基质和外源激素对新疆紫草种子萌发及幼苗生长的影响

马留纯，马生军，朱金芳,2，马丽娜

(1.新疆农业大学 食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.中国科学院 新疆理化技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830011)

新疆紫草(Arnebiaeuchroma)为紫草科多年生草本植物，其增强免疫力[1]、抑菌[2]、保肝护肝[3]、抗氧化[4]、抗炎[5]、抗HIV[6]、抗肿瘤[7]等药理作用已得到证实，紫草中的紫草素类化合物被作为天然色素应用于化妆品、食品、医药和印染化工等行业[8]。由于新疆紫草的药用和经济价值很高，近年来被过度采挖，再加上过度放牧和生态破坏等因素，其野生资源明显减少[9]，但其需求量却在不断增加。因此，通过研究紫草种子的适宜发芽条件，提高紫草种子发芽率，促进幼苗的生长，提高产量，对于缓解新疆紫草资源紧缺的局面具有重要意义。

种子经外源激素浸泡后有助于打破休眠，提高活力。前人对新疆紫草的化学成分、药理作用、临床应用及愈伤组织诱导等方面进行了研究[10-13]。对新疆紫草种子萌发的研究多集中在萌发特性、包衣技术等方面[14-15]，关于基质和外源激素浸种对新疆紫草种子萌发的影响，尤其是与之相应的种子发芽率与幼苗生长势方面研究较少。鉴于此，以新疆紫草种子为试验材料，研究基质和外源激素对新疆紫草种子萌发和幼苗生长的影响，旨在为新疆紫草的繁育及人工栽培提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 材料

供试新疆紫草种子为野生种，于2016年10月采集于新疆巴音郭楞蒙古族自治州和静县巴音布鲁克大草原，经揉搓过筛除去杂质，选净备用。由新疆农业大学马生军副教授鉴定为新疆紫草(Arnebiaeuchroma)种子。

供试4种基质为河沙、珍珠盐、砾石、泥炭土，购自新疆乌鲁木齐市明珠花卉市场；供试外源激素有6-苄氨基嘌呤、赤霉素、矮壮素、2,4-D、α-萘乙酸，均购自广州林国化肥有限公司。

1.2 试验设计

选择籽粒饱满、均匀一致的新疆紫草种子，用5%双氧水消毒15 min后蒸馏水冲洗干净待用。播种前将种子在蒸馏水(或外源激素溶液)中浸泡24 h。每种处理4个重复，每个重复30粒种子，播种于直径为9 cm的培养皿中，于生化培养箱内进行发芽试验。每日定量补水以保证基质含水量一致，发芽期为15 d，温度(25±1)℃，24 h光照，每隔 24 h统计发芽情况。

1.2.1 不同配比栽培基质筛选 以二项分布方式将4种基质分成15种基质配比(4种单一基质、6种2类基质混合、4种3类基质混合、1种4类基质混合)，具体见表1，混合基质中每种基质比例均一致，且每种基质均分别设置基质上部(JZS)、基质中部(JZZ)、基质下部(JZX)3种不同深度播种，共计45种处理，表示为播种深度+基质编号(n)，即JZSn、JZZn、JZXn。基质使用前均进行灭菌。

表1 供试基质编号及配比Tab.1 Substrate composition and proportion

1.2.2 外源激素及其质量浓度筛选 选用赤霉素、矮壮素、α-萘乙酸、6-苄氨基嘌呤、2,4-D 5种外源激素，分别设定10、50、100、150、200 mg/L 5个质量浓度，将新疆紫草种子置于上述溶液中浸泡24 h，共计25种处理。同时，以蒸馏水浸种24 h为对照(CK)。所用基质为河沙。

1.3 测定指标

种子萌发以种子发芽露白1～2 mm为准，每天同一时间统计种子发芽数。

发芽率=(试验结束时发芽数/试验种子数)×100%。

发芽指数=Σ(Gt/Dt)，式中Gt为t日发芽数，Dt为相应的发芽日数。

活力指数=发芽指数×平均根长。

幼苗根长、鲜质量测定：试验结束后，每个处理随机选取10株幼苗(不足10株，则每株均测定)，分别用游标卡尺和分析天平测量幼苗根长和鲜质量，计算平均根长和平均鲜质量，作为评价幼苗生长的指标。

