微波辐射对‘凤丹’种子萌发及幼苗生长的影响

陈梦洁，吕长平，，孙田娇，秧拯民

（湖南农业大学 a.风景园林与园艺设计学院；b.湖南省中亚热带优质花木繁育与利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410128）

牡丹Paeonia suffruticosa原产于我国，为芍药科芍药属多年生落叶灌木。牡丹品种繁多，花色艳丽，在我国已有数千年的栽培历史，是我国传统的十大名花之一，在世界上也享有崇高声誉[1]。牡丹具有极高的观赏价值、药用价值和油用价值。牡丹花具有极高的观赏价值，其花期为4月初至5月，花朵硕大，有富贵典雅、吉祥如意等象征意义，深受大众喜爱。其根皮是一味传统中药材。牡丹也是一种新型的木本油料作物，牡丹籽含油量高，其出油率高达27%～33%，而牡丹籽油营养丰富且价值高，近些年来的研究结果表明，牡丹籽油的不饱和脂肪酸含量高达90%，在降低血压、保护肝脏、提高免疫力等方面均有良好的保健作用[2]。因此，油用牡丹产业已被列为我国优势产业之一，油用牡丹的种植和推广已成为相关研究者关注的热点。

目前，油用牡丹的栽培品种主要有‘紫斑牡丹’和‘凤丹’，其均具耐生存性强、出油率高、品质好等特点。‘紫斑牡丹’属于西北牡丹品种群，主要种植于甘肃、陕西、青海等地；‘凤丹’属于江南牡丹品种群，主要种植于安徽、湖南、四川等地。‘凤丹’种苗的繁殖方法主要是播种繁殖，这种繁育方法具有操作简单、耗时短等优点，而且在牡丹新品种的选育及药用牡丹品种的繁殖中都有着重要地位。牡丹种子在萌发过程中具有上胚轴和下胚轴双休眠特性，这一特性影响其种子的萌发，在其繁育过程中常常出现种子出苗率低、萌发时间长等问题，部分种子的萌发需耗时半年之久[3]。许多学者就如何打破牡丹种子休眠的问题进行了研究，其研究主要集中于对种皮的处理、外源激素的刺激、温度的调控等方面。在对种皮的处理中，有关研究结果表明，利用物理或者化学的手段处理种皮并不能有效打破牡丹种子的休眠，反而极易引起种子内部物质被感染，进而影响其萌发；在外源激素的刺激方面，相关研究主要集中在吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）、细胞分裂素（CTK、6-BA）等生长调节剂对牡丹种子萌发的影响方面，其中，GA3能够有效替代低温春化作用对种子产生影响，可有效打破牡丹种子上胚轴的休眠，能显著提高牡丹种子的萌发率；温度也影响着牡丹种子的萌发及胚芽的伸长，不同牡丹品种的层积处理所需温度条件不同，用4℃的低温层积处理牡丹种子，可以显著提高其发芽率，缩短其发芽时间。目前，关于牡丹种子休眠的原因，尚未有系统而全面的解释。因此，探究牡丹种子休眠的原因，研究解除牡丹休眠的方法，促使其种子快速萌发，对于指导其生产具有重要意义。

微波是一种频率为300 MHz 到300 GHz 的电磁波。已有大量研究结果表明，适当功率的微波辐射预处理能促进种子萌发[4-5]。近年来，微波辐射预处理在作物育种中已得到广泛应用。胡燕月等[6]的研究结果表明，微波辐射处理对水稻种子萌发过程中的芽活力与根活力均能产生促进效应；张蕊思等[7]以适当强度的微波辐射处理冰草种子，对其根的生长、生物量的积累和抗逆性的增强均可产生显著影响，但其叶片相对含水量、相对电导率和丙二醛含量等指标却无明显变化；李波等[8]以微波辐射处理苜蓿种子，能够有效增强苜蓿的抗旱性能，促进植物在干旱条件下生长；李一帆等[9]研究发现，微波辐射对不同植物的影响程度不同，微波辐射对刺槐种子的萌发起着明显的负面作用。为给油用牡丹育苗技术的研究提供理论依据，利用微波辐射油用品种‘凤丹’种子进行试验，分析了不同强度的微波辐射处理对‘凤丹’种子萌发及其幼苗生长的影响情况，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘凤丹’种子于2018年7月下旬采自湖南省邵阳市郦家坪附近的‘凤丹’居群，将采集的种子沙藏1 个月，待其后熟后以备用。

