不同濃度GA3浸種和浸種時間對馬鞭草種子萌發(fā)的影響

鄧子賢, 馬 磊， 張 俻， 葛德助， 李翔宇， 謝冬梅

(1.安徽普康中藥資源有限公司， 安徽 亳州 236800； 2.安徽濟(jì)人藥業(yè)有限公司， 安徽 亳州 236800；3.安徽中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院&現(xiàn)代中藥安徽省重點實驗室， 合肥 230012)

馬鞭草(VerbenaofficinalisL.)是馬鞭草科馬鞭草屬多年生直立草本植物，分布于溫帶至熱帶地區(qū)，其干燥全草作為中藥材馬鞭草供藥用，主產(chǎn)于河南、貴州，安徽、浙江、江西、福建、湖北、四川等地亦產(chǎn)，且以野生來源為主[1]。研究表明，馬鞭草種子存在季節(jié)性休眠，于3 ℃層積處理28周后，種子的休眠可解除，種子發(fā)芽率達(dá)80%以上[2]。然而在使用馬鞭草種子作為繁殖材料進(jìn)行育苗的過程中，發(fā)現(xiàn)休眠馬鞭草種子的層積處理耗時長，且破除休眠后的種子發(fā)芽勢弱，難以滿足實際生產(chǎn)需求。

植物種子的休眠類型不同，解除休眠主要有溫濕層積處理、生長調(diào)節(jié)劑處理、機械破皮和化學(xué)藥劑處理等不同方式[3]。在很多研究和實踐生產(chǎn)中常使用GA3作為外源激素用來解除種子休眠。研究表明，GA3可誘導(dǎo)淀粉酶和其他水解酶的合成，促進(jìn)胚的生長，并通過拮抗抑制由ABA調(diào)控的種子休眠來破除休眠并誘導(dǎo)萌發(fā)[4-5]；適宜濃度的GA3處理能夠解除多葉棘豆[6]、華重樓[7]、防風(fēng)[8]、栝樓[9]等藥用植物種子的休眠，顯著促進(jìn)種子萌發(fā)。

目前用GA3處理馬鞭草種子的相關(guān)研究未有報道。本文以休眠的馬鞭草種子為材料，研究GA3對種子萌發(fā)的影響，尋找GA3促進(jìn)馬鞭草種子萌發(fā)的最適濃度和最佳作用時間，為馬鞭草的標(biāo)準(zhǔn)化育苗提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

馬鞭草種源為大別山區(qū)野生居群，2018年10月移栽至安徽濟(jì)人藥業(yè)有限公司。2020年8月采集40株栽培馬鞭草植株的成熟果穗，凈選風(fēng)干，選取籽粒飽滿、健康種子用于實驗。

1.2 方 法

1.2.1不同濃度GA3對馬鞭草種子萌發(fā)的影響

GA3濃度設(shè)[0(ck),200,400,600,800,1 000,1 200,1 400 mg·L-1]8個處理水平，每水平用種100顆，3次重復(fù)，對照用去離子水處理。種子萌發(fā)實驗采用紙床紙上(TP)培養(yǎng)法，將種子置于鋪有單層濾紙的90 mm培養(yǎng)皿，在黑暗環(huán)境下于25 ℃恒溫箱培養(yǎng)萌發(fā)。為保證試驗過程中每處理GA3濃度的穩(wěn)定，空氣濕度控制在90%左右，期間每3 d更換一次GA3溶液。從萌發(fā)培養(yǎng)開始每天進(jìn)行一次萌發(fā)統(tǒng)計，以可見約1 mm的白色胚根露出種孔為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1.2.2GA3不同浸種濃度和浸種時間對馬鞭草種子萌發(fā)的影響

GA3浸種濃度設(shè)[0(ck),500,1 000,2 000,3 000,4 000 mg·L-1]6個處理水平，浸泡時間設(shè)(12，24，36，48 h)4個處理水平，每處理用種100顆，3次重復(fù)，對照用去離子水處理。浸種過程中每處理用GA3溶液100 mL，馬鞭草種子0.5 g。浸泡時間結(jié)束后將種子撈出，用濾紙吸去種子表面殘液，然后隨機取浸泡完畢的種子100顆置于加入去離子水的紙床培養(yǎng)皿，在黑暗環(huán)境下于25 ℃恒溫箱培養(yǎng)萌發(fā)。由于浸種處理時間偏長，為去除種子吸脹吸水時間的誤差，培養(yǎng)時間以浸種實驗開始時計算發(fā)芽率。

1.2.3指標(biāo)測定

發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)3個指標(biāo)根據(jù)以下公式[10]計算。發(fā)芽率(%)=(14 d內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù))×100%，發(fā)芽勢(%)=(7 d內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù))×100%，發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)×100%(Gt為t日種子發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)的統(tǒng)計日數(shù))。

1.2.4數(shù)據(jù)分析

利用IBM SPSS Statistics 23軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗和多重比較，使用Excel 2019軟件處理數(shù)據(jù)并做圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3濃度對馬鞭草種子萌發(fā)的影響

