微波輻射對(duì)‘鳳丹’種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

陳夢(mèng)潔，呂長(zhǎng)平，，孫田嬌，秧拯民

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.風(fēng)景園林與園藝設(shè)計(jì)學(xué)院；b.湖南省中亞熱帶優(yōu)質(zhì)花木繁育與利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

牡丹Paeonia suffruticosa原產(chǎn)于我國(guó)，為芍藥科芍藥屬多年生落葉灌木。牡丹品種繁多，花色艷麗，在我國(guó)已有數(shù)千年的栽培歷史，是我國(guó)傳統(tǒng)的十大名花之一，在世界上也享有崇高聲譽(yù)[1]。牡丹具有極高的觀賞價(jià)值、藥用價(jià)值和油用價(jià)值。牡丹花具有極高的觀賞價(jià)值，其花期為4月初至5月，花朵碩大，有富貴典雅、吉祥如意等象征意義，深受大眾喜愛。其根皮是一味傳統(tǒng)中藥材。牡丹也是一種新型的木本油料作物，牡丹籽含油量高，其出油率高達(dá)27%～33%，而牡丹籽油營(yíng)養(yǎng)豐富且價(jià)值高，近些年來(lái)的研究結(jié)果表明，牡丹籽油的不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%，在降低血壓、保護(hù)肝臟、提高免疫力等方面均有良好的保健作用[2]。因此，油用牡丹產(chǎn)業(yè)已被列為我國(guó)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)之一，油用牡丹的種植和推廣已成為相關(guān)研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前，油用牡丹的栽培品種主要有‘紫斑牡丹’和‘鳳丹’，其均具耐生存性強(qiáng)、出油率高、品質(zhì)好等特點(diǎn)。‘紫斑牡丹’屬于西北牡丹品種群，主要種植于甘肅、陜西、青海等地；‘鳳丹’屬于江南牡丹品種群，主要種植于安徽、湖南、四川等地。‘鳳丹’種苗的繁殖方法主要是播種繁殖，這種繁育方法具有操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，而且在牡丹新品種的選育及藥用牡丹品種的繁殖中都有著重要地位。牡丹種子在萌發(fā)過程中具有上胚軸和下胚軸雙休眠特性，這一特性影響其種子的萌發(fā)，在其繁育過程中常常出現(xiàn)種子出苗率低、萌發(fā)時(shí)間長(zhǎng)等問題，部分種子的萌發(fā)需耗時(shí)半年之久[3]。許多學(xué)者就如何打破牡丹種子休眠的問題進(jìn)行了研究，其研究主要集中于對(duì)種皮的處理、外源激素的刺激、溫度的調(diào)控等方面。在對(duì)種皮的處理中，有關(guān)研究結(jié)果表明，利用物理或者化學(xué)的手段處理種皮并不能有效打破牡丹種子的休眠，反而極易引起種子內(nèi)部物質(zhì)被感染，進(jìn)而影響其萌發(fā)；在外源激素的刺激方面，相關(guān)研究主要集中在吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）、細(xì)胞分裂素（CTK、6-BA）等生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)牡丹種子萌發(fā)的影響方面，其中，GA3能夠有效替代低溫春化作用對(duì)種子產(chǎn)生影響，可有效打破牡丹種子上胚軸的休眠，能顯著提高牡丹種子的萌發(fā)率；溫度也影響著牡丹種子的萌發(fā)及胚芽的伸長(zhǎng)，不同牡丹品種的層積處理所需溫度條件不同，用4℃的低溫層積處理牡丹種子，可以顯著提高其發(fā)芽率，縮短其發(fā)芽時(shí)間。目前，關(guān)于牡丹種子休眠的原因，尚未有系統(tǒng)而全面的解釋。因此，探究牡丹種子休眠的原因，研究解除牡丹休眠的方法，促使其種子快速萌發(fā)，對(duì)于指導(dǎo)其生產(chǎn)具有重要意義。

