雞頭黃精種子生物學(xué)特性試驗(yàn)研究

王嘉琛，徐麗霞，孫 靚，張瑋瑋，葉 花，蔡翠芳

（山西藥科職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030001）

黃精又名黃雞菜、老虎姜，為百合科黃精屬的多年生草本植物，具有補(bǔ)氣、養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎的功效，是我國傳統(tǒng)的大宗藥材，也是常用的滋補(bǔ)食品原料，在國內(nèi)外市場很受歡迎。《中國藥典》中載有黃精、多花黃精和滇黃精3 種植物[1]，入藥分別稱為雞頭黃精、姜形黃精和大黃精。山西省內(nèi)所產(chǎn)黃精大多為雞頭黃精[2]。目前除雞頭黃精藥材仍然以野生為主外，姜形黃精和大黃精均實(shí)現(xiàn)栽培引種，且生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程、物質(zhì)積累規(guī)律、催芽技術(shù)、林下仿生態(tài)栽培關(guān)鍵技術(shù)等方面的研究較多[3-8]。伴隨著黃精市場需求量逐年增大，價(jià)格不斷攀升，野生雞頭黃精資源面臨進(jìn)一步枯竭的境況。

植物繁殖大多采用根莖或種子繁殖的方式，但長期采用根莖繁殖的方式會導(dǎo)致種質(zhì)退化，影響黃精產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，故對雞頭黃精進(jìn)行種子繁殖具有重要意義。本試驗(yàn)對雞頭黃精種子的形態(tài)特征、千粒重、含水量、吸水率及發(fā)芽條件等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，旨在為雞頭黃精的有性繁殖提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

雞頭黃精種子來源于山西藥科職業(yè)學(xué)院中藥材種植園，于2020 年10 月15 日采摘，經(jīng)揉搓漂洗風(fēng)干后，挑選完整、飽滿、富有光澤的籽粒用于試驗(yàn)研究。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子形態(tài)特征觀察

隨機(jī)選擇雞頭黃精種子100 粒，設(shè)3 個(gè)重復(fù)，共計(jì)300 粒。使用游標(biāo)卡尺（精確度0.01mm）測量種子縱徑、橫徑和厚度。在顯微鏡下觀察種子的形態(tài)，主要包括形狀、大?。ㄓ梅N子長、寬、厚表示）、顏色、表皮構(gòu)造等。

1.2.2 種子千粒重測定

按照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》（GB/T 3543—1995）中重量測定法，采用千粒法測定雞頭黃精種子千粒重。從供試樣品中隨機(jī)數(shù)取1 000 粒凈種子，用電子天平稱重，重復(fù)5 次。

1.2.3 含水量測定

按照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》（GB/T 3543—1995）中水分測定法，在（130±2）℃下采用恒溫烘干法進(jìn)行含水量測定。測定1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、11 h、12 h 時(shí)雞頭黃精種子含水量，各處理重復(fù)5 次，每個(gè)重復(fù)50 粒種子。種子含水量公式如下。

1.2.4 吸水率測定

取干燥、完整的雞頭黃精種子50 粒，稱量干重后，將種子浸泡在蒸餾水中，放置在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，前2 h 內(nèi)每隔0.5 h、2 h 后每隔1 h 從培養(yǎng)箱中取出，吸干種子表面水分，用電子天平稱量種子的重量，直至恒重為止。3 次重復(fù)，取其平均值繪制種子吸水曲線。種子吸水率公式如下。

1.2.5 生活力測定

1）TTC 染色法。隨機(jī)數(shù)取250 粒雞頭黃精種子，設(shè)置5 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50 粒種子。將在常溫條件下用蒸餾水浸泡48 h 后的種子沿種臍縱切，取帶胚的1/2放入培養(yǎng)皿中進(jìn)行測試。浸入0.2%TTC 溶液中，置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中避光染色10 h，染色結(jié)束后用清水沖洗種子切面3～5 次，觀察種子染色情況，統(tǒng)計(jì)種子生活力。

2）紅墨水染色法。隨機(jī)數(shù)取250 粒黃精種子，5 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50 粒種子。將在常溫條件下用蒸餾水浸泡48 h 后的種子沿種臍縱切，取帶胚的1/2 放入培養(yǎng)皿進(jìn)行測試。浸入0.5%紅墨水中，置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中避光染色10 h，染色結(jié)束后用清水沖洗種子切面3～5 次，觀察種子染色情況，統(tǒng)計(jì)種子生活力，計(jì)算公式如下。

1.3 種子發(fā)芽試驗(yàn)

1.3.1 不同處理方式對種子萌發(fā)的影響

1）外源激素處理。采用赤霉素（GA3）為外源激素，選取黃精種子100 粒，用50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L的赤霉素溶液分別浸種12 h，然后用蒸餾水沖洗種子3 次，再加入3%的H2O2溶液浸泡15 min 后，再次用蒸餾水沖洗種子3 次。在25 ℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，以不加赤霉素溶液的作為對照，重復(fù)3 次。

