不同成熟度野生水茄果实的种子萌发差异研究

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(嘉应学院生命科学学院， 广东 梅州 514015)

水茄(SolanumtorvumSw.)为茄科茄属多年生直立亚灌木，又名山颠茄、金衫扣、野茄子、刺茄、西好、青茄、乌凉、木哈蒿、天茄子、刺番茄[1]及turkey berry、洋毛辣、鸭卡、大苦子、狗辣子、黄天茄、黄刺茄、小苦子、小登茄、乌茄、一面针、万桃花等[2]。水茄用途广泛，根、茎、叶、果均入药[2-7]，幼果尚可食[8-11]，农业上则用于茄子嫁接育苗[12]和抗病育种[13-16]、植物源杀菌剂研制[17-18]及园林绿化[19-21]等，极具开发价值[22-23]。水茄单果细小但种子数量多[24]，种子育苗受到重视和利用[12,24]。然而，水茄种子萌发困难，关于促进水茄种子萌发的措施和效果研究报道不一致[12,24-29]，采种时期不统一是影响因子之一。为了探明水茄果实落黄成熟后不同时期采种对水茄种子萌发的影响，特开展本实验。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用水茄果实于2017年12月采自广东省梅州市学院路旁生长的同一株高度约1.7 m、分支较多的丛生野生植株，根据水茄果实颜色区分为3种成熟度，将上述不同成熟度的果实分别记录为成熟度Ⅰ(成熟度最高，果皮黑色或略混灰白，果皮皱缩)、成熟度Ⅱ(成熟度居中，果皮浅黑色混杂黄色，果皮较皱缩)、成熟度Ⅲ(成熟度最低，果皮黄色少许混杂浅黑，果皮少皱缩)。氯化三苯基四氮唑由上海展云化工有限公司生产，赤霉素由国药集团化学试剂有限公司生产。电导率仪为雷磁DDS-307 A型。

注：Ⅰ-1为成熟度Ⅰ果实，Ⅰ-2为成熟度Ⅰ胚；Ⅱ-1为成熟度Ⅱ果实，Ⅱ-2为成熟度Ⅱ胚；Ⅲ-1为成熟度Ⅲ果实，Ⅲ-2为成熟度Ⅲ胚。图1 水茄3种成熟度果实及其种子中胚的形态

1.2 试验方法

去除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类果实的果皮，分别取出其种子并用自来水清洗干净后在25 ℃温水中浸种12 h，随机取吸胀的上述种子各30粒，用解剖刀片沿种子的中心线纵切，在解剖镜(10×10)下逐一观察不同成熟度果实中种子胚的形态和结构差异并照相。

水茄种子萌发光温条件、GA3处理的设置及发芽率、发芽势、发芽指数的测定均按许良政等[24]的方法。不同成熟度果实的种子生活力测定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[30]，在30 ℃恒温箱的显色处理时间为1 h。不同成熟度果实的种子活力测定采用电导法[30-31]。进行种子生活力和种子活力测定前，各种子均在25 ℃温水中浸种12 h。上述各项试验的种子均为100粒/份，每项实验均重复4次。

实验数据和图表均用Microsoft Office Excel计算和绘制，用统计软件SPSS viewer Document(17)中的一般线性模型T检验(LSD)方法统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同成熟度水茄果实及其种子中胚的形态

不同成熟度的野生水茄果实，可从外果皮颜色上明显区分(图Ⅰ-1、Ⅱ-1、Ⅲ-1)。去除果实的果皮后，不同成熟度果实种子在手中的触感不同，成熟度Ⅰ的种子明显饱满，成熟度Ⅱ次之，成熟度Ⅲ的种子显扁平、饱满度最差。解剖结果显示，野生水茄种子的胚为弯钩形(图Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅲ-2)。3种类型种子的胚显示明显差别，无论是弯钩胚的具体形态，还是光泽度、健硕度，均以成熟度Ⅰ的最佳、成熟度Ⅱ次之、成熟度Ⅲ最弱。成熟度Ⅰ弯钩胚的钩尖和钩尾健硕，钩尖和钩尾间距最小，钩尖与钩尾的长度差异最小(图Ⅰ-2)；成熟度Ⅲ的钩尖和钩尾最弱小，钩尖和钩尾间距最大，钩尖短且与钩尾的长度差异最大图Ⅲ-2)；成熟度Ⅱ则介于成熟度Ⅰ和成熟度Ⅲ之间，但较接近于成熟度Ⅰ而显著强于成熟度Ⅲ(图Ⅱ-2)。

