北苍术种子的萌发特性及其生态适应性研究

姜雨昕，姜大成，翁丽丽，孙 金，肖春萍

(长春中医药大学药学院，吉林 长春 130117)

北苍术(Atractylodeschinensis(DC.) Koidz.)为菊科苍术属多年生草本植物，主产于我国吉林、辽宁、河北、内蒙古等地，以其干燥根茎入药，具有燥湿健脾、祛风散寒的功效，主要用于湿阻中焦、脘腹胀满、风寒感冒等症[1,2]，还具有抗菌抗炎、降血压、抗肿瘤及保肝利尿等多种药理作用[3,4]。苍术是健脾祛湿的常用药材，近几年成为国内外学者关注的热点品种。研究发现，苍术在治疗消化系统的作用机制主要包括调节MAPK信号通路功能[5]及增强机体免疫功能[6]等。2003年“非典”爆发后，北苍术的市场需求量激增，野生资源蕴藏量日益减少，有关北苍术人工繁育和栽培的研究势在必行。

目前，北苍术引种栽培面临种子发芽率和出苗率低(仅为50%左右)、出苗缓慢且不整齐等问题。已有报道研究了温度、播种深度和育苗基质等条件对北苍术种子萌发的影响[7,8]，但仍缺乏对北苍术种子萌发适宜条件的综合研究。针对这一问题，本研究从影响北苍术萌发的主要环境因素(温度、水分、光照、基质、激素)入手，系统探索其种子萌发特性和生态适应性，以期为北苍术种子质量标准制定、不同引种地区种苗繁育及药材规范化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

北苍术种子于2018年9月采自吉林省柳河县北苍术栽培基地(下简称“基地”)。采后晾干，除去杂质，4 ℃储藏备用。基地位于42°12′56″E，125°33′59″N，海拔约463 m，温带大陆性季风气候，夏季潮湿多雨，秋季温润凉爽，年均气温5.5 ℃，年均日照2 479 h，年均降水量736 mm。

1.2 试验试剂及仪器

萘乙酸(NAA，纯度>98%)，2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D，纯度>98%)，赤霉素(GA3，纯度>90%)，细胞分裂素(6-BA，纯度>99%)均购于上海源叶生物科技有限公司，智能人工气候培养箱(上海博迅实业有限公司)、Water Purifier实验室专用超纯水机(上海富诗特仪器设备有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1形态特征

观察北苍术种子的大小、形状、种皮颜色，是否有冠毛等[9]。

1.3.2种子含水量测定

取北苍术种子3份，每份4.5～5.0 g，放入预先烘干恒重的培养皿内，110～115 ℃烘至8 h，取出后放入干燥器内冷却至室温，称重(精确至0.001 g)。

1.3.3种子吸水率测定

取北苍术种子10份，每份100粒，置于铺有海绵+滤纸的培养皿(直径9 cm，下同)中，每天加入5 mL去离子水，在20 ℃恒温下使其自然吸水，直到种子重量恒定，分别于0、2、4、6、8、10、12、22、24、30、48 h将种子从培养皿中取出，用吸水纸吸干种子表面水分后称重，重复3次[9]。

种子吸水率(%)=[(种子吸水后重量-种子吸水前重量)/种子吸水前重量]×100%。

1.3.4单因素试验

试验分别考察了种子培养过程中培养温度(4、10、15、20、25、30 ℃)、培养光照时间(全黑暗，光照6 h、光照12 h、光照18 h)、培养基质(海绵+滤纸、沙子、沙子∶珍珠岩=1∶1、沙子∶珍珠岩=1∶2、沙子∶珍珠岩=1∶4)、基质加水量(0.5、1.25、5 mL)、激素类型(NAA、2,4-D、GA3、6-BA)和激素浓度(1、2、3、4、5、15、25 mg·L-1)对北苍术种子发芽势和发芽率的影响。

试验选取大小一致、健康饱满的北苍术种子，用2%次氯酸钠处理30 s，50%酒精处理1 min，消毒结束用去离子水洗净3次，放在灭菌后的培养皿中，置于恒温培养箱中培养。不同培养条件下各处理均3次重复，每皿50粒种子，从种子放入恒温培养箱次日起开始观察，以胚根突破种皮1 mm为标准记录发芽状况，每隔24 h观察并统计发芽数，计算种子发芽势，以连续3 d不发芽结束统计，并计算种子发芽率。

发芽势(%)=(在规定天数内发芽种子粒数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(规定天数后发芽种子的粒数/供试种子总数)×100%。

