新疆野生牛蒡種子生物學(xué)特性及耐鹽性研究

王晨曦，焦薈穎，蘇 雅，劉白潔，曹藍(lán)文，于瑋瑋

（天津農(nóng)學(xué)院 園藝園林學(xué)院，天津300384）

牛蒡（Arctium lappa L.）為菊科牛蒡?qū)?年生草本直根類植物，在全國均有分布[1]。牛蒡中含有菊糖及揮發(fā)油、牛蒡酸、多種多酚物質(zhì)及醛類，并富含纖維素和氨基酸，具有抗疲勞、抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抗菌、抗病毒、抗癌及免疫調(diào)節(jié)等作用，可用于治療糖尿病、高血壓、高血脂等，是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的藥食同源植物[2－4]，在日本、韓國等發(fā)達(dá)國家和我國臺(tái)灣地區(qū)，已成為生活中不可缺少的蔬菜及保健等多功能食品[5]。

新疆野生牛蒡?qū)ν寥李愋瓦m應(yīng)性廣泛，只要光照水分適宜，無論是沙土、壤土、黏土、鹽堿地甚至垃圾填埋處，牛蒡均能良好生長、開花、結(jié)果[6]。天津地處環(huán)渤海，土壤鹽漬化嚴(yán)重，鹽漬化土壤面積達(dá)4 303 km2，其中，重度和中度鹽漬化土壤面積分別為225 km2和635 km2，土壤含鹽量為0.1%～1.5%[7]，牛蒡作為一種有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的藥食同源植物，能否在濱海鹽漬化地區(qū)進(jìn)行栽培和推廣，對(duì)鹽漬化土壤的利用以及經(jīng)濟(jì)型藥用植物資源的開發(fā)均具有一定的指導(dǎo)意義。

種子萌發(fā)是植物生長周期的關(guān)鍵時(shí)期，易受外界環(huán)境因子的影響[8]。本試驗(yàn)以新疆野生牛蒡種子為材料，研究其生物學(xué)特性和耐鹽性，旨在為鹽漬化地區(qū)牛蒡的栽培提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

新疆野生牛蒡種子由新疆伊犁野果林資源研究發(fā)展中心提供，種子于2015年8月中旬采集于新疆伊犁地區(qū)天山野果林，晾干后置于－20℃冰箱冷凍保存，待用。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2016年4—7月開展。

1.2.1 種子形態(tài)觀察 隨機(jī)抽取20粒大小均勻、顆粒飽滿、成熟的牛蒡種子，在徠卡體視顯微鏡下觀察種子的形狀、顏色、紋理和光澤度，并進(jìn)行超微距攝影，用游標(biāo)卡尺測量種子的長（縱徑）和寬（橫徑），并計(jì)算橫徑與縱徑的比值，重復(fù)3次，計(jì)算平均值。

1.2.2 種子千粒質(zhì)量測定 采取百粒法測定，將種子去雜，隨機(jī)抽取牛蒡種子100粒，用萬分之一電子天平稱其質(zhì)量，重復(fù)8次，取平均值，然后換算成千粒質(zhì)量。

1.2.3 種子密度和孔隙度測定 隨機(jī)取牛蒡種子放入一個(gè)10 mL的量筒，種子的上表面與刻度平行，稱量此時(shí)種子的質(zhì)量（M1），根據(jù)公式計(jì)算種子容重，設(shè)3個(gè)重復(fù)。

取有精確刻度的10 mL小量筒，內(nèi)裝5 mL的水，將50粒種子稱質(zhì)量，即為種子的絕對(duì)質(zhì)量（M2），將種子放入量筒中，再次觀察記錄液面水平升高的刻度，即為種子樣品的絕對(duì)體積（V）。根據(jù)公式求出種子的比重，重復(fù)3次。根據(jù)容重計(jì)算種子密度與孔隙度。

1.2.4 種子的吸脹特性 隨機(jī)抽取牛蒡種子50粒，稱其干質(zhì)量，放入燒杯，并加入25℃蒸餾水，置于25℃的恒溫培養(yǎng)箱中。在前12 h內(nèi)每隔2 h取出1次，用濾紙吸干種子表面的水分后稱質(zhì)量；再隔12 h取出稱質(zhì)量；然后每隔24 h稱質(zhì)量計(jì)數(shù)，直至96 h為止。計(jì)算種子各自的吸水率、吸水量、吸收速度，繪制吸水曲線，重復(fù)3次。

1.2.5 萌發(fā)特性 隨機(jī)取50粒完整飽滿、大小均勻成熟的牛蒡種子，均勻撒播于盛有經(jīng)高壓滅菌的濕潤沙土地培養(yǎng)皿中，置于25℃的恒溫培養(yǎng)箱中萌發(fā)，每天補(bǔ)充一定的水分，必須保持沙土適量水分。每天記錄種子的萌發(fā)數(shù)、測量胚根長度，計(jì)算萌發(fā)率，設(shè)3次重復(fù)。

