外源水杨酸对总状绿绒蒿种子萌发及生理特性的影响

达清璟 陈学林 马文兵 张亥贤

(西北师范大学生命科学学院，兰州 730070)

外源水杨酸对总状绿绒蒿种子萌发及生理特性的影响

达清璟 陈学林*马文兵 张亥贤

(西北师范大学生命科学学院，兰州 730070)

以总状绿绒蒿(MeconopsisracemosaMaxim.)为实验材料，通过不同浓度水杨酸(SA)浸种处理，研究了SA在不同温度条件下对总状绿绒蒿种子萌发质量和相关生理特性的影响。结果表明，在5～30℃条件下，对总状绿绒蒿种子萌发都有不同程度影响，但在15～25℃条件下，萌发效果比较显著(P<0.05)，其中20℃萌发效果极为显著(P<0.01)；0.1～1.0 mmol·L-1SA浸种预处理明显促进了总状绿绒蒿种子的萌发，其萌发指数、发芽势、萌发率在0.1～0.7 mmol·L-1SA范围内呈显著增长趋势，其中0.7 mmol·L-1SA处理效果极为显著(P<0.01)；(3)SA浸种后总状绿绒蒿种子内可溶性蛋白质和脯氨酸含量的变化同种子的萌发和生长呈相似趋势，用0.7 mmol·L-1SA处理后，种子内可溶性蛋白质和脯氨酸的含量达到最高。通过SA浸种可以提高总状绿绒蒿种子的萌发率；并且SA在高温和低温条件下对其萌发有一定的缓解作用。

总状绿绒蒿；种子；水杨酸；温度；萌发；生理特性

总状绿绒蒿(MeconopsisracemosaMaxim.)，又名红毛洋参，为罂粟科(Papaveraceae)绿绒蒿属(Meconopsis)一年生草本植物。生长于海拔3 300～5 300 m的山坡石缝中，主要分布于西藏、云南、四川、青海和甘肃，为绿绒蒿家族分布最广泛、形态也最典型的种类。总状绿绒蒿高30～45 cm，全株被黄褐色或淡黄色坚硬而平展的刺，基生叶密集呈簇莲座状，是著名的高山野生花卉，在西方称为“梦幻之花”。在《中国藏药》[1]、《云南省药品标准》[2]等书籍中记载其全草入药，消炎，止骨痛，治头痛、骨折，根入药补中益气治气虚，浮肿哮喘等症，是一种名贵的藏药，具有很高的开发利用价值。

总状绿绒蒿生长环境脆弱且储量有限，近年来随着社会用药需求的增长以及过度开发利用，使得野生资源相对匮乏。为了满足社会用药需求，最主要的是解决其人工栽培问题，所以解决其种子萌发率低的问题就成了人工繁殖的首要任务。徐隆华[3]用40℃蒸馏水将总状绿绒蒿种子浸泡1.5 h可提高萌发率，出苗率达到29.7%，用400～500 mg·L-1赤霉素浸种，可提高萌发率，但效果并不显著；经蒸馏水浸种后再用红光照射2 d，萌发率达到52.5%。Sulaiman[4]研究了温度、光照、土壤的净提物、生长调节剂(GA-IAA)以及贮存条件、种子的覆土情况等对锥花绿绒蒿和单叶绿绒蒿的萌发率影响，发现这两种的种子在100 mg·L-1GA和10 h的光照以及(20±2)℃的条件下萌发最好。王朝文[5]等研究指出总状绿绒蒿在20℃时萌发率达到最高56.7%，经GA处理，萌发率最高达到65%，屈燕[6]等研究发现提高总状绿绒蒿湿度和光照时间，也可提高其萌发率。

水杨酸(salicylic acid，SA)是植物界普遍存在的酚类化合物，对人体无害,且对植物有广泛积极的生理效应，被认为是一种新的植物内源激素，可促进植物开花，提高植物抗病能力，减少植物蒸腾，抑制乙烯合成等[7～8]。水杨酸作为信号分子可引起植物产生过敏反应和系统获得性抗性[9～10]。外源SA对种子萌发的有关研究多见于烟草、黄瓜、水稻和蓖麻等作物上[11～17]，并取得了显著成效，所以本实验主要通过SA对总状绿绒蒿种子萌发过程的影响，为总状绿绒蒿人工种植提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