1.4 北苍术种子萌发条件的优化

在单因素试验基础上，以种子发芽率为指标，分别选择温度(A)，基质加水量(B)，基质类型(C)，6-BA浸种浓度(D)为考察因素，采用L9(34)正交表进行试验设计，因素水平安排见表1。

表1 正交试验因素与水平

1.5 数据分析

从种子置床之日起开始观察，以胚芽突破种皮为发芽标准，每24 h定时观察记录种子发芽情况并统计发芽种子数，统计发芽势，连续4 d种子的发芽数无变化，视为发芽结束，计算发芽率。发芽势和发芽率计算采用翁贵英等[10]方法，采用SPSS 19.0软件对试验数据进行差异显著性分析，采用正交设计助手ⅡV 3.1进行正交试验分析。

2 结果与结论

2.1 北苍术种子的基本特征

瘦果倒卵圆形，褐色或棕褐色，长0.68～0.80 cm，宽0.10～0.28 cm。表面被稠密顺向贴伏的白色长直毛。冠毛刚毛黄白色，长0.77～0.80 cm，羽毛状，基部联合成环(图1)。种子千粒重为14.220 g，含水量约为6.51%。

2.2 北苍术种子吸水率测定

从图2可知，北苍术种子在整个吸水膨胀过程中，吸水量随浸种时间延长呈增加的趋势。在0～6 h时，北苍术种子的吸水速率最大，吸水量达到100%，说明北苍术种子依赖原生质的亲水胶体吸水，吸水多，吸胀期较短；6～22 h时，北苍术种子吸水速率变化不显著，在10 h时吸水量仅为120%，种子吸水进入停滞期；吸水22 h之后，北苍术种子吸水速率不再增加，吸水基本处于饱和状态。由此说明，北苍术种子具有良好的吸水性。

2.3 单因素考察

2.3.1温度对北苍术种子萌发的影响

由表2可知，不同培养温度下，北苍术种子萌发程度不同。在4 ℃和10 ℃下的北苍术种子几乎无萌发；15～30 ℃下北苍术种子萌发率显著升高，达68.8%～96.0%，特别在20～25 ℃时北苍术发芽率最高(p<0.05)，说明北苍术种子萌发对温度较为敏感，温度过高或过低均抑制其萌发[11]，故确定适宜萌发温度为15～30 ℃。

2.3.2基质对北苍术种子萌发的影响

由表3可知，不同培养基质中北苍术种子的发芽率可达80.0%～96.0%。其中以沙子为萌发基质时，其发芽率最低(80.0%，p<0.05)，而海绵+滤纸，沙子珍珠岩混合种子发芽率达到90%以上，故确定海绵+滤纸，沙子珍珠岩混合作为培养基质。

2.3.3光照时间对北苍术种子萌发的影响

由图3可知，培养8 d后不同光照时间对北苍术种子萌发无影响(p>0.05)。在全黑暗条件下北苍术种子发芽率为95.6%，与光照6～18 h的种子发芽率无显著差异，表明北苍术是中性种子，萌发时对光无严格要求，在光下和暗中均能萌发。

图1 北苍术种子

图2 北苍术种子的吸水规律

图3 光照时间对北苍术种子萌发的影响

表2 温度对北苍术种子萌发的影响

表3 基质对北苍术种子萌发的影响

表4 基质含水量对北苍术种子萌发的影响

2.3.4基质含水量对北苍术种子萌发的影响

由表4可知，不同基质加水量处理下，北苍术种子萌发程度不同(p<0.05)。在基质加水量为0.5 mL时种子无萌发，1.25 mL时发芽率为71.2%，5 mL时发芽率达91%，故确定北苍术种子萌发的基质加水量为1.25～5 mL。

2.3.5不同激素浸种对北苍术种子萌发的影响

由图4可知，不同激素浸种处理对北苍术种子萌发影响不同。其中，NAA，2,4-D对北苍术种子萌发的促进作用较小，GA3和6-BA对北苍术种子萌发的促进作用较强，其中6-BA的影响最大(p<0.05)，故确定北苍术种子萌发的浸种激素为6-BA。

2.3.6不同浓度6-BA浸种对北苍术种子萌发的影响

由图5可知，6-BA浓度在1～25 mg·L-1时，不同浓度北苍术种子的发芽势差异性不显著(p>0.05)，从节约成本的角度考虑，故确定北苍术种子萌发的激素(6-BA)浸种浓度为1～2 mg·L-1。

