徐 劍, 楊 帆,2, 孫正海

(1.云南省觀賞草集成利用國(guó)際聯(lián)合研發(fā)中心/云南省高效經(jīng)濟(jì)林培育示范型國(guó)際科技合作基地/云南省面向南亞?wèn)|南亞經(jīng)濟(jì)林全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合研發(fā)中心/西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院, 昆明 650224;2.云南省科學(xué)技術(shù)院, 昆明 650228)

喀西茄(Solanumaculeatissimum)為茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)有刺小灌木,又名兩面刺、紫花茄等,主要分布于我國(guó)西南、華南等中低海拔地區(qū),常成片叢生于田邊、荒地中[1-2]?？ξ髑咽且环N重要的民族藥,被彝族、傣族、哈尼族等民族認(rèn)可,被多個(gè)藥典收錄(如《滇南本草》等),其主要藥用功能為殺菌、消炎、止疼等[3]。喀西茄除本身具有較高的藥用價(jià)值外,還具有一定的抗蟲(chóng)抗病性,亦是一種重要的抗病蟲(chóng)茄子資源[4-5]。此外,有研究證實(shí),喀西茄對(duì)重金屬有一定的富集能力[6]。

種子是高等植物繁殖更新的起點(diǎn),種子萌發(fā)是植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的關(guān)鍵一環(huán)[7-8]。種子預(yù)處理是提高種子萌發(fā)率的重要處理方式,對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有重要影響。在生產(chǎn)中往往根據(jù)植物種子特性對(duì)其進(jìn)行不同方式的預(yù)處理,以期有效促進(jìn)種子發(fā)芽成苗,提高種子抗性及產(chǎn)量。種子預(yù)處理技術(shù)經(jīng)過(guò)悠久的發(fā)展歷程,主要包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類,從傳統(tǒng)的機(jī)械破殼、沙埋等方式發(fā)展成如今實(shí)踐生產(chǎn)常用的超聲波處理、外源激素處理、無(wú)機(jī)溶液處理等[9]。目前,多種預(yù)處理方法已被育種工作者在觀賞花卉、林木和中草藥等多種植物種子萌發(fā)的研究中應(yīng)用。熱擊和微波處理可顯著提高大豆種子可溶性糖含量,同時(shí)抑制電解質(zhì)滲漏,進(jìn)而有效促進(jìn)種子萌發(fā)[10]。基于轉(zhuǎn)錄自組測(cè)序技術(shù)探究超聲波預(yù)處理對(duì)小麥種子萌發(fā)和活力的影響,研究結(jié)果表明,超聲波處理對(duì)小麥種子的氧化還原過(guò)程、碳水化合物代謝過(guò)程有著顯著影響[11]。蘭香草種子萌發(fā)的適宜溫度為20～25 ℃,一定的低溫和高溫均會(huì)抑制種子萌發(fā),通過(guò)赤霉素處理可有效緩解溫度帶來(lái)的抑制作用,發(fā)芽率可達(dá)70%～90%[12]。

喀西茄人工標(biāo)準(zhǔn)化種植,需要掌握其種子萌發(fā)情況以及不同預(yù)處理對(duì)其種子萌發(fā)的影響。但由于喀西茄多為野生種,種子成熟度不一致,導(dǎo)致種子發(fā)芽率不高,成為限制喀西茄人工培育的瓶頸,目前尚未見(jiàn)人工馴化及培育的相關(guān)報(bào)道,因此,本研究以喀西茄為研究對(duì)象,通過(guò)分析干濕處理、熱擊處理、硝酸鉀溶液處理、氯化鈣處理、超聲波處理和赤霉素溶液處理共6種預(yù)處理對(duì)喀西茄種子萌發(fā)、種子形態(tài)和生理指標(biāo)的影響,以及不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用,旨在篩選喀西茄種子萌發(fā)的最佳預(yù)處理方法及適宜喀西茄幼苗生長(zhǎng)的最佳S-誘抗素濃度,為喀西茄引種馴化及人工高效培育提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

喀西茄試驗(yàn)材料采集于云南省昆明市?？诹謭?chǎng)。成熟果實(shí)采集后晾干、去除果皮備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1不同預(yù)處理對(duì)喀西茄種子萌發(fā)的影響

