花粉对蒲公英种苗质量的影响及其综合评价

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(长江大学 园艺园林学院，　湖北 荆州 434025)

药用蒲公英(Taraxacumofficinale)为多年生菊科蒲公英属草本植物，有利尿、缓泻、退黄疸、利胆等功效，同时富含多种维生素和微量元素，具有很高的药用及食用价值[1]。药用蒲公英为三倍体，具有专性无融和生殖特性，不需要授粉也能产生育性正常的种子。在有性生殖与无融和生殖混杂蒲公英群体中，三倍体花粉可以干扰二倍体有性生殖蒲公英的授粉结籽[2-3]，或者产生新的无融和系[4]，增加遗传变异，这对于竞争和适应进化是有益的。前期部分学者虽然对蒲公英种子的生物学特性进行了部分研究[5-6]，但花粉对种子质量方面的影响报道较少。张建等[7]对东北蒲公英的花开闭进行研究，发现授粉对蒲公英的花序闭合具有明显的促进作用，但并未对种子质量进行相关研究；对三倍体长春蒲公英[8]和四倍体斑叶蒲公英[9]的种子萌发特性进行研究，发现授粉可以提高种子的萌发率，萌发开始时间早、萌发持续时间短、平均萌发时间短。在资源一定的前提下，授粉提高了种子质量，可能会导致总的种子量减少，也可能通过提高未授粉种子的质量，来增加后代的生存适应。本试验以三倍体专性无融和生殖的药用蒲公英为材料，研究不同授粉处理对种子质量以及幼苗质量的影响，从而建立起种苗质量评价体系，同时为进一步探讨授粉在专性无融和生殖中所起的生物学意义提供参考。

表2药用蒲公英生物量、根冠比、叶面积的测定结果

处理方法地上部生物量(g)植株生物量(g)根冠比叶面积(cm2)根系体积(mL)正常条件0．07±0．02c0．10±0．03c0．43±0．09a3．74±0．58c0．14±0．05a纱网套袋0．15±0．02b0．22±0．03b0．49±0．13a7．94±1．04b0．18±0．03a纸袋套袋0．22±0．05a0．32±0．07a0．46±0．12a12．37±2．48a0．18±0．04a

1　材料与方法

1.1　材　料

实验材料为长江大学西校区植物园内的多年生药用蒲公英(T.officinale)。

1.2　方　法

1.2.1药用蒲公英种子结实特性的观察

2015年10月，随机选择长势基本一致的多年生药用蒲公英植株，待药用蒲公英花蕾开放前1 d，分别进行纱网套袋、纸袋套袋和正常条件(ck)3种处理，每处理10株，15 d之后，每天检查，待果序即将完全展开时，收集置于纸袋中，待干燥后，搓掉种子的喙及冠毛，装入纸袋中，室内贮藏备用。

1.2.2种子发芽特性的观察

2016年1月，对每个处理收集的种子进行萌发实验，采用纸皿法，每皿300粒饱满的蒲公英种子，每处理设3次重复，将种子置于20 ℃的智能人工气候箱中(相对湿度为60%，光照时间与黑暗时间每12 h循环1次)培养，持续进行观察，逐日统计发芽数，连续3 d不再增加时表示发芽结束，并分别测定各处理药用蒲公英种子的发芽势(7 d)和发芽指数。各指标计算公式如下：

发芽率(%)=发芽种子数/测定种子总数×100%；

发芽势(%)=5 d内发芽的种子数/测定种子总数×100%；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt(式中：Gt为第t日的发芽数；Dt为相应的发芽日数)。

1.2.3幼苗形态指标的测定

2016年2月，种子萌发实验结束后，将各处理的蒲公英幼苗移栽于椰土基基中，定期浇水，每5天喷施houland营养液1次，保持基质湿润。待幼苗生长2个月后，于2016年4月对不同处理的蒲公英幼苗分别测量鲜重、地上部分生物量、叶面积和根系体积等指标。

1.2.4生理指标的测定

2016年4月，把不同处理的幼苗置于4 ℃的恒定温度生态培养箱中，处理3 d后取出样品，置于室温下放置12 h，然后称取样片，依据王学奎[10]的方法，分别测定过氧化氢酶活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量和丙二醛含量。

