(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/ 草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010010)

germination potential

射干(IrisBelancandachinensis(L.) DC.)是鳶尾科(Iridaceae)射干屬(BelamcandaAdans)的多年生草本植物，具有重要的觀賞價(jià)值，也是人們所熟知的中藥材，以根狀莖入藥，具有清熱解毒，利咽消痰，散血消腫的作用[1]。射干在生態(tài)習(xí)性上對(duì)溫度、光照和干旱等外界環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)[2]。

朱金英[3]和崔曉敬[4]等分別對(duì)射干的栽培技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)歸納。而在中草藥層面，針對(duì)射干治療哮喘的研究尤為突出[5]。隨著射干需求量的增加，野生射干資源呈減少趨勢(shì)，已不能滿足人類需要[6]。前人對(duì)射干繁殖更新方面的研究較少，且鮮見(jiàn)對(duì)其種子萌發(fā)特性方面的研究。在我國(guó)北方城市，如內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其主要特點(diǎn)是光照充足，且降水少。干旱會(huì)導(dǎo)致植物的繁殖更新受到限制，因此本研究一方面要探究射干種子的萌發(fā)特性，另一方面要摸清射干種子對(duì)干旱的響應(yīng)，以求解決射干引種馴化中的擴(kuò)繁問(wèn)題，且為其繁殖更新提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用種子2017年10月采集于呼和浩特市郊區(qū)合創(chuàng)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)園區(qū)引種圃中的射干植株。在收獲及清選后將粒大飽滿的種子置室溫下干燥貯藏，萌發(fā)試驗(yàn)于2018年3—5月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等地點(diǎn)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1種子形態(tài)特征

選取發(fā)育良好且成熟飽滿的種子置于顯微鏡下，觀察種子顏色、性狀及表面紋飾等基本特征，并以拍照記錄。試驗(yàn)采用千粒法，隨機(jī)數(shù)取3份1 000粒的供試種子，分別使用精度為萬(wàn)分之一的天平進(jìn)行稱重，取其平均值即為種子的千粒重。

1.2.2種子適宜萌發(fā)溫度條件的篩選

通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)得知，室溫干燥貯藏的射干種子幾乎不存在休眠。試驗(yàn)在人工培養(yǎng)箱中進(jìn)行，設(shè)置恒溫10，15，20，25，30，35 ℃及變溫20/30 ℃共6個(gè)溫度處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)隨機(jī)數(shù)取50粒種子，采用紙上發(fā)芽方式，以2層潤(rùn)濕的濾紙作為發(fā)芽床進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每隔24 h澆適量的水使發(fā)芽床保持濕潤(rùn)狀態(tài)，并記錄其發(fā)芽數(shù)直至無(wú)萌發(fā)種子出現(xiàn)為止。

參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[7]及我國(guó)《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》[8]，將種子新鮮胚根伸出超過(guò)種子長(zhǎng)度以上視為發(fā)芽，以便對(duì)種子發(fā)芽情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)直至無(wú)萌發(fā)種子出現(xiàn)為止。

根據(jù)發(fā)芽試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)按公式計(jì)算各相關(guān)發(fā)芽指標(biāo)如下：

發(fā)芽率[9]=(n/N)×100%

式中，n為最終達(dá)到的正常發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子數(shù);

發(fā)芽指數(shù)[9]=∑Gt/Dt

式中，Gt為在t日內(nèi)發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)；

發(fā)芽勢(shì)[9]=(n*/N)×100%

式中，n*為發(fā)芽實(shí)驗(yàn)初期種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子數(shù)；

相對(duì)發(fā)芽率(%)=(脅迫處理的發(fā)芽率/對(duì)照的發(fā)芽率)×100%；

胚根/胚芽=胚根長(zhǎng)度/胚芽長(zhǎng)度；

萌發(fā)脅迫指數(shù)[10]=脅迫下種子發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照種子發(fā)芽指數(shù)；

萌發(fā)抗旱指數(shù)[11]=脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)；

種子萌發(fā)指數(shù)=(1.00)Rd 2+(0.75)Rd 4+(0.5)Rd 6+(0.25)Rd 8

式中,Rd 2,Rd 4,Rd 6,Rd 8分別為第2,4,6,8天的種子發(fā)芽率。各種相對(duì)指標(biāo)均為干旱脅迫處理與對(duì)照的比值。

1.2.3發(fā)芽過(guò)程中對(duì)光的反應(yīng)

在篩選出最適的發(fā)芽溫度條件下，于人工培養(yǎng)箱中進(jìn)行2種光照對(duì)比發(fā)芽試驗(yàn)。發(fā)芽床采用2層濕潤(rùn)濾紙的紙上發(fā)芽。光照處理將人工培養(yǎng)箱光強(qiáng)調(diào)至33%，黑暗處理為不透光牛皮紙遮于培養(yǎng)皿外側(cè)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)隨機(jī)選取50粒種子。每天記錄種子發(fā)芽數(shù)、霉?fàn)€數(shù)，及時(shí)補(bǔ)充水分保持發(fā)芽床濕潤(rùn)。測(cè)定指標(biāo)同1.2.2。