本实验所用种子均于2015年8月采自甘南藏族自治州玛曲县海拔4 000 m以上的木西河乡西合强村扎西龙哇沟的总状绿绒蒿野生群体，供试种子均成熟饱满，自然干燥后保存备用。

1.2 方法

1.2.1 净度、千粒重测定

参照GB/T 3543.3对总状绿绒蒿种子进行净度、千粒重测定，随机抽取干净种子20粒作为样品，用游标卡尺量取种子的长度、宽度和厚度。

1.2.2 种子吸水率测定

种子吸水性能的测定采用称重法。取自然风干的总状绿绒蒿种子1 000粒，在25℃的水浴锅中浸泡，然后每隔2 h取出种子，快速用滤纸将其表面的水分吸干，称取重量，计算种子吸水率，3次重复。

1.2.3 SA浸种处理和生理测定

按照杨江山[18]等的方法将总状绿绒蒿种子分别用蒸馏水(CK组)、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0和1.2 mmol·L-1SA分别在室温条件下浸泡24 h，处理完成后迅速将处理好的种子倒入尼龙网漏斗上，用蒸馏水漂洗5次，再浸入2%的次氯酸钠溶液中灭菌15 min，用灭菌后的蒸馏水再漂洗5次，洗去种子上的药品残液。然后放在铺有两层滤纸的直径9 cm的培养皿中，加蒸馏水，每培养皿随机选取50粒种子，每处理3次重复，分别置于5、10、15、20、25和30℃恒温培养箱中黑暗培养[5]，观察总状绿绒蒿种子萌发率并记录。浸种处理结束后，测定种子可溶性蛋白质和脯氨酸的含量，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法，脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸提取比色法[19]。

1.2.4 数据处理

以种子萌发长出白嫩尖为起始发芽为标准，每隔24 h对各个区组的发芽情况作详细的记录。分别计算种子的萌发率、发芽势、发芽指数、平均发芽时间和发芽启动时间，用Excel 2007和SPSS Statistics 19.0进行数据分析，Origin pro 8.5绘图。以开始培养到第1粒种子萌发所需时间为萌发时滞；以种子萌发数量达到最高，以后再无萌发种子出现时的天数为末次计数时间。萌发率为种子萌发结束时所有发芽种子数占供试种子总数的百分率。本萌发试验共用时间29 d。发芽势为种子发芽达到高峰时正常发芽种子数与供试种子总数的百分比。计算公式如下[5,20～21]:

(1)

(2)

平均发芽时间=∑D×n/∑

(3)

式中：D为从种子置床起算的天数；n为相应各天的发芽粒数。

发芽指数=∑Gt/Dt

(4)

式中：Gt为t日发芽数；Dt为相应的天数。

2 结果与分析

2.1 种子净度、千粒重测定及形态结构分析

总状绿绒蒿种子呈肾形，基本参数见表1。

表1总状绿绒蒿种子的基数测定

Table1BasicparametersofM.racemosaseed

测定项目Measurementitem样品数No.ofsamples测定结果(平均值±标准差)Results(Mean±SD)种子千粒重1000-seedweight(g)3×10000.534±0.033种子含水量Seedwatercontent3×10009.70%种子长度Lengthofseed(mm)201.4365±0.667种子宽度Widthofseed(mm)201.0115±0.535种子厚度Thicknessofseed(mm)200.4955±0.65

2.2 种子透性

总状绿绒蒿种子吸水过程呈现3个阶段(图1)，即急剧吸水期、缓慢吸水期和饱和吸水期。浸种后2 h内为急剧吸水期，吸水率由0上升到52.3%，浸种2～4 h后为缓慢吸水期，吸水率从52.3%上升到97.6%，18 h后达到最大吸水率97.8%，之后吸水率有所下降并逐渐趋于稳定，浸种20 h后吸水达到饱和。

