不同处理对菥蓂种子萌发特性的影响

郑晓雯, 龙 艺, 林佳妮, 刘星宇, 郑冰洁, 张思思, 巨秀婷, 徐庭亮

(1.青海大学, 西宁 810016; 2.青海大学高原花卉研究中心, 西宁 810016;3.青海省园林植物与观赏园艺重点实验室, 西宁 810016)

菥蓂(ThlaspiarvenseL.)又名败酱草和遏蓝菜,是十字花科菥蓂属一年生草本植物,主要在道路、草地和山坡生长,在我国川藏地区分布丰富,因其富含黄酮、黑芥子、芥子苷等次生代谢物,而具有清肝解毒、和中益气和清热利尿等功效[1-4]。菥蓂全草、嫩苗和种子均可入药,药用价值不但广泛,且极为珍贵,收录于《本经》《别论》《药性论》等传统中医药典籍[5-6]。此外,菥蓂种子中还有高达36%的脂肪油,是未来最具有发展潜力的生物柴油原料[7-8];在生态防护方面,菥蓂抗旱作用强,可以防风固沙,吸收土壤重金属,是西北荒漠地区维持生态稳固的重要植物资源[9-11]。但藏药菥蓂以往常常被当作田间杂草,而忽略了其潜在医用价值和商业价值,造成资源浪费和经济损失。

菥蓂的繁殖方式主要是种子繁殖,种子是植物繁殖的重要途径,是植物生长发育的第一步[12]。而大多数种子都存在休眠现象,它决定着植物种子能否快速萌发[13]。为了研究菥蓂种子的萌发特性,从而缩短、控制菥蓂的育种年限和生长发育,本试验通过低温处理探究菥蓂种子是否存在休眠特性;添加赤霉素(GA3)来提高种子的发芽率;在不同基本培养基上播种探究适合萌发的培养基;添加不同配比的赤霉素(GA3)、萘乙酸(NAA)和6-苄氨基嘌呤(6-BA),筛选出种子萌发促进生根最佳培养基配方,旨在改进菥蓂播种繁育技术,为菥蓂的系统开发、多元利用提供技术战略和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为2021年6月在青海省西宁市大通县老虎沟(115.46°E,40.98°N)所采的野生分布的菥蓂成熟种子。将采后的种子用白猫漂水冲洗20 min,然后用蒸馏水冲洗5遍备用。

1.2 低温处理

菥蓂种子摆放在铺有湿滤纸的培养皿中,放置在4 ℃培养箱中低温分别处理0,10,20,30 d,每个处理播种60粒种子,3次重复,全程保湿。各个处理均在第一粒种子发芽后,放置人工气候箱(白天/黑夜,25 ℃/20 ℃,16 h/8 h,相对湿度40%)中培养7 d后拍照统计萌发率。

发芽率/%=(发芽种子数/供试种子数)×100%。

1.3 GA3对种子发芽的影响

参考何志等[14]外源施加GA3的方法,将菥蓂种子在浓度为0,200,300,400 mg/L的GA3溶液中浸泡0.5 h和4 h,然后摆放在铺有湿滤纸的培养皿中,每个处理播种60粒种子,3次重复,置于人工气候箱中进行常规培养,全程保湿。于培养后7 d开始观察种子萌发情况并统计菥蓂种子的发芽率,15 d后测量菥蓂幼苗根长。

1.4 培养基筛选

从试验1.3中筛选出的GA3浓度用于解除种子休眠,然后接种在5种不同基础培养基上,即1/2MS培养基、1/4MS培养基、3/4MS培养基、B5培养基、MS培养基,每个处理接种30粒种子,接种10瓶,置于人工气候箱中进行常规培养,于培养7 d后观察种子萌发情况并统计发芽率。

1.5 不同激素对种子萌发和生根的影响

在1.4试验筛选出的培养基的基础上,拟定0,0.5,1 mg/L浓度的GA3、NAA和6-BA三种激素的正交实验,每组处理60粒种子,每个处理接种3瓶,置于人工气候箱中进行常规培养。7 d后统计菥蓂种子的萌发率,30 d后测量菥蓂幼苗根长。

1.6 数据处理与分析

本实验利用Excel软件进行数据的整理和初步计算,利用SPSS17.0软件进行差异性分析,使用Origin19.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 低温探究菥蓂种子的休眠程度

为探究菥蓂种子是否存在休眠,且低温能否有效解除休眠,试验将菥蓂种子置于4 ℃低温下处理不同时长,发现菥蓂种子发芽率有差异,处理30 d的种子发芽整齐度高(图1A)。种子发芽率分别为84.91%(10 d),99.93%(20 d),100%(30 d),均显著高于0 d的60.93%(图1B),且种子萌发率与低温处理时长呈正相关,即低温处理时间越长,种子的发芽率越高,然后增长趋于平稳,说明菥蓂种子存在一定时期的休眠,且通过低温能够解除休眠,在20 d的低温处理下种子萌发率达99.93%,与30 d无显著差异。

注:A为菥蓂种子经低温时间处理后播种7 d后的萌发情况;B为低温处理时间对菥蓂种子萌发的影响,图中不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。图1 不同4 ℃处理下不同时间对菥蓂种子发芽率的影响Fig.1 Effect of different treat time at 4 ℃ on Thlaspi arvense L. seed germination

2.2 GA3处理对种子萌发和生根的影响

为了打破菥蓂种子休眠,促进种子萌发,进行外源施加GA3处理。从图2可以看出,外源施加GA3可以打破菥蓂种子休眠,并且能够促进根伸长。GA3浓度越高,处理时间越长,种子的萌发率越高,根长越长。浸种0.5 h,GA3浓度为400 mg/L时,发芽率达100%,根长为(3.91±0.49)cm,相较于ck发芽率提高了84.5%,根长增长了2.94 cm;浸种4 h,浓度为300 mg/L时,发芽率达到了100%,根长(3.58±0.48)cm,比ck的发芽率和根长分别提高了48.79%和2.50 cm(表1)。通过综合比较,用GA3浓度为400 mg/L浸种0.5 h,比300 mg/L浸种4 h效率更高,所以选用该处理用于打破种子休眠,做后续实验。

表1 GA3对菥蓂种子萌发和生根的影响Table 1 Effect of GA3 on seed germination and rooting of Thlaspi arvense L.