1.4 数据处理

所有数据均表示为平均值±标准误。采用Microsoft Excel 2010 进行试验数据处理并作图 ，运用SPSS 19.0进行方差分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同基质及播种深度对新疆紫草种子萌发的影响

2.1.1 发芽率 由图1可见，JZZ4处理的新疆紫草种子发芽率最高，为73.333%，其次为JZS10和JZS14处理，发芽率均为63.333%，发芽率最低的处理为JZX1和JZX9，均为10.000%，JZZ4处理发芽率为JZX1和JZX9处理的7.333倍。JZZ4处理发芽率与JZS10、JZS14处理显著不差异，但均显著高于其他基质处理。

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同Different lowercase letters indicate significant difference at 5% level,The same as below图1 不同基质及播种深度对新疆紫草种子发芽率的影响Fig.1 Effects of substrates and sow location on germination rate of Arnebia euchroma

2.1.2 发芽指数和活力指数 由表2可见，JZS14处理新疆紫草种子发芽指数最高，为11.958，其次为JZZ2和JZZ4处理，发芽指数分别为11.625和11.329，发芽指数最低的处理是JZS9，为1.054，JZS14处理新疆紫草种子发芽指数为JZS9处理的11.345倍。JZS14处理新疆紫草种子发芽指数除与JZZ2、JZS3、JZZ4、JZS7、JZS9、JZS10、JZS13处理差异不显著外，均显著高于其他处理。

表2 不同基质及播种深度对新疆紫草种子发芽指数的影响Tab.2 Effects of substrates and Depth of sowing on seed germination index of Arnebia euchroma

续表2 不同基质及播种深度对新疆紫草种子发芽指数的影响Tab.2(Continuted) Effects of substrates and depth of sowing on seed germination index of Arnebia euchroma

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at 5% level,The same as below.

由表3可见，JZS10处理新疆紫草种子活力指数最高，为70.624，其次是JZZ2和JZS6处理，种子活力指数分别为62.915和55.671，种子活力指数最低的处理为JZX5，为4.001，JZS10、JZZ2、JZS6处理新疆紫草种子活力指数分别为JZX5处理的17.652倍、15.725倍、13.914倍。JZS10处理种子活力指数除与JZZ2处理差异不显著外，均显著高于其他基质处理。

表3 不同基质及播种深度对新疆紫草种子活力指数的影响Tab.3 Effects of substrates and depth of sowing on seed vigor index of Arnebia euchroma

2.2 不同基质及播种深度对新疆紫草幼苗根长和鲜质量的影响

由表4可见，新疆紫草幼苗根长相对较长的3种基质处理为JZZ3>JZS10>JZX3，幼苗根长最短的处理为JZX5，JZZ3处理幼苗根长是JZX5处理的5.280倍。JZZ3处理与JZX3、JZS10处理差异较小，但均显著高于其余处理。

表4 不同基质及播种深度对新疆紫草幼苗根长的影响Tab.4 Effects of substrates and depth of sowing on the seedling root length of Arnebia euchroma

续表4 不同基质及播种深度对新疆紫草幼苗根长的影响Tab.4(Continuted) Effects of substrates and depth of sowing on the seedling root length of Arnebia euchroma

由表5可见，新疆紫草幼苗鲜质量相对较高的3种基质处理依次为JZS12>JZZ3>JZZ2，幼苗鲜质量最低的处理为JZZ13，JZS12处理为JZZ13处理的6.333倍。JZS13处理的幼苗鲜质量与JZZ3处理差异较小，但均显著高于其他基质处理。

表5 不同基质及播种深度对新疆紫草幼苗鲜质量的影响Tab.5 Effects of substrates and depth of sowing on the seedling fresh weight of Arnebia euchroma

2.3 外源激素浸种对新疆紫草种子萌发的影响

2.3.1 发芽率 150 mg/L矮壮素浸种处理的新疆紫草种子发芽率最高，达68.889%，为CK的2.583倍，100 mg/L α-萘乙酸浸种处理发芽率最低，仅为4.444%，150 mg/L矮壮素浸种处理的发芽率为100 mg/L α-萘乙酸浸种处理的15.502倍。方差分析表明，150 mg/L矮壮素浸种处理和200 mg/L赤霉素浸种处理的新疆紫草种子发芽率显著高于其他处理。6-苄氨基嘌呤浸种除10、50 mg/L质量浓度处理外，其他浓度处理均低于CK。α-萘乙酸浸种处理和2,4-D浸种处理新疆紫草种子发芽率均显著低于CK(图2)。