2.2 种子不同成熟度及赤霉素对水茄发芽的影响

2.2.1 种子不同成熟度及赤霉素对水茄起始发芽天数的影响

与对照相比，500～1 500 mg/L的GA3均能促进3种不同成熟度的种子提前萌发，而且，无论是对照，还是500～1 500 mg/L的GA3处理，水茄种子起始发芽天数均依次为成熟度Ⅰ<成熟度Ⅱ<成熟度Ⅲ，即成熟度Ⅰ的萌发最快，成熟度Ⅲ的萌发最迟，成熟度Ⅱ介于成熟度Ⅰ与成熟度Ⅲ之间。就同一处理的不同成熟度水茄种子起始发芽天数而言，成熟度Ⅲ的种子皆显著晚于成熟度Ⅱ和成熟度Ⅰ，分别较成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的晚16.01%～33.36%与16.27%～21.79%，成熟度Ⅰ与成熟度Ⅱ间差异不显著(表2)。

2.2.2 种子不同成熟度及赤霉素对水茄发芽率的影响

从表3可以看出，500～1 500 mg/L的GA3均能提高3种不同成熟度的种子萌发率，类似地，无论是对照，还是500～1 500 mg/L的GA3处理，水茄种子萌发率呈现成熟度Ⅰ>成熟度Ⅱ>成熟度Ⅲ的特征，即成熟度Ⅰ的萌发率最高，成熟度Ⅲ的萌发率最低，成熟度Ⅱ的介于成熟度Ⅰ与成熟度Ⅲ之间。比较同一处理的不同成熟度水茄种子萌发率，3种成熟度的种子萌发率相互间差异极显著。其中，成熟度Ⅰ的水茄种子萌发率，各是不同处理的成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.50～2.50倍与3.48～7.80倍，成熟度Ⅱ的则比成熟度Ⅲ的高1.81～3.17倍。此外，1 500 mg/L GA3促进水茄种子萌发的效果，均比500 mg/L GA3和1 000 mg/L GA3的好。

2.3 不同成熟度水茄种子生活力及其浸出液电导率差异

表1显示，3种成熟度果实的种子生活力，彼此之间差异极显著，其中，成熟度Ⅰ的种子生活力分别高出成熟度Ⅱ、成熟度Ⅲ的34.57%与111.73%，成熟度Ⅱ则比成熟度Ⅲ的高57.35%。反映种子活力的种子浸出液电导率，以成熟度Ⅲ的最低，但相互间差别甚微、无显著差异，仅分别比成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的低3.23%与2.67%。

表1 赤霉素处理的不同成熟度水茄种子起始发芽天数

类型对照(d)500mg/LGA3(d)1000mg/LGA3(d)1500mg/LGA3(d)成熟度Ⅰ14.00±1.00b12.68±1.15b11.67±0.57b10.66±0.59b成熟度Ⅱ15.33±0.55b12.63±0.58b12.33±0.71b11.69±0.81b成熟度Ⅲ18.67±1.53a14.71±1.13a15.00±1.00a14.01±1.01a

注：表中数据为平均值±标准差，同一数据列后含有不同大写和小写字母分别表示差异极显著(p<0.01)与差异显著(p<0.05)。下同。

表2 赤霉素处理的不同成熟度水茄种子发芽率

类型对照(%)500mg/LGA3(%)1000mg/LGA3(%)1500mg/LGA3(%)成熟度Ⅰ9.99±0.05A12.91±0.09A35.91±1.09A67.91±3.09A成熟度Ⅱ4.00±0.07B8.63±0.03B15.63±0.97B27.63±1.01B成熟度Ⅲ2.21±0.01C3.71±0.03C6.99±0.98C8.71±0.87C

