油菜素內(nèi)脂和赤霉素對高山杜鵑種子萌發(fā)的影響研究

余 鴿，李小玲

(楊凌職業(yè)技術(shù)學院,陜西 楊凌 712100; 2.商洛學院, 陜西 商洛 726000)

高山杜鵑(Rhododendronlapponicum)是杜鵑花科杜鵑花屬觀賞類植物，常生長于高山、苔原或沼澤地帶較為耐寒，冷涼、濕度較大的環(huán)境[1]。它以其碩大優(yōu)美的花型、嬌艷奪目的花色、優(yōu)雅婀娜的樹姿受到了人們的關(guān)注，與報春花、綠絨蒿、龍膽并稱為四大高山花卉，并享有“花中西施”的美譽[2]。

陜西秦嶺地區(qū)野生杜鵑種類共28種，占我國杜鵑花品種的5.1%，其中秦嶺高山杜鵑為陜西特有種[3]。種子繁殖是杜鵑引種栽培的主要途徑之一，由于秦嶺高山杜鵑種子十分細小且具有休眠性，降低了其發(fā)芽率，常不易萌發(fā)。研究表明，適當?shù)募に靥幚砜梢杂行Ц纳浦参锓N子萌發(fā)狀況，探索其對秦嶺高山杜鵑種子萌發(fā)的影響具有重要意義。

油菜素內(nèi)酯(brassinolide,BR)，又稱蕓苔素，是一種新型植物內(nèi)源激素，與其他激素不同，它具有無毒、廣譜、高效的特點[4]。相關(guān)研究顯示，油菜素內(nèi)酯具有提高作物質(zhì)量，壯根促果，能夠有效減少因多種不良條件對植物造成的損傷，增強植株抗旱、抗高溫、抗鹽堿的特性[5～8]。郭慧琴等[9]和張學明等[10]使用油菜素內(nèi)酯在逆境下分別對羊草和黃芩種子萌發(fā)進行研究，發(fā)現(xiàn)一定濃度下均能提高發(fā)芽率。與油菜素內(nèi)酯作用相類似，赤霉素(GA)不僅能夠加速植株根、莖、花、果實的生長和發(fā)育，使其提前成熟，加快生長周期，還可以打破植物種子、鱗莖的休眠，促進種子萌發(fā)。劉林等[14]的研究已經(jīng)表明，赤霉素的浸種處理可以改善高山杜鵑種子萌發(fā)情況。

近年來，針對秦嶺高山杜鵑的研究主要集中在引種馴化、資源調(diào)查等領(lǐng)域，而在高山杜鵑種子萌發(fā)條件探索及生理特性方面的研究報道較少。因此，研究并綜合分析油菜素內(nèi)酯與赤霉素對高山杜鵑種子萌發(fā)的影響，對有效提高種子萌發(fā)率與成活率和高山杜鵑的引種栽培具有一定的理論參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

高山杜鵑種子于2018年9-10月采集于商洛市鎮(zhèn)安縣木王國家森林公園，于室外風干保存至第二年春天。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子形態(tài)特性觀察及測定方法 高山杜鵑果實為蒴果，長圓柱形至長圓狀橢圓形，成熟時為黃褐色，果殼開裂。采集果實，在實驗臺面上攤開晾干(切忌太陽曝曬)；抖動果殼，會有細小的種子散落。用細篩將散出的種子篩出，備用。

種子長度和寬度測量:采用游標卡尺精準測量30粒種子的最長處和最寬處，每粒種子長度和寬度均測量3次，取其平均值。

千粒重的測定：隨機選取杜鵑凈種子1 000粒使用分析天平稱重，8次重復取平均值。

1.2.2 試驗材料預處理 取出種子，把其中混有的果殼篩出后，放在培養(yǎng)皿中，用1.0%的次氯酸鈉溶液消毒5 min，再用蒸餾水沖洗3次洗凈后自然晾干，備用。