图2 外源激素浸种对新疆紫草种子发芽率的影响Fig.2 Effects of Soaking seed with exogenous hormones on germination rate of Arnebia euchroma

2.3.2 发芽指数和活力指数 由表6可见，新疆紫草种子发芽指数相对较高的3种浸种处理依次为200 mg/L赤霉素>150 mg/L矮壮素>100 mg/L赤霉素，分别为CK的3.293倍、3.205倍和1.836倍，发芽指数最低的处理为100 mg/L α-萘乙酸浸种，仅为CK的0.068倍。200 mg/L赤霉素和150 mg/L矮壮素浸种处理均显著高于其他处理。赤霉素浸种处理的发芽指数均高于CK。6-苄氨基嘌呤浸种除100、200 mg/L质量浓度处理外，其他浓度处理均高于CK。α-萘乙酸和2,4-D处理浸种处理的发芽指数均低于CK。

活力指数相对较高的3种浸种处理依次为150 mg/L矮壮素>100 mg/L矮壮素>50 mg/L赤霉素，分别为CK的4.480倍、2.265倍和2.104倍，活力指数最低的处理为200 mg/L 2,4-D浸种，为CK的0.010倍。150 mg/L矮壮素浸种处理显著高于其他处理。赤霉素浸种除10、100 mg/L质量浓度处理外，其他浓度处理均高于CK。不同浓度α-萘乙酸、6-苄氨基嘌呤和2,4-D浸种处理的活力指数均低于CK(表6)。

表6 外源激素浸种对新疆紫草种子发芽指数和活力指数的影响Tab.6 Effects of soaking seed with exogenous hormones on seed germination index and vigor index of Arnebia euchroma

2.4 外源激素浸种对新疆紫草幼苗根长和鲜质量的影响

由表7可见，新疆紫草幼苗根长相对较大的3种浸种处理依次为100 mg/L矮壮素>150 mg/L矮壮素>50 mg/L赤霉素，均高于CK，幼苗根长最小的浸种处理为200 mg/L 2,4-D，100 mg/L矮壮素浸种处理的幼苗根长为200 mg/L 2,4-D浸种处理的31倍。100、150 mg/L矮壮素浸种处理幼苗根长显著高于CK。6-苄氨基嘌呤和2,4-D浸种处理幼苗根长均低于CK。不同质量浓度赤霉素、α-萘乙酸浸种，除50 mg/L赤霉素和100 mg/L α-萘乙酸处理外，其他处理均低于CK。

新疆紫草幼苗鲜质量相对较高的3种浸种处理依次为100 mg/L矮壮素、150 mg/L矮壮素和100 mg/L α-萘乙酸，均显著高于CK，200 mg/L 6-苄氨基嘌呤浸种处理的幼苗鲜质量最低，100 mg/L矮壮素浸种处理的的幼苗鲜质量为200 mg/L 6-苄氨基嘌呤浸种处理的3倍。赤霉素浸种除50、200 mg/L质量浓度处理外，其余质量浓度处理幼苗鲜质量均低于CK。6-苄氨基嘌呤浸种处理中，除50 mg/L处理外，其他质量浓度处理的幼苗鲜质量均低于CK。不同质量浓度2,4-D浸种处理的幼苗鲜质量均低于CK(表7)。

表7 外源激素浸种对新疆紫草幼苗根长和鲜质量的影响Tab.7 Effects of soaking seed with exogenous hormones on seedling root length and fresh weight of Arnebia euchroma

2.5 基质和外源激素浸种处理新疆紫草种子萌发与幼苗生长各指标间的相关性

由表8可见，不同基质处理下，新疆紫草种子发芽率与发芽指数、活力指数均存在极显著正相关关系，与根长和鲜质量相关性不显著；发芽指数与活力指数存在极显著正相关关系，与根长存在显著正相关关系，与鲜质量无显著相关关系；活力指数与根长、鲜质量均存在极显著正相关关系，根长和鲜质量亦存在极显著正相关关系。外源激素浸种处理下，新疆紫草各指标间均存在极显著正相关关系。