表3 不同濃度PEG處理對(duì)射干種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

PEG濃度/%發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)相對(duì)發(fā)芽率萌發(fā)脅迫指數(shù)萌發(fā)抗旱指數(shù)071.11b48.89b2.99b1.00b1.00b1.00a587.78a52.22a3.58a1.23a1.20a0.98b1060.00c44.44c2.84c0.84c0.95c0.85c1525.56d12.22d1.22d0.36d0.41d0.72d202.22e0.00e0.06e0.03e0.02e0.00e

1.2.4發(fā)芽對(duì)干旱脅迫耐性研究

室溫條件下，選取粒大飽滿的射干種子，用蒸餾水沖洗干凈，采取聚乙二醇溶液(PEG-6000)模擬干旱脅迫，設(shè)0%(對(duì)照)、5%、10%、15%、20%共5個(gè)不同濃度溶液去代替清水培養(yǎng)液，將種子置于墊2層濾紙的發(fā)芽床上作為紙上發(fā)芽。每處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50粒種子。每天記錄種子的發(fā)芽及發(fā)霉腐爛的種子數(shù)，并及時(shí)補(bǔ)充培養(yǎng)液。測(cè)定指標(biāo)同1.2.2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及作圖，用SAS 9.0中Duncans檢驗(yàn)樣本間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 射干種子形態(tài)特征

射干種子呈近球形，長(zhǎng)約2 mm，寬約0.5 mm，千粒重為(9.099±0.201)g，種皮呈現(xiàn)黑棕色，表面光滑，有光澤。

2.2 種子發(fā)芽最適溫度的確定

在自然光照的情況下，設(shè)置了不同的溫度梯度對(duì)射干種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。以發(fā)芽率，發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)作為測(cè)定指標(biāo)。在不同溫度條件下，射干種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)顯著性差異。由表1可知，恒溫10 ℃、30 ℃及35 ℃均不利于射干種子萌發(fā)，發(fā)芽率最低且與其他溫度條件的發(fā)芽率存在顯著性差異；恒溫25 ℃發(fā)芽率雖優(yōu)于上述3個(gè)溫度處理，但仍顯著低于20 ℃和25 ℃恒溫條件及20 ℃/30 ℃變溫條件下的發(fā)芽率，3種溫度條件下的發(fā)芽率分別高達(dá)92.22%、97.78%及94.33%。進(jìn)一步結(jié)合發(fā)芽指數(shù)指標(biāo)來(lái)看，恒溫20 ℃處理顯著高于其他溫度條件，為3.77，變溫20 ℃/30 ℃次之，達(dá)3.67。但再結(jié)合發(fā)芽勢(shì)看來(lái)，恒溫25 ℃下的種子發(fā)芽勢(shì)僅為40.00%，顯著低于恒溫20 ℃。篩選種子最適溫度條件時(shí)，發(fā)芽率可作為首要考慮指標(biāo)。但綜合其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)后，最終確定射干種子最適萌發(fā)溫度為恒溫20 ℃。

表1 自然光照條件下，不同溫度對(duì)射干萌發(fā)的影響

溫度/℃發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)100.00c12.22c0.31d1537.78b92.22a3.09b2064.44a97.78a3.77a2540.00b57.78b1.87c301.11c2.22d0.2d350.00c0.00d0.00d20/3060.56ab94.33a3.67ab

注：表中同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.3 光照條件對(duì)種子發(fā)芽的影響

在篩選出的最適溫度條件下進(jìn)行黑暗條件下的萌發(fā)試驗(yàn)，以自然光為對(duì)照。從表2可以看出，自然光照下射干種子的3個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均顯著高于黑暗條件下的值。黑暗條件下的發(fā)芽率極低，僅為36.00%。由此可知，光照條件對(duì)于射干種子的發(fā)芽影響極大。

表2 20 ℃條件下，2種不同的光照條件對(duì)射干種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

