高溫處理對肉蓯蓉寄主梭梭種子萌發相關性研究

何 權，蔣瑞娟，朱 軍，石書兵，李曉瑾

(1.新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區中藥民族藥研究所，烏魯木齊 830002)

0 引 言

【研究意義】荒漠肉蓯蓉(CistanchedeserticolaY.C.Ma)為列當科(Orobanchaceae)肉蓯蓉屬(Cistanche)多年生專性根寄生植物，具有補腎、保肝、通便、抗老年癡呆、腫瘤輔助治療、抗輻射等10多種藥用功能[1-2]。其寄主為藜科(Chenopodiaceae)植物梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey.) Bunge)，是我國西北地區特有的植物資源，新疆是荒漠肉蓯蓉主產區之一。梭梭是藜科梭梭屬(Haloxylon)植物，灌木或小喬木。高1～9 m，樹干地徑可達50 cm。樹皮灰白色，木材堅而脆;老枝灰褐色或淡黃褐色，通常具環狀裂隙。是一種典型的沙生植物，具有很強的抗逆性，是西北防治沙漠化的優良樹種，對防風固沙、保護生態系統具有重要的意義[3-4]。同時，梭梭作為西北地區的燃料之一，燃燒值高、又是上等的薪碳植物；其嫩枝作為駱駝和羊喜食的飼料，具有很大的飼食價值。研究高溫處理對種子萌發的影響，對于研究梭梭的人工栽培具有重要的意義。【前人研究進展】種子是生命延續的媒介，較高的萌發為其自身的延續奠定了基礎，通常種子萌發的溫度為10℃以上[5-6]，但有部分種子能夠忍受高溫且能促進其萌發，坡柳種子萌發前在80℃處理會提高種子的萌發率[7]，雞冠花能忍受最高溫度為60℃[8]，這使得不同的種子有其不同的生活策略來應對高溫。但關于種子高溫萌發的機理尚無定論。在古爾班通古特沙漠，夏季普遍干旱少雨、蒸發量大，這一地區植物的生長和生態系統的生產力始終被制約著[4]。自然條件下，荒漠或戈壁地表溫度能達到40～60℃[9]，梭梭作為這一區域優勢物種之一，廣泛分布在固定、半固定沙地上。近年來，國內學者在分子生物學、分子遺傳學等方面對梭梭研究比較深入[10-11]。但對梭梭種子萌發前以高溫處理的研究較少。【本研究切入點】梭梭種子在人工栽培中用量非常大，在此過程中，經常受到高溫和干旱的影響。研究高溫處理對種子萌發的影響。【擬解決的關鍵問題】研究在萌發前以不同溫度和時間熱處理梭梭種子，探索萌發前高溫處理對梭梭種子萌發率的影響，討論高溫對梭梭種子萌發的作用，為梭梭的人工栽培提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料于2016年10月采自新疆東北部奇臺縣，凈選，置于陰涼處進行陰干，用紙袋盛裝，低溫儲藏, 第二年4月,選取顆粒飽滿、色澤一致、大小均勻的種子進行試驗。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

將梭梭種子在 46、49、 52、55和58℃的溫度下，分別處理 6、9、12、15、18和21 min，一共產生30個處理。每個處理3個重復，每個重復50粒種子，達到處理時間后迅速取出，晾干使種子含水量降至原狀態后再進行萌發實驗。以未處理種子為對照(CK)。

1.2.2 萌發試驗

采用紙上發芽法，每處理3次重復，每重復50粒種子，將培養皿置于25℃(光照8 h，黑暗16 h)培養箱中進行發芽，適時補充水分，保持培養皿底部濕潤且種子周圍不出現水膜。每天記錄種子的萌發數量，種子發芽的判定以胚根伸出種皮0.1 cm以上為標準，記錄至連續7 d無種子萌發為止：

發芽率(GR)=發芽種子數/供試種子數×100%；

發芽指數(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(VI)=GI×g；

發芽勢(GE)=發芽達到高峰時正常苗總數/供試種子總粒數×100%；

式中，Gt為第td的發芽數，Dt為相應的發芽天數，g為幼苗鮮重[12]。

1.3 數據處理

數據經Excel軟件處理，用SPSS21.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)、多重比較(LSD)以及多元非線性回歸分析，用Sigmaplot13 軟件繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 梭梭種子發芽率對不同溫度和時間處理的響應