表8 基质和外源激素浸种处理新疆紫草种子萌发与幼苗生长各指标间的Pearson相关系数Tab.8 Pearson correlation coefficient among indexes of germination and seedling growth of Arnebia euchroma treated with substrates and soaking seed with exogenous hormone

注：()外和()内数据分别为基质和外源激素浸种处理下的新疆紫草各指标间Pearson相关系数；*、**分别表示在 0.05、0.01 水平上显著、极显著相关(双尾检测)。

Note:Data outside and inside parenthesis were pearson correlation coefficient among of germination and seedling growth ofArnebiaeuchromtreated with substrates and exogenous hormone,respectively.*and**mean significant and extremely significant correlation at the 0.05 and 0.01 levels,respectively (2-tailed).

3 结论与讨论

基质的组分构成决定了植物可利用的营养物质，也决定了土壤的通透性和根系拓展的难易程度[16-22]。本研究表明，不同基质及播种深度对新疆紫草种子萌发及幼苗生长存在影响，其中，播种于河沙中部的新疆紫草种子的发芽率最高(73.333%)，发芽指数、活力指数、根长和鲜质量分别为11.329、41.684、3.676 cm和0.094 g，河沙表面光滑，较疏松，利于透气吸收，种子可以更好地进行呼吸作用，从而促进了种子发芽，这与舒枭等[23]的研究结果一致；播种于珍珠岩+砾石+泥炭土基质上部的新疆紫草种子的发芽指数最高(11.958)，但其根长和鲜质量均较低，分别为2.116 cm和0.043 g；播种于河沙+泥炭土基质上部的种子活力指数最高(70.624)，发芽率、发芽指数、根长和鲜质量分别为63.333%、10.645、6.634 cm和0.084 g，在此基质下，新疆紫草种子萌发和幼苗生长情况整体相对较好；播种于泥炭土中部的根长最大(6.800 cm)，种子发芽后进入生长期，此时需要充足的养分来维持其生长，泥炭土有机质含量较高，达到50%以上，可以为植物提供正常的养分需求；播种于珍珠岩+河沙+砾石基质上部的新疆紫草幼苗鲜质量最大(0.133 g)，其中砾石有较强的稳定性，不会产生影响平衡的物质，泥炭土含有有机质和无机质，珍珠岩可以增加土壤的透水、透气性，为幼苗提供正常的水分需求，有利于根部的气体交换，这3种基质组分互相补充，可以为植物提供更全面的营养物质，从而使幼苗生长较为健壮。

激素作为参与种子萌发、植株生长的信号小分子物质，即使在植物中含量极小甚至接近0时，也起着重要作用[24]。本研究结果表明，打破新疆紫草种子休眠、提高种子萌发的最佳外源激素为150 mg/L矮壮素，促进地下部分生长和提高幼苗鲜质量的最佳外源激素为100 mg/L矮壮素。而α-萘乙酸、2,4-D和6-苄氨基嘌呤浸种的新疆紫草生长指标均显著低于CK，对新疆紫草种子发芽及幼苗生长起到了抑制作用，这与以往研究[25-28]有所不同。由此可见，不同激素对不同植物的作用效果不同，最适宜的浓度因植物种类而异。研究发现，相对于赤霉素而言，除10 mg/L赤霉素浸种处理的新疆紫草种子发芽率低于CK外，其余质量浓度赤霉素浸种处理均高于CK，且当质量浓度为200 mg/L时，种子发芽率达到最高(60%)，这与苏贺等[29]的研究结果一致。当赤霉素质量浓度大于200 mg/L时，是否对新疆紫草种子发芽具有促进作用，尚待研究。

根据不同处理对新疆紫草发芽率、发芽指数、活力指数、根长、鲜质量的影响，综合分析筛选出新疆紫草萌发和生长的适宜基质为河沙，其次是河沙+泥炭土，再次是泥炭土；最佳外源激素为矮壮素(150 mg/L)，赤霉素次之，2,4-D效果最差。本研究仅对基质比例一致和单种激素对新疆紫草种子萌发和生长特性的影响进行了研究，基质比例不同和多种激素混合使用的影响尚待进一步研究。