微波是一種頻率為300 MHz 到300 GHz 的電磁波。已有大量研究結(jié)果表明，適當(dāng)功率的微波輻射預(yù)處理能促進(jìn)種子萌發(fā)[4-5]。近年來(lái)，微波輻射預(yù)處理在作物育種中已得到廣泛應(yīng)用。胡燕月等[6]的研究結(jié)果表明，微波輻射處理對(duì)水稻種子萌發(fā)過程中的芽活力與根活力均能產(chǎn)生促進(jìn)效應(yīng)；張蕊思等[7]以適當(dāng)強(qiáng)度的微波輻射處理冰草種子，對(duì)其根的生長(zhǎng)、生物量的積累和抗逆性的增強(qiáng)均可產(chǎn)生顯著影響，但其葉片相對(duì)含水量、相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量等指標(biāo)卻無(wú)明顯變化；李波等[8]以微波輻射處理苜蓿種子，能夠有效增強(qiáng)苜蓿的抗旱性能，促進(jìn)植物在干旱條件下生長(zhǎng)；李一帆等[9]研究發(fā)現(xiàn)，微波輻射對(duì)不同植物的影響程度不同，微波輻射對(duì)刺槐種子的萌發(fā)起著明顯的負(fù)面作用。為給油用牡丹育苗技術(shù)的研究提供理論依據(jù)，利用微波輻射油用品種‘鳳丹’種子進(jìn)行試驗(yàn)，分析了不同強(qiáng)度的微波輻射處理對(duì)‘鳳丹’種子萌發(fā)及其幼苗生長(zhǎng)的影響情況，現(xiàn)將研究結(jié)果分析報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

‘鳳丹’種子于2018年7月下旬采自湖南省邵陽(yáng)市酈家坪附近的‘鳳丹’居群，將采集的種子沙藏1 個(gè)月，待其后熟后以備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 微波處理

先用0.5%的高錳酸鉀溶液將沙藏后熟的‘鳳丹’種子消毒2 h，再用蒸餾水將消毒后的種子浸泡24 h，然后選取吸漲、飽滿的種子進(jìn)行微波輻射預(yù)處理。采用格蘭仕微波爐（型號(hào)為G70F20N2L-DG，功率為700 W）進(jìn)行試驗(yàn)，共設(shè)置9 個(gè)處理，每個(gè)處理供試的種子各有100 粒，3 個(gè)重復(fù)，以未經(jīng)微波處理的種子作為對(duì)照（CK），試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design

1.2.2 生根試驗(yàn)

將以微波輻射預(yù)處理后的種子置于鋪有濕熱滅菌雙層濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)，保持濕潤(rùn)，觀察并記錄其生根情況。以胚根生長(zhǎng)長(zhǎng)度為種子長(zhǎng)1/2 的視為生根，以連續(xù)7 d 沒有新胚根生長(zhǎng)的視為生根結(jié)束。統(tǒng)計(jì)初萌期、生根數(shù)量和主根長(zhǎng)度，計(jì)算生根率和平均根長(zhǎng)。

種子生根率＝發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.2.3 發(fā)芽試驗(yàn)

選取胚根長(zhǎng)度≥3 cm 的種子，將其置于200 mg/L 的赤霉素中浸泡24 h，然后播于穴盤內(nèi)放入育苗室（保持濕潤(rùn)）中進(jìn)行培養(yǎng)。每個(gè)處理各培養(yǎng)種子30 粒，3 次重復(fù)。自第1 棵幼苗出土起，每隔3 d 記錄1 次其發(fā)芽情況，以連續(xù)3 次沒有發(fā)現(xiàn)新苗出土的視為發(fā)芽結(jié)束。發(fā)芽結(jié)束30 d 后計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、苗高。

發(fā)芽率=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根的影響

2.1.1 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根初萌期的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根初萌期的影響情況見表2。由表2可知，適當(dāng)強(qiáng)度的微波處理可顯著縮短‘鳳丹’種子的萌發(fā)時(shí)間。中火處理10 s 的‘鳳丹’種子所需萌發(fā)時(shí)間最短，僅需27 d，比對(duì)照組的初萌期縮短12 d。低火處理10 s 與中火處理20 s 的‘鳳丹’種子，其初萌期分別為28 和29 d，且各處理間的差異顯著（P＜0.05）；高火處理30 s 對(duì)‘鳳丹’種子的萌發(fā)表現(xiàn)出顯著的抑制作用（P＜0.05），其初萌期長(zhǎng)達(dá)45 d。低火、中火微波處理均可促進(jìn)‘鳳丹’種子的萌發(fā)，但其促進(jìn)作用隨著輻射強(qiáng)度的加大而減弱。