1.2 试验方法

1.2.1 微波处理

先用0.5%的高锰酸钾溶液将沙藏后熟的‘凤丹’种子消毒2 h，再用蒸馏水将消毒后的种子浸泡24 h，然后选取吸涨、饱满的种子进行微波辐射预处理。采用格兰仕微波炉（型号为G70F20N2L-DG，功率为700 W）进行试验，共设置9 个处理，每个处理供试的种子各有100 粒，3 个重复，以未经微波处理的种子作为对照（CK），试验设计见表1。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

1.2.2 生根试验

将以微波辐射预处理后的种子置于铺有湿热灭菌双层滤纸的发芽盒内，保持湿润，观察并记录其生根情况。以胚根生长长度为种子长1/2 的视为生根，以连续7 d 没有新胚根生长的视为生根结束。统计初萌期、生根数量和主根长度，计算生根率和平均根长。

种子生根率＝发芽种子总数/供试种子数×100%。

1.2.3 发芽试验

选取胚根长度≥3 cm 的种子，将其置于200 mg/L 的赤霉素中浸泡24 h，然后播于穴盘内放入育苗室（保持湿润）中进行培养。每个处理各培养种子30 粒，3 次重复。自第1 棵幼苗出土起，每隔3 d 记录1 次其发芽情况，以连续3 次没有发现新苗出土的视为发芽结束。发芽结束30 d 后计算发芽率、发芽势、苗高。

发芽率=发芽种子总数/供试种子数×100%；

发芽势=发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数×100%。

1.3 数据处理

采用Excel 软件进行数据统计，采用SPSS 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 微波处理对‘凤丹’种子生根的影响

2.1.1 微波处理对‘凤丹’种子生根初萌期的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’种子生根初萌期的影响情况见表2。由表2可知，适当强度的微波处理可显著缩短‘凤丹’种子的萌发时间。中火处理10 s 的‘凤丹’种子所需萌发时间最短，仅需27 d，比对照组的初萌期缩短12 d。低火处理10 s 与中火处理20 s 的‘凤丹’种子，其初萌期分别为28 和29 d，且各处理间的差异显著（P＜0.05）；高火处理30 s 对‘凤丹’种子的萌发表现出显著的抑制作用（P＜0.05），其初萌期长达45 d。低火、中火微波处理均可促进‘凤丹’种子的萌发，但其促进作用随着辐射强度的加大而减弱。

表2 不同强度的微波处理对‘凤丹’种子初萌期的影响†Table 2 Effect of different treatment intensity on initial germination of Peaonia ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.1.2 微波处理对‘凤丹’种子生根率的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’种子生根率的影响情况如图1所示。由图1可知，适当强度的微波处理对‘凤丹’种子的生根表现出促进效应。高强度的微波处理对‘凤丹’种子的生根表现出抑制效应，且随着微波处理时间的延长，其抑制效应越明显。而低火处理10 与20 s 的生根率分别为95.83%和94.63%，与对照组相比，分别提高了5.33%和4.13%，且其差异显著（P＜0.05）；中火处理30 s、高火处理20 s、高火处理30 s 的生根率分别为26.67%、37.5%、20%，与对照组相比，分别降低了65.83%、55%、72.5%，且各处理间的差异显著（P＜0.05）。

图1 不同强度的微波处理对‘凤丹’种子生根率的影响Fig.1 Effect of different treatment intensity on rooting rate of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.1.3 微波处理对‘凤丹’根长的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’根长的影响情况如图2所示。由图2可知，低火处理10 s和低火处理20 s 的‘凤丹’根长分别为8.44 和7.20 cm，且其侧根均明显增多，与对照组的相比，分别增长2.33 与1.10 cm，且其差异显著（P＜0.05）；中火和高火处理对‘凤丹’根长的影响均表现出抑制作用，且中火和高火处理组与对照组间的差异均显著（P＜0.05）。

图2 不同强度的微波处理对‘凤丹’根长的影响Fig.2 Effect of different treatment intensity on average root length of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2 微波处理对‘凤丹’种子发芽的影响

2.2.1 微波处理对‘凤丹’种子发芽率的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’种子发芽率的影响情况见表3。由表3可知，不同强度的微波处理对‘凤丹’种子的发芽率表现出不同程度的抑制作用，且其抑制效果随着辐射强度的加大和处理时间的延长而增强。仅有低火处理10 s 的种子发芽率较高，为83.25%，与对照组的相比，提高了5.12%，而其差异不显著（P＜0.05）；中火、高火处理组的发芽率均极低，高火处理10 和30 s的发芽率分别为39.06%与12.50%，与对照组相比，分别显著降低了39.07%和65.63%（P＜0.05）。