2.4 正交试验

按表1正交设计方案进行温度、基质含水量、培养基质和激素浸种浓度试验。结果(表5、表6)表明，北苍术种子萌发的最适宜条件为A2B3C1D3，且4个因素的影响大小顺序依次为B>A>C>D，其中温度(A)，基质含水量(B)，培养基质(C)对北苍术种子萌发影响均具有显著性(p<0.05)，而浸种浓度(D)影响不显著，即将北苍术种子在温度20 ℃，基质含水量为40%(加水量为5 mL)，基质为海绵+滤纸，6-BA浸种浓度为2 mg·L-1培养时，北苍术种子的发芽率最高，而浸种浓度(D)虽不会提高种子发芽率，但有促进种子提前萌发的作用，故选择D3即浸种浓度为2 mg·L-1。分别取3份种子各50粒，按照最佳种子萌发因素进行发芽率验证实验，分别测定北苍术种子发芽率为98.0%，97.3%，98.2%，表明该最佳因素稳定可靠。

图4 不同激素浸种对北苍术种子萌发的影响

图5 不同浓度6-BA浸种对北苍术种子萌发的影响

表5 北苍术种子萌发适宜条件直观分析结果

表6 北苍术种子萌发适宜条件方差分析结果

3 讨 论

菊科植物北苍术可产生大量瘦果，并借助冠毛传播扩散，有利于其繁殖。但在北苍术实际生产中存在着种子出苗率低、出苗缓慢等问题[12]，制约着北苍术的规模化种植与生产。种子吸水是其长期适应自然生境的结果[9]，是种子萌发的第一步。在24 h内吸水可达到饱和的种子，证明其种皮不是种子萌发的障碍[13]。试验结果表明，北苍术种子在24 h内达到吸水饱和，说明其种皮透性良好，种子本身无萌发障碍。

此外，影响种子萌发的环境条件包括充足的水分、适宜的温度及光照条件等[8,14,15]。相同植物种子在不同地区播种时期不同，在具体田间生产中应综合考虑光照、温度、水分等因素互作，以提高种子萌发率[16,17]。研究表明，北苍术种子室内培养温度为20 ℃，培养基质为海绵+滤纸且加水量5 mL(即基质含水量40%)时，北苍术种子发芽率最高。在同一培养温度和基质下，当基质含水量下降75%时，北苍术种子的萌发率仍能达到71.2%，加之北苍术分布环境广泛，野生多分布于阳坡的林缘及草丛中，推测北苍术种子萌发对栽培土壤含水量要求不严格，这与郑金双等[8]研究结果一致。

有研究表明，北苍术种子最适发芽温度为15 ℃，幼胚生长最适温度为20 ℃和25 ℃[11]。本试验设计的温度梯度为4～30 ℃，观察期内4～10 ℃北苍术种子几乎无萌发，20～25 ℃时北苍术发芽势和发芽率最高且整齐一致。观察还发现，同一培养基质和含水量下，不同培养温度的北苍术种子胚根和真叶生长也有明显差异，说明北苍术种子发芽与幼苗形态建成对温度较敏感。因此，北苍术播种和育苗管理中应考虑适宜播种期的调整、播种的深度及播种后覆盖保温等措施的影响。

北苍术从播种到出苗结束需要33 d[12]，且出苗率低，采用适当浓度激素(吲哚乙酸、赤霉素、细胞分裂素)处理有利于促进种子萌发且缩短发芽周期[18,19]。研究发现，NAA、2,4-D、GA3和6-BA浸种均对北苍术种子萌发有促进作用，且6-BA(2 mg·L-1)的促进作用最强，这可能与6-BA能促进和提高细胞分裂能力和光化学反应[20]有关。因此，在后期研究中应针对激素种类、激素比例进行深入研究，这对北苍术种子包衣技术更新及萌发机制探索有重要意义。

综上所述，北苍术种子的最佳萌发条件为20 ℃，基质(海绵+滤纸)含水量为40%，6-BA浸种浓度为2 mg·L-1。种子萌发对物种更新至关重要，种子发芽率降低将严重影响植物的竞争能力[21,22]。本试验通过实验室内筛选有利于北苍术种子萌发的最适条件，综合考虑光照、温度、土壤、水分等因素的互作影响，以期提高北苍术种子的萌发率和幼苗的成活率，并为北苍术不同地区引种栽培提供理论指导。另外，针对实际生产中北苍术种子发芽率提高但出苗不整齐这一问题，有待进一步研究。