1.2.3 高山杜鵑種子處理 ①油菜素內(nèi)酯處理：設置濃度梯度為 0.01 mg/L、0.05 mg/L、0.10 mg/L、0.50 mg/L的油菜素內(nèi)酯溶液對高山杜鵑種子在常溫下浸種24 h，浸種結(jié)束后用鑷子挑選籽粒飽滿、狀況良好、無霉變的高山杜鵑種子放置在墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。每個濃度做3個重復，每組50粒，清水浸種處理為對照組(CK)。②赤霉素處理：分別用濃度為200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L的赤霉素溶液對高山杜鵑種子在常溫下浸種24 h，結(jié)束后將種子置于培養(yǎng)皿中。其余處理方法同油菜素內(nèi)酯處理。

1.2.4 種子發(fā)芽與幼苗指標測定 根據(jù)國際種子檢驗規(guī)程，采用濾紙法作為發(fā)芽床[1]。每2層直徑相同的定性濾紙放置于在大小相同的培養(yǎng)皿中，加入蒸餾水濕潤濾紙，將處理好的種子等距、均勻的平鋪放入其中，50粒種子/皿，每處理3次重復。將培養(yǎng)皿放入生化培養(yǎng)箱中進行催芽培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為：溫度25℃，光暗時間各12 h。培養(yǎng)過程中，定期噴灑蒸餾水，確保濾紙不干燥，并及時清理霉變種子。每天觀察并記錄種子萌發(fā)情況，當種子胚根突破種皮，露出白色細根時，即表明種子開始萌發(fā)，開始記錄發(fā)芽種子數(shù)。在種子萌發(fā)后第15天開始記錄發(fā)芽勢，第20天記錄發(fā)芽率。

待萌發(fā)幼苗生長至25 d時，采集不同處理條件下幼苗葉片進行葉綠素含量和可溶性蛋白含量測定，取對應根系進行根系活力測定，每個處理重復3次。

1.2.5 項目測定及方法 ①種子發(fā)芽指標：從發(fā)芽第一天起，每天記錄杜鵑種子的萌發(fā)情況，種子萌發(fā)以胚根的長度超過杜鵑種子的半徑作為標準[11]。②根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[12]；③葉綠素含量的測定采用分光光度法[12]；④可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理和制圖，采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗和ANOVA方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)特性觀察與測定

經(jīng)過測量和觀察發(fā)現(xiàn)，高山杜鵑種子呈長橢圓形，種皮顏色為黃褐色，兩端有翅；種子細小扁平，長(2.14±0.18)mm、寬(1.102±0.03)mm，千粒重(0.15 374±0.0 006)g。

2.2 種子萌發(fā)過程

在種子萌發(fā)過程中，通過對種子進行記錄觀察，可以發(fā)現(xiàn)高山杜鵑種子的萌發(fā)特性。高山杜鵑種子十分細小，且具有休眠性，從將種子放入恒溫培養(yǎng)箱開始，直到第10天開始，種子才開始萌發(fā)，長出細小透明的根，到第15天，大部分種子都已長出根來，開始測定種子發(fā)芽勢，到第18天，種子開始長苗，可以觀察到種子長出了兩片細小的子葉，第20天，種子萌發(fā)達到最高，測定種子發(fā)芽率，多數(shù)種子已經(jīng)完全突破種皮，長成細小的幼苗。

2.3 種子萌發(fā)指標測定

2.3.1 不同濃度的油菜素內(nèi)酯處理的種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率 由表1可知，四個不同濃度油菜素內(nèi)酯處理下，高山杜鵑種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率都呈現(xiàn)先增后降的趨勢，其中0.05 mg/L油菜素內(nèi)酯處理的種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率最高，分別為64%、81.33%，與清水對照組有顯著性差異(P<0.05)，種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率增長了24%、18%。0.1mg/L處理的種子萌發(fā)率較之對照也有所增長，但差異并不顯著。當BR的濃度為0.01 mg/L時，種子發(fā)芽勢比對照組低，但其發(fā)芽率卻比對照組增長了7.24%，差異不顯著。在0.5 mg/L處理中，種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率較之對照組顯著降低(P<0.05)，分別減少了18%和10%。上述結(jié)果表明，在0.05 mg/L處理的高山杜鵑種子發(fā)芽率達到峰值，即0.05 mg/L油菜素內(nèi)酯是促進高山杜鵑種子萌發(fā)的最優(yōu)濃度，較次之的是0.1mg/L。

