藏茴香種子萌發特性研究

孫 悅, 包旭宏, 陳紅剛, 王彥峰, 謝鑫明

(1.甘肅中醫藥大學, 蘭州 730000; 2.甘肅奇正藏藥股份有限公司, 蘭州 730000)

藏茴香(CarumcarviL.)又名葛縷子,藏名“裹牛”, 多年生草本植物,為雙子葉植物傘形科(Umbelliferae)葛縷子屬(Carum)藏茴香的果實,秋季果實成熟時割取全株,陰干,打下果實,除去雜質。為雙懸果,呈細圓柱形,兩端略尖,微彎曲頂端殘留柱基,基部有細果柄,長2～5 mm,直徑1.5～2 mm;表面黃綠色或灰棕色。分果長橢圓形,面有縱脊線5條,合生面平坦,有溝紋,質硬,橫斷面略呈五邊形或六邊形,中心黃白色,具油性;香氣特異,葉麻辣。植株高60 cm,果實與苘香、小苘香的果實極為相似,藏苘香的葉子柔軟而狀如羊齒植物,小小的棕色果實有些卷曲,一簇簇的花叢呈粉紅色或白色。具有溫中健脾、驅風祛寒的功效。用于治療寒滯胃痛、胃寒呃逆、腰痛、寒滯腹痛、疝氣。藏茴香主要化學成分為葛縷酮(Carvone),其次還有檸檬烯(Limonene)、二氫葛縷酮(Dihydrocarvone)、D-二氫香葦醇(D-dihydrocarveol)、L-異二氫香葦二醇(L-isodihydrocarvediol)、D-紫蘇醛(D-perillaldehylde)、D-二氫蒎腦(D-dihydropinol),脂肪油中含棕櫚酸(Palmitic acid)、油酸(Lieic acid)、亞油酸(Linoleic acid)[1]。根含鐮葉芹醇酮(Falcarinoloen)、油酸(Oleic acid)、鐮吉芹二酮(Fal-carinione),花的揮發油主要含α-蒎烯(α-pinene)、3-蒈烯(3-carene)。藏茴香的根部及果實都可入藥,根部入藥可以祛風濕,治療關節痛等病,果實入藥可以治療胃病、心臟病等疾病,現代藥理研究表明,藏茴香具有治療白癜風、明目、平喘、利膽的功效[1]。

在中國,藏茴香主要作為常用藏藥,其他用途較少,在國外,藏茴香被廣泛用于牙膏、香水、空氣清新劑、化妝品、洗滌用品、釀酒、肥皂等,是一種非常古老的香料[2]。除此之外,藏茴香還被廣泛用于食品添加劑和調味品中。人工栽植于北歐、非洲及俄羅斯,目前國內多分布于青海、西藏、四川等省(區),主要生長在海拔800～4 000 m的草原、河灘、沼澤、草甸等[3-4]。藏茴香在中國藏區境內分布廣泛,百姓也將藏茴香嫩葉作為山野蔬菜和餡料食用,足見其價值之高,應該對其種質資源進行合理開發利用。但目前藏茴香基本處于野生狀態,人工栽培較少,種子自然萌發率較低[5-7],一直未實現規模化人工栽植。沈寧東等[8]研究表明,藏茴香種子休眠的原因是種子中含有內源萌發抑制物,并且種子有后熟作用,藏茴香種子水提液對不同青稞品種種子的萌發和幼苗生長均有一定的抑制作用,種子發芽率、發芽勢、活力指數、發芽指數和根長、苗高、根鮮質量、苗鮮質量等指標均較對照有所下降。目前關于藏茴香的相關研究資料較少,以資源調查、資源開發和種子研究工作明顯不足。因此,本試驗研究藏茴香種子的休眠特性,探索打破藏茴香種子休眠及提高種子發芽率和發芽勢的方法,為開展藏茴香的人工培育相關研究提供理論依據和技術支撐,進一步實現藏茴香的大規模化人工栽植。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在甘肅中醫藥大學藥學實驗中心進行,所用儀器與試劑見表1。試驗所需藏茴香種子來源于青海西寧市場。經甘肅中醫藥大學杜弢教授鑒定為藏茴香種子。