2）超聲波處理。采用超聲波處理器，選取黃精種子100 粒，經(jīng)溫水浸種24 h 后，加入3%的H2O2溶液浸泡15 min，然后用蒸餾水沖洗種子3 次，接著用頻率為40 kHz 的超聲波對種子進(jìn)行處理，處理時(shí)間分別為0 min、10 min、20 min、30 min。隨后黃精種子在25 ℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，重復(fù)3 次。

1.3.2 不同培養(yǎng)溫度試驗(yàn)將放有雞頭黃精種子的培養(yǎng)皿分別置于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃的恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

1.3.3 不同光照條件試驗(yàn)

將放有雞頭黃精種子的培養(yǎng)皿置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，分別在光照和黑暗條件下培養(yǎng)。

以上發(fā)芽試驗(yàn)在均勻鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中進(jìn)行，試驗(yàn)期間保持培養(yǎng)皿中濾紙濕潤，發(fā)芽期限設(shè)定為60 d，每隔5 d 更換一次無菌濾紙，每24 h 統(tǒng)計(jì)1 次種子萌發(fā)情況，記錄黃精種子的發(fā)芽率，并將已萌發(fā)的種子取出。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)計(jì)算公式如下。

式中：Gt 為浸種后t 天的發(fā)芽數(shù)，Dt 為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 種子形態(tài)特征

雞頭黃精種子呈球形、扁球形或橢圓球形。表面呈黃棕色、深黃棕色或黑色，質(zhì)硬，表面光滑或具有不規(guī)則紋理，有明顯的圓點(diǎn)狀種臍，長2.60～4.85 mm，寬2.36～4.30 mm，厚2.13～3.92 mm。

2.2 種子千粒重和含水量

雞頭黃精種子的千粒重平均值為30.71 g，標(biāo)準(zhǔn)差為1.03，變異系數(shù)為3.37%，小于標(biāo)準(zhǔn)4%，測定值有效。雞頭黃精種子含水量平均值為9.70%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.20，變異系數(shù)為2.07%。所試雞頭黃精種子千粒重和含水量見表1。

表1 雞頭黃精種子千粒重和含水量

2.3 種子的吸水率

雞頭黃精種子在25 ℃浸種后，前20 h 吸脹速度較快，吸水率超過40%；23 h 后仍然在持續(xù)吸水，但吸水速率減慢；43 h 后進(jìn)入吸水飽和狀態(tài)，黃精種子吸脹結(jié)束，最終飽和吸水率為50.60%，見圖1。這可能與胚乳的機(jī)械障礙有關(guān)，表明黃精種子的種皮存在一定的機(jī)械阻力。

圖1 雞頭黃精種子吸水曲線

2.4 種子的生活力

本試驗(yàn)中將完全染色和染色1/2 及以上的種子視為有生活力的種子。TTC 染色結(jié)果中，完全染色的種子有58.4%，染色1/2 及以上的有34.4%，測得種子的平均生活力為92.8%。在紅墨水試驗(yàn)中，完全染色的種子有40%，染色1/2 及以上的有35.2%，種子的平均生活力為75.2%。兩種測定方法差異比較顯著，且紅墨水法測得的生活力小于發(fā)芽率，表明紅墨水法不適于雞頭黃精種子的生活力測定。

2.5 種子發(fā)芽試驗(yàn)

2.5.1 不同處理方式對種子萌發(fā)的影響

1）外源激素處理。采用赤霉素（GA3）為外源激素，浸泡黃精種子后，可以顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。隨著赤霉素溶液濃度的變化，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均體現(xiàn)了先升高后降低的趨勢。當(dāng)赤霉素濃度為100 mg/L 時(shí)，種子發(fā)芽率最高，為90.33%，見表2。

2）超聲波處理。采用超聲波處理后，對雞頭黃精種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)也有提高的作用。隨著超聲波處理時(shí)間的延長，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)了先升高后降低的趨勢。當(dāng)超聲波處理時(shí)間為20 min 時(shí)，種子的發(fā)芽率最高，為87.33%，見表3。

表3 超聲波處理時(shí)間對雞頭黃精種子萌發(fā)的影響

2.5.2 不同培養(yǎng)溫度對種子萌發(fā)的影響

20 ℃和25 ℃下培養(yǎng)黃精種子，在15 d 左右就有種子開始萌發(fā)，并隨著時(shí)間增加，萌發(fā)種子不斷增多，在25～35 d 出現(xiàn)了發(fā)芽數(shù)量的高峰。25 ℃下的黃精種子在第40 天發(fā)芽率達(dá)到91.3%，20 ℃下的黃精種子在第47 天發(fā)芽率達(dá)到86%。當(dāng)發(fā)芽溫度為30 ℃時(shí)，黃精種子的初次萌發(fā)時(shí)間推遲到第20 天，最終種子的萌發(fā)率為75.3%。當(dāng)發(fā)芽溫度為15 ℃時(shí)，黃精種子的初次萌發(fā)時(shí)間推遲到第32 天，最終種子的萌發(fā)率為15.3%。

