不同溫度及時間對白及種子萌發的影響

王斌 曹小勇 胡選萍 蔣景龍 秦公偉 高尚 趙垚

(陜西理工大學生物科學與工程學院/陜西省資源生物重點實驗室，陜西 漢中 723000)

白及為蘭科白及屬植物[1,2],分布于亞洲的緬甸北部經我國至日本,我國產4 種,分別是紫花白及(Bletillastriata)、黃花白及 (Bletillaochracea)、小白及(Bletillaformosana)、華白及 (Bletillasinensis)[3]。白及作為我國傳統珍稀名貴中藥,假鱗莖具有較高的藥用價值[4],含有白及多糖、聯芐類、菲類等主要有效成分,有止血補肺、生肌止痛、延緩皮膚衰老之功效,廣泛應用于醫藥、化妝品領域[5,6]。此外,白及花色艷麗,觀賞價值極高,是我國著名花卉品種[7]。

目前,高溫是一種較常見的環境脅迫,國內外關于高溫對種子萌發影響研究頗多,多項研究表明,高溫對種子的萌發有抑制作用,也會出現促進作用。如,鄧紅山等人表明,持續超高溫浸種會抑制辣木種子萌發和胚根的發育,辣木種子的最適浸種溫度為40℃[8]；陳麗等人研究了不同浸種溫度和浸種時間對水稻種子發芽的影響,表明當浸種溫度為30℃時,浸種超過48h 后,各試驗種子均出現不同程度的異味[9]；付麗君等人表明,當溫度達到35℃以上,4 個品系的唐山秋瓜種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數均呈遞減趨勢,38℃處理對4 個品系發芽指標的抑制作用顯著高于35℃處理[10]；Tarrega 等人表明,在130℃以上,并且脅迫超過5min 時,獼猴桃種子的萌發率為0%,并且相對于對照,適度的熱處理(在70℃和100℃) 顯著提高了發芽率[11]。Benliang Deng等人表明所有玉米種子的最佳溫度30℃,但是與其它種子相比,在40℃下,紫色種子的發芽率最高；在30℃下,白色種子的發芽率最高[12]。目前有研究表明植物性煙霧可刺激80 多個屬的種子發芽,煙霧影響植物的整體活力,并對花粉的生長具有刺激作用。將1：250 的煙水(Smoke-water) 注入1/2MS 培養基中,可顯著提高瀕危附生蘭科豹紋蘭屬植物Ansellia africana 種子的發芽率指數(GRI) 和發育速度指數(DRI)[13]。目前尚無文獻報道高溫對白及種子萌發影響,本研究通過不同溫度及時間處理,探索白及種子對溫度的耐受性,另外本研究可為許多種子休眠、萌發時間長的蘭科植物種子處理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

本試驗以紫花白及(Bletilla striata) 種子為試材,用尼龍篩網將種子包裹,以25℃種子作為對照組,將水浴鍋(科偉HH-2 型) 的溫度分別設置為40℃、50℃、55℃、60℃,浸種5～60min,每5min 為1 個處理,將處理白及種子放入裝有20mL 純凈水的培養瓶中,置于25℃,光照環境中培養,每組各3 個重復。

1.2 測定指標與方法

分別在3 個重復的培養瓶中各取20 個球莖或種子,在體視顯微鏡 (Leica M205C) 下拍照,使用Digimizer 軟件對照片中球莖和種胚直徑測量,再測定其萌發率(萌發標志為種胚變綠,種皮破裂)。

萌發率=已萌發的/20×100%

1.3 數據處理

試驗數據使用GraphPad Prism 5 統計軟件進行數據統計與分析,使用Tukey 檢驗進行組間差異顯著性檢驗(p＜0.05) 并作圖。

2 試驗結果

2.1 高溫對白及種子萌發的影響

CK 白及種子萌發率為100%,白及原球莖上已有葉片、假根的發育(見圖2A),40℃ (5～60min) 對種子萌發率無影響,50℃35min、55℃15min、60℃5min 對種子萌發有顯著抑制作用,并且處理時間越長,種子萌發率就越低,如60℃ (5～10min)、55℃(10～30min)、50℃ (10～45min) 的種子萌發率越來越低；50℃ (45～60min) 的種子萌發率約為8%左右；55℃30min 和60℃10min 的種子萌發率為0% (見圖2C)；50℃30min 和55℃15min 的種子萌發率分別為47%和45%,接近50%。