種子的萌發除了受基因調控外，還受到復雜的環境影響，研究表明，萌發前經高溫處理后，梭梭種子發芽率有不同程度的下降，在5個不同高溫處理下隨著處理時間的延長，梭梭種子的發芽率先增加后降低(圖1a)。在52℃，處理時間為9 min時，種子發芽率顯著高于其他5個時間處理(P<0.05)；在55℃，處理時間為18 min時，種子發芽率為0，說明在高溫影響下，隨著處理時間的延長種子發芽率受到明顯的抑制。在6個不同處理時間下(圖1b)，處理時間為18、21 min時，處理溫度越高，發芽率越低，處理時間為18 min,46和49℃差異不顯著,但其他差異均，并在處理18 min后發芽率為0。無論是處理溫度還是處理時間在52℃，9 min均與其他處理組差異顯著。圖1

圖1 種子發芽率對不同溫度和時間處理的響應
Fig.1 Seed germination rate response to different temperature and time treatments

2.2 梭梭種子發芽勢對不同溫度和時間處理的響應

梭梭種子發芽勢與梭梭種子發芽率有相似的結果，在5個不同高溫處理下隨著處理時間的延長，梭梭種子的發芽勢先增加后降低(圖2a)；52℃時，處理時間為9 min時，種子發芽勢顯著高于其他5個時間處理(P<0.05)，并在55℃，18 min時發芽勢為0。在6個不同處理時間下(圖2b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發芽勢呈現先增加后降低的雙峰現象。這表明可能與種子的自我保護有關，能在適宜的條件下萌發；無論是處理溫度還是處理時間在52℃，9 min均差異顯著其他處理且不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2

2.3 梭梭種子發芽指數對不同溫度和時間處理的響應

梭梭種子發芽指數與梭梭種子發芽率和發芽勢都有相似的結果，在5個不同高溫處理下，隨著處理時間的延長，梭梭種子的發芽指數先增加后降低(圖3a)；在52℃，處理時間為9 min時，種子發芽指數顯著高于其他5個時間處理(P<0.05)，并在55℃，18 min時發芽指數為0。在6個不同處理時間下(圖3b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發芽指數呈現先增加后降低的雙峰現象；在處理時間為12 min時,55和58℃溫度處理下差異不顯著，但其他各組均差異顯著(P<0.05)。圖3

圖2 種子發芽勢對不同溫度和時間處理的響應
Fig.2 Germination potential response to different temperature and time treatments

圖3 種子發芽指數對不同溫度和時間處理的響應
Fig.3 Seed germination index response to different temperature and time treatments

2.4 梭梭種子活力指數對不同溫度和時間處理的響應

隨著處理溫度的升高梭梭種子活力指數隨著處理時間的延長呈先上升在下降的趨勢，高于52℃時均呈極速下降趨勢。在55℃，15 min時，梭梭種子活力指數與對照相比下降顯著(P<0.05)，種子發芽率受到抑制，無法維持正常發芽失去活力，說明高溫對梭梭種子萌發有一定抑制作用。在6個不同處理時間下(圖4b)，隨著處理溫度的上升梭梭種子的發芽指數先增加后降低的現象；在處理時間為9 min時,55和58℃溫度處理下和處理18 min, 46和49℃差異不顯著，但其他各組均差異顯著(P<0.05)。圖4

2.5 溫度和時間處理的主效應和交互作用

梭梭種子在各處理條件下發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數的二因素方差分析結果表明，無論處理溫度、處理時間對梭梭種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數還是處理溫度與處理時間的交互作用效應均有顯著(P<0.05)的影響，二者在梭梭種子處理中起著重要作用。表1

2.6 高溫處理與梭梭種子發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數的關系

不同條件處理后種子活力下降的最直觀的表現是種子的發芽率等活力指標降低，不同處理溫度(X)和時間(Y)對各個活力指標(Z)的相關分析結果表明，不同處理溫度和時間與梭梭種子的各個活力指標表現出正相關關系，相關性極顯著，表明高溫對梭梭種子萌發具有一定的抑制作用，這可能與梭梭種子在復雜的環境條件有關。表2

圖4 種子活力指數對不同溫度和時間處理的響應
Fig.4 Seed vigor index response to different temperature and time treatments

表1 溫度和時間的主效應和交互作用分析
Table 1 Analysis of main effects and interactions between aging temperature and time

