落新妇种子发芽条件初探

李 燕，崔莺文，辛建攀，田如男

(南京林业大学风景园林学院，江苏 南京 210037)

落新妇隶属于虎耳草科(Saxifragaceae)落新妇属(Astilbe)。落新妇属原生种约有20种，分布于亚洲和北美洲，我国原产7种，主要分布在华东、华中和西南地区[1]。落新妇为多年生直立草本，是难得的耐阴观花植物，有着广阔的园林应用前景[1]。此外，落新妇植株含有落新妇苷和岩白菜素等有效成分，具有抗肿瘤、活血祛瘀、抗菌抗炎、止咳祛痰、抗内毒素等作用[2]。因此，落新妇作为一种集观赏价值及药用价值的野生花卉，是一种值得开发和重视的新资源[3]。

种子是高等植物生长发育的起点，种子萌发是植物生活史中的重要阶段[4]。种子活力是一个复杂的综合性状，反映了种子在各种条件下具有的潜在萌发与出苗能力等，受遗传、种子发育期间的环境及贮藏条件等诸多因素的影响，而种子发芽势、发芽率和发芽指数是反映种子活力的可靠指标。目前，对落新妇的研究以药理学成分测定和园艺品种介绍为主[5-9]，而有关落新妇繁殖方面的研究并不多见。繁殖是实现引种栽培和园林应用的第一步，落新妇的繁殖方法可以分为有性和无性繁殖[10]。在种子繁殖中，由于落新妇种子很小，1060粒/g左右，且具有休眠现象，常规播种常出现出芽不整齐、发芽缓慢及发芽率低等现象，严重制约其繁殖速度[11,12]。鉴于此，为解除落新妇种子休眠，促进种子萌发，本文以甘肃兰州种源的落新妇种子为材料，探讨了不同预处理在不同温度下对种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响，旨在探究落新妇种子适宜的发芽条件，为进一步对落新妇的引种栽培及园林应用等研究提供一定参考，以期使落新妇成为我国观赏植物新秀。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为甘肃兰州种源的落新妇种子。将风干的落新妇种子放入清水中，立即搅拌，将下沉种子捞出，重复3次，将最后1次下沉的种子捞出置于阴凉干燥处风干，所得种子即为供试种子[13]。本试验的落新妇种子千粒重为0.9441 g，种子含水量为7.84%，种子活力值为76.81%。试验地点为南京林业大学园林实验室。

1.2 方法

将供试种子用0.5% H2O2消毒，再用无菌水冲洗5次后置于蒸馏水中，浸泡24 h后分别进行以下预处理(以未经预处理的种子为对照组)：(1)GA3浸种：将试验材料浸于浓度为250 mg/L的GA3溶液中24 h；(2)丙酮溶液浸种：将试验材料浸于浓度为500 mg/L的丙酮溶液中4-5 h；(3)低温层积：将种子用15-20℃的温水浸泡24 h后，与5-6倍细河沙充分混拌，装入透气、透水的编织袋中，放入3-7℃的冰箱中60天。预处理结束后，采用培养皿纸上发芽法，从3个处理及对照组中各选50粒种子，均匀置于铺有两层滤纸、直径为10 cm的培养皿中，于恒温分别为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的人工智能培养箱中进行发芽试验，每组共设3个重复。

试验期间，设定光周期为12 h/12 h，光照强度为2000Lx。以种子放入人工培养箱的当天为第1天，每天适时补充蒸馏水，以保证芽床内相对湿度恒定；每天定时(早上9点)开始观测并记录种子发芽情况，统计发芽数，种子萌发以胚根突破种皮，肉眼可见为标准。用以下公式计算各项发芽指标[14,15]：

种子发芽率=(发芽终期全部正常发芽粒数(本实验为21天)/供试种子粒数)×100%

种子发芽势=(发芽试验规定期限的最初1/3期间内的正常发芽粒数(本实验为7天)/供试种子粒数)×100%

种子发芽指数=∑(Gt/Dt)(Gt为第t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数)

1.3 数据处理与分析

采用SPSS 22.0软件进行数据分析及差异显著性检验。利用Microsoft Excel软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 落新妇种子萌发进程