表2 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子初萌期的影響?Table 2 Effect of different treatment intensity on initial germination of Peaonia ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.1.2 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根率的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根率的影響情況如圖1所示。由圖1可知，適當(dāng)強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子的生根表現(xiàn)出促進(jìn)效應(yīng)。高強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子的生根表現(xiàn)出抑制效應(yīng)，且隨著微波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其抑制效應(yīng)越明顯。而低火處理10 與20 s 的生根率分別為95.83%和94.63%，與對(duì)照組相比，分別提高了5.33%和4.13%，且其差異顯著（P＜0.05）；中火處理30 s、高火處理20 s、高火處理30 s 的生根率分別為26.67%、37.5%、20%，與對(duì)照組相比，分別降低了65.83%、55%、72.5%，且各處理間的差異顯著（P＜0.05）。

圖1 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子生根率的影響Fig.1 Effect of different treatment intensity on rooting rate of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.1.3 微波處理對(duì)‘鳳丹’根長(zhǎng)的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’根長(zhǎng)的影響情況如圖2所示。由圖2可知，低火處理10 s和低火處理20 s 的‘鳳丹’根長(zhǎng)分別為8.44 和7.20 cm，且其側(cè)根均明顯增多，與對(duì)照組的相比，分別增長(zhǎng)2.33 與1.10 cm，且其差異顯著（P＜0.05）；中火和高火處理對(duì)‘鳳丹’根長(zhǎng)的影響均表現(xiàn)出抑制作用，且中火和高火處理組與對(duì)照組間的差異均顯著（P＜0.05）。

圖2 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’根長(zhǎng)的影響Fig.2 Effect of different treatment intensity on average root length of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽的影響

2.2.1 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽率的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽率的影響情況見表3。由表3可知，不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出不同程度的抑制作用，且其抑制效果隨著輻射強(qiáng)度的加大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。僅有低火處理10 s 的種子發(fā)芽率較高，為83.25%，與對(duì)照組的相比，提高了5.12%，而其差異不顯著（P＜0.05）；中火、高火處理組的發(fā)芽率均極低，高火處理10 和30 s的發(fā)芽率分別為39.06%與12.50%，與對(duì)照組相比，分別顯著降低了39.07%和65.63%（P＜0.05）。

表3 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽率的影響Table 3 Effect of different treatment intensity on germination rate of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2.2 微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽勢(shì)的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽勢(shì)的影響情況見表4。由表4可知，微波輻射低火處理10 s 的‘鳳丹’種子其發(fā)芽勢(shì)為87.25%，與對(duì)照組相比提高了7.39%，且其差異顯著（P＜0.05）。而高強(qiáng)度的微波輻射對(duì)‘鳳丹’種子的發(fā)芽勢(shì)有著顯著的抑制效應(yīng)（P＜0.05）；中火處理組中，中火處理10 與20 s 的種子其發(fā)芽勢(shì)分別為58.25%和40.25%，與對(duì)照組相比，分別降低了21.61%和39.61%；高火處理組中，高火處理10 與20 s 的種子其發(fā)芽勢(shì)分別為33.26%和12.85%，與對(duì)照組相比，分別降低了46.6%和67.01%。

表4 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’種子發(fā)芽勢(shì)的影響Table 4 Effect of different treatment intensity on germination potential of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

2.2.3 微波處理對(duì)‘鳳丹’幼苗苗高生長(zhǎng)的影響

不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’幼苗苗高生長(zhǎng)的影響情況見表5。由表5可知，微波處理對(duì)‘鳳丹’幼苗苗高生長(zhǎng)并未產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05）。低火處理20 s 的‘鳳丹’幼苗其平均苗高為8.1 cm，與對(duì)照組相比，降低了1.1 cm，但其差異不顯著（P＜0.05）；低火處理10 s 的‘鳳丹’幼苗其平均苗高為11.58 cm，與對(duì)照組相比，增加了1.98 cm。中火、高火處理組中，‘鳳丹’幼苗的平均苗高均高于對(duì)照組的，而與對(duì)照組間的差異均未達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