表3 不同强度的微波处理对‘凤丹’种子发芽率的影响Table 3 Effect of different treatment intensity on germination rate of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2.2 微波处理对‘凤丹’种子发芽势的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’种子发芽势的影响情况见表4。由表4可知，微波辐射低火处理10 s 的‘凤丹’种子其发芽势为87.25%，与对照组相比提高了7.39%，且其差异显著（P＜0.05）。而高强度的微波辐射对‘凤丹’种子的发芽势有着显著的抑制效应（P＜0.05）；中火处理组中，中火处理10 与20 s 的种子其发芽势分别为58.25%和40.25%，与对照组相比，分别降低了21.61%和39.61%；高火处理组中，高火处理10 与20 s 的种子其发芽势分别为33.26%和12.85%，与对照组相比，分别降低了46.6%和67.01%。

表4 不同强度的微波处理对‘凤丹’种子发芽势的影响Table 4 Effect of different treatment intensity on germination potential of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2.3 微波处理对‘凤丹’幼苗苗高生长的影响

不同强度的微波处理对‘凤丹’幼苗苗高生长的影响情况见表5。由表5可知，微波处理对‘凤丹’幼苗苗高生长并未产生显著影响（P＜0.05）。低火处理20 s 的‘凤丹’幼苗其平均苗高为8.1 cm，与对照组相比，降低了1.1 cm，但其差异不显著（P＜0.05）；低火处理10 s 的‘凤丹’幼苗其平均苗高为11.58 cm，与对照组相比，增加了1.98 cm。中火、高火处理组中，‘凤丹’幼苗的平均苗高均高于对照组的，而与对照组间的差异均未达到显著水平（P＜0.05）。

表5 不同强度的微波处理对‘凤丹’幼苗苗高生长的影响Table 5 Effect of different treatment intensity on height of seedling of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

3 结论与讨论

试验选用油用牡丹品种‘凤丹’种子作为材料，结果表明，低强度微波辐射处理可显著促进牡丹种子的萌发。在打破‘凤丹’种子下胚轴休眠的生根试验中，低火处理10 s、中火处理10 和20 s 的微波辐射均可显著缩短其生根时间；低火处理10 和20 s 均可显著提高牡丹种子的生根率与根长，且其与对照组间的差异均显著。在打破‘凤丹’种子上胚轴休眠的发芽试验中，除低火处理10 s外，其他处理均降低了‘凤丹’种子的发芽率、发芽势，且随着辐射强度的加大和辐射时间的延长其抑制效果增强，而各处理组‘凤丹’幼苗的苗高与对照组的均无显著差异，这和潘温文等[10]关于微波辐射对滇牡丹萌发的影响、李一帆等[9]关于微波辐射对刺槐种子萌发的影响的研究结果均相同，而与其他研究者对水稻[6]、冰草[7]、苜蓿[8]等的研究结果均不同。其原因可能是，本试验所用微波辐射的剂量较大，处理时间较长。本研究通过微波辐射对‘凤丹’种子进行处理，设置不同辐射强度与时间梯度进行试验，但仍有一定的局限性，存在着所设各处理的辐射时间较长、辐射强度大，仅对其根的萌发与幼苗的生长指标进行测定等不足。在今后的研究中可缩短辐射时间并对其染色体结构、生理生化和幼苗形态等指标进行观测，以期为后期油用牡丹育苗技术的研究提供完整的理论体系，以培育出优质油用牡丹品种资源。

大量研究结果表明，植物种子被微波辐射时，种子细胞内部受到电磁能的影响，引发了其强烈的生物学响应，其细胞器、内膜系统均受到不同程度的影响，从而对种子的萌发和生长产生一定的作用[11]。利用微波辐射处理种子会提高其基因突变的频率，对植物染色体结构的突变也有一定的诱发作用，因而为人们培育与筛选新种质资源提供了可能。目前，关于利用60Co-γ 辐射牡丹种子，研究其萌发、幼苗生长、染色体结构等的相关报道较多，而关于微波辐射对打破牡丹种子休眠的影响的研究报道少之又少[12-15]。为此，本试验以不同强度的微波辐射处理‘凤丹’种子，以低火处理10 s 对‘凤丹’种子生根、萌芽和幼苗生长所产生的综合促进效应为最好。至于辐射处理是否会引起牡丹的遗传变异，对此有待于借鉴其他植物种子预处理方式[16]进行更加深入的研究。