不同温度及时间对白及种子萌发的影响

王斌 曹小勇 胡选萍 蒋景龙 秦公伟 高尚 赵垚

(陕西理工大学生物科学与工程学院/陕西省资源生物重点实验室，陕西 汉中 723000)

白及为兰科白及属植物[1,2],分布于亚洲的缅甸北部经我国至日本,我国产4 种,分别是紫花白及(Bletillastriata)、黄花白及 (Bletillaochracea)、小白及(Bletillaformosana)、华白及 (Bletillasinensis)[3]。白及作为我国传统珍稀名贵中药,假鳞茎具有较高的药用价值[4],含有白及多糖、联苄类、菲类等主要有效成分,有止血补肺、生肌止痛、延缓皮肤衰老之功效,广泛应用于医药、化妆品领域[5,6]。此外,白及花色艳丽,观赏价值极高,是我国著名花卉品种[7]。

目前,高温是一种较常见的环境胁迫,国内外关于高温对种子萌发影响研究颇多,多项研究表明,高温对种子的萌发有抑制作用,也会出现促进作用。如,邓红山等人表明,持续超高温浸种会抑制辣木种子萌发和胚根的发育,辣木种子的最适浸种温度为40℃[8]；陈丽等人研究了不同浸种温度和浸种时间对水稻种子发芽的影响,表明当浸种温度为30℃时,浸种超过48h 后,各试验种子均出现不同程度的异味[9]；付丽君等人表明,当温度达到35℃以上,4 个品系的唐山秋瓜种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈递减趋势,38℃处理对4 个品系发芽指标的抑制作用显著高于35℃处理[10]；Tarrega 等人表明,在130℃以上,并且胁迫超过5min 时,猕猴桃种子的萌发率为0%,并且相对于对照,适度的热处理(在70℃和100℃) 显著提高了发芽率[11]。Benliang Deng等人表明所有玉米种子的最佳温度30℃,但是与其它种子相比,在40℃下,紫色种子的发芽率最高；在30℃下,白色种子的发芽率最高[12]。目前有研究表明植物性烟雾可刺激80 多个属的种子发芽,烟雾影响植物的整体活力,并对花粉的生长具有刺激作用。将1：250 的烟水(Smoke-water) 注入1/2MS 培养基中,可显着提高濒危附生兰科豹纹兰属植物Ansellia africana 种子的发芽率指数(GRI) 和发育速度指数(DRI)[13]。目前尚无文献报道高温对白及种子萌发影响,本研究通过不同温度及时间处理,探索白及种子对温度的耐受性,另外本研究可为许多种子休眠、萌发时间长的兰科植物种子处理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

本试验以紫花白及(Bletilla striata) 种子为试材,用尼龙筛网将种子包裹,以25℃种子作为对照组,将水浴锅(科伟HH-2 型) 的温度分别设置为40℃、50℃、55℃、60℃,浸种5～60min,每5min 为1 个处理,将处理白及种子放入装有20mL 纯净水的培养瓶中,置于25℃,光照环境中培养,每组各3 个重复。

1.2 测定指标与方法

分别在3 个重复的培养瓶中各取20 个球茎或种子,在体视显微镜 (Leica M205C) 下拍照,使用Digimizer 软件对照片中球茎和种胚直径测量,再测定其萌发率(萌发标志为种胚变绿,种皮破裂)。

萌发率=已萌发的/20×100%

1.3 数据处理

试验数据使用GraphPad Prism 5 统计软件进行数据统计与分析,使用Tukey 检验进行组间差异显著性检验(p＜0.05) 并作图。

2 试验结果

2.1 高温对白及种子萌发的影响

CK 白及种子萌发率为100%,白及原球茎上已有叶片、假根的发育(见图2A),40℃ (5～60min) 对种子萌发率无影响,50℃35min、55℃15min、60℃5min 对种子萌发有显著抑制作用,并且处理时间越长,种子萌发率就越低,如60℃ (5～10min)、55℃(10～30min)、50℃ (10～45min) 的种子萌发率越来越低；50℃ (45～60min) 的种子萌发率约为8%左右；55℃30min 和60℃10min 的种子萌发率为0% (见图2C)；50℃30min 和55℃15min 的种子萌发率分别为47%和45%,接近50%。

