低温和赤霉素对泰山黄精种子萌发特性的影响

孙文帅　陈为序　祝丽香　秦宁　刘盈盈　曲洪瑶　郑敏　孙湄婷　葛春妹

摘要：泰山黄精种子在自然条件下萌发率低、出苗缓慢，提高种子萌发率、缩短育苗时间是泰山黄精栽培所面临的关键问题。本研究将泰山黄精果实与湿沙混合层积处理，处理温度设室外自然低温贮藏、-4℃低温冷藏和-20℃低温冷藏，然后用赤霉素浸泡，研究打破泰山黄精种子休眠的方法。自然低温贮藏、-4℃低温冷藏湿沙层积泰山黄精种子萌发率为35.61%～42.39%，-20℃低温冷藏后萌发率极低。湿沙层积处理后用赤霉素浸泡显著提高种子萌发率，-4℃低温冷藏后用100 mg·L-1赤霉素处理萌发率最高。形态学研究发现，泰山黄精種子萌发首先形成小球茎，小球茎分化出不定根和芽后休眠30～40 d，最后形成幼苗。由此推测泰山黄精种子存在二次休眠现象，即种子休眠和小球茎休眠。湿沙层积-4℃低温冷藏后的泰山黄精种子用100 mg·L-1赤霉素浸泡24 h能够打破其种子休眠，显著缩短小球茎休眠时间，是提高泰山黄精种子育苗效率的一种有效方法。

关键词：泰山黄精;低温贮藏;赤霉素;休眠;发芽率

中图分类号：S567.21文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）11-0064-04

Effects of Low-Temperature and Gibberellin on Seed

Germination Characteristics of Polygonatum sibiricum

Sun Wenshuai1， Chen Weixu2， Zhu Lixiang1， Qin Ning1， Liu Yingying1，

Qu Hongyao1， Zheng Min1， Sun Meiting1， Ge Chunmei1

（1. Agronomy College， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China;

2. Shangyao Huayu （Linyi） Traditional Chinese Resources Co.， Ltd.， Linyi 276000， China）

Abstract Under natural conditions， the germination rate was low and the emergence rate was slow of Polygonatum sibiricum seeds. To improve the germination rate and shorten the seedling time were the key problems in the cultivation of P. sibiricum. In this study， the fruits of P. sibiricum mixed with high-moisture sand and treated with three kinds of low temperature （outdoor natural low-temperature， -4℃ and -20℃），and then， the seeds were soaked in GA solutions to study the method for breaking seed dormancy. The germination rate of seeds of P. sibiricum treated by natural low-temperature and -4℃ cold storage was 35.61%～42.39%， while that treated by -20℃ cold storage was close to zero， which indicated that fruits of P. sibiricum could not be stored at -20℃ with high-moisture sand. The germination rate of P. sibiricum seeds treated by wet sand stratification was significantly increased after soaked with gibberellin， and the highest germination rate was obtained in 100 mg·L-1 gibberellin treatment after -4℃ cold storage. The study of seed germination morphology of P. sibiricum showed that the seeds firstly formed small corms， which then differentiated into roots and buds， and finally formed seedlings after dormant for 30～40 days. Therefore， it could be concluded that there were two-dormancy in the seeds of P. sibiricum， namely seed dormancy and small corm dormancy. The dormancy of P. sibiricum seeds could be broken and the dormancy time of small corm could be significantly shortened by soaked in 100 mg·L-1 gibberellin for 24 hours after stratification with high moisture and stored at -4℃， which was an effective method to improve seedling efficiency.