源Sourcedf發芽率 Germination rate發芽勢 Germination potentialMSFSig.MSFSig.溫度Temperature40.1395 007.269**00.0853 585.732**0時間Time50.0983 538.319**00.1415 916.322**0溫度×時間Temperature × time200.00393.761**00.00298.894**0誤差Error6000源Sourcedf發芽指數 Germination index活力指數 Vitality indexMSFSig.MSFSig.溫度Temperature4120.21526 370.016**01.292119.597**0時間Time540.648 914.619**00.91184.315**0溫度×時間Temperature × time200.807177.124**00.0585.411**0誤差Error600.0050.011

注：**表示極顯著相關(P<0.01)

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01)

表2 高溫處理與種子各個活力指標關系
Table 2 Temperature treatment and the relationship between seed vigor indicators

指標Index樣本數Sample size回歸方程Regression equation調整R2發芽率(Z1)Germination rate (Z1)90Z1=-0.013 X-0.012 Y +1.0090.561**發芽勢(Z2)Germination potential (Z2)90Z2=-0.010 X-0.016 Y +0.9060.653**發芽指數(Z3)Germination index (Z3)90Z3=-0.394 X-0.264 Y +28.9280.586**活力指數(Z4)Vitality Index (Z4)90Z4=-0.043 X-0.034 Y +3.0490.610**

注：**表示極顯著相關(P<0.01)。X為溫度；Y為時間

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01).Xis temperature;Yis time

3 討 論

3.1 高溫處理對梭梭種子萌發率的影響

研究表明，梭梭種子萌發前經高溫處理后，最終在58℃時種子失去活力，發芽率為0，但在52℃，9 min 處理后，其萌發率達到最大，為(55.00±0.30)%。提高處理溫度后，梭梭種子的萌發率會降低，但在外界環境條件刺激下整體呈現先增加后降低的雙峰現象，這與張樹新等[13]研究出現類似的現象。說明梭梭種子萌發對環境的適應性較強，能在適宜種子萌發的條件下促進種子的再次萌發，提高種子萌發率，加強梭梭種群的更新。在西北地區，梭梭廣泛分布于干旱的荒漠，荒漠大部分區域的特點是不規則的降水量和很大的潛在蒸發量。很強的蒸發速率造成了土壤表面的高溫。這種嚴酷的條件使得沙漠植物產生不同的生活史策略來增大其適應性。實驗將梭梭種子萌發前遭遇高于40℃的高溫后，并未表現出種子萌發率升高的現象，這可能是種子在惡劣環境下的自我保護。同時，也表明梭梭種子不存在熱沖擊[14-16]效應。

3.2 高溫處理對防止梭梭種群退化的意義

種子萌發是植物構建的重要基礎，種子萌發率的大小直接影響群落結構和功能。種子既有可能通過將種子散入土壤種子庫抵御多變的環境條件從而分攤各種風險，也有可能通過大量萌發去競爭有利的資源。有研究認為，荒漠生態系統中，相同的環境壓力會導致不同的植物產生趨同性適應能力[17]。例如，多年生草本、小灌木以及具有小種子的植物萌發時間較早[18]；喬木種子萌發時間比草本和灌木種子延遲[19]；總體水分條件較好時，在梭梭幼苗的生長初期，它在與短命植物的水分競爭中處于劣勢，反之，水分有限的條件下則處于優勢[20]。說明該類種子萌發能夠適應較惡劣條件。梭梭被大量的肉蓯蓉所寄生，有效的提高梭梭種群面積能使肉蓯蓉這種資源得到更大的保護，發揮出更大的價值。試驗發現，在高溫處理梭梭種子后，仍有較高的萌發率，這與自然界中梭梭的種群退化形成對比，也就是說梭梭種群的退化與梭梭種子的萌發沒有直接聯系，梭梭的種群退化與種子繁殖力[21]、種群更新不良[22]等其他因素有關。

4 結 論

對種子萌發前經高溫處理，表明高溫對梭梭種子萌發具有一定的抑制作用。溫度為52℃，時間為9 min時，梭梭種子發芽率最高，達(55.00±0.30)%，溫度為58℃，時間為9 min時發芽率為0.00%；將梭梭種子置于4℃儲存6個月后，種子沒有明顯的熱沖擊效應；梭梭種子萌發前經高溫處理后仍有較高的萌發率，這與自然種群梭梭種群的退化沒有直接聯系。