duì)從2002年開展人參研究，主攻人參野化栽培，籽播林下參，尤其是林下參采收后的加工技術(shù)，在人參種子人工處理解除休眠方面也做了一些研究，近幾年取得了一些成果，可以為人參科研提供學(xué)術(shù)參考，為人參栽培提供技術(shù)指導(dǎo)。本試驗(yàn)從2017年開始確定方案，收集材料，于2018-2021年完成所有試驗(yàn)程序。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

人參品種為‘吉參1號(hào)’，是我國(guó)第一個(gè)通過品種審定委員會(huì)審定的人工培育的人參新品種，是由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所選育的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型人參新品種，非常適合吉林地區(qū)種植[3]。

實(shí)驗(yàn)室是吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心化驗(yàn)室，試驗(yàn)場(chǎng)地是吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝試驗(yàn)區(qū)。實(shí)驗(yàn)室用水為純凈水，試驗(yàn)地為沙壤，pH為7，試驗(yàn)地用水為深井自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

每個(gè)處理使用篩選后的人參種子1 000粒，隨機(jī)稱取。在中心化驗(yàn)室進(jìn)行種子處理和發(fā)芽試驗(yàn)，在園藝試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行出苗試驗(yàn)。恒溫恒時(shí)處理試驗(yàn)，設(shè)計(jì)為4個(gè)溫度處理、1個(gè)對(duì)照，每1個(gè)溫度處理設(shè)計(jì)4個(gè)時(shí)間處理，共設(shè)計(jì)20個(gè)處理。人參種子胚后發(fā)育試驗(yàn)和生理后熟試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行。

恒溫恒時(shí)處理試驗(yàn)完成后，確定最佳試驗(yàn)組合，再進(jìn)行變溫變時(shí)和野外自然環(huán)境處理試驗(yàn)，與最佳組合進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)3個(gè)處理，即最佳恒溫恒時(shí)組合處理、變溫變時(shí)組合處理、野外自然環(huán)境處理，室內(nèi)常溫環(huán)境處理為對(duì)照。

各處理試驗(yàn)在同一環(huán)境下進(jìn)行，隨機(jī)區(qū)組排列，統(tǒng)一時(shí)間調(diào)查，計(jì)算平均值。

精選當(dāng)年采收的‘吉參1號(hào)’人參種子，先用清水浸泡種子36 h，然后撈出，按照種子與細(xì)沙1∶3的比例混拌均勻，細(xì)沙含水量10%，放入塑料盒中進(jìn)行沙藏處理。實(shí)驗(yàn)室用的細(xì)沙采用高溫消毒。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 種子胚后發(fā)育試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)溫度處理，1個(gè)對(duì)照（CK），分別為5℃、10℃、15℃、20℃，對(duì)照為常溫。每個(gè)溫度處理設(shè)計(jì)4個(gè)時(shí)間處理：60 d、90 d、120 d、150 d。選用當(dāng)年采收的‘吉參1號(hào)’人參種子，浸泡處理和消毒處理后，與細(xì)沙混拌均勻，裝入塑料盒中，放入實(shí)驗(yàn)室冰箱，設(shè)好溫度，7 d翻動(dòng)1次。

1.3.2 種子生理后熟試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)溫度處理，1個(gè)對(duì)照（CK），分別為0℃、5℃、10℃、15℃、對(duì)照為常溫，每個(gè)溫度處理設(shè)計(jì)4個(gè)時(shí)間處理：30 d、60 d、90 d、120 d。將經(jīng)過種子胚后發(fā)育試驗(yàn)處理后的種子，清除未開口的失效種子，重新沙藏，與細(xì)沙混拌均勻，放入實(shí)驗(yàn)室冰箱，繼續(xù)進(jìn)行生理后熟解除休眠處理，7 d翻動(dòng)1次。

1.3.3 種子出苗試驗(yàn)選用生理后熟沙藏處理完成的種子，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗(yàn)和試驗(yàn)田直接播種出苗試驗(yàn)。每個(gè)處理隨機(jī)選用處理后的種子1 000粒，用50%多菌靈500倍水溶液浸泡種子10 min進(jìn)行消毒處理。試驗(yàn)田出苗試驗(yàn)采用大壟點(diǎn)播，播種深度3 cm，間距5 cm，覆土后撒施50%多菌靈，覆蓋遮陽網(wǎng)。