光照發(fā)芽勢(shì)%發(fā)芽率%發(fā)芽指數(shù)黑暗條件27.00b36.00b1.15b自然光64.44a97.78a3.77a

2.4 種子發(fā)芽對(duì)PEG脅迫的耐性

2.4.1PEG處理對(duì)種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

通過(guò)0%、5%、10%、15%及20% 5個(gè)濃度的PEG處理，射干種子在萌發(fā)過(guò)程中表現(xiàn)出了較明顯的差異。如表3所示，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽率以及萌發(fā)脅迫指數(shù)在5%PEG下均明顯高于對(duì)照，發(fā)芽率可高達(dá)87.78%；當(dāng)PEG濃度為10%及以上時(shí)，萌發(fā)指標(biāo)在數(shù)值上開(kāi)始發(fā)生了明顯的降低。而萌發(fā)抗旱指數(shù)則隨著PEG濃度的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。萌發(fā)抗旱指數(shù)可表征種子在萌發(fā)過(guò)程中抗旱時(shí)間的長(zhǎng)短，PEG濃度的升高可以明顯縮短種子的抗旱時(shí)間。綜合來(lái)看，低濃度的干旱脅迫可以在一定程度上促進(jìn)種子的萌發(fā)。

2.4.2種子發(fā)芽率與PEG濃度的關(guān)系

當(dāng)種子發(fā)芽率分別下降到50%和25%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的干旱脅迫作為種子萌發(fā)的臨界值和極限值[12]。對(duì)發(fā)芽率和PEG濃度進(jìn)行相關(guān)分析可知，二者呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此用一元線性回歸對(duì)方程進(jìn)行擬合，可預(yù)測(cè)出射干種子在抵抗干旱脅迫時(shí)的臨界值為10%(實(shí)際值為9.8%)，以及極限值為15%(實(shí)際值為16.1%)。

圖1 種子發(fā)芽率與PEG濃度之間的線性關(guān)系

2.4.3PEG處理對(duì)種子胚根長(zhǎng)以及胚芽長(zhǎng)的影響

根系的發(fā)達(dá)程度可以表征植物的抗旱能力。如圖2 A所示，射干種子的胚根長(zhǎng)隨著PEG濃度的升高而表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，對(duì)照的胚根長(zhǎng)為32.56 mm，20% PEG處理下胚根長(zhǎng)為0 mm；胚根的不斷降低說(shuō)明其長(zhǎng)度與干旱程度之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

而從圖2 B中可以看出，隨著PEG濃度的升高，種子的胚芽呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。顯示出低水平的干旱會(huì)促進(jìn)胚芽的伸長(zhǎng)，而高水平的干旱程度則會(huì)對(duì)種子胚芽的伸長(zhǎng)起到抑制作用。胚芽在5%處理下達(dá)到最大值，為2.78 mm，方差分析顯示，明顯高于對(duì)照，當(dāng)PEG濃度升至10%，胚芽的伸長(zhǎng)被明顯抑制，低于對(duì)照，且當(dāng)PEG濃度逐漸升高，胚芽長(zhǎng)會(huì)呈更明顯的下降趨勢(shì)，當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)，胚芽的伸長(zhǎng)完全被抑制。

如圖3所示，隨著PEG濃度的升高，胚根/胚芽呈明顯的下降趨勢(shì)，對(duì)照的胚根/胚芽明顯高于其他處理，可見(jiàn)干旱脅迫對(duì)射干種子胚根的影響抑制作用顯著高于胚芽。

2.5 種子發(fā)芽計(jì)數(shù)時(shí)間的確定

在上述試驗(yàn)所篩選出射干最適的發(fā)芽條件，即恒溫20 ℃，自然光條件下去觀察種子的發(fā)芽情況。在整個(gè)萌發(fā)試驗(yàn)過(guò)程中，置種第5天即有種子萌發(fā)，當(dāng)發(fā)芽持續(xù)到第8天時(shí)，有超過(guò)60%的種子萌發(fā)。因此，推薦將射干種子初次計(jì)數(shù)時(shí)間定為置種的第8天。同時(shí)第12天后再無(wú)新種子有發(fā)芽動(dòng)勢(shì)。綜合考慮其它環(huán)境條件可能對(duì)種子發(fā)芽產(chǎn)生的影響，推薦將射干末次計(jì)數(shù)時(shí)間延緩至置種后第15天。

圖2 PEG濃度對(duì)射干種子胚根及胚芽長(zhǎng)度的影響

圖3 PEG處理對(duì)種子胚根/胚芽比值的影響

3 討 論

溫度作為種子萌發(fā)的先決條件，對(duì)植物萌發(fā)過(guò)程的影響也很顯著。試驗(yàn)結(jié)果顯示，射干種子以恒溫20 ℃為分界線，過(guò)低與過(guò)高溫度條件都會(huì)對(duì)種子萌發(fā)表現(xiàn)出不同程度的影響。恒溫10 ℃、30 ℃及35 ℃的3個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均顯著低于恒溫20 ℃的處理。15 ℃與20/30 ℃處理雖發(fā)芽率不顯著低于20 ℃處理，但因其發(fā)芽勢(shì)較低，即發(fā)芽速度慢且發(fā)芽不整齊，故該溫度處理不建議被用作射干的最適萌發(fā)溫度。25 ℃雖是室溫，也是大量種子萌發(fā)的最適溫度[13-15]，但射干在該溫度下，3個(gè)發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)不優(yōu)。因此推薦射干種子的最適萌發(fā)溫度為恒溫20 ℃。