表1 試驗儀器與試劑

1.2 試驗方法

1.2.1種子沙藏

隨機稱取風干藏茴香種子20 g,裝入孔徑為0.8～1.0 mm的尼龍網袋中,分3個階段變溫沙藏。第一階段:7 ℃沙藏20 d;第二階段:4 ℃沙藏20 d;第三階段:0 ℃沙藏20 d。取出后將沙藏種子置于4 ℃種子儲藏柜中保存。

1.2.2種子性狀觀察

隨機挑選5粒沙藏前后飽滿的藏茴香種子用蒸餾水沖洗干凈表面的泥沙,在體式顯微鏡下觀察種子形狀、顏色、縱剖面及表面特征等。取沙藏前后種子各20粒,測量其長度、寬度。種子千粒重測定:隨機選取100粒藏茴香種子稱重,重復3次,換算成千粒重。

1.2.3種子生活力的測定

試驗采用TTC法(氯化三苯四氮唑)測定。把沙藏前后的種子各取50粒,室溫浸泡24 h使其吸脹,將種子沿胚軸切成兩半,放入培養皿中加入0.1%的TTC染液,在20 ℃放置40～60 min,用無菌水沖洗2～3次,沖洗后觀察其染色狀況。

1.2.4種子吸水率的測定

隨機稱取風干藏茴香種子2份,每份1.0 g,其中一份對其種皮進行打磨,以不損傷胚乳為宜,另一份不做處理(ck),每個處理加入50 mL蒸餾水浸泡,在2,4,6,12,24,48 h后,稱量種子吸水量,用吸水紙吸干表面水分后再稱重,重復3次。計算種子吸水率,并繪制種子吸水速率圖。

吸水率/%=[(種子吸水后重-種子干重)/種子干重]×100%。

1.2.5低溫沙藏和赤霉素處理對發芽率的影響

隨機取風干藏茴香種子6份,每份150粒,設置低溫沙藏和不同濃度赤霉素處理,以未沙藏種子為對照(ck),具體試驗設計方案見表2。用0.5%的NaClO和吐溫-80對供試種子消毒40 min,按照棋盤法擺放在紙床上,每皿50粒,3次重復,20 ℃恒溫培養,光照時間12 h/d,觀察每天發芽情況,統計發芽率。

表2 不同處理設計方案

發芽率/%=(發芽種子數/供試種子數)×100%;

發芽勢/%=(第5天發芽種子數/供試種子數)×100%;

發芽指數=∑Gt/Dt,式中:Gt為第t天種子的發芽數;Dt為相應的發芽天數。

1.2.6數據分析

使用Microsoft Excel2016軟件進行數據處理及作圖,采用SPSS17.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 沙藏前后藏茴香種子性狀差異

藏茴香種子為長卵形,表面有5條凸起的縱棱,沙藏前藏茴香種皮呈棕綠色至黃綠色,沙藏后藏茴香種子表皮顏色加深(圖1),而沙藏前后種子的形態大小差異不大(表3)。

圖1 沙藏前后藏茴香種子形態比較

表3 沙藏前后藏茴香種子大小比較

2.2 沙藏前后藏茴香種子結構及生活力差異

凡有生活力的種子胚部,在呼吸作用過程中都有氧化還原反應,而無生命力的種子則無此反應。對藏茴香種子形態及解剖結構觀察發現,藏茴香種子由種皮、胚、胚乳3部分組成,且比較沙藏前后的胚可知(圖2c,圖2d),沙藏前的胚發育尚不完全,生理上還沒有完全成熟,而沙藏后的胚開始伸長,胚已發育完全。從試驗結果來看,沙藏后的千粒重由1.933 g下降至1.759 g,但胚率由36.24%增長至85.01%,生活力由52.67%增長至79.33%,且沙藏后的種子胚染色更深(圖2a,圖2b),呼吸作用明顯增強,脫氫酶的活性亦大大增強。說明在低溫沙藏的過程中促進了藏茴香種子胚的生長。