图1 总状绿绒蒿种子吸水率变化Fig.1 The change of M.racemosa seed water absorption rate

2.3 不同温度条件下总状绿绒蒿萌发率

用蒸馏水处理的种子，随着温度的增高，其萌发率也随之增高(图2)，在5～10℃时，有少量种子萌发，而在25℃时萌发率由35.7%下降到30.7%；30℃时，萌发率只有15.7%；最适萌发温度在15～25℃，其中20℃时，种子的萌发率为，35.7%达到最高值。随着种子的萌发率逐渐降低，萌发时滞和平均发芽天数都有明显的延长，发芽势和萌发指数有明显的下降(表2)。

图2 不同温度条件下总状绿绒蒿种子萌发率Fig.2 Germination rate of M.racemosa seed in the different temperature

Table2BasicparametersofM.racemosaseedinthedifferenttemperature

温度Temperature(℃)萌发时滞Germinationtimelag(d)平均发芽时间Meanerminationtime(d)发芽指数Germinationexponent发芽势Germinationenergy(%)514211.414C1010181.87F1510132.629e207132.6912G258161.916F3012290.922C

注:表中字母为各组间显著性标记，其中字母相同表示P>0.05，字母相邻表示P<0.05，字母相间表示P<0.01，小写字母表示P>0.05，大写字母表示P<0.01，下同。

Note:The letters for each group significant markers in this table，including the same letter representP>0.05，adjacent letters representP<0.05，interphase letters saidP<0.01，lower case letters meanP>0.01，capital letters meanP<0.01，the same as below.

2.4 不同浓度SA对总状绿绒蒿种子萌发的影响

由图3可知，用0.7 mmol·L-1SA处理后，20℃条件下，总状绿绒蒿种子萌发率达到最高71.0%。由表3可知，用该浓度SA处理后，20℃时种子萌发时滞和平均发芽时间较对照组有明显的缩短，发芽指数和发芽势较对照组差异性显著(P<0.01)。0.1～0.3 mmol·L-1SA对其萌发率没有显著影响(P>0.05)，0.5～0.7 mmol·L-1SA对其萌发率和发芽势有明显促进作用，而1.0～1.2 mmol·L-1SA处理对总状绿绒蒿种子萌发率和发芽势都有明显抑制作用(P<0.05)，萌发时滞和平均发芽时间较0.7 mmol·L-1SA处理明显延长，在30℃高温还是5℃低温，其萌发率都较同温度条件下对照组高，差异显著(P<0.05)。

2.5 SA浸种对总状绿绒蒿种子可溶性蛋白质、脯氨酸含量的影响

经过不同浓度的SA浸种后，总状绿绒蒿萌发种子可溶性蛋白质含量呈先升后降的趋势(图4)，其中以0.5和0.7 mmol·L-1SA处理可溶性蛋白质含量最大(P<0.01极显著差异水平)，较对照组分别提高30.8%和37.1%；低于此浓度时，随着SA浓度增高，萌发种子蛋白质含量明显增加；高于此浓度时，随着SA浓度的升高，种子内蛋白质含量明显下降。图5表明,总状绿绒蒿在经低浓度SA浸种后，其脯氨酸含量较对照组都有明显的提高，0.7 mmol·L-1SA处理极显著(P<0.01)增加了种子脯氨酸含量，比对照提高了58%。而当SA浓度继续升高时，脯氨酸含量呈明显下降趋势。

图3 总状绿绒蒿种子在不同浓度SA和不同温度条件下的萌发率Fig.3 Germination rate of M.racemosa seed with the different SA concentrations and temperature

表3总状绿绒蒿种子在20℃条件下用不同浓度SA处理下基本参数测定

Table3BasicparameterofM.racemosaseedwithdifferentSAconcentrationsat20℃

SA浓度SAconcentrations(mmol·L-1)萌发时滞Germinationtimelag(d)平均发芽时间Meanerminationtime(d)发芽指数Germinationexponent发芽势Germinationenergy(%)0.07132.694Aa0.15133.219Aa0.34114.3413Aa0.5496.4420Ab0.7497.8924Bb1.06124.6714Aa1.28162.818Cc