图2 不同GA3浓度和处理时间对菥蓂种子萌发的影响Fig.2 Effects of different gibberellin concentration and treatment time on seed germination of Thlaspi arvense L.

2.3 不同基本培养基对菥蓂种子萌发的影响

由图3可知,不同基本培养基对菥蓂种子萌发率的影响具有显著差异,菥蓂在1/2MS、1/4MS、3/4MS、MS和B5培养基中的发芽率分别为(55.27±4.07)%,(14.63±2.95)%,(16.27±1.20)%,(22.91±1.77)%和(32.88±3.51)%,其中1/2MS培养基的萌发率最高,与其他处理均有显著差异,依次是1/4MS的3.8倍、3/4MS的3.4倍、MS的2.4倍和B5的1.7倍。所以1/2MS培养基是最适合菥蓂种子萌发的培养基,与陶茸等[15]的研究结果一致。

图3 不同基本培养基对菥蓂种子萌发的影响Fig.3 Effect of different basic media on the germination of Thlaspi arvense L. seeds

2.4 不同激素配比对菥蓂种子萌发及生根的影响

将菥蓂种子播种到1/2MS培养基上,添加GA3、NAA和6-BA,进一步比较不同激素配比对菥蓂种子萌发和生根的影响,正交试验极差分析表明(表2),一定浓度范围内,高浓度的GA3,NAA,6-BA对种子萌发促进作用明显,但对幼苗生长促进作用有所下降。影响菥蓂种子萌发和生根的激素排序分别是GA3(A)>6-BA(C)>NAA(B)和GA3(A)>NAA(B)>6-BA(C);适合种子萌发的激素配比为A2B2C3(1/2MS+0.5 mg/L GA3+0.5 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA),促进根系伸长的激素配比为A1B3C2(1/2MS+1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA)。促进菥蓂种子萌发的最优组合是A2B2C3,发芽率高达91.67%;促进幼苗生长的最优组合A1B3C2,未出现在以下实验设计中。

表2 不同激素配比对菥蓂种子萌发和幼苗根长的影响Table 2 Effect of different hormone ratios on seed germination and seedling growth of Thlaspi arvense L.

3 讨 论

影响种子萌发的因素有很多,大多数是由于种子的自身原因导致休眠,温度则在休眠诱导和休眠解除的过程中起着重要作用[16]。当种子发生低温诱导休眠时,在满足种子休眠的低温条件下,通过一定时间的低温诱导可以解除种子休眠[17]。试验通过低温不同时间处理初探菥蓂种子休眠特性,结果表明,菥蓂种子在4 ℃处理不同时长,发芽率不同,且低温处理时间越长,种子发芽率越高。所以可初步认为,在菥蓂种子萌发过程中存在休眠,并且利用低温可以打破休眠,4 ℃处理20 d可以有效打破休眠,种子萌发率可达到99.93%,处理30 d发芽率达到100%,比对照提高了30.07%。

GA3作为一种促植物生长激素,能够诱导种子产生水解酶,将贮藏物质水解为胚所利用的物质,促进种子萌发,所以GA3广泛应用于解除种子的休眠,尤其是打破生理休眠、促进萌发中效果显著[18-19]。何伟等[20]研究表明,外源施加GA3能够有效解除川赤芍种子下胚轴萌发抑制效应并促进种子的萌发;何志等[14]研究发现,GA3在0～400 mg/L范围内猬实种子随激素浓度升高发芽率率明显上升;成仿云,杜秀娟[21]研究表明,低浓度的GA3可以促进“凤丹”牡丹种子萌发、生根和幼苗生长。本研究中,菥蓂在GA3浓度为400 mg/L时,浸种0.5 h发芽率达100%,根长为(3.91±0.488)cm,分别比对照提高和增加了84.5%和2.94 cm。所以GA3可有效解除菥蓂种子休眠,还能促进种子生根。

种子的发芽是植物激素相互作用的结果,不同激素对种子发芽和生长的影响不同[22]。GA主要与营养积累和运输有关,促进种子和休眠器官的萌发;NAA对促进细胞增长有显著作用,能够促进插穗生根;BA主要控制细胞分裂和器官发育,促进植物新陈代谢[23-26]。黄作喜等[27]研究发现,用GA、NAA和维生素(V)的复合激素处理仙客来,可促进花芽发育,提高开花率;刘群龙等[28]用NAA和IBA处理黑莓嫩枝,能够有效促进插条生根。试验通过筛选出最适合菥蓂种子萌发的1/2 MS培养基,然后添加不同浓度的激素,探究最适合菥蓂种子萌发和生根的培养基配方,从正交试验结果中可以看出,GA3对种子萌发和幼苗生根的影响最大。本研究中,筛选出适合种子萌发的最佳方案是:1/2MS+0.5 mg/L GA3+0.5 mg/L NAA+1 mg/L 6-BA,发芽率高达91.67%,复合激素对于促进菥蓂种子发芽的效果显著;促进幼苗生长的最佳培养基为1/2MS+1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA。

本试验通过一系列的筛选和处理,最终得到了适合菥蓂种子萌发和促进幼苗生根的最佳方案,为后续人工繁殖菥蓂种苗提供技术与理论参考。