表5 不同強(qiáng)度的微波處理對(duì)‘鳳丹’幼苗苗高生長(zhǎng)的影響Table 5 Effect of different treatment intensity on height of seedling of P.ostii ‘Feng Dan’ seeds

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)選用油用牡丹品種‘鳳丹’種子作為材料，結(jié)果表明，低強(qiáng)度微波輻射處理可顯著促進(jìn)牡丹種子的萌發(fā)。在打破‘鳳丹’種子下胚軸休眠的生根試驗(yàn)中，低火處理10 s、中火處理10 和20 s 的微波輻射均可顯著縮短其生根時(shí)間；低火處理10 和20 s 均可顯著提高牡丹種子的生根率與根長(zhǎng)，且其與對(duì)照組間的差異均顯著。在打破‘鳳丹’種子上胚軸休眠的發(fā)芽試驗(yàn)中，除低火處理10 s外，其他處理均降低了‘鳳丹’種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)，且隨著輻射強(qiáng)度的加大和輻射時(shí)間的延長(zhǎng)其抑制效果增強(qiáng)，而各處理組‘鳳丹’幼苗的苗高與對(duì)照組的均無(wú)顯著差異，這和潘溫文等[10]關(guān)于微波輻射對(duì)滇牡丹萌發(fā)的影響、李一帆等[9]關(guān)于微波輻射對(duì)刺槐種子萌發(fā)的影響的研究結(jié)果均相同，而與其他研究者對(duì)水稻[6]、冰草[7]、苜蓿[8]等的研究結(jié)果均不同。其原因可能是，本試驗(yàn)所用微波輻射的劑量較大，處理時(shí)間較長(zhǎng)。本研究通過微波輻射對(duì)‘鳳丹’種子進(jìn)行處理，設(shè)置不同輻射強(qiáng)度與時(shí)間梯度進(jìn)行試驗(yàn)，但仍有一定的局限性，存在著所設(shè)各處理的輻射時(shí)間較長(zhǎng)、輻射強(qiáng)度大，僅對(duì)其根的萌發(fā)與幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定等不足。在今后的研究中可縮短輻射時(shí)間并對(duì)其染色體結(jié)構(gòu)、生理生化和幼苗形態(tài)等指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，以期為后期油用牡丹育苗技術(shù)的研究提供完整的理論體系，以培育出優(yōu)質(zhì)油用牡丹品種資源。

大量研究結(jié)果表明，植物種子被微波輻射時(shí)，種子細(xì)胞內(nèi)部受到電磁能的影響，引發(fā)了其強(qiáng)烈的生物學(xué)響應(yīng)，其細(xì)胞器、內(nèi)膜系統(tǒng)均受到不同程度的影響，從而對(duì)種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的作用[11]。利用微波輻射處理種子會(huì)提高其基因突變的頻率，對(duì)植物染色體結(jié)構(gòu)的突變也有一定的誘發(fā)作用，因而為人們培育與篩選新種質(zhì)資源提供了可能。目前，關(guān)于利用60Co-γ 輻射牡丹種子，研究其萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、染色體結(jié)構(gòu)等的相關(guān)報(bào)道較多，而關(guān)于微波輻射對(duì)打破牡丹種子休眠的影響的研究報(bào)道少之又少[12-15]。為此，本試驗(yàn)以不同強(qiáng)度的微波輻射處理‘鳳丹’種子，以低火處理10 s 對(duì)‘鳳丹’種子生根、萌芽和幼苗生長(zhǎng)所產(chǎn)生的綜合促進(jìn)效應(yīng)為最好。至于輻射處理是否會(huì)引起牡丹的遺傳變異，對(duì)此有待于借鑒其他植物種子預(yù)處理方式[16]進(jìn)行更加深入的研究。