表1 不同油菜素內(nèi)酯濃度對高山杜鵑種子萌發(fā)的影響

2.3.2 不同濃度的赤霉素處理的種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率 由表2可知，四個不同濃度赤霉素處理下，高山杜鵑種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率也呈現(xiàn)先增后降的趨勢，且除濃度為500 mg/L赤霉素處理外，200～400 mg/L的赤霉素處理與對照相比均顯著提高(P<0.05)，其發(fā)芽率的增幅分別為19.34%、27.34%、11.34%。其中，300 mg/L的促進作用最強，發(fā)芽率高達90%。500 mg/L處理與對照組差距不明顯，發(fā)芽勢與發(fā)芽率僅增長18%、8%，差異不顯著。

表2 不同赤霉素濃度對高山杜鵑種子萌發(fā)的影響

2.4 根系活力測定

植株根系從土壤中吸收水分和礦質(zhì)元素，是維持植物生存生長重要器官。由圖1可知，在設置的油菜素內(nèi)酯和赤霉素濃度梯度范圍內(nèi)，高山杜鵑種子萌發(fā)后其根系活力都出現(xiàn)先增加，后降低的現(xiàn)象，并且赤霉素和油菜素內(nèi)酯處理的高山杜鵑種子中，與CK相比，根系活力顯著性提高(P<0.05)。從0.01～0.5 mg/L油菜素內(nèi)酯到200～500 mg/L赤霉素中，與CK相比，根系活力的增幅分別為153.01%、126.51%、101.21%、83.13%、83.13%、153.01%、79.52%、54.22%。其中，經(jīng)300 mg/L赤霉素處理的種子幼苗根系活力最高，為684.59 μg/(g·h)，較次的為0.05 mg/L油菜素內(nèi)酯處理的萌發(fā)種子，根系活力為658.09 μg/(g·h)。綜合上述結(jié)果，油菜素內(nèi)酯和赤霉素處理過的種子萌發(fā)后長成的幼苗根系活力得到加強，300 mg/L赤霉素和0.05 mg/L油菜素內(nèi)酯處理的根系活力最高，根系吸收水分能力加強，高山杜鵑萌發(fā)后幼苗生長較好。

圖1 不同激素處理對高山杜鵑根系活力的影響

2.5 不同濃度的油菜素內(nèi)酯處理對杜鵑幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量的影響

由圖2、圖3可知，與對照組相比，不同濃度的油菜素內(nèi)酯處理下高山杜鵑幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，且在油菜素內(nèi)酯濃度為0.05 mg/L時與對照組相比，高山杜鵑幼苗的葉綠素及可溶性蛋白含量達到最大增幅，分別為41.14%、52.46%。說明外源油菜素內(nèi)酯能促進葉綠素的形成及提高可溶性蛋白的含量，不同濃度的油菜素內(nèi)酯作用效果不同，其中以0.05 mg/L最為顯著。

圖2 不同濃度的油菜素內(nèi)酯處理對杜鵑

圖3 不同濃度的油菜素內(nèi)酯處理對杜鵑

2.6 不同濃度赤霉素處理對杜鵑幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量的影響

由圖4、圖5可知，與對照組相比，不同濃度的赤霉素處理下高山杜鵑幼苗葉綠素和可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢，且在赤霉素濃度為300 mg/L時與對照組相比，高山杜鵑幼苗的葉綠素及可溶性蛋白含量達到最大增幅，分別為23.24%、39.09%。說明不同濃度的赤霉素浸種能提高幼苗葉綠素及可溶性蛋白的含量，且以300 mg/L赤霉素效果最為顯著。

圖4 不同濃度的赤霉素處理對杜鵑

圖5 不同濃度的赤霉素處理對杜鵑幼苗

3 討論

種子作為植物的一種繁殖器官，在杜鵑的引種和培育方面占據(jù)重要地位。種子萌發(fā)過程中，除光照、溫度、水分等外界因素對它的影響，種子自身存在的因素也會影響種子萌發(fā)。根據(jù)觀察結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)高山杜鵑種子不論是長寬，還是千粒重，都比一般的種子都要小好幾倍，是一類種子非常細小的植物，這說明高山杜鵑種子自身的營養(yǎng)物質(zhì)含量十分有限，因此在萌發(fā)時，自身條件不占優(yōu)勢，不僅要滿足培養(yǎng)中所需適宜的光照、濕度、還有光暗周期等外界條件，更重要的是要打破種子休眠。