2.2 高温对白及球茎生长的影响

CK 的球茎直径约为0.38mm,40℃ (5～60min)对球茎直径基本无影响；50℃35min、55℃15min、60℃5min 对原球茎生长有显著抑制作用；50℃ (40～60min) 的直径约为0.22mm 左右,55℃ (25～35min)、60℃ (5～10min) 的直径约为0.2mm 左右。说明不同温度对白及球茎生长影响不同,并且温度越高,影响越大。

同一温度的不同浸种时间对白及球茎和种胚直径的大小影响不同,从图3 可以看出,在50℃和55℃下都表现出处理时间越长,抑制越明显的现象,如50℃(20～40min) 和55℃ (5～25min) 的直茎越来越小。

表1 50℃和55℃对球茎直径的影响

通过对萌发率和球茎直径大小对比分析,发现一些组合萌发率低,而球茎直径与CK 无差异的现象,通过对材料观察和数据分析,发现一些组合可以促进原球茎生长；以表1 几种组合为例,通过除去未萌发种子,只统计已萌发球茎直径,可以发现50℃(15min、20min、25min、30min) 和55℃ (5min) 的球茎直径大于CK,说明这些处理组合对白及球茎的生长具有促进作用(见图2B)。

3 讨论

白及种子是一种容易萌发的兰科植物种子,可直接在去离子水中萌发,一些兰科植物种子的萌发需要共生真菌提供营养[14],如天麻种子必须依靠紫萁小菇才能萌发[15],所以本研究的一些处理组合可以为其它兰科植物种子处理提供参考。研究结果发现:CK 种子可以正常萌发,球茎直径和种子萌发率分别为0.38mm 和100%,40℃对白及种子萌发的无影响,50℃5min、55℃5min、60℃5min 对萌发率影响比较显著,50℃35min、55℃15min、60℃5min 对原球茎生长有显著影响,并且温度越高、浸种时间越长,对种子萌发影响越大,55℃30min 和60℃10min 的白及种子萌发率为0%。陈丽等人研究表明,宁粳浸种温度达30℃时,随着浸种时间的延长种子发芽率下降明显[15]；陈发军等人表明,50℃和60℃处理会降低碎芥种子的萌发率[16]；李文杨研究不同浸种温度对白菜种子萌发与幼苗生长的影响,表明30℃下白菜种子的发芽率、发芽势和发芽指数最高,而高温(60℃和90℃) 和低温(15℃) 浸种不利于白菜种子的萌发,随着温度的升高,发芽率呈下降趋势[17]。这些结论与本研究结果相似,表明高温可以抑制种子的萌发,但每种植物种子对高温的耐受性是不同的,如白及种子的耐受性大于宁粳,而小于碎芥种子和白菜种子,由于白及种子微小,种皮薄,对高温的耐受已超过40℃,说明白及种子对高温的耐受能力比较强。

温度是影响植物种子萌发的重要因素之一,可以打破种子的休眠[18],合适的温度可以软化种皮,促进种子吸水,从而促进种子的萌发[19]。余娇娥等人表明,60℃、80℃以及100℃2.5min 处理对黄茅种子萌发有显著促进作用,但100℃ (5min 和10min) 的处理,对种子萌发有明显抑制作用[20]；纳伟表示,50℃水温处理黄秋葵种子时,发芽势和发芽率达到最大[21]；徐世才等人表示随着浸种时间的增长,沙芥种子的发芽率先增长,后下降[22]；陈勇等人表示,高温(100℃) 浸种处理方法能够较大幅度提高粉叶羊蹄甲的发芽率,并且浸种时间越长,发芽率越高[23]；何权也表明,随着处理温度和时间的增加,梭梭种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均先增加后降低[24]。上述研究表明,高温可以促进种子的萌发,但每种植物种子的合适萌发温度不同；本研究中表明,在常温下白及种子的萌发率最高,高温对白及种子的萌发并无促进作用,有一定的抑制作用,可能是由于白及种子没有休眠现象,无需外界对萌发提供帮助,但是在50℃ (15min 和20min)、55℃5min下,对已萌发种子的生长具有促进作用。