鄭曉雯, 龍 藝, 林佳妮, 劉星宇, 鄭冰潔, 張思思, 巨秀婷, 徐庭亮

(1.青海大學(xué), 西寧 810016; 2.青海大學(xué)高原花卉研究中心, 西寧 810016;3.青海省園林植物與觀賞園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810016)

菥蓂(ThlaspiarvenseL.)又名敗醬草和遏藍(lán)菜,是十字花科菥蓂屬一年生草本植物,主要在道路、草地和山坡生長,在我國川藏地區(qū)分布豐富,因其富含黃酮、黑芥子、芥子苷等次生代謝物,而具有清肝解毒、和中益氣和清熱利尿等功效[1-4]。菥蓂全草、嫩苗和種子均可入藥,藥用價(jià)值不但廣泛,且極為珍貴,收錄于《本經(jīng)》《別論》《藥性論》等傳統(tǒng)中醫(yī)藥典籍[5-6]。此外,菥蓂種子中還有高達(dá)36%的脂肪油,是未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳锊裼驮蟍7-8];在生態(tài)防護(hù)方面,菥蓂抗旱作用強(qiáng),可以防風(fēng)固沙,吸收土壤重金屬,是西北荒漠地區(qū)維持生態(tài)穩(wěn)固的重要植物資源[9-11]。但藏藥菥蓂以往常常被當(dāng)作田間雜草,而忽略了其潛在醫(yī)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值,造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

菥蓂的繁殖方式主要是種子繁殖,種子是植物繁殖的重要途徑,是植物生長發(fā)育的第一步[12]。而大多數(shù)種子都存在休眠現(xiàn)象,它決定著植物種子能否快速萌發(fā)[13]。為了研究菥蓂種子的萌發(fā)特性,從而縮短、控制菥蓂的育種年限和生長發(fā)育,本試驗(yàn)通過低溫處理探究菥蓂種子是否存在休眠特性;添加赤霉素(GA3)來提高種子的發(fā)芽率;在不同基本培養(yǎng)基上播種探究適合萌發(fā)的培養(yǎng)基;添加不同配比的赤霉素(GA3)、萘乙酸(NAA)和6-芐氨基嘌呤(6-BA),篩選出種子萌發(fā)促進(jìn)生根最佳培養(yǎng)基配方,旨在改進(jìn)菥蓂播種繁育技術(shù),為菥蓂的系統(tǒng)開發(fā)、多元利用提供技術(shù)戰(zhàn)略和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為2021年6月在青海省西寧市大通縣老虎溝(115.46°E,40.98°N)所采的野生分布的菥蓂成熟種子。將采后的種子用白貓漂水沖洗20 min,然后用蒸餾水沖洗5遍備用。

1.2 低溫處理

菥蓂種子擺放在鋪有濕濾紙的培養(yǎng)皿中,放置在4 ℃培養(yǎng)箱中低溫分別處理0,10,20,30 d,每個(gè)處理播種60粒種子,3次重復(fù),全程保濕。各個(gè)處理均在第一粒種子發(fā)芽后,放置人工氣候箱(白天/黑夜,25 ℃/20 ℃,16 h/8 h,相對(duì)濕度40%)中培養(yǎng)7 d后拍照統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率。

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

1.3 GA3對(duì)種子發(fā)芽的影響

參考何志等[14]外源施加GA3的方法,將菥蓂種子在濃度為0,200,300,400 mg/L的GA3溶液中浸泡0.5 h和4 h,然后擺放在鋪有濕濾紙的培養(yǎng)皿中,每個(gè)處理播種60粒種子,3次重復(fù),置于人工氣候箱中進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng),全程保濕。于培養(yǎng)后7 d開始觀察種子萌發(fā)情況并統(tǒng)計(jì)菥蓂種子的發(fā)芽率,15 d后測(cè)量菥蓂幼苗根長。

1.4 培養(yǎng)基篩選

從試驗(yàn)1.3中篩選出的GA3濃度用于解除種子休眠,然后接種在5種不同基礎(chǔ)培養(yǎng)基上,即1/2MS培養(yǎng)基、1/4MS培養(yǎng)基、3/4MS培養(yǎng)基、B5培養(yǎng)基、MS培養(yǎng)基,每個(gè)處理接種30粒種子,接種10瓶,置于人工氣候箱中進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng),于培養(yǎng)7 d后觀察種子萌發(fā)情況并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

1.5 不同激素對(duì)種子萌發(fā)和生根的影響

在1.4試驗(yàn)篩選出的培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上,擬定0,0.5,1 mg/L濃度的GA3、NAA和6-BA三種激素的正交實(shí)驗(yàn),每組處理60粒種子,每個(gè)處理接種3瓶,置于人工氣候箱中進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng)。7 d后統(tǒng)計(jì)菥蓂種子的萌發(fā)率,30 d后測(cè)量菥蓂幼苗根長。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