1.3　数据分析

参照周广生[11]、马瑞娟[12]和朱向涛[13]等的数据分析方法，进行系数、系数的主成分分析、隶属函数分析、权重、综合评价等分析计算。

数据采用SPSS 19.0软件进行多重比较以及主成分分析，并采用Excel 2003软件制图。

2　结果与分析

2.1　3种处理对药用蒲公英种子发芽指标的影响

授粉处理对药用蒲公英的种子萌发影响较大，从表1和图1可知，已授粉的蒲公英种子在第2天开始迅速萌发，第5天时发芽率达到40%，然后缓慢萌发，属于先集中萌发后缓慢萌发的类型。未授粉的种子也在第2天开始萌发，起先萌发比较缓慢，在第8天时发芽数达到当天最大，此时的纱网套袋的发芽率为23%，而纸袋套袋为21%。纱网套袋在发芽率上与正常授粉相比，达到了显著性的差异，说明未授粉的蒲公英种子在一定程度上能够提高发芽率。从发芽势和发芽指数上分析，正常授粉与纸袋套袋均有显著性差异，说明在发芽势上授粉的种子具有更好的发芽能力。

表1药用蒲公英发芽指标的测定结果

处理方法发芽率(%)发芽势(%)发芽指数正常条件65．11±9．14b32．00±4．16a19．2±1．9a纱网套袋90．67±4．62a29．33±10．69ab17．7±2．6a纸袋套袋66．44±18．40ab17．67±2．91b10．7±1．4b

注：不同小写字母表示处理间差异显著(p<0.05)。下同。

图1　种子萌发过程中发芽率的变化情况

2.2　3种处理对药用蒲公英幼苗形态指标的影响

从表2可知，正常条件下授粉的种子长成的幼苗，其指标均小于未授粉处理(纱网和纸袋套袋处理)，在地上部生物量、植株生物量和叶面积上，正常授粉和未授粉均有极显著性的差异，纸袋处理也显著性高于纱网处理。这有可能是因为授粉时期阴雨天气不断，导致授粉不足，或雨水对花发育产生影响而引起种子质量低下，故在外部形态指标有所差异。但在根冠比和根系体积上，正常授粉和未授粉无显著性差异，表明授粉与否并不会对幼苗根系产生明显影响。

2.3　低温处理对药用蒲公英幼苗生理指标的影响

从表3的数据可知，4 ℃低温胁迫后，不同处理的幼苗有明显的差异：第1分钟得出的结果是从纱网套袋的幼苗的过氧化氢酶活性最大，正常条件次之，最后是纸袋套袋，表明在低温胁迫之初，纸袋处理的幼苗耐寒性最强；在第2分钟时，正常条件下的酶活性最高；而最后2 min时均是纸袋套袋的酶活性最高，综合分析，纱网套袋对低温的适应性高于正常条件和纸袋处理。低温胁迫下，纸袋处理的幼苗脯氨酸含量显著低于正常处理和纱网处理，表明纸袋处理的保护能力较强。丙二醛含量中，正常条件处理与纱网处理、纸袋处理均无明显差异，但纱网处理含量较低，表明保护能力更强一些。正常授粉的可溶性糖含量与纸袋套袋有显著性差异，并且比正常条件下高出47.9%，表明纸袋处理幼苗的蔗糖降解为可溶性糖较多，表明耐寒性较正常处理以及纱网处理弱，并达到显著性差异。

表3药用蒲公英幼苗低温胁迫后生理指标的测定结果

处理方法CATU/(g·min)脯氨酸(%)MDA(μmol/mL)可溶性糖含量(%)正常条件212．5b0．0140a0．0287ab6．96b纱网套袋193．75b0．0137a0．0263b5．93b纸袋套袋270．63a0．0126b0．0333a13．36a

2.4　各指标系数

由表4 可知，发芽指标上，纱网处理的发芽率系数最大，而在发芽势以及发芽指数上，正常处理的系数最大。幼苗指标上，套袋处理各项系数均明显偏大，其中地上部生物量、植株生物量、叶面积分别是正常处理的3.14、3.2倍和3.31倍，纱网处理次之，正常处理，表现最弱。生理指标上，套袋处理系数最大，纱网处理最小，表明纱网处理的幼苗抗性最强，套袋处理最弱；脯氨酸含量上，套袋处理系数最小，MDA、可溶性糖等系数指标，套袋处理最大，而纱网处理的系数最小，表明纱网处理的幼苗抗寒性最强。综上可知，无论是同一处理的不同指标，还是不同处理的同一指标，系数均不相同，有的上升，有的下降。因此，以单项指标来评价种苗质量的结果均不同，这说明蒲公英的种苗质量不是一个性状指标决定的，用某一指标来评价都存在片面性，所以本试验运用主成分分析来评价其种苗质量。