图1-4可以看出，落新妇种子对温度有较广的适应性，在10-30℃条件下均可萌发。随着发芽时间的延长，各温度下种子发芽粒数的增长趋势一致，均在18天内完成发芽过程，但种子达到发芽高峰所需的时间略有差异。其中，20℃时种子均最先萌发，且发芽粒数最多，分别为33、45、38和35粒；10℃和30℃下种子的初始萌发时间相对较迟，发芽粒数少。由此表明，20℃的发芽温度不仅提早了种子初始萌发时间，还提高了种子萌发率。而在35℃条件下，对照及经过预处理的种子均不萌发，可见高温可能不利于落新妇种子萌发。此外，在20℃条件下，GA3浸种、丙酮浸种和低温层积处理下种子起始发芽时间比对照组提前了1-2天，表明预处理对种子起始发芽时间有一定的促进效果。

2.2 预处理对落新妇种子萌发的影响

2.2.1 种子发芽率

从图5可以看出，各发芽温度下预处理对种子发芽率均有不同程度的促进作用，其促进程度从大到小依次为GA3>丙酮>层积>CK，且GA3浸种处理组与其他3组的种子发芽率均差异显著(p<0.05)。随着温度的升高，4组种子发芽率变化趋势一致，即先上升再下降。在20℃处理条件下，GA3浸种、丙酮溶液浸种和低温层积处理组的种子发芽率均达到最大值，分别是90.00%、75.33%和69.33%，比同温度对照组分别增加了36.36%、14.14%和5.05%。35℃时发芽率为0，种子不萌发，说明高温可能抑制了落新妇种子萌发。可见，20℃为落新妇种子的适宜发芽温度，且适当的预处理可以有效地提高发芽率，促进种子萌发。

图1 对照组Fig.1 Control group

图2 GA3浸种处理组Fig.2 GA3 treatment

图3 丙酮溶液浸种处理组Fig.3 Acetone solution treatment

图4 低温层积处理组Fig.4 Cold stratification treatment

图5 不同预处理种子在不同发芽温度下的发芽率差异Fig.5 The effect of different treatments at differen temperatures on seed germination percentage注：不同小写字母之间表示差异显著(p<0.05)，相同字母之间表示差异不显著。下同。Note: Different small letters indicate significant difference(p<0.05), while the same letters indicate insignificant difference.The same as below.

2.2.2 种子发芽势

由图6可知，在15℃、20℃和25℃温度下，预处理能够在一定程度上提高种子发芽势。其中，GA3浸种处理组的种子发芽势最大(p<0.05)，分别为23.33%、54.67%和40.00%，丙酮浸种、低温层积处理依次次之；在10℃、30℃和35℃下落新妇种子发芽势为零。在20℃处理条件下，GA3浸种、丙酮溶液浸种和低温层积处理组的种子发芽势均达到最大值，分别是54.67%、44.00%和41.33%，比同温度对照组分别增加了78.25%、43.46%和34.76%。由此表明，落新妇种子发芽整齐度可以通过适当的预处理和发芽温度进行改善。

图6 不同预处理种子在不同发芽温度下的发芽势差异Fig.6 The effect of different treatments at different temperatures on seed germination energy

2.2.3 种子发芽指数

预处理对种子发芽指数有一定的促进作用(图7)。在各发芽温度下，不同预处理对种子发芽指数的促进程度从大到小依次为GA3>丙酮>层积>CK，GA3浸种处理组与其他3组的种子发芽指数具有显著性差异(p<0.05)。随着发芽温度的上升，发芽指数的变化趋势与发芽率基本一致，即先上升再下降。在20℃处理条件下，GA3浸种、丙酮溶液浸种和低温层积处理组的种子发芽指数均达到最大值，分别是8.57、6.12和5.90，比同温度对照组分别增加了83.12%、30.77%和26.07%。综上可知，从发芽指数看，20℃为落新妇种子的适宜发芽温度，适当的预处理和发芽温度可以提高落新妇种子的发芽速度。

图7 不同预处理种子在不同发芽温度下的发芽指数差异Fig.7 The effect of different treeatments at different temperatures on seed germination index