表3 水茄不同成熟度种子生活力及其浸出液电导率

类型TTC法种子生活力(%)种子浸出液电导率(μs/cm)成熟度Ⅰ48.00±3.00A33.47±0.21成熟度Ⅱ35.67±4.04B33.28±0.16成熟度Ⅲ22.67±2.52C32.39±0.57

3 讨论与结论

目前，对野生水茄种子萌发特性[24]及促进水茄种子萌发的措施已有许多研究[12,24,28]，但是，关于水茄种子胚的形态及种子成熟度对水茄种子萌发的影响尚未见报道。胚是在包被状态下形成的源自合子的新一代植物早期多细胞结构，在不同类群植物中可有不同分化程度与形态特征[32]。本文首次报道了野生水茄种子的胚形似弯钩及其不同成熟度的发育差异(图1)。陈莹等[33]研究发现，北柴胡种子萌发难、萌发率低且出苗不整齐的主要因素，是其种子采收时胚处于不同发育阶段，存在形态后熟现象。本试验结果预示野生水茄种子胚的发育，也可能与此类似。王鹏凯等[34]认为，植物的胚形态是植物生长发育基础，胚形态决定着植物胚后发育的基本结构。因此，水茄种子胚的组织发育与形态建成过程需更进一步研究。

魏建和等[35]根据果实颜色区分北柴胡和三岛柴胡的种子成熟度，报道了种子成熟度是影响柴胡种子萌发的重要因素。用野生水茄的研究也得到类似结果，无论是否采用GA3刺激，不同成熟度水茄种子的起始发芽天数(表1)和萌发率(表2)均受影响。本试验GA3促进水茄种子发芽的效果随其处理浓度升高而加强，这与前期研究一致[24]。值得注意的是，不同成熟度水茄种子的发芽差异，并不能被不同浓度的GA3处理所消除。而且，不同成熟度水茄种子，其起始发芽天数与萌发率间的差异趋势并不完全一致，从起始发芽天数来看，在各种处理下，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ都显著快于成熟度Ⅲ，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ间则差别不显著。萌发率间，3种成熟度的种子萌发率差异极显著。说明种子成熟度对萌发率的影响，较对起始发芽天数的影响更大，其原因有待深究。

TTC法测定种子生活力和电导法测定种子活力，虽都能指示种子的萌发状况，但二者不能混淆。TTC法是通过种子解剖后，测定其显露出的胚的琥珀酸脱氢酶等及其辅酶(Ⅰ、Ⅱ)的还原能力，进而判断胚是否存活以及代谢功能；电导法对完好种子的测定结果，反映了种子细胞膜结构与功能是否受损，从而预测种子活力水平[30-31]。本试验所测得的种子生活力，3种成熟度的种子间差异极显著(表3)，成熟度Ⅰ分别是成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.35倍与2.12倍，成熟度Ⅱ则为成熟度Ⅲ的1.56倍；3种成熟度的种子活力间不仅不存在显著差异，而且数值之间差距极小，仅相差0.19～1.08μs/cm(表3)。总体而言，3种成熟度的种子活力介于30～40μs/cm之间，属于种子活力较差范畴[30]，这也许可以部分解释3种成熟度的种子，在无GA3处理时萌发率均很低的原因(表2，表3)。魏建和等[35]的实验也表明种皮抑制北柴胡和三岛柴胡种子萌发，推测种皮存在发芽抑制物。水茄种皮是否影响发芽以及是否也含有发芽抑制物尚待进一步探讨。

综合本试验结果，可得结论如下：1) 水茄种子的胚呈弯钩形，不同成熟度水茄种子的胚存在明显可区分的形态差异。2) 种子成熟度显著影响水茄种子的萌发。3) 种子成熟度显著影响水茄种子的生活力。