1.3.4 變溫處理試驗(yàn)為驗(yàn)證最佳恒溫恒時(shí)處理組合的有效性，設(shè)計(jì)變溫處理試驗(yàn)，種子胚后發(fā)育試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)變溫處理：5℃、30 d；10℃、30 d；15℃、30 d；20℃、30 d。種子生理后熟試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)變溫處理：0℃、30 d；5℃、30 d；10℃、30 d。野外自然環(huán)境處理是將沙藏的種子埋入試驗(yàn)區(qū)，覆蓋10 cm土中，進(jìn)行沙藏越冬處理。對(duì)照（CK）是將沙藏種子放在實(shí)驗(yàn)室常溫儲(chǔ)藏。野外處理不翻動(dòng)，其他處理7 d翻動(dòng)1次。

2 結(jié)果與分析

人參種子沙藏60 d時(shí)，20℃處理種子種皮開始出現(xiàn)開口，發(fā)育不全的種子胚開始繼續(xù)發(fā)育，種子胚的后發(fā)育與溫度有密切關(guān)系，沙藏時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，20℃處理的試驗(yàn)材料，開口率出現(xiàn)下降，可見沙藏時(shí)間也是人參種子胚后發(fā)育成熟的重要因素。

2.1 不同處理對(duì)人參種子胚后發(fā)育的影響

由表1可知，沙藏90 d的試驗(yàn)材料開口率最高，4個(gè)溫度處理分別達(dá)到57%、88%、90%、82%，對(duì)照材料也達(dá)到59%，其中15℃處理的試驗(yàn)材料，開口率最高，其次是10℃、20℃、CK、5℃。試驗(yàn)證明，處理時(shí)間是人參種子胚后發(fā)育的主要因素，處理溫度是次要因素，不同的時(shí)間處理差異顯著。

表1 不同時(shí)間和溫度處理對(duì)人參種子胚發(fā)育（開口率）的影響（單位：%）

2.2 不同處理對(duì)人參種子生理后熟（發(fā)芽率）的影響

選用15℃處理90 d的試驗(yàn)材料繼續(xù)進(jìn)行發(fā)芽率試驗(yàn)。試驗(yàn)材料繼續(xù)進(jìn)行沙藏處理，促進(jìn)生理后熟，分解脫落酸等抑制發(fā)芽的生物活性物質(zhì)，在0℃、5℃、10℃、15℃條件下，繼續(xù)沙藏30 d、60 d、90 d、120 d，完成生理后熟，徹底解除休眠。選擇開口完全的人參種子，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室恒溫箱發(fā)芽試驗(yàn)。所有處理中，5℃溫度下處理90 d的人參種子發(fā)芽率最高，達(dá)到96%，然后是0℃處理90 d的種子，發(fā)芽率為92%，其次是10℃處理90 d的種子，發(fā)芽率為86%，3個(gè)處理都明顯高于對(duì)照（表2）。

表2 不同時(shí)間和溫度處理對(duì)人參種子生理后熟（發(fā)芽率）的影響（單位：%）

2.3 不同處理對(duì)人參種子出苗的影響

選用完成生理后熟的試驗(yàn)材料進(jìn)行試驗(yàn)田出苗試驗(yàn)，試驗(yàn)田平壟做畦，土壤消毒，覆遮陽網(wǎng)。所有處理中，5℃處理90 d的人參種子出苗率最高，達(dá)到90%，然后是0℃處理90 d的種子，發(fā)芽率為88%，其次是10℃處理90 d的種子，發(fā)芽率為86%，3個(gè)處理都明顯高于對(duì)照（表3）。

表3 不同時(shí)間和溫度處理對(duì)人參種子出苗率的影響（單位：%）

2.4 變溫處理對(duì)人參種子胚發(fā)育和生理后熟的影響

15℃恒溫處理人參種子沙藏70 d時(shí)，種皮出現(xiàn)開口，種子胚開始發(fā)育，變溫處理的種子90 d種皮才出現(xiàn)開口，說明前期的低溫限制了種子胚的發(fā)育，種子胚的后發(fā)育與溫度密切相關(guān)。沙藏處理90 d時(shí)，15℃處理的種子已經(jīng)發(fā)育完成，開口率為87%，變溫處理120 d的種子開口率只有70%，高于對(duì)照和野外處理。