Keywords Polygonatum sibiricum; Low temperature storage;Gibberellin;Dormancy; Germination percentage

泰山黄精（Polygonatum sibiricum Red.）为百合科黄精属植物，根茎药用或食用，具有补气养阴、健脾润肺、降血压、降血糖、降血脂等功效。因泰山黄精种子自然条件下发芽率极低，生产上以根状茎繁殖为主[1]。利用根状茎作种根投入高，每公顷需要泰山黄精根状茎2 500 kg，更重要的是长期无性繁殖引起种质退化[2]。种子繁殖是解决这一问题的有效途径，但必需提高泰山黄精种子萌发率和出苗率。目前，对黄精种子萌发特性的研究主要集中于多花黄精和溱黄精[3，4]，未见对泰山黄精种子萌发和休眠特性的研究。虽然泰山黄精与多花黄精、溱黄精为同科植物，但环境条件影响种子休眠和发芽特性，因此，有必要研究泰山黄精种子萌发特性。

本试验采取低温湿沙层积与赤霉素相结合的方法，研究泰山黄精种子萌发特性，以期为打破泰山黄精种子休眠、提高发芽率、缩短育苗时间提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 低温湿沙层积处理

2017年11月采集泰山天柱峰野生泰山黄精黑色的成熟果实，室内阴干4天后于 2017年11月25日进行沙藏处理。具体方法如下：将泰山黄精果实200 g与含水量60%～65%的细沙按照1∶[KG-*2/3]5的比例充分混合放储藏盒内。储存温度设置为室外自然贮藏、-4℃低温冷藏和-20℃低温冷藏，每个处理3次重复。贮存120 d取出，洗除果皮，一部分于发芽盒内进行萌發试验，另一部分用赤霉素处理。

1.2 赤霉素处理

将沙藏处理的泰山黄精种子用50、100、150、200 mg·L-1赤霉素浸泡24 h，然后在发芽盒内进行萌发试验。种子萌发在25℃、14/8 h光暗交替的光照培养箱内进行。第15 d开始调查发芽率，之后每隔 2 d调查 1 次。以胚根突破种皮为萌发的标志，开始萌发后第50 d计算发芽势。

1.3 种子萌发及出苗过程形态变化观察

在泰山黄精种子萌发和幼苗形成过程中随时观测种子形态变化并进行拍照。

1.4 数据处理

利用 SPSS 22.0 进行数据统计分析，显著性水平设置为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 低温贮藏对泰山黄精外观和萌发率的影响

由图1可知，室外自然低温贮藏的泰山黄精种子呈深黄色，光泽明显;-4℃低温冷藏的泰山黄精种子呈浅黄色，光泽不明显;-20℃ 低温冷藏的泰山黄精种子呈深黄色或黄褐色，半透明，光泽明显。

贮藏温度影响泰山黄精种子萌发。由表1看出，-4℃低温冷藏泰山黄精种子的发芽率和发芽势最高，比室外自然贮藏的泰山黄精种子分别提高了19.04%、97.10%。-20℃低温冷藏泰山黄精种子发芽率极低。说明适度低温和湿润环境提高泰山黄精种子发芽率，但持续-20℃低温高湿使泰山黄精种子失去发芽能力。

2.2 低温贮藏和赤霉素对泰山黄精种子萌发的影响

与室外自然贮藏相比，-4℃低温贮藏后赤霉素浸泡，泰山黄精种子发芽率和发芽势分别提高了3.87%～13.55%和9.06%～45.60%，以100 mg·L-1赤霉素处理效果最佳（表2）。

2.3 泰山黄精种子萌发过程中形态变化

-4℃低温冷藏的泰山黄精种子用100 mg·L-1赤霉素处理后第15 d开始萌发，胚根从种脐处突破种皮，19 d 胚根长5～7 mm（图2A），随后胚根顶端或中部开始膨大成球状结构（图2B、C、D）。25～30 d小球茎顶端产生不定根并呈成近90o弯曲生长（图2E）。35～45 d在小球茎上与不定根相对的一侧产生突起后分化出芽结构并逐渐分化成芽（图2F）。50 d小球茎的体积大于种子，芽逐渐伸长，不定根分化出侧根，种子萎缩（图2G）。70 d小球茎与种子脱离，成为一个独立结构。80～90 d芽生长加快，不定根进一步伸长，侧根增多。至90～120 d小球茎处于休眠状态（图2H）。120 d后重新恢复生长并抽生第一片真叶，形成幼苗（图2J）。