油菜素內(nèi)酯在打破高山杜鵑種子休眠，提高種子發(fā)芽能力等方面具有一定的潛力。但并非任一濃度的油菜素內(nèi)酯都能夠促進種子的萌發(fā)，每種植物的種間具有差異，因此需要找到最合適高山杜鵑種子萌發(fā)的BR濃度。紀秀娥等[13]研究顯示，低濃度的BR，以0.015 mg/L的BR促進作用最強，能夠提高小麥、玉米種子的萌發(fā)率;高濃度BR對小麥、玉米種子萌發(fā)的促進效果減弱, 出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。從本試驗中測定的發(fā)芽勢和發(fā)芽率來看，0.05 mg/L和0.1mg/L的BR能夠促進高山杜鵑種子萌發(fā)，而0.01、0.5 mg/L的BR會抑制萌發(fā)，0.05 mg/L的BR是促進高山杜鵑種子萌發(fā)的最優(yōu)濃度。適當濃度BR浸種處理能夠顯著提高高山杜鵑種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，存在明顯的濃度效應，這與已有的BR對其他植物的影響研究結(jié)果基本一致。

赤霉素 (GA) 是普遍存在于植物體內(nèi)的一類重要生長激素。目前，雖然已經(jīng)對赤霉素的作用機制有了初步了解，但不同植物種子對于外源赤霉素的敏感程度也不盡相同。通過對比油菜素內(nèi)酯和赤霉素對種子萌發(fā)影響，發(fā)現(xiàn)相較于油菜素內(nèi)酯，赤霉素對有效提高高山杜鵑種子萌發(fā)作用更為顯著,在200～400 mg/L范圍內(nèi)促進種子萌發(fā)，油菜素內(nèi)脂在0.05～0.1 mg/L范圍內(nèi)起促進作用，兩種激素超過適當濃度范圍會抑制種子萌發(fā)。

根系是植物的主要營養(yǎng)器官之一，在植物的生長中，根系與植物其他組織部分在變化的環(huán)境中相互作用，相互協(xié)調(diào)，根的根系活力可以表示植物吸收水分和多種有機物質(zhì)的能力。研究表明，種子萌發(fā)過程中不同激素含量會對根系建成產(chǎn)生影響，即對幼苗根系活力有影響。郭慧琴等[9]研究顯示，在促進羊草種苗生長方面，油菜素內(nèi)酯和赤霉素互作可使羊草種苗的苗長和根長均顯著增加。本試驗研究中，最后測定不同油菜素內(nèi)酯和赤霉素濃度下幼苗的根系活力，發(fā)現(xiàn)在兩種激素處理下，所有幼苗的根系活力都有增長，都與對照組有顯著差異，即在試驗設置濃度范圍內(nèi)，兩種激素都能夠明顯提高高山杜鵑幼苗根系活力，有效促進幼苗的生長，且在油菜素內(nèi)脂處理中，0.05 mg/L的BR促進效果最優(yōu)；赤霉素處理中，300 mg/L的根系活力最高。

葉綠素作為綠色高等植物進行光合作用的主要色素，其含量的高低在一定程度上反映了植物體同化物質(zhì)的能力，與光合作用的關(guān)系十分密切。本研究發(fā)現(xiàn)適當濃度油菜素內(nèi)酯和赤霉素浸種能夠顯著提高高山杜鵑幼苗的葉綠素含量，且存在明顯的濃度效應。

可溶性蛋白不僅是植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)劑，也是合成其他有機溶質(zhì)的碳架和能量的來源，當植物細胞內(nèi)無機離子濃度高時可溶性蛋白可承擔保護酶類的作用。本研究發(fā)現(xiàn)一定濃度油菜素內(nèi)酯和赤霉素浸種能夠顯著提高高山杜鵑幼苗的可溶性蛋白含量，且與對照相比差異顯著。

筆者實驗僅在油菜素內(nèi)酯和赤霉素對高山杜鵑種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗根系活力、葉綠素含量及可溶性蛋白含量的影響方面做了相關(guān)研究，而在兩種激素促進種子萌發(fā)的具體分子機制以及兩種激素互作對種子萌發(fā)影響的方面還有待開展進一步的研究和探討。