采取6種不同的預(yù)處理方式處理喀西茄種子,每處理30粒種子(表1),重復(fù)3次,全部預(yù)處理結(jié)束將種子置于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中,置于培養(yǎng)箱中催芽,培養(yǎng)箱溫度32 ℃,濕度85%。

表1 喀西茄種子6因子18處理設(shè)計(jì)

1.2.2不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗生長(zhǎng)的影響

本試驗(yàn)種子預(yù)處理方式為干濕處理2次,具體處理方式參照2.2.1方法與步驟,并設(shè)置3個(gè)水平的S-誘抗素進(jìn)行試驗(yàn),濃度分別為1.50 mL/L、2.0 mL/L和2.50 mL/L,分別標(biāo)記為S150、S200和S250,以清水處理作對(duì)照。將試驗(yàn)種子用不同濃度S-誘抗素浸泡24 h,用清水沖洗20 min后置于溫度32 ℃、濕度75%的恒溫箱中催芽24 h。后采用32孔穴盤播種。每個(gè)處理30粒種子,3次重復(fù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)與生理指標(biāo)測(cè)定

1.3.1種子萌發(fā)指標(biāo)測(cè)定

每天觀察發(fā)芽種子數(shù)量。計(jì)算發(fā)芽系數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、平均發(fā)芽天數(shù)和發(fā)芽率,統(tǒng)計(jì)時(shí)3個(gè)重復(fù)求平均值。參考孫學(xué)榮[13]的方法,測(cè)定POD(Peroxidase,POD)、CAT(Catalase,CAT)活性和根系活力,測(cè)定時(shí),每個(gè)重復(fù)選取5粒,3個(gè)重復(fù)15粒測(cè)定結(jié)果的平均值作為該指標(biāo)的最終測(cè)定值。

1.3.2幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

苗高、莖粗、主根長(zhǎng)和主根粗均選取每一重復(fù)里長(zhǎng)勢(shì)最好的一株測(cè)定,播種后20 d、30 d和40 d分別測(cè)一次;POD和CAT活性,均采用第2片真葉,測(cè)定時(shí)間亦是在播種后40 d;根系活力測(cè)定在播種后40 d,測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)同上。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

利用Office軟件(2013版)和SPSS17.0軟件統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)分析。

2 不同預(yù)處理對(duì)喀西茄種子萌發(fā)影響結(jié)果與分析

2.1 喀西茄不同預(yù)處理方式統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示?；?種不同預(yù)處理方式,喀西茄種子各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照組,不同預(yù)處理方式之間存在較顯著差異。其中A2處理(干濕處理2次)效果最佳,除平均發(fā)芽天數(shù)外,其他指標(biāo)均為最優(yōu)值,發(fā)芽率為97%、發(fā)芽指數(shù)為6.43、發(fā)芽系數(shù)為33.42、平均發(fā)芽天數(shù)為4 d、活力指數(shù)為14.18,且可最大限度地縮短喀西茄平均發(fā)芽天數(shù),其次為D1處理。即干濕處理和1%氯化鈣溶液處理可有效打破喀西茄種子休眠特性,提高其發(fā)芽率。此外,從各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看,在超聲波預(yù)處理中,E2處理(10 min)雖優(yōu)于對(duì)照組處理,但在所有預(yù)處理中效果最差,發(fā)芽指數(shù)僅為5.98,且平均發(fā)芽天數(shù)最長(zhǎng)。由此表明,合理的處理時(shí)間對(duì)喀西茄種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。

表2 喀西茄種子6因子18處理統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果

2.2 6種預(yù)處理對(duì)喀西茄種子生理指標(biāo)的影響

POD活性、CAT活性和根系活力在種子萌發(fā)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,也是評(píng)價(jià)種子萌發(fā)效果的重要生理指標(biāo)?？ξ髑?種不同預(yù)處理方式生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。不同處理后喀西茄種子POD活性、CAT活性和根系活力差異顯著且全部高于對(duì)照組。其中,經(jīng)A2處理后,喀西茄各項(xiàng)生理指標(biāo)最高,POD活性、CAT活性和根系活力分別為82.52 U/(g·min)、182.39 U/(g·min)和84.78 μg/(g·h),其次為D1處理。在根系活力測(cè)定上,E3處理的促進(jìn)作用僅次于A2處理和D1處理,根系活力可達(dá)82.78 μg/(g·h)。此外,C3處理可顯著提高種子的POD活性,為82.07 U/(g·min),而B(niǎo)3處理則提高了種子的CAT活性,有效促進(jìn)種子的萌發(fā)。