由表4 可知，隨著發(fā)芽溫度升高，雞頭黃精種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢。當(dāng)溫度升高到25 ℃的時(shí)候，黃精種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到了最高，并與其他溫度下的結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異?？梢姡u頭黃精種子在25 ℃下發(fā)芽較為合適。

表4 不同培養(yǎng)溫度對雞頭黃精種子萌發(fā)的影響

2.5.3 不同光照條件對種子萌發(fā)的影響

不論是在光照條件下還是避光條件下，雞頭黃精種子均能萌發(fā)。但是在黑暗避光條件下，雞頭黃精種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)顯著高于未避光12 h 光照條件。在12 h 光照條件下，雞頭黃精種子的發(fā)芽率僅為40%；在避光條件下，雞頭黃精種子的發(fā)芽率可以達(dá)到91.33%。兩者對比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)同樣如此，見表5?？梢姡u頭黃精種子適宜在避光條件下萌發(fā)生長。

表5 不同光照條件對雞頭黃精種子萌發(fā)的影響

3 討論

種子生物學(xué)特性的研究既是直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)一線、提高中藥材質(zhì)量的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和進(jìn)一步加深對物種的生長、發(fā)育、進(jìn)化、起源等認(rèn)識的基礎(chǔ)。

本試驗(yàn)從雞頭黃精種子的生物學(xué)特性研究著手，研究了雞頭黃精種子的形態(tài)特征、千粒重、含水量、吸水率以及不同條件對雞頭黃精種子萌發(fā)的影響。不僅確定了雞頭黃精種子的生物學(xué)特性，更為進(jìn)一步制定相應(yīng)的種質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

因活性種子中含有的脫氫酶可以將TTC 作為受氫體使之還原而顯紅色，故常作為測定種子活性的方法之一。因現(xiàn)階段研究試驗(yàn)中農(nóng)作物種子研究多，中藥材種子研究少，且不同文獻(xiàn)中對TTC 法測定種子活性的濃度與時(shí)間也不盡相同，故在預(yù)試驗(yàn)階段對不同濃度和時(shí)間對雞頭黃精種子的染色情況進(jìn)行了研究。設(shè)置了0.1%、0.2%、0.4%、0.6% 4 個(gè)不同的TTC 濃度，在30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中避光染色1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、9 h、10 h、12 h、14 h、16 h、18 h，發(fā)現(xiàn)0.2%濃度下染色10 h，染色結(jié)果不再變化，故正式試驗(yàn)中選取了0.2%TTC 溶液染色10 h，與朱思宇等（2020）用該法快速測定南京椴種子活力濃度相同，時(shí)間不一致，這可能是因?yàn)橹参锊煌a(chǎn)生的。

激素是種子生長發(fā)育中的調(diào)節(jié)劑，能夠通過信號傳導(dǎo)對種子內(nèi)外的各種生理變化作出相應(yīng)的反應(yīng)，是種子快速萌發(fā)、植物增產(chǎn)增收的常用手段之一。激素種類眾多，不同激素促進(jìn)萌發(fā)的機(jī)理也不盡相同。在預(yù)試驗(yàn)階段發(fā)現(xiàn)，乙烯利促進(jìn)雞頭黃精種子萌發(fā)的作用強(qiáng)于赤霉素，結(jié)果與王月等（2018）對滇黃精種子萌發(fā)試驗(yàn)的結(jié)果一致，但因乙烯利的最優(yōu)濃度為500 mg/L，遠(yuǎn)高于赤霉素的100 mg/L，為盡量降低激素的使用量，預(yù)防殘留現(xiàn)象的發(fā)生，試驗(yàn)中選取了赤霉素和超聲波研究對雞頭黃精種子萌發(fā)的影響。

4 結(jié)論

試驗(yàn)所用雞頭黃精種子長2.60～4.85 mm、寬2.36～4.30 mm、厚2.13～3.92 mm，平均千粒重為30.71 g，平均含水量為9.70%。由試驗(yàn)結(jié)果可知，雞頭黃精前20 h種子吸水快速吸脹，43 h 后進(jìn)入吸水飽和狀態(tài)，平均吸水率為50.60%；通過TTC 染色檢測種子生活力，為92.8%；經(jīng)赤霉素浸泡或超聲波處理均能促進(jìn)種子萌發(fā)，其中赤霉素濃度為100 mg/L、超聲波處理時(shí)間為20 min 時(shí)結(jié)果最顯著；光照會顯著影響種子的萌發(fā)，在避光條件下最適宜種子萌發(fā)；最適發(fā)芽溫度為25 ℃。