本實(shí)驗(yàn)利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和初步計(jì)算,利用SPSS17.0軟件進(jìn)行差異性分析,使用Origin19.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫探究菥蓂種子的休眠程度

為探究菥蓂種子是否存在休眠,且低溫能否有效解除休眠,試驗(yàn)將菥蓂種子置于4 ℃低溫下處理不同時(shí)長,發(fā)現(xiàn)菥蓂種子發(fā)芽率有差異,處理30 d的種子發(fā)芽整齊度高(圖1A)。種子發(fā)芽率分別為84.91%(10 d),99.93%(20 d),100%(30 d),均顯著高于0 d的60.93%(圖1B),且種子萌發(fā)率與低溫處理時(shí)長呈正相關(guān),即低溫處理時(shí)間越長,種子的發(fā)芽率越高,然后增長趨于平穩(wěn),說明菥蓂種子存在一定時(shí)期的休眠,且通過低溫能夠解除休眠,在20 d的低溫處理下種子萌發(fā)率達(dá)99.93%,與30 d無顯著差異。

注:A為菥蓂種子經(jīng)低溫時(shí)間處理后播種7 d后的萌發(fā)情況;B為低溫處理時(shí)間對(duì)菥蓂種子萌發(fā)的影響,圖中不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。圖1 不同4 ℃處理下不同時(shí)間對(duì)菥蓂種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of different treat time at 4 ℃ on Thlaspi arvense L. seed germination

2.2 GA3處理對(duì)種子萌發(fā)和生根的影響

為了打破菥蓂種子休眠,促進(jìn)種子萌發(fā),進(jìn)行外源施加GA3處理。從圖2可以看出,外源施加GA3可以打破菥蓂種子休眠,并且能夠促進(jìn)根伸長。GA3濃度越高,處理時(shí)間越長,種子的萌發(fā)率越高,根長越長。浸種0.5 h,GA3濃度為400 mg/L時(shí),發(fā)芽率達(dá)100%,根長為(3.91±0.49)cm,相較于ck發(fā)芽率提高了84.5%,根長增長了2.94 cm;浸種4 h,濃度為300 mg/L時(shí),發(fā)芽率達(dá)到了100%,根長(3.58±0.48)cm,比ck的發(fā)芽率和根長分別提高了48.79%和2.50 cm(表1)。通過綜合比較,用GA3濃度為400 mg/L浸種0.5 h,比300 mg/L浸種4 h效率更高,所以選用該處理用于打破種子休眠,做后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表1 GA3對(duì)菥蓂種子萌發(fā)和生根的影響Table 1 Effect of GA3 on seed germination and rooting of Thlaspi arvense L.

圖2 不同GA3濃度和處理時(shí)間對(duì)菥蓂種子萌發(fā)的影響Fig.2 Effects of different gibberellin concentration and treatment time on seed germination of Thlaspi arvense L.

2.3 不同基本培養(yǎng)基對(duì)菥蓂種子萌發(fā)的影響

由圖3可知,不同基本培養(yǎng)基對(duì)菥蓂種子萌發(fā)率的影響具有顯著差異,菥蓂在1/2MS、1/4MS、3/4MS、MS和B5培養(yǎng)基中的發(fā)芽率分別為(55.27±4.07)%,(14.63±2.95)%,(16.27±1.20)%,(22.91±1.77)%和(32.88±3.51)%,其中1/2MS培養(yǎng)基的萌發(fā)率最高,與其他處理均有顯著差異,依次是1/4MS的3.8倍、3/4MS的3.4倍、MS的2.4倍和B5的1.7倍。所以1/2MS培養(yǎng)基是最適合菥蓂種子萌發(fā)的培養(yǎng)基,與陶茸等[15]的研究結(jié)果一致。

圖3 不同基本培養(yǎng)基對(duì)菥蓂種子萌發(fā)的影響Fig.3 Effect of different basic media on the germination of Thlaspi arvense L. seeds

2.4 不同激素配比對(duì)菥蓂種子萌發(fā)及生根的影響

將菥蓂種子播種到1/2MS培養(yǎng)基上,添加GA3、NAA和6-BA,進(jìn)一步比較不同激素配比對(duì)菥蓂種子萌發(fā)和生根的影響,正交試驗(yàn)極差分析表明(表2),一定濃度范圍內(nèi),高濃度的GA3,NAA,6-BA對(duì)種子萌發(fā)促進(jìn)作用明顯,但對(duì)幼苗生長促進(jìn)作用有所下降。影響菥蓂種子萌發(fā)和生根的激素排序分別是GA3(A)>6-BA(C)>NAA(B)和GA3(A)>NAA(B)>6-BA(C);適合種子萌發(fā)的激素配比為A2B2C3(1/2MS+0.5 mg/L GA3+0.5 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA),促進(jìn)根系伸長的激素配比為A1B3C2(1/2MS+1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA)。促進(jìn)菥蓂種子萌發(fā)的最優(yōu)組合是A2B2C3,發(fā)芽率高達(dá)91.67%;促進(jìn)幼苗生長的最優(yōu)組合A1B3C2,未出現(xiàn)在以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中。

表2 不同激素配比對(duì)菥蓂種子萌發(fā)和幼苗根長的影響Table 2 Effect of different hormone ratios on seed germination and seedling growth of Thlaspi arvense L.