图4 不同浓度SA对总状绿绒蒿萌发种子可溶性蛋白质含量的影响Fig.4 The effect of contents of protein of M.racemosa seed with the different SA concentrations

图5 不同浓度SA对总状绿绒蒿萌发种子脯氨酸含量的影响Fig.5 The effect of Contents of proline M.racemosa seed with the different SA concentrations

3 讨论

总状绿绒蒿种子吸水率在18 h后达到97.8%，说明种皮不是其萌发的透性障碍，但种皮质地较硬，对种子萌发具有一定的机械阻碍作用。合适的温度是总状绿绒蒿育苗成功的关键因素。实验表明，20℃是总状绿绒蒿种子萌发最为理想的温度，而生境温度明显低于此温度，这可能就是导致在野外萌发率较低的直接原因；这与王朝文[5]等的研究一致，但是本实验经0.7 mmol·L-1SA处理后，种子萌发率达到71%，明显高于王朝文[5]等用GA处理所得到的萌发率；并且萌发率、发芽势、萌发指数液显著高于对照组(P<0.01)。

脯氨酸是一种保护物质，含量越高越有利于植物抗逆性的提高[18]。可溶性糖蛋白是调节细胞渗透势的主要物质之一[22]，高温或低温对植物伤害机理之一是破坏膜系统完整性，降低对外界物质的选择透过性[23]。总状绿绒蒿种子在高温或低温条件下，种子萌发率和各项生理指标都较同温度条件下对照组高，说明SA可以减小高温或低温条件对总状绿绒蒿种子萌发的伤害；种子各项生长指标和生理指标较对照组都有缓慢增长趋势，并且脯氨酸和可溶性蛋白质含量与种子各项生长指标的变化呈相似趋势，说明SA可能激发总状绿绒蒿种子内萌发过程中脯氨酸和可溶性蛋白的构建或者降低其分解,直接影响种子萌发过程中必须具备的生化代谢密切相关[14]。当SA低于或高于最适浓度0.7 mmol·L-1时，种子的萌发率均降低，这与刘晶[17]等的研究结果一致。说明低浓度SA能促进总状绿绒蒿种子萌发，而高浓度SA则具有相对抑制作用，且浓度越高，抑制效果越明显。这可能与SA激发了脯氨酸代谢过程中的D,-吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脱氢酶的活性，可溶性蛋白质上升，可能缓解了高温或低温对种子内部渗透压带来的伤害。高夕全等[13]认为，适宜浓度的SA可以诱导硝酸还原酶的活性、同时显著提高幼苗的内源细胞分裂素和生长素水平，降低ABA水平、从而促进根系的生长发育。其次，较高浓度SA有可能降低了种子渗透调节能力，不利于种子吸水，影响了物质代谢和某些酶的活性[18]。王煜[16]认为可溶性物质的升高可以带来两方面的效应：一是为新物质的合成和积累提供充分底物；二是提高细胞内溶质的浓度，降低细胞内溶质渗透势，提高其渗透调节作用，缓解因冷害胁迫给细胞带来的生物物理和生物化学变化。要促使总状绿绒蒿快速良好的发芽，适宜浓度的SA处理是一种有效的处理措施。但其具体调节机制，仍需进一步的讨论。

1.青海省藏医药研究所.中国藏药[M].上海:上海科学技术社出版,1996:384-388.

Qinghai Tibetan Medicine Research Institute.Chinese Tibetan medicine[M].Shanghai:Shanghai Scientific & Technical Publishers,1996:384-388.

2.云南省卫生厅.云南省药品标准:1996年版[M].云南:云南省卫生局,1998:54.

Yunnan Provincial Health Department.Yunnan province drug standards:1996 edition[M].Yunnan:Yunnan Provincial Health Bureau,1998:54.

3.徐隆华,杜军华,范建平.红光、水分和赤霉素对四种绿绒蒿植物种子萌发的影响[J].现代园艺,2014(4):3-5,11.