選用15℃恒溫處理完成胚發(fā)育的種子，繼續(xù)進(jìn)行5℃恒溫生理后熟試驗(yàn)、變溫處理試驗(yàn)，結(jié)果表明，5℃恒溫處理90 d的種子，實(shí)驗(yàn)室發(fā)芽率為90%，田間出苗率為89%，變溫處理90 d的種子，室內(nèi)發(fā)芽率為75%，田間出苗率為73%，但高于對(duì)照和野外處理（表4）。

表4 變溫處理對(duì)人參種子胚發(fā)育和發(fā)芽率的影響（單位：%）

3 討論與結(jié)論

3.1 人參種子處理的應(yīng)用

人參種子處理的時(shí)間和溫度不同，代表人參種子胚后發(fā)育完成的開口率和人參種子生理后熟的出苗率都有明顯差異。其中15℃沙藏90 d的人參種子開口率最高，5℃沙藏90 d的人參種子出苗率最高。試驗(yàn)證明，人參種子需要在15℃環(huán)境條件下濕沙儲(chǔ)藏90 d，發(fā)育不全的種子胚才能完成后期發(fā)育，而人參種子的生理后熟需要在5℃的環(huán)境條件下繼續(xù)沙藏90 d才能解除休眠，出苗生長(zhǎng)。

3.2 人參種子處理方法的有效性

人參種子在野外自然環(huán)境下休眠，溫度隨自然環(huán)境變化，加上其他各種因素的影響，出苗率不高，所以真正的野山參十分稀少。本試驗(yàn)證明，變溫處理不能促進(jìn)人參種子胚的發(fā)育和生理后熟，具體原因可能是胚發(fā)育完成后，溫度的劇烈變化，尤其是胚發(fā)育完成后高溫或低溫又造成胚的傷害，影響了發(fā)芽和出苗，而恒溫條件下，對(duì)已經(jīng)發(fā)育成熟的胚具有保護(hù)作用，從而提高了發(fā)芽率和出苗率。在自然環(huán)境中，人參的種子脫落以后，需要經(jīng)過枯枝落葉或者土壤的覆蓋，在一個(gè)相對(duì)恒溫的環(huán)境中經(jīng)過漫長(zhǎng)冬季才能完成發(fā)育，解除休眠。

3.3 人參種子處理研究展望

人參種子的種皮厚實(shí)緊密，通透性不良，種子中含有高含量的生長(zhǎng)抑制物質(zhì)，如脫落酸等，抑制種子發(fā)芽。在自然環(huán)境中，人參種子被鳥獸啄食，經(jīng)過動(dòng)物腸胃的消化過程，破壞了種皮，增加了通透性，同時(shí)動(dòng)物的消化液幫助人參種子中抑制發(fā)芽的化學(xué)物質(zhì)分解，經(jīng)過動(dòng)物排泄后，落入土中，經(jīng)過漫長(zhǎng)冬季，胚發(fā)育成熟，抑制發(fā)芽物質(zhì)分解，解除了休眠。經(jīng)過動(dòng)物消化道的人參種子，發(fā)芽率提高，為科學(xué)研究提供了思路。人參種子處理研究的方向就在于加強(qiáng)種皮的通透性，吸收水分和氧氣，在低溫環(huán)境下利用充分的時(shí)間讓種子胚繼續(xù)發(fā)育，完全成熟。人參種子人工解除休眠，也是利用低溫沙藏的方式，通過長(zhǎng)時(shí)間的沙藏，分解抑制萌發(fā)的化學(xué)物質(zhì)，使其分解轉(zhuǎn)化或者失去活性，以此方法解除休眠。

隨著科學(xué)發(fā)展，傳統(tǒng)的方法必將被更加科學(xué)有效的方法所取代，人參的基礎(chǔ)理論研究已經(jīng)有所突破，現(xiàn)代育種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基因編程，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用也已經(jīng)可以改變植物的很多特性。未來科學(xué)發(fā)展的方向，必然會(huì)向更加有效、便捷的方向發(fā)展，人參種子的處理，也不限于通過傳統(tǒng)的低溫沙藏，經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間來完成后熟，解除休眠，也可以通過基因育種或者化學(xué)處理的方法，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效的處理，促進(jìn)人參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]。