1.2.6 種子耐鹽性 挑選飽滿、無病害的種子，經(jīng)蒸餾水清洗晾干，均勻點(diǎn)入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。試驗(yàn)設(shè)7個(gè)NaCl濃度梯度，分別為0（CK），30，60，90，120，150，180 mmol·L－1。每皿 50粒種子，重復(fù)3次。每個(gè)培養(yǎng)皿中加入對(duì)應(yīng)處理液，將培養(yǎng)皿置入25℃電熱恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天記錄發(fā)芽數(shù)，更換培養(yǎng)皿中的濾紙并補(bǔ)充對(duì)應(yīng)濃度的處理液，對(duì)發(fā)霉種子要及時(shí)用蒸餾水進(jìn)行清洗。15 d后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算發(fā)芽勢、發(fā)芽率以及發(fā)芽指數(shù)。

式中，N1是發(fā)芽的種子數(shù)，N是供檢測的種子數(shù)。

式中，N2是發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)，N是供試種子數(shù)。

式中，Dt是指發(fā)芽日數(shù)，Gt是指與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)由Microsoft Excel2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，采用GraphPad Prism 5軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛蒡種子形態(tài)特征

牛蒡種子倒長卵形或偏斜倒長卵形，略扁，微彎曲；種皮灰褐色，有細(xì)脈紋，分布少量紫黑色斑點(diǎn)，種子粗糙，無光澤（圖1）。牛蒡種子長（縱徑）為6.04 mm，寬（橫徑）為2.79 mm，縱徑與橫徑的比值為2.16。

圖1 牛蒡種子形態(tài)特征

2.2 牛蒡種子千粒質(zhì)量、密度和孔隙度

種子千粒質(zhì)量、容重、密度及孔隙度是衡量種子品質(zhì)的重要指標(biāo)，種子千粒質(zhì)量可以反映出種子的飽滿程度；一般情況下，種子容重與千粒質(zhì)量呈正相關(guān)，對(duì)確定播種量、估算產(chǎn)量具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義；種子密度與孔隙度可衡量種子大小、整齊度、雜質(zhì)，在種子貯藏時(shí)具有指導(dǎo)意義。經(jīng)檢測，牛蒡種子千粒質(zhì)量為 10.4 g，容重為 431.80 g·L－1，密度和孔隙度分別為65%和35%。

2.3 種子的吸脹特性

從圖2可以看出，牛蒡種子的吸水過程大體上分為 3 個(gè)階段：I（急劇吸水階段，0～24 h），牛蒡種子的吸水率呈快速增加趨勢，尤其在2 h內(nèi)干種子吸水速率最快，2 h后，吸水速率相對(duì)下降，但其吸水率仍迅速增加，此階段的吸水主要由物理吸脹作用引起；II（平穩(wěn)吸水階段，24～72 h），該階段種子的吸收速率相對(duì)平穩(wěn)，達(dá)到 0.01～0.02 g·h－1，種子質(zhì)量緩慢增加，至72 h時(shí)吸水率達(dá)80%以上，此階段是生理性吸水階段，用于激活種子萌發(fā)過程各種新陳代謝；III（吸水飽和階段，72～96 h），吸收速率幾乎為0，種子吸水量處于飽和狀態(tài)，種子質(zhì)量幾乎不再增加。

圖2 牛蒡種子吸水曲線

2.4 萌發(fā)特性

牛蒡種子萌發(fā)情況如圖3所示，胚根萌發(fā)后迅速增長，下胚軸首先明顯伸長，胚軸呈弧狀向一側(cè)彎曲。通過催芽試驗(yàn)得出，牛蒡種子在催芽后3 d開始萌發(fā)，4～7 d是牛蒡種子萌發(fā)高峰期，7 d后種子萌發(fā)數(shù)急劇下降，10 d后種子發(fā)芽基本終止。最終結(jié)果表明，新疆野生牛蒡種子萌發(fā)率普遍較低，平均發(fā)芽率為47.3%。牛蒡種子萌發(fā)后，胚根生長迅速，其生長速率呈線性增長。