表4各单项指标系数(α)

指标处理正常处理纱网处理套袋处理发芽率11．391．02发芽指标发芽势10．920．55发芽指数10．920．56地上部生物量12．143．14植株生物量12．23．2幼苗指标根冠比11．141．07叶面积12．123．31根系体积11．291．29生理指标CAT10．911．27脯氨酸10．980．9MDA10．921．16可溶性糖含量10．851．92

2.5　主成分分析

对12个单项指标的系数进行主成分分析。前2个主成分(Z 1、Z 2) 的贡献率分别为72.167 %和27.833%，累计贡献率达 100%。这表明，前 2 个综合指标代表了原有 12个指标的100%的信息，可分别用这 2个主成分对不同授粉处理的蒲公英种子及幼苗质量进行概括分析。它们对应的特征向量表达式分别为：第1主成分(Z 1)=-0.082发芽率-0.339发芽势-0.339发芽指数+0.322地上生物量+0.320植株生物量+0.079根冠比+0.327叶面积+0.234根系体积+0.302 CAT-0.339脯氨酸+0.286 MDA+0.317可溶性糖；第2主成分(Z 2)=0.531发芽率+0.037发芽势+0.034发芽指数+0.176地上生物量+0.183植株生物量+0.532根冠比+0.147叶面积+0.397根系体积-0.251 CAT+0.025脯氨酸-0.294 MDA-0.195可溶性糖。由以上表达式可知，Z 1中地上生物量、植株生物量、叶面积、CAT、可溶性糖系数较大，Z 2中发芽率、根冠比系数最大。

表5各处理的主成分因子、权重、U(Xj)、D 值及综合评价

处理　主成分因子　　　隶属函数值　　Z1Z2U(x1)U(x2)D综合评价正常处理-0．794-0．838000弱纱网处理-0．3291．1070．24210．453中等套袋处理1．123-0．26910．2930．803强权重0．7220．278

2.6　综合分析

根据各主成分(Z 1和Z 2)贡献率的大小求得2个综合指标的权重分别为0.722和0.278。按综合评价公式计算各处理D值，套袋处理的种子和幼苗质量最好，正常处理的种子和幼苗较弱，而纱网处理的介于二者之间。

3　讨论与结论

3.1　不同授粉方式对幼苗萌发以及生物量积累的影响

授粉与否能够产生不同的萌发类型，这在斑叶蒲公英种子萌发情况中有明显不同表达[9]。而在专性无融合生殖的药用蒲公英中，发芽情况略有不同：纸袋处理的种子萌发率最高，而发芽势以及发芽指数上，正常处理的种子均高于纱网处理和纸袋处理。植株生物量、根冠比、叶面积、根系体积未授粉的药用蒲公英幼苗的形态指标都会比授粉的幼苗高。这可能是天气情况导致种子的质量产生较大的差距。2015年10月份，荆州雨水较多，气温较低，从而使纸袋中的种子免受低温的影响，种子发育较好；而正常处理条件下，由于花展示的时间较短[7]，理论上对资源的浪费较少，从而可以产生更多的花蕾，从而导致种子质量偏弱。纱网套袋隔绝了昆虫授粉，花展示的时间较长，消耗了大量的能量，其部分指标导致为最低的。同样为隔绝昆虫授粉的纸袋套袋，对光照的接收相对减少，故花展示的时间较前两者短，资源浪费少，种子发育质量较好。在种子质量以及种子数量之间，存在一种权衡，这还需要进一步的深入研究，进行探讨。