Xu L H,Du J H,Fang J P.The germination characteristics of fourMecorcopsisracemosapopulations under red light,water and gibberellin[J].Xiandai Horticulture,2014(4):3-5,11.

4.Sulaiman I M.Regeneration of plantlets through organogenesis in the Himalayan yellow poppy,Meconopsispaniculata[J].Plant Cell,Tissue and Culture,1994,36(3):377-380.

5.王朝文,李兆光,和寿星,等.不同温度对总状绿绒蒿种子萌发的影响[J].种子,2009,28(2):25-27.

Wang C W,Li Z G,He S X,et al.Effect of different temperatures on germination ofMeconopsisracemosaMaxim seed[J].Seed,2009,28(2):25-27.

6.屈燕,区智,尤小婷,等.不同实验条件对总状绿绒蒿居群种子萌发特性的影响[J].种子,2015,34(2):90-93.

Qu Y,Ou Z,You X T,et al.The germination characteristics ofMeconopsisracemosapopulations under different experiment conditions[J].Seed,2015,34(2):90-93.

7.林忠平,胡雷.植物抗逆性与水杨酸介导的信号传导途径的关系[J].植物学报,1997,39(2):185-188.

Lin Z P,Hu L.Stress resistance of plants induced VIA the salicylic acid-mediated signal transduction pathway[J].Acta Botanica Sinica,1997,39(2):185-188.

8.Raskin I.Role of salicylic acid in plants[J].Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology,1992,43:439-463.

9.Hammerschmidt R.Induced disease resistance:how do induced plants stop pathogens[J].Physiological and Molecular Plant Pathology,1999,55(2):77-84.

10.Nürnberger T,Scheel D.Signal transmission in the plant immune response[J].Trends in Plant Science,2001,6(8):372-379.

12.张茹琴,王生荣,胡彦江.苯丙噻重氮(BTH)诱导黄瓜幼苗抗黑星病的研究[J].甘肃农业大学学报,2002,37(1):21-25,30.

Zhang R Q,Wang S R,Hu Y J.Studies on effect of resistance induced by BTH in cucumber againstCladosporiumcucumerinum[J].Journal of Gansu Agricultural University,2002,37(1):21-25,30.

13.高夕全,刘爱荣,叶梅荣,等.水杨酸对水稻幼苗硝酸还原酶活性和根系生长的影响[J].安徽农业技术师范学院学报,2000,14(1):13-15.

Gao X Q,Liu A R,Ye M R,et al.Effects of salicylic acid on roots growth and NRA in rice[J].Journal of Anhui Agrotechnical Teachers College,2000,14(1):13-15.

14.杨玲,袁月星,谢双琴.次适温下水杨酸浸种对水稻种子萌发的效应[J].植物生理学通讯,2001,37(4):288-290.

Yang L,Yuan Y X,Xie S Q.Effects of soaking with salicylic acid under suboptimal temperature conditions on the germination of rice seeds[J].Plant Physiology Communications,2001,37(4):288-290.

15.向华,饶力群,肖立锋.水杨酸对水稻种子萌发及其生理生化的影响[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2003,29(1):12-14.

Xiang H,Rao L Q,Xiao L F.Effect of salicylic acid on the seed germintion and physiology and biochemistry of the seed of rice[J].Journal of Hunan Agricultural University:Natural Sciences,2003,29(1):12-14.

16.王煜,龙艳.外源水杨酸提高水稻萌发种子抗冷性的生理效应[J].华中师范大学学报:自然科学版,2002,36(2):221-224.

Wang Y,Long Y.Effects of salicylic acid on improving cold-resistance of germinated rice seed[J].Journal of Central China Normal University:Natural Sciences,2002,36(2):221-224.

17.刘晶,王翠花,王芳,等.水杨酸浸种对蓖麻种子萌发的影响[J].内蒙古民族大学学报:自然科学版,2003,18(1):53-55.

Liu J,Wang C H,Wang F,et al.Effects of presoaking with salicylic acid on germination of seed and some physionlogical characteristics of primary seeding of Castor[J].Journal of Inner Mongolia university for Nationalities,2003,18(1):53-55.