2.2 高溫對白及球莖生長的影響

CK 的球莖直徑約為0.38mm,40℃ (5～60min)對球莖直徑基本無影響；50℃35min、55℃15min、60℃5min 對原球莖生長有顯著抑制作用；50℃ (40～60min) 的直徑約為0.22mm 左右,55℃ (25～35min)、60℃ (5～10min) 的直徑約為0.2mm 左右。說明不同溫度對白及球莖生長影響不同,并且溫度越高,影響越大。

同一溫度的不同浸種時間對白及球莖和種胚直徑的大小影響不同,從圖3 可以看出,在50℃和55℃下都表現出處理時間越長,抑制越明顯的現象,如50℃(20～40min) 和55℃ (5～25min) 的直莖越來越小。

表1 50℃和55℃對球莖直徑的影響

通過對萌發率和球莖直徑大小對比分析,發現一些組合萌發率低,而球莖直徑與CK 無差異的現象,通過對材料觀察和數據分析,發現一些組合可以促進原球莖生長；以表1 幾種組合為例,通過除去未萌發種子,只統計已萌發球莖直徑,可以發現50℃(15min、20min、25min、30min) 和55℃ (5min) 的球莖直徑大于CK,說明這些處理組合對白及球莖的生長具有促進作用(見圖2B)。

3 討論

白及種子是一種容易萌發的蘭科植物種子,可直接在去離子水中萌發,一些蘭科植物種子的萌發需要共生真菌提供營養[14],如天麻種子必須依靠紫萁小菇才能萌發[15],所以本研究的一些處理組合可以為其它蘭科植物種子處理提供參考。研究結果發現:CK 種子可以正常萌發,球莖直徑和種子萌發率分別為0.38mm 和100%,40℃對白及種子萌發的無影響,50℃5min、55℃5min、60℃5min 對萌發率影響比較顯著,50℃35min、55℃15min、60℃5min 對原球莖生長有顯著影響,并且溫度越高、浸種時間越長,對種子萌發影響越大,55℃30min 和60℃10min 的白及種子萌發率為0%。陳麗等人研究表明,寧粳浸種溫度達30℃時,隨著浸種時間的延長種子發芽率下降明顯[15]；陳發軍等人表明,50℃和60℃處理會降低碎芥種子的萌發率[16]；李文楊研究不同浸種溫度對白菜種子萌發與幼苗生長的影響,表明30℃下白菜種子的發芽率、發芽勢和發芽指數最高,而高溫(60℃和90℃) 和低溫(15℃) 浸種不利于白菜種子的萌發,隨著溫度的升高,發芽率呈下降趨勢[17]。這些結論與本研究結果相似,表明高溫可以抑制種子的萌發,但每種植物種子對高溫的耐受性是不同的,如白及種子的耐受性大于寧粳,而小于碎芥種子和白菜種子,由于白及種子微小,種皮薄,對高溫的耐受已超過40℃,說明白及種子對高溫的耐受能力比較強。

溫度是影響植物種子萌發的重要因素之一,可以打破種子的休眠[18],合適的溫度可以軟化種皮,促進種子吸水,從而促進種子的萌發[19]。余嬌娥等人表明,60℃、80℃以及100℃2.5min 處理對黃茅種子萌發有顯著促進作用,但100℃ (5min 和10min) 的處理,對種子萌發有明顯抑制作用[20]；納偉表示,50℃水溫處理黃秋葵種子時,發芽勢和發芽率達到最大[21]；徐世才等人表示隨著浸種時間的增長,沙芥種子的發芽率先增長,后下降[22]；陳勇等人表示,高溫(100℃) 浸種處理方法能夠較大幅度提高粉葉羊蹄甲的發芽率,并且浸種時間越長,發芽率越高[23]；何權也表明,隨著處理溫度和時間的增加,梭梭種子發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數均先增加后降低[24]。上述研究表明,高溫可以促進種子的萌發,但每種植物種子的合適萌發溫度不同；本研究中表明,在常溫下白及種子的萌發率最高,高溫對白及種子的萌發并無促進作用,有一定的抑制作用,可能是由于白及種子沒有休眠現象,無需外界對萌發提供幫助,但是在50℃ (15min 和20min)、55℃5min下,對已萌發種子的生長具有促進作用。