3.2　不同授粉方式对幼苗低温胁迫的响应

无融合生殖蒲公英胚和胚乳不需要花粉刺激也可自主发育，这对新生境的适应非常有益[14]。本实验模拟低温胁迫，对不同处理的种苗表现进行比较。纸袋处理除了脯氨酸含量低于正常处理外，其他指标均高于正常处理，表明纸袋处理的低温适应性要低于正常处理的种苗。纱网处理的各项指标均低于正常处理，表明纱网处理的种苗适应性最强。原因可能是由于花展示时间较长，导致资源消耗较大，从而使植株总的种子量减少，同时由于结籽时期，雨水的影响，对低温有较强的耐受性，从而导致幼苗抗寒性较强。

3.3　综合评价体系的建立

植物种苗质量是一个受多种因素影响的复杂的数量性状，药用蒲公英具有无融合生殖特性，但不同授粉处理对种苗质量存在很多影响，在发芽指标、生长指标以及抗寒性的生理指标上反应也不尽相同，因此，用某一指标反映种苗质量不够准确，应该用多指标来评价种苗质量[15]。本研究采用多指标方式衡量蒲公英种苗质量，通过隶属函数、主因子分析等分析方法，综合评价各处理种苗的质量，发现纸袋处理优于纱网处理优于自然条件处理，这与外观观测结果一致。这提供了一条在多指标测定基础上对种苗质量进行综合评价的途径，建立了不同处理对种子及幼苗质量的评价体系，从而使评价指标更加科学可靠，同时也为探讨优质种苗培育提供了一定的理论依据。

参考文献：

得到老师的表扬后，越来越多的孩子开始帮助小鹏。一天，我看到教室地上有个塑料瓶和一张废纸片，就在我准备弯腰的一刹那，一个学生抢先一步捡走了塑料瓶，然后对着小鹏喊：“小鹏，给你一个塑料瓶。”而地上的纸片却一直无人问津。顿时，我眼前一亮：如果纸片也能像塑料瓶一样有人收集利用、变废为宝的话，那些躺在地上的废纸就不会无人理睬了，是不是也会像塑料瓶那样被孩子们抢着捡呢？

[1]张露瀛.蒲公英的实用价值及新产品开发[J].食品安全导刊,2017(12):139-140.

[2]Koh-Ichi Takakura,Takayoshi Nishida,Takashi Matsumoto,et al.Alien dandelion reduces the seed-set of a native congener through frequency-dependent and one-sided effects[J].Biol Invasions,2009,11:973-981.

[3]Takashi Matsumoto,Koh-Ichi Takakura,Takayoshi Nishida.Alien pollen grains interfere with the reproductive success of native congener[J].Biol Invasions,2010,12:1 617-1 626.

[4]Lenka Mártonfiová.Hybridization in natural mixed populations of sexual diploid and apomictic triploid dandelions (Taraxacumsect.Taraxacum):Why are the diploid sexuals not forced out?[J].Folia Geobot,2015,50:339-348.

[5]武彦芳,张建,祈茜,等.不同老化处理对蒲公英种子以及幼苗质量的影响[J].种子,2017,36(4):32-35.

[6]徐思远,张建,郑茜.温度和盐碱度对药用蒲公英种子萌发的影响[J].种子,2016,35(1):87-89.

[7]张建,周存宇,费永俊.温度和授粉影响东北蒲公英开闭的初步研究[J].湖北农业科学,2016,55(4):931-934.

[9]宁伟,张建,陈倩倩,等.斑叶蒲公英种子萌发特性研究[J].沈阳农业大学学报,2013,44(2):219-222.

[10]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2006.

[11]周广生,梅方竹,周竹青,等.小麦不同品种耐湿性生理指标综合评价及其预测[J].中国农业科学,2003,36(11):1 378-1 382.

[12]马瑞娟,张斌斌,蔡志翔,等.不同桃砧木品种对淹水的光合响应及其耐涝性评价[J].园艺学报,2013,40(3):409-416.

[13]朱向涛,金松恒,哀建国,等.牡丹不同品种耐涝性综合评价[J].核农学报,2017,31(3):607-613.

[14]Van Dijk PJ,Van Baarlen P,De Jong JH.The occurrence of phenotypically complementary apomixis-recombinants in crosses between sexual and apmictic dandelions(Taraxacumoffcinale)[J].Sex Plant Repr,2003,16:71-76.

[15]王树刚,王振林,王平,等.不同小麦品种对低温胁迫的反应及抗冻性评价[J].生态学报,2011,31(4):1 064-1 072.