2.3 種子吸水率

藏茴香種子吸水過程主要有3個時期(圖3):快速吸水期、緩慢吸水期和近飽和期。打磨種皮種子前2 h的吸水速率快速上升,4～6 h的吸水率上升平穩,12 h后吸水率趨于平緩,24 h吸水率達 117.77%的近飽和狀態;未處理(ck)種子前24 h的吸水率持續上升,24 h吸水率達100.50%的近飽和狀態。上述結果表明,藏茴香種子不存在吸水障礙,種皮對其萌發沒有影響。

圖3 不同浸泡時間藏茴香種子的吸水率

注:不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.4 不同處理對藏茴香種子萌發的影響

試驗結果(表4)顯示,處理A藏茴香種子的發芽率(34.67%)顯著高于ck及處理B、處理C、處理D、處理E,處理B、處理C、處理D、處理E種子的發芽率均顯著低于ck。ck和沙藏后種子經過赤霉素浸種的處理B、處理C、處理D、處理E發芽率和發芽勢均不到10%,且隨著赤霉素濃度的增加藏茴香的發芽率沒有增高。說明低溫沙藏能夠提高藏茴香種子的萌發率,赤霉素對藏茴香種子萌發沒有促進作用,相反赤霉素對種子活力產生了一定的負面抑制作用,具有抑制種子發芽率的趨勢,各處理間發芽指數的差異不顯著。

表4 不同處理對藏茴香種子萌發的影響

3 結論與討論

沈寧東等[9]研究表明,藏茴香種子休眠與種皮機械阻力無關,種子中存在著內源抑制物質和后熟作用是造成種子休眠的主要原因,藏茴香種子休眠類型為形態生理休眠。種子形態生理休眠是5種種子休眠類型中最復雜的一種,該類型同時含有形態休眠和生理休眠[10]。種胚的分化是MPD種子萌發的先決條件,且分化的種胚需要生長到一定的閾值才可以萌發,王蕾等[11]研究發現,大花貝母經沙藏后其種胚從點狀胚逐步發育至線性胚,從而完成休眠的解除。趙春香等[12]研究表明,低溫砂藏處理有利于銀杏種子種胚的生長。藏茴香種子經過低溫沙藏后,種子的胚率由未處理的36.24%增長到85.01%,種子發芽率和發芽勢分別上升至34.67%和9.33%,與未沙藏種子對比顯著提高,本試驗結果與沈寧東等[9]的研究結論一致,低溫沙藏能夠有效破除藏茴香種子的休眠。

藏茴香種子由種皮、胚、胚乳3部分組成,種胚未發育成熟,低溫沙藏可以促進胚的生長,提高發芽指標,而赤霉素對藏茴香種子萌發沒有促進作用。參照Baskin等[13]、付長珍和郭寶林[14]、姚林軍等[15]對MPD種子休眠的分類:如果種子萌發需要低溫沙藏,則種子休眠類型可分為中度復雜、深度復雜兩類,再根據赤霉素能否替代低溫沙藏促進萌發判斷具體是哪一類,由于藏茴香種子在低溫沙藏下,胚根能夠突破種皮,但赤霉素不能促進種子萌發,所以藏茴香種子的休眠類型為深度復雜形態生理休眠。本研究中,低溫沙藏可顯著提高藏茴香種子的發芽勢及發芽率,且種子出苗也較為整齊。對種子進行沙藏處理,目的是讓種子進行生理后熟,軟化種皮,改善種殼透性,增加通透性;使種子的內源激素發生變化,發芽抑制素逐漸減少,生長激素增加,增進種子內部的新陳代謝,同時有利于萌發促進物質與萌發抑制物質之間的平衡,從而解除休眠促進萌發[16]。赤霉素是一種應用及研究上常用的植物激素,它可以促進細胞延長和分裂,對具有休眠特性的種子,生產實踐中通常選用赤霉素作為打破休眠的激素,促進種子萌發,赤霉素質量濃度不夠或超過適宜質量濃度,都不足以使種子發芽。藏茴香在該方法下種子萌發率較低,若搭配其他激素與赤霉素一起浸種或改變環境條件,是否會進一步提高藏茴香種子的萌發率,還有待進一步的實驗與探索。