表3 喀西茄種子6因子18處理生理指標(biāo)結(jié)果

3 不同S-誘抗素濃度處理對(duì)喀西茄幼苗生長(zhǎng)的影響

3.1 S-誘抗素對(duì)喀西茄幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

在探索和優(yōu)化了喀西茄種子萌發(fā)最佳預(yù)處理方式之后,本研究選用不同濃度的S-誘抗素處理,探究其對(duì)喀西茄幼苗生長(zhǎng)的影響。如表4和表5所示,不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生不同的影響結(jié)果,與對(duì)照組相比,各處理組幼苗的苗高、莖粗、主根長(zhǎng)等形態(tài)指標(biāo)均顯著高于對(duì)照組。分析數(shù)據(jù)后顯示,在20 d、30 d和40 d時(shí),3個(gè)水平濃度處理中,S200處理效果最優(yōu),喀西茄幼苗的苗高、莖粗、主根長(zhǎng)和主根粗均為最大值,S250處理組次之,S150處理組最低。如喀西茄幼苗種植40 d時(shí),S200處理的苗高、莖粗、主根長(zhǎng)和主根粗分別為93.54 mm、2.01 mm、42.31 mm和1.01 mm,顯著高于對(duì)照組和S150處理組。隨著S-誘抗素濃度的增加,喀西茄幼苗生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)也隨之增大,當(dāng)處理為S250時(shí),各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)有所下降,但也顯著優(yōu)于對(duì)照組和S150處理組。由此可知,一定濃度的S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用,而高濃度的S-誘抗素則在一定程度上抑制了其幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

表4 不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗苗高和莖粗的影響

表5 不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗主根長(zhǎng)和主根粗的影響

3.2 S-誘抗素對(duì)喀西茄幼苗生理指標(biāo)的影響

不同濃度S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗POD、CAT和根系活力的影響見(jiàn)表6。在S200處理組中,喀西茄幼苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)最優(yōu),POD、CAT和根系活力分別達(dá)到139.46 U/(g·min)、265.49 U/(g·min)、140.98 U/(g·min);S250處理組效果其次,各項(xiàng)生理指標(biāo)略低于S200處理組,但上述兩個(gè)處理組在POD、CAT和根系活力方面均顯著優(yōu)于S150處理組和對(duì)照組。綜上,本研究中,不同濃度S-誘抗素處理喀西茄幼苗生長(zhǎng)發(fā)育情況為:S200>S250>S150>ck,科學(xué)合理的S-誘抗素濃度處理對(duì)培育健壯、無(wú)病蟲(chóng)害的喀西茄幼苗具有一定的促進(jìn)作用。

表6 S-誘抗素處理對(duì)喀西茄幼苗POD、CAT和根系活力的影響

4 結(jié)論與討論

隨著喀西茄的優(yōu)質(zhì)的抗病蟲(chóng)特性和藥用價(jià)值的挖掘,野生種質(zhì)資源的保有量難以滿足市場(chǎng)需求,人工播種育苗是最簡(jiǎn)單科學(xué)的途徑之一。然而,野生的喀西茄種子通常成熟度不一致,且種皮堅(jiān)硬厚實(shí),透水透氣性不佳,表明光滑具蠟質(zhì)特性,成為限制喀西茄人工培育的瓶頸問(wèn)題[14]。因此,本研究采用不同方法對(duì)喀西茄種子進(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同的預(yù)處理方式處理效果不一致,同一種預(yù)處理方式不同的處理?xiàng)l件,效果亦不同。研究結(jié)果顯示,干濕處理、氯化鈣溶液處理等方法均可有效促進(jìn)喀西茄種子的萌發(fā),如發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率等系數(shù)均顯著優(yōu)于對(duì)照組處理,其中干濕處理效果最佳。郝海坤等[15]研究表明,干濕處理不僅可以有效增加植物種子中束縛水的含量,同時(shí)提高膠體親水性和蛋白質(zhì)的凝固溫度,改善種子的活力和衰老程度,從而促進(jìn)種子的萌發(fā)。刺玫薔薇種子也具有深度休眠的特性,因此,相關(guān)研究者基于干濕預(yù)處理方法,探究高效便捷的解除刺玫薔薇種子休眠的方法,研究結(jié)果表明,干濕處理有助于打破種子的休眠,提高發(fā)芽率。目前,干濕預(yù)處理方法已被應(yīng)用于其他植物,如油松[13]、白皮松[17]和煙草[18]等種子播前預(yù)處理工作中。