光照對(duì)種子萌發(fā)的影響不止體現(xiàn)在復(fù)雜的生理過(guò)程上，同時(shí)也是受到調(diào)控的信號(hào)傳遞和基因表達(dá)過(guò)程[16]。種子根據(jù)對(duì)光照的需要與否，分為需光種子、嫌光種子[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，光照對(duì)射干種子的正面影響十分顯著，然而該種子在黑暗情況下發(fā)芽率極低，且發(fā)芽高峰期滯后，可見(jiàn)適當(dāng)?shù)脑黾庸庹諏?duì)種子萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用?？蓪⑸涓煞N子歸為需光種子。關(guān)于光照對(duì)射干種子萌發(fā)的研究尚未可見(jiàn)，但本試驗(yàn)結(jié)果與樊璐等[18]對(duì)有髯鳶尾研究結(jié)果不盡相同。

種子萌發(fā)對(duì)干旱環(huán)境的響應(yīng)反映了植物種子適應(yīng)逆境的能力[19]。利用PEG溶液模擬土壤干旱水平，可達(dá)到方便易操作的目的。試驗(yàn)采用4種不同PEG溶液濃度與清水作對(duì)比，結(jié)果顯示，各個(gè)濃度PEG溶液處理均對(duì)射干種子萌發(fā)過(guò)程產(chǎn)生了不同程度的延緩作用?？傮w來(lái)看，隨著PEG濃度的升高，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽率、萌發(fā)脅迫指數(shù)呈先升高后下降趨勢(shì)，在5%PEG處理下以上指標(biāo)達(dá)到最大值，而當(dāng)PEG濃度逐漸上高至10%時(shí)，以上萌發(fā)指標(biāo)則呈顯著的降低趨勢(shì)，可見(jiàn)低水平的干旱可以促進(jìn)射干種子萌發(fā)而高水平的干旱會(huì)抑制其萌發(fā)；萌發(fā)抗旱指數(shù)表征種子在抵抗干旱時(shí)間上的長(zhǎng)短，隨著PEG濃度的增加，該指標(biāo)呈明顯下降的趨勢(shì)，說(shuō)明干旱會(huì)明顯的縮短射干種子抗旱時(shí)間，其關(guān)鍵原因是由于環(huán)境中水勢(shì)降低，導(dǎo)致細(xì)胞失水，細(xì)胞代謝活動(dòng)下降所致[20]。其中，20%濃度PEG處理的種子明顯出現(xiàn)受抑制狀態(tài)，發(fā)芽率僅為2.22%，說(shuō)明射干種子能正常萌發(fā)的臨界水分脅迫在PEG濃度為20%以下(相當(dāng)于-0.6 MPa水勢(shì)[21])。對(duì)射干種子的發(fā)芽率與PEG濃度之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行一元回歸方程的擬合，得出該種子所能抵抗干旱的臨界值為PEG濃度10%(相當(dāng)于-0.2 MPa水勢(shì)[21])，而極限值為15%(相當(dāng)于-0.4 MPa水勢(shì)[21])，該處理下的射干種子的發(fā)芽率明顯降低，發(fā)芽高峰期也有所滯后，評(píng)價(jià)種子發(fā)芽水平的首要指標(biāo)是發(fā)芽率，因此可以看出，15%的PEG溶液對(duì)射干的萌發(fā)過(guò)程已產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響。綜合來(lái)看，射干種子對(duì)干旱脅迫有一定的忍耐能力。這一結(jié)論與李燕[22]的研究結(jié)果相仿。

4 結(jié) 論

射干種子最適的萌發(fā)溫度為恒溫20 ℃，屬于需光種子；隨著PEG濃度的升高，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)發(fā)對(duì)率、萌發(fā)脅迫指數(shù)、胚芽長(zhǎng)均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且在5%PEG下達(dá)到最大值，即低干旱水平可促進(jìn)種子萌發(fā)及抗旱能力，高干旱水平會(huì)起到抑制作用；隨著PEG濃度的升高，萌發(fā)抗旱指數(shù)、胚根長(zhǎng)明顯降低，即該兩種指標(biāo)與PEG濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；胚根/胚芽亦會(huì)隨著PEG濃度升高而增大，即干旱脅迫對(duì)胚根的抑制作用會(huì)顯著高于對(duì)胚芽的影響。用一元線性回歸擬合種子發(fā)芽率和PEG濃度，預(yù)測(cè)出射干種子所能抵御的水分滲透勢(shì)臨界值為-0.2 MPa，極限值為-0.4 MPa。推薦射干種子萌發(fā)初次計(jì)數(shù)時(shí)間為置床后的第8天，末次計(jì)數(shù)時(shí)間為置床后的第15天。