新疆野生牛蒡种子生物学特性及耐盐性研究

王晨曦，焦荟颖，苏 雅，刘白洁，曹蓝文，于玮玮

（天津农学院 园艺园林学院，天津300384）

牛蒡（Arctium lappa L.）为菊科牛蒡属2年生草本直根类植物，在全国均有分布[1]。牛蒡中含有菊糖及挥发油、牛蒡酸、多种多酚物质及醛类，并富含纤维素和氨基酸，具有抗疲劳、抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌及免疫调节等作用，可用于治疗糖尿病、高血压、高血脂等，是一种具有重要经济价值的药食同源植物[2－4]，在日本、韩国等发达国家和我国台湾地区，已成为生活中不可缺少的蔬菜及保健等多功能食品[5]。

新疆野生牛蒡对土壤类型适应性广泛，只要光照水分适宜，无论是沙土、壤土、黏土、盐碱地甚至垃圾填埋处，牛蒡均能良好生长、开花、结果[6]。天津地处环渤海，土壤盐渍化严重，盐渍化土壤面积达4 303 km2，其中，重度和中度盐渍化土壤面积分别为225 km2和635 km2，土壤含盐量为0.1%～1.5%[7]，牛蒡作为一种有经济价值的药食同源植物，能否在滨海盐渍化地区进行栽培和推广，对盐渍化土壤的利用以及经济型药用植物资源的开发均具有一定的指导意义。

种子萌发是植物生长周期的关键时期，易受外界环境因子的影响[8]。本试验以新疆野生牛蒡种子为材料，研究其生物学特性和耐盐性，旨在为盐渍化地区牛蒡的栽培提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验材料

新疆野生牛蒡种子由新疆伊犁野果林资源研究发展中心提供，种子于2015年8月中旬采集于新疆伊犁地区天山野果林，晾干后置于－20℃冰箱冷冻保存，待用。

1.2 试验方法

试验于2016年4—7月开展。

1.2.1 种子形态观察 随机抽取20粒大小均匀、颗粒饱满、成熟的牛蒡种子，在徕卡体视显微镜下观察种子的形状、颜色、纹理和光泽度，并进行超微距摄影，用游标卡尺测量种子的长（纵径）和宽（横径），并计算横径与纵径的比值，重复3次，计算平均值。

1.2.2 种子千粒质量测定 采取百粒法测定，将种子去杂，随机抽取牛蒡种子100粒，用万分之一电子天平称其质量，重复8次，取平均值，然后换算成千粒质量。

1.2.3 种子密度和孔隙度测定 随机取牛蒡种子放入一个10 mL的量筒，种子的上表面与刻度平行，称量此时种子的质量（M1），根据公式计算种子容重，设3个重复。

取有精确刻度的10 mL小量筒，内装5 mL的水，将50粒种子称质量，即为种子的绝对质量（M2），将种子放入量筒中，再次观察记录液面水平升高的刻度，即为种子样品的绝对体积（V）。根据公式求出种子的比重，重复3次。根据容重计算种子密度与孔隙度。

1.2.4 种子的吸胀特性 随机抽取牛蒡种子50粒，称其干质量，放入烧杯，并加入25℃蒸馏水，置于25℃的恒温培养箱中。在前12 h内每隔2 h取出1次，用滤纸吸干种子表面的水分后称质量；再隔12 h取出称质量；然后每隔24 h称质量计数，直至96 h为止。计算种子各自的吸水率、吸水量、吸收速度，绘制吸水曲线，重复3次。

1.2.5 萌发特性 随机取50粒完整饱满、大小均匀成熟的牛蒡种子，均匀撒播于盛有经高压灭菌的湿润沙土地培养皿中，置于25℃的恒温培养箱中萌发，每天补充一定的水分，必须保持沙土适量水分。每天记录种子的萌发数、测量胚根长度，计算萌发率，设3次重复。

1.2.6 种子耐盐性 挑选饱满、无病害的种子，经蒸馏水清洗晾干，均匀点入铺有双层滤纸的培养皿中。试验设7个NaCl浓度梯度，分别为0（CK），30，60，90，120，150，180 mmol·L－1。每皿 50粒种子，重复3次。每个培养皿中加入对应处理液，将培养皿置入25℃电热恒温培养箱中培养，每天记录发芽数，更换培养皿中的滤纸并补充对应浓度的处理液，对发霉种子要及时用蒸馏水进行清洗。15 d后对数据进行分析，计算发芽势、发芽率以及发芽指数。

式中，N1是发芽的种子数，N是供检测的种子数。

式中，N2是发芽高峰期发芽的种子数，N是供试种子数。

式中，Dt是指发芽日数，Gt是指与Dt相对应的每天发芽种子数。

1.3 数据分析

数据由Microsoft Excel2010进行统计和分析，采用GraphPad Prism 5软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 牛蒡种子形态特征

牛蒡种子倒长卵形或偏斜倒长卵形，略扁，微弯曲；种皮灰褐色，有细脉纹，分布少量紫黑色斑点，种子粗糙，无光泽（图1）。牛蒡种子长（纵径）为6.04 mm，宽（横径）为2.79 mm，纵径与横径的比值为2.16。

图1 牛蒡种子形态特征

2.2 牛蒡种子千粒质量、密度和孔隙度

种子千粒质量、容重、密度及孔隙度是衡量种子品质的重要指标，种子千粒质量可以反映出种子的饱满程度；一般情况下，种子容重与千粒质量呈正相关，对确定播种量、估算产量具有重要的实践指导意义；种子密度与孔隙度可衡量种子大小、整齐度、杂质，在种子贮藏时具有指导意义。经检测，牛蒡种子千粒质量为 10.4 g，容重为 431.80 g·L－1，密度和孔隙度分别为65%和35%。