種子的萌發(fā)不僅受各種環(huán)境因素的影響,還與多種內(nèi)在生理活性物質(zhì)有關(guān),如過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、根系活力等均對(duì)種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)有很大影響[19-20]。通過(guò)喀西茄種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的試驗(yàn)可知,除干濕處理外,氯化鈣溶液處理和S-誘抗素(過(guò)氧化氫)處理均可顯著提高種子及幼苗體內(nèi)的POD、CAT等活性。綠色植物體內(nèi)的POD和CAT作為抗氧化組織的重要組成部分,可有效抑制活性氧在體內(nèi)積累,消滅超氧陰離子自由基,降低細(xì)胞膜系統(tǒng)手上等[21-22]。有相關(guān)研究指出,植物體內(nèi)POD和CAT活性越高,植物種子及幼苗的活力越高,抗逆性得到顯著提高[23-24]。在其他植物的研究中,如趙東興等[25]以馬檳榔種子為材料,用過(guò)氧化氫浸種,發(fā)芽率可達(dá)93%,且出苗整齊健壯,該處理方法可顯著促進(jìn)馬檳榔種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。在探究不同溫度對(duì)油樟種子生理及萌發(fā)的研究中,趙鑫等[26]發(fā)現(xiàn),經(jīng)低溫處理后,油樟種子體內(nèi)POD和CAT活性顯著增高,抑制了O2-·和H2O2積累,能夠有效保持種子的活性。結(jié)合分析本研究結(jié)果可知,POD、CAT和根系活力越高的處理組(干濕處理2次和1%氯化鈣溶液處理12 h),該組的種子萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等系數(shù)及幼苗的形態(tài)指標(biāo)越高,這與上述多項(xiàng)研究論點(diǎn)相符。由此可知,喀西茄種子及幼苗體內(nèi)的POD和CAT活性指數(shù)越高,其自身的生長(zhǎng)發(fā)育情況越優(yōu)。

本試驗(yàn)分別采用干濕處理、熱擊處理、硝酸鉀溶液處理和氯化鈣處理等6種方式對(duì)促進(jìn)喀西茄種子萌發(fā)進(jìn)行預(yù)處理及采用不同濃度的S-誘抗素浸泡后培育幼苗,通過(guò)分析種子和幼苗的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、形態(tài)和生理等指標(biāo),試驗(yàn)結(jié)果表明,在種子萌發(fā)預(yù)處理試驗(yàn)中,干濕處理2次(D2)能夠顯著提高喀西茄種子的萌發(fā)力和活力,提高種子萌發(fā)過(guò)程中各項(xiàng)形態(tài)及生理指標(biāo);經(jīng)濃度為2.0 mL/L的S-誘抗素(S200)處理后的喀西茄幼苗,在苗高、莖粗、主根長(zhǎng)、主根粗、POD活性、CAT活性和根系活力方面均達(dá)到最大值,該處理方法可有效促進(jìn)喀西茄幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。綜上所述,本研究通過(guò)分析不同預(yù)處理對(duì)喀西茄種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響,探索喀西茄種子萌發(fā)及培育幼苗的最佳處理方法。研究結(jié)果可為喀西茄標(biāo)準(zhǔn)化人工育苗及高效培育提供了一定的理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo),為進(jìn)一步喀西茄商品化開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。