3 讨论与结论

种子休眠是调整萌发最佳时间和空间的一个方法，具有重要的生态学意义。种子休眠表现为一种数量性状，随外界条件和生长环境而改变[5]。黄精属植物数量多、分布范围广，不同生态环境下的黄精种子都具有休眠特性，但不同产地休眠特点不同[6]。 王剑龙等[7]解剖发现黄精种皮有一层细胞壁木质化的细胞，阻碍水分进入黄精种子内部;黄精种子胚乳结构致密，不利于水分在共质体内流动。根据Baskin等[8]种子休眠类型的划分标准，黄精种子的休眠属于形态和生理休眠。

已有研究证实低温层积处理能够打破种子休眠[5]。湿沙层积处理的泰山黄精种子发芽率为35.61%～42.39%，而自然条件下泰山黄精种子播种后3个月内基本不发芽，说明湿沙层积处理能打破黄精种子休眠，无论自然低温还是-4℃低温都提高种子萌发率，-4℃低温处理效果更显著。王占红等[9]研究认为室外沙藏处理黄精种子萌发率高于低温贮藏，与本研究结果相反，可能与黄精果实处理不同有关。成京晋等[10]发现-20℃冷藏处理多花黄精种子基本不萌发，与本研究结果一致，说明-20℃湿沙冷藏使泰山黄精种子丧失发芽能力。

赤霉素诱导细胞壁分解酶加快胚乳分解，而且胚乳分解尤其是种脐和珠孔处胚乳乳化是种子萌发的先决条件[11]。Chen 等[12]研究发现种子萌发与胚乳中淀粉水解有关。赤霉素能有效提高α和β淀粉酶活性，促进淀粉水解成可溶性糖[13]。泰山黄精种子淀粉含量高达73.70%，胚乳中淀粉能否转化为可溶性糖而后被吸收利用是泰山黄精种子能否萌发的关键。本研究发现赤霉素处理显著提高泰山黄精种子的萌发率和发芽势，可能与赤霉素提高淀粉酶活性有关。Steadman等[14]研究发现生理形态休眠类种子在其后熟过程中环境水分含量必须超过一定阀值才能完成生理后熟作用，而且淀粉类种子的水分阀值高于脂肪类和蛋白质类种子。本研究中低温沙藏时沙的含水量为60%～65%，满足泰山黄精种子生理后熟所需水分。由此可以推测本研究中-4℃湿沙冷藏与赤霉素联用提高泰山黄精种子发芽率的主要原因是低温高湿加快泰山黄精种子生理后熟而赤霉素促进胚乳中淀粉水解成可溶性糖，加快种子萌发速度。

植物通常由胚发育成植株，黄精种子萌发具有特殊性，即种子萌发首先形成小球茎，由小球茎分化出根和芽，最后发育成植株。王剑龙等[7]研究发现黄精种子萌发时胚乳内储存的淀粉逐渐消失。本研究发现，泰山黄精萌发形成小球茎逐步长大伴随着种子逐步萎缩，可以推测种子胚乳内的营养物质转移至小球茎，为小球茎进一步分化根和芽提供物质保障。可见小球茎类似于体外胚的营养贮藏器官。

黄精种子萌发形成的小球茎，在自然条件下当年处于休眠状态，第二年春季才出苗，说明小球茎需要经受漫长的冬季低温才能进行叶生长。本研究-4℃低温湿沙层积处理后，黄精种子萌发形成的小球茎有约30～40 d的发育停滞期，然后芽才开始生长，抽生一片真叶，形成幼苗，说明-4℃低温湿沙层积处理有利于打破黄精种子休眠，缩短小球茎休眠时间。

参 考 文 献：

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[3]赵致，庞玉新，袁媛，等. 藥用作物黄精种子繁殖技术研究[J].种子，2005，24（3）：  11-13.

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收稿日期：2019-08-23

基金项目：泰安市大学生科技创新计划项目（2017D003）;山东农业大学大学生科技创新计划项目

作者简介：孙文帅（1993—），男，硕士研究生，研究方向：药用植物栽培。E-mail：15065802215@163.com

通讯作者：祝丽香（1965—），女，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：药用植物栽培、抗性生理、品种选育和种质资源评价。E-mail：zhulix1965@163.com