2.3 种子的吸胀特性

从图2可以看出，牛蒡种子的吸水过程大体上分为 3 个阶段：I（急剧吸水阶段，0～24 h），牛蒡种子的吸水率呈快速增加趋势，尤其在2 h内干种子吸水速率最快，2 h后，吸水速率相对下降，但其吸水率仍迅速增加，此阶段的吸水主要由物理吸胀作用引起；II（平稳吸水阶段，24～72 h），该阶段种子的吸收速率相对平稳，达到 0.01～0.02 g·h－1，种子质量缓慢增加，至72 h时吸水率达80%以上，此阶段是生理性吸水阶段，用于激活种子萌发过程各种新陈代谢；III（吸水饱和阶段，72～96 h），吸收速率几乎为0，种子吸水量处于饱和状态，种子质量几乎不再增加。

图2 牛蒡种子吸水曲线

2.4 萌发特性

牛蒡种子萌发情况如图3所示，胚根萌发后迅速增长，下胚轴首先明显伸长，胚轴呈弧状向一侧弯曲。通过催芽试验得出，牛蒡种子在催芽后3 d开始萌发，4～7 d是牛蒡种子萌发高峰期，7 d后种子萌发数急剧下降，10 d后种子发芽基本终止。最终结果表明，新疆野生牛蒡种子萌发率普遍较低，平均发芽率为47.3%。牛蒡种子萌发后，胚根生长迅速，其生长速率呈线性增长。

图3 牛蒡种子萌发进程

2.5 种子的耐盐性

由表2可知，牛蒡种子的发芽率、发芽势、发芽指数均随盐浓度的升高而受到相应的抑制。当盐浓度为30 mmol·L－1时，牛蒡种子的发芽率与CK间无显著差异，但其发芽势、发芽指数均显著低于CK，说明低盐胁迫对牛蒡发芽的整齐程度产生了显著影响；当盐浓度低于60 mmol·L－1时，牛蒡种子的萌发受到抑制作用相对较小；当盐浓度高于 60 mmol·L－1时，发芽率、发芽势及发芽指数均显著下降。此外，随着盐胁迫浓度的升高，牛蒡种子相对发芽率下降，而相对盐害率升高，其中，NaCl浓度在 60～90 mmol·L－1时，相对盐害率增加幅度最为明显。

综合各发芽指标说明，盐胁迫对新疆野生牛蒡种子有明显的抑制作用，当NaCl溶液浓度低于30 mmol·L－1时，对种子的萌发率影响不显著，但延长了种子的发芽进程，种子的出苗整齐度受到影响；当 NaCl溶液浓度高于 60 mmol·L－1时，种子萌发受到明显的盐害作用，种子的发芽率、发芽势、发芽指数均显著降低。这表明牛蒡种子对盐浓度较为敏感，其耐盐力相对较弱。

表2 盐胁迫对种子萌发的影响

3 讨 论

新疆野生牛蒡种子千粒质量与不同产地的栽培品种相比居中上水平[9]，说明其种子的饱满度及质量较高，但萌发率较低，这可能与野生种长期对环境的适应有关。新疆野生牛蒡多生长于沟渠、稀树路旁、草丛或林边较湿的地方，新疆地区昼夜温差大，其种子对温度、湿度的耐受能力较强，在人为设定条件下的萌发并不一定适应于野生品种，其萌发条件还需进一步探索。

大部分植物种子萌发初期的生长特性主要表现在种胚细胞活化和修复基础的细胞器合成，需要大量水分和养分的维持[10]。本研究中野生牛蒡在0～96 h的吸水特性表现为三个阶段，其中阶段Ⅰ是种子吸涨期间的快速吸水期，属于非生命现象，吸水量与化学成分相关；阶段Ⅱ吸水速率变慢，属于吸水滞缓期即萌动期间吸水；在种子萌发吸水的阶段Ⅲ（吸水饱和阶段，72～96 h）吸水速率几乎为零。经阶段Ⅰ的快速吸水，原生质的水合程度趋向饱和，细胞膨压增加以及种子的体积膨胀受种皮的束缚，这些因素都阻碍了细胞的进一步吸水，因而种子萌发在突破种皮前，有一个吸水速度变慢或暂停的阶段[11]。而由试验得知在阶段Ⅱ至阶段III过程（24～96 h），正是少数种子开始萌动阶段（图2），萌动期间种子内部的生理生化变得旺盛[11]，因此这两个阶段的吸水在牛蒡种子萌发方面具有重要的意义。

盐胁迫对种子的萌发有抑制作用，在本试验中，当盐溶液低于 30 mmol·L－1时，对牛蒡种子的萌发率影响不显著；当盐浓度高于30 mmol·L－1时，盐害率显著升高，其种子的发芽率、发芽势、发芽指数均随着盐浓度的不断增加而减小。说明牛蒡种子对盐比较敏感，其耐盐性较低，这与陈鑫等[12]的研究结果一致。盐胁迫条件下，浓度过高的Na+和Cl－，使细胞内渗透势降低，加之离子毒性作用，破坏了植物细胞的细胞膜，使膜选择透性增大，导致细胞内溶质外渗，从而抑制种子的萌发，这可能是盐胁迫下牛蒡种子发芽率低的主要原因。牛蒡植株对土壤类型适应性广泛，只要光照水分适宜，无论是沙土、壤土、黏土、盐碱地甚至垃圾填埋处，牛蒡均能良好生长、开花、结果[13]。结合种子的耐盐性，牛蒡如在盐碱地上栽培，为了保证出苗率，可在育苗盘里进行育苗，度过牛蒡种子萌发的耐盐敏感期，从而保证出苗率。

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