3 结论与讨论

温度是种子萌发过程中关键的环境因子之一[16,17]，会在很大程度上对种子的萌发能力及萌发速率产生影响[18]。如新疆鼠尾草(Salviadeserta)种子的适宜萌发温度范围为15-30℃，25℃时发芽率最高，温度大于30℃时种子萌发明显受到抑制，发芽率逐渐降低[19]。黄花矶松(Limoniumaureum)种子随温度升高，发芽率和发芽指数先升高后降低，最适温度为恒温25和30℃以及变温20/30℃[20]。庞长民[12]等人在进行落新妇种子发芽试验时，其发芽温度仅设置为25℃，鉴于此，本文设置了6个不同发芽温度，即10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃，结果表明落新妇种子萌发最适温度为20℃，高于或低于此温度时，种子发芽率、发芽势以及发芽指数均下降，可知落新妇属于低温萌发类型[21]。此外，落新妇种子在35℃条件下不萌发，导致这一结果的可能原因是(ⅰ)高温条件下落新妇种子可能存在热休眠[22]；(ⅱ)高温导致落新妇种子的蛋白质老化变性[23]。

种子休眠普遍存在于高等植物中，其类型可分为内源因素休眠(胚发育不全、生理上未成熟、内源激素间的相互作用、缺少必需的激素刺激或萌发抑制物质的存在)，外源因素休眠(种子的结构特征，包括种皮、胚乳、胚的附属物等)和综合性休眠(内源和外源因素结合引致的休眠)，这3种类型的休眠均是种子自身的原因引起的[24, 25]。GA3作为最常用的萌发刺激物，可以诱导水解酶的产生和贮藏物质的转化以促进胚生长，从而通过调节种子内部生理状态促进种子萌发[26-28]。研究表明，外源GA3处理可加速种子内部营养物质的消耗，从而提高成苗率[29]。150 mg/L GA3处理下少花龙葵(Solanumphoteinocarpum)种子发芽率可高达94.38%[30]，80 mg/L GA3处理下沙生针茅(Stipaglareosa)种子发芽势达到48.00%[31]。这与本研究中250 mg/L GA3浸种处理对落新妇种子萌发的促进效果较接近，GA3浸种可显著提高落新妇种子的发芽率、发芽势及发芽指数。此外，层积处理是通过抑制休眠的物质(如GA3)和保持休眠的物质(如ABA)等含量的消长而实现的，如大花牵牛(Pharbitisnil)、广叶山黧豆(Lathyruslatifolium)，且用GA3浸泡种子可以代替低温层积，这与本试验中低温层积处理对落新妇种子萌发的促进作用结果一致。由此可知，休眠能被赤霉素或低温层积处理解除，说明落新妇种子存在生理抑制，而GA3预处理能够显著提高落新妇种子的发芽率、发芽势和发芽指数，且均达到最高值，表明落新妇种子内部生理状态可能为种子萌发的主要影响因素。

本试验中，丙酮溶液浸种处理能够明显提高落新妇种子各项发芽指标，这可能是因为丙酮溶液(i)能够使原生质膜和细胞器得以恢复，促使生物活性物质的转化和合成能力增强；(ⅱ)导致种胚的覆盖部分(胚乳、种皮)软化甚至破裂，使种皮透性增加，从而利于内部抑制物质排出，解除萌发抑制[32]。也有可能是因为500 mg/L丙酮溶液作为一种高渗溶液，能够促进脱氢酶活性、过氧化物酶和酸性磷酸酯酶活性，提高种子活力，从而增加发芽率、发芽势等发芽指标[33]。由此表明，落新妇种子休眠中的内源和外源因素相互联系，共同调控种子的休眠与萌发，其休眠类型属于综合性休眠[34]。

综上所述，落新妇种子在10-30℃条件下均可萌发，其中20℃为最适发芽温度，高于35℃时其萌发受到抑制；适当的预处理和发芽温度可提高落新妇种子发芽率、发芽整齐度和发芽速率，从而进一步缩短播种至出苗的时间，降低育苗成本。其中，250 mg/L GA3浸种处理最有利于解除落新妇种子休眠，促进种子萌发。