結(jié)果如表1所示，當(dāng)GA3的濃度為200～800 mg·L-1時，各濃度處理之間的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)這3個發(fā)芽指標(biāo)均隨GA3濃度的增加顯著上升(p<0.05)。在GA3濃度為800 mg·L-1時，3個指標(biāo)均達(dá)到最高值，分別為98.33%，73.00%，16.20。當(dāng)GA3濃度為800～1 400 mg·L-1時，800 mg·L-1、1 000 mg·L-1、1 200 mg·L-13個處理之間的發(fā)芽率在趨于穩(wěn)定后逐漸降低且無顯著差異；發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)則隨GA3濃度的進(jìn)一步增大而顯著降低，種子萌發(fā)的速度明顯減緩。綜合分析，GA3濃度對馬鞭草種子萌發(fā)影響顯著，表現(xiàn)促進(jìn)作用的最佳濃度為800 mg·L-1，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為98.33%，73.00%，16.20。

表1 GA3濃度對馬鞭草種子萌發(fā)的影響

2.2 GA3不同浸種濃度和浸種時間對馬鞭草種子發(fā)芽率的影響

如表2所示，GA3不同浸種濃度，不同浸種時間對馬鞭草種子發(fā)芽率均有顯著影響且兩者交互作用也顯著(p<0.05)。當(dāng)GA3浸種濃度處于偏低水平(500 mg·L-1與1 000 mg·L-1)，發(fā)芽率隨浸種時間的延長增加緩慢。當(dāng)GA3的浸種濃度達(dá)到1 000 mg·L-1和2 000 mg·L-1兩個水平時，浸種時間和發(fā)芽率之間呈現(xiàn)顯著線性正相關(guān)的關(guān)系，R2分別為0.989和0.991 1，線性方程分別為y=0.419 4x+6.5和y=2.055 6x-7.833 3，如圖1所示。當(dāng)浸種濃度增加到3 000 mg·L-1以上后，發(fā)芽率隨浸種時間的延長增加緩慢，趨于上限100%。綜合分析，適當(dāng)?shù)卦龃驡A3的浸種濃度或延長浸種時間都能顯著地提高馬鞭草種子的發(fā)芽率。GA3浸種的最佳處理組合為：3 000 mg·L-148 h或4 000 mg·L-124 h，發(fā)芽率分別為98.33%和97.67%。

表2 GA3不同浸種濃度和浸種時間對馬鞭草種子發(fā)芽率的影響

圖1 GA3浸種時間和發(fā)芽率的線性回歸分析

3 結(jié)論與討論

不同植物在漫長的進(jìn)化過程中形成了各式復(fù)雜的休眠類型，從生物學(xué)的角度來看植物種子的休眠是一種抵御不利環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)，保證了自身的繁殖[11-12]。但這種復(fù)雜的休眠卻給植物資源的開發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的困難。馬鞭草種子嚴(yán)重休眠，經(jīng)測定發(fā)芽率只有0.67%～1.67%。本研究在完全浸潤條件下，GA3濃度對馬鞭草種子的發(fā)芽呈現(xiàn)出低濃度促進(jìn)而高濃度抑制的典型植物激素特征。適宜濃度的GA3可有效解除馬鞭草種子的休眠狀態(tài)，促進(jìn)發(fā)芽。當(dāng)GA3濃度高于800 mg·L-1時，馬鞭草種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)都顯著降低，這表明高濃度的GA3使馬鞭草種子的萌發(fā)速度減緩，萌發(fā)逐漸受到抑制。

在GA3不同浸種濃度和浸種時間處理馬鞭草種子的研究中，GA3的浸種濃度和浸種時間之間交互作用極顯著。在試驗范圍內(nèi)提高GA3濃度或延長浸種時間都能顯著地促進(jìn)馬鞭草種子的發(fā)芽。低濃度的GA3(500～1 000 mg·L-1)對馬鞭草種子發(fā)芽率的影響不顯著，只有2 000～4 000 mg·L-1的高濃度GA3才對馬鞭草種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用，這與在GA3溶液完全浸潤下的作用方式不同。在完全浸潤實驗下，GA3濃度為1 000 mg·L-1時馬鞭草種子的發(fā)芽率高達(dá)95.33%；而在GA3浸種濃度高達(dá)1 000 mg·L-1，浸種時間長達(dá)48 h時，馬鞭草種子的發(fā)芽率依然只有26.00%。分析原因可能是完全浸潤條件下的GA3作用于整個發(fā)芽期，這也間接說明了浸種時間對種子萌發(fā)的重要影響。賈鑫等[6]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GA3的浸種濃度超過400 mg·L-1，浸種時間超過7 h時，多葉棘豆的萌發(fā)開始受到抑制。胡國華[13]研究認(rèn)為，在浸種時間12 h條件下當(dāng)GA3濃度高于300 mg·L-1時紫薇種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都顯著降低。李佳等[14]研究認(rèn)為，在浸種24 h下當(dāng)GA3的濃度高于400 mg·L-1時，杜仲種子的丙二醛含量顯著增加，杜仲種子的開始受到逆境傷害，發(fā)芽率降低。本研究在GA3浸種濃度增大到4 000 mg·L-1，浸種時間增加到48 h時，馬鞭草種子的發(fā)芽率仍高達(dá)97.67%，未表現(xiàn)出受到抑制的現(xiàn)象。說明不同植物的種子對GA3的敏感性存在差異，外源GA3促進(jìn)不同植物種子萌發(fā)的最適處理方法不同。