圖3 牛蒡種子萌發(fā)進(jìn)程

2.5 種子的耐鹽性

由表2可知，牛蒡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均隨鹽濃度的升高而受到相應(yīng)的抑制。當(dāng)鹽濃度為30 mmol·L－1時(shí)，牛蒡種子的發(fā)芽率與CK間無顯著差異，但其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均顯著低于CK，說明低鹽脅迫對(duì)牛蒡發(fā)芽的整齊程度產(chǎn)生了顯著影響；當(dāng)鹽濃度低于60 mmol·L－1時(shí)，牛蒡種子的萌發(fā)受到抑制作用相對(duì)較小；當(dāng)鹽濃度高于 60 mmol·L－1時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均顯著下降。此外，隨著鹽脅迫濃度的升高，牛蒡種子相對(duì)發(fā)芽率下降，而相對(duì)鹽害率升高，其中，NaCl濃度在 60～90 mmol·L－1時(shí)，相對(duì)鹽害率增加幅度最為明顯。

綜合各發(fā)芽指標(biāo)說明，鹽脅迫對(duì)新疆野生牛蒡種子有明顯的抑制作用，當(dāng)NaCl溶液濃度低于30 mmol·L－1時(shí)，對(duì)種子的萌發(fā)率影響不顯著，但延長了種子的發(fā)芽進(jìn)程，種子的出苗整齊度受到影響；當(dāng) NaCl溶液濃度高于 60 mmol·L－1時(shí)，種子萌發(fā)受到明顯的鹽害作用，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均顯著降低。這表明牛蒡種子對(duì)鹽濃度較為敏感，其耐鹽力相對(duì)較弱。

表2 鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響

3 討 論

新疆野生牛蒡種子千粒質(zhì)量與不同產(chǎn)地的栽培品種相比居中上水平[9]，說明其種子的飽滿度及質(zhì)量較高，但萌發(fā)率較低，這可能與野生種長期對(duì)環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)。新疆野生牛蒡多生長于溝渠、稀樹路旁、草叢或林邊較濕的地方，新疆地區(qū)晝夜溫差大，其種子對(duì)溫度、濕度的耐受能力較強(qiáng)，在人為設(shè)定條件下的萌發(fā)并不一定適應(yīng)于野生品種，其萌發(fā)條件還需進(jìn)一步探索。

大部分植物種子萌發(fā)初期的生長特性主要表現(xiàn)在種胚細(xì)胞活化和修復(fù)基礎(chǔ)的細(xì)胞器合成，需要大量水分和養(yǎng)分的維持[10]。本研究中野生牛蒡在0～96 h的吸水特性表現(xiàn)為三個(gè)階段，其中階段Ⅰ是種子吸漲期間的快速吸水期，屬于非生命現(xiàn)象，吸水量與化學(xué)成分相關(guān)；階段Ⅱ吸水速率變慢，屬于吸水滯緩期即萌動(dòng)期間吸水；在種子萌發(fā)吸水的階段Ⅲ（吸水飽和階段，72～96 h）吸水速率幾乎為零。經(jīng)階段Ⅰ的快速吸水，原生質(zhì)的水合程度趨向飽和，細(xì)胞膨壓增加以及種子的體積膨脹受種皮的束縛，這些因素都阻礙了細(xì)胞的進(jìn)一步吸水，因而種子萌發(fā)在突破種皮前，有一個(gè)吸水速度變慢或暫停的階段[11]。而由試驗(yàn)得知在階段Ⅱ至階段III過程（24～96 h），正是少數(shù)種子開始萌動(dòng)階段（圖2），萌動(dòng)期間種子內(nèi)部的生理生化變得旺盛[11]，因此這兩個(gè)階段的吸水在牛蒡種子萌發(fā)方面具有重要的意義。

鹽脅迫對(duì)種子的萌發(fā)有抑制作用，在本試驗(yàn)中，當(dāng)鹽溶液低于 30 mmol·L－1時(shí)，對(duì)牛蒡種子的萌發(fā)率影響不顯著；當(dāng)鹽濃度高于30 mmol·L－1時(shí)，鹽害率顯著升高，其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均隨著鹽濃度的不斷增加而減小。說明牛蒡種子對(duì)鹽比較敏感，其耐鹽性較低，這與陳鑫等[12]的研究結(jié)果一致。鹽脅迫條件下，濃度過高的Na+和Cl－，使細(xì)胞內(nèi)滲透勢降低，加之離子毒性作用，破壞了植物細(xì)胞的細(xì)胞膜，使膜選擇透性增大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)外滲，從而抑制種子的萌發(fā)，這可能是鹽脅迫下牛蒡種子發(fā)芽率低的主要原因。牛蒡植株對(duì)土壤類型適應(yīng)性廣泛，只要光照水分適宜，無論是沙土、壤土、黏土、鹽堿地甚至垃圾填埋處，牛蒡均能良好生長、開花、結(jié)果[13]。結(jié)合種子的耐鹽性，牛蒡如在鹽堿地上栽培，為了保證出苗率，可在育苗盤里進(jìn)行育苗，度過牛蒡種子萌發(fā)的耐鹽敏感期，從而保證出苗率。

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