3 討 論

影響種子萌發(fā)的因素有很多,大多數(shù)是由于種子的自身原因?qū)е滦菝?溫度則在休眠誘導(dǎo)和休眠解除的過程中起著重要作用[16]。當(dāng)種子發(fā)生低溫誘導(dǎo)休眠時(shí),在滿足種子休眠的低溫條件下,通過一定時(shí)間的低溫誘導(dǎo)可以解除種子休眠[17]。試驗(yàn)通過低溫不同時(shí)間處理初探菥蓂種子休眠特性,結(jié)果表明,菥蓂種子在4 ℃處理不同時(shí)長,發(fā)芽率不同,且低溫處理時(shí)間越長,種子發(fā)芽率越高。所以可初步認(rèn)為,在菥蓂種子萌發(fā)過程中存在休眠,并且利用低溫可以打破休眠,4 ℃處理20 d可以有效打破休眠,種子萌發(fā)率可達(dá)到99.93%,處理30 d發(fā)芽率達(dá)到100%,比對(duì)照提高了30.07%。

GA3作為一種促植物生長激素,能夠誘導(dǎo)種子產(chǎn)生水解酶,將貯藏物質(zhì)水解為胚所利用的物質(zhì),促進(jìn)種子萌發(fā),所以GA3廣泛應(yīng)用于解除種子的休眠,尤其是打破生理休眠、促進(jìn)萌發(fā)中效果顯著[18-19]。何偉等[20]研究表明,外源施加GA3能夠有效解除川赤芍種子下胚軸萌發(fā)抑制效應(yīng)并促進(jìn)種子的萌發(fā);何志等[14]研究發(fā)現(xiàn),GA3在0～400 mg/L范圍內(nèi)猬實(shí)種子隨激素濃度升高發(fā)芽率率明顯上升;成仿云,杜秀娟[21]研究表明,低濃度的GA3可以促進(jìn)“鳳丹”牡丹種子萌發(fā)、生根和幼苗生長。本研究中,菥蓂在GA3濃度為400 mg/L時(shí),浸種0.5 h發(fā)芽率達(dá)100%,根長為(3.91±0.488)cm,分別比對(duì)照提高和增加了84.5%和2.94 cm。所以GA3可有效解除菥蓂種子休眠,還能促進(jìn)種子生根。

種子的發(fā)芽是植物激素相互作用的結(jié)果,不同激素對(duì)種子發(fā)芽和生長的影響不同[22]。GA主要與營養(yǎng)積累和運(yùn)輸有關(guān),促進(jìn)種子和休眠器官的萌發(fā);NAA對(duì)促進(jìn)細(xì)胞增長有顯著作用,能夠促進(jìn)插穗生根;BA主要控制細(xì)胞分裂和器官發(fā)育,促進(jìn)植物新陳代謝[23-26]。黃作喜等[27]研究發(fā)現(xiàn),用GA、NAA和維生素(V)的復(fù)合激素處理仙客來,可促進(jìn)花芽發(fā)育,提高開花率;劉群龍等[28]用NAA和IBA處理黑莓嫩枝,能夠有效促進(jìn)插條生根。試驗(yàn)通過篩選出最適合菥蓂種子萌發(fā)的1/2 MS培養(yǎng)基,然后添加不同濃度的激素,探究最適合菥蓂種子萌發(fā)和生根的培養(yǎng)基配方,從正交試驗(yàn)結(jié)果中可以看出,GA3對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生根的影響最大。本研究中,篩選出適合種子萌發(fā)的最佳方案是:1/2MS+0.5 mg/L GA3+0.5 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA,發(fā)芽率高達(dá)91.67%,復(fù)合激素對(duì)于促進(jìn)菥蓂種子發(fā)芽的效果顯著;促進(jìn)幼苗生長的最佳培養(yǎng)基為1/2MS+1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA。

本試驗(yàn)通過一系列的篩選和處理,最終得到了適合菥蓂種子萌發(fā)和促進(jìn)幼苗生根的最佳方案,為后續(xù)人工繁殖菥蓂種苗提供技術(shù)與理論參考。