18.杨江山,种培芳,费赟.水杨酸对甜瓜种子萌发及其生理特性的影响[J].甘肃农业大学学报,2005,40(1):38-41.

Yang J S,Zhong P F,Fei Y.Effects of salicylic acid(SA) on germination and physiological characteristcs of melon seed[J].Journal of Gansu Agricultural University,2005,40(1):38-41.

19.李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000:184-185,258-259.

Li H S.Principles and techniques of plant physiological biochemical experiment[M].Beijing:Higher Education Press,2000:184-185,258-259.

20.刘宝玉,张文辉,刘新成,等.沙枣和柠条种子萌发期耐盐性研究[J].植物研究,2007,27(6):721-728.

Liu B Y,Zhang W H,Liu X C,et al.Salt tolerance ofElaeagnusangustifoliaL.andCaraganakorshinskiiKom.during germination[J].Bulletin of Botanical Research,2007,27(6):721-728.

21.陈丁红.种子发芽势对作物田间出苗率的重要性探讨[J].中国种业,2012(3):49-50.

Chen D H.Seed germination potential of the importance of crop field emergence rate[J].China Seed Industry,2012(3):49-50.

22.严寒,许本波,赵福永,等.脱落酸和水杨酸对干旱胁迫下芝麻幼苗生理特性的影响[J].干旱地区农业研究,2008,26(6):163-166,172.

Yan H,Xu B B,Zhao F Y,et al.Effects of abscisic acid and salicylic acid on physiological characteristics of sesame seedlings under drought stress[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2008,26(6):163-166,172.

23.周小梅,赵运林,周朴华.2种草坪草幼苗抗渗透胁迫能力比较[J].草业科学,2008,25(2):121-123.

Zhou X M,Zhao Y L,Zhou P H.Identification of resistance of turfgrass seedling to osmotic stress[J].Pratacultural Science,2008,25(2):121-123.

Supported by the Central Government Public Health Special Found for Taditional Chinese Medicine([2011]76);National Industry Research Special Fund Traditional Chinese Medicine(201207002)

introduction：DA Qing-Jing(1992—),female,master,mainly engaged in the study of system and evolutionary botany.

date:2017-03-29

EffectofExogenousSAonGerminationandPhysiologicalCharacteristicsofMeconopsisracemosaSeed

DA Qing-Jing CHEN Xue-Lin*MA Wen-Bing ZHANG Hai-Xian

(Northwest Normal University,Lanzhou 730070)

With the seed ofMeconopsisracemosaMaxim. through the different concentration of salicylic acid(SA) seed handling, we studied the effect of SA under different temperature conditions onM.racemosaMaxim. seed germination quality and related physiological characteristics. Under 5-30℃,M.racemosaMaxim. seed germination has different degree of influence, but under the condition of 15-25℃, seed germination effect is significant(P<0.05), of which 20℃ germination effect is extremely significant(P<0.01). The pretreatment of 0.1-1.0 mmol·L-1SA significantly promoted the germination of the seed ofM.racemosaMaxim., of which 0.7 mmol·L-1SA treatment effect is very significant(P<0.01). After soaking with SA, the soluble protein and proline content appear similar trend with seed germination and growth ofM.racemosaMaxim., and the contents of soluble protein and proline were the highest in the seeds treated with 0.7 mmol·L-1SA. SA soaking could improve the germination rate ofM.racemosaMaxim. seed, and there was the relief by SA soaking under high temperature and low temperature.

MeconopsisracemosaMaxim.;seed;salicylic acid;temperature;germination;physiological characteristic

国家中医药管理局中医药公共卫生专项(财社[2011]76号)；国家中医药管理局中医药行业科研专项(201207002)

达清璟(1992—)，女，硕士研究生，主要从事系统和进化植物学研究。

* 通信作者：E-mail:chenxuelin@163.com

2017-03-29

* Corresponding author：E-mail:chenxuelin@163.com

Q949.748.1

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.06.005