角蒿种子形态与萌发特性研究

张 炜， 翁昊宇， 王欣弘， 孙 阎

(黑龙江大学现代农业与生态环境学院， 哈尔滨 150080)

角蒿(IncarvilleasinensisLam.)为紫葳科(Bignoniaceae)角蒿属(Incarvillea)一年生至多年生草本植物，喜在阳光充足、排水良好且干燥的环境条件下生长，主要分布在秦岭以北的西北、华北和东北地区[1]。其花多呈玫瑰色或粉色，形似喇叭，大而艳丽，具有较高的观赏价值，在园林绿化中应用较多[2-3]。角蒿亦有较高的药用价值，以全草入药，具有祛风除湿、清热燥湿、益脉、利耳、消炎、敛黄水、补气养血等功效[4]，为我国藏族、蒙古族、彝族等多个民族常用草药[5]。近年来，角蒿亦在抑制癫痫[6]、抗肿瘤以及缓解急性疼痛[7-8]等方面发挥重大作用。目前对于角蒿的研究多集中在成分分离、药理作用和园林栽培应用等方面，而关于其种子生物学基础研究工作资料较少。林琪[9]曾探究了外源物质胁迫对四种野生观赏植物芽期耐盐性与抗旱性的评价，结果表明角蒿所表现的两种抗性指标与其他三种植物相比均较低。徐本美等[10]对角蒿种子冷处理后发现风干的种子存在休眠现象，在湿滤纸上低温处理一周后其休眠性减弱。但其试验存在风干时间过长从而导致种子失活的可能性，因而所得结论具有片面性。种子萌发是植物生长发育过程中的关键阶段，是由遗传因素和外界环境条件共同决定的[11]。因而，本实验研究了角蒿种子形态特征和不同环境因子及贮藏时间等条件对其种子萌发的影响，以期探究角蒿萌发的最适条件，为这一资源植物引种栽培和科学推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 种子采集与贮藏

供试种子分别于2019年和2020年的9月采自黑龙江省大庆市周边的草甸。经哈尔滨师范大学王臣教授鉴定为角蒿(IncarvilleasinensisLam.)，凭证标本存放于黑龙江大学现代农业与生态环境学院植物标本室。采集后的种子自然干燥后一部分置于室温存放，另一部分置于4 ℃冰箱贮藏。

1.2 实验方法

1.2.1种子形态性状观察

在体式显微镜下观察角蒿成熟种子形态特征并拍照，用测微尺测量其种子的长度和宽度，每组测量100粒，3组重复，结果取平均值。采用百粒重法[12]测量千粒重，即从饱满种子中随机抽取100粒种子为1组，重复取8组称量，最后换算为千粒质量，结果取平均值。种子切片采用常规石蜡切片技术，番红染色，切片厚度10～12 μm，最后在LEICA-DM LB 2显微镜下观察并拍照。

1.2.2不同光照处理

设定全黑暗和光暗交替(光照12 h/黑暗12 h)2个处理。将种子置于培养皿内25 ℃条件下发芽，每天补充适量蒸馏水，并统计发芽种子的数量。

1.2.3不同温度处理

温度处理设计为恒温10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃和35 ℃，共计6个处理。每个培养皿中每天补充适量蒸馏水，以维持适宜湿度，并统计发芽种子的数量。

1.2.4剥翅处理

对当年新采集种子进行物理方式剥翅处理，以未剥翅的为对照，分别将种子置于培养皿内在25 ℃条件下进行萌发。每天补充适量蒸馏水，并统计发芽种子的数量。

1.2.5不同pH值处理

配置酸碱滴定物质1 mol/L HCl和1 mol/L NaOH，对蒸馏水进行pH值调定(蒸馏水的pH值为6.5)，分别设置pH值为3、4、5、6、7、8共6个处理。置于培养皿内的种子在25 ℃条件下发芽，定时补充相应pH值溶液和统计发芽种子。萌发实验结束后，从各处理中随机取出15株种苗测量其胚根及下胚轴长度。种苗数目不够15株的处理，则取最大发芽数测量。

1.2.6不同浓度NaCl处理

配置NaCl溶液浓度分别为25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L，以蒸馏水处理作为对照。在25 ℃条件下进行发芽，每天定时补充适量相应浓度的NaCl溶液并统计发芽种子的数量。萌发实验结束后，测定其种苗胚根及下胚轴长度(同1.2.5)。

1.2.7种子贮藏处理

以2019年采集的种子(室温贮藏375 d)和2020年新采集的种子(室温贮藏14 d)为材料进行种子贮藏活力试验。

上述各个处理试验均选取大小一致、健康饱满的角蒿新采种子，用75%酒精对种子消毒10 min，再用蒸馏水反复冲洗，直至酒精完全去除。放在附有双层滤纸的培养皿中(直径=90 mm)发芽，光周期为12 h，光照强度2 500 lx。每个培养皿中放置50粒种子，3次重复。以胚根突破种皮2 mm为标准记录发芽状况，连续3 d不发芽即结束统计。根据实验记录结果进行发芽率、发芽势和发芽指数统计[13]，数据分析处理采用Microsoft excel 2016与SPSS 18.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 角蒿种子的形态特征

角蒿果实为蒴果，长角状弯曲，内含多粒种子。种子扁圆形，呈片状，四周具膜质翅(图1 A、图1 B)，翅通常向种子腹面一侧呈一定程度的向内隆起状。腹部中央部位有种脊，成熟种子呈黄褐色(图1 A)。种子无胚乳，自开裂蒴果散落时胚发育至成熟胚阶段，胚根明显分化，子叶肥厚(图1 C、图1 D)。种子千粒重为(0.638±0.06)g，长度为(4.54±0.62)mm，宽度为(3.71±0.33)mm。

注：A为种子腹面；B为种子正面；C为种子胚；D为种子纵切。c为子叶；h为下胚轴；r为胚根。

2.2 不同光照处理对角蒿种子萌发的影响

角蒿种子在光照与黑暗条件下均能萌发，且萌发率都超过80%，无显著性差异(表1)，说明光因子不是其萌发的必要条件，属于光照广适性种子。但光照条件下的种子提前1 d萌发，其发芽势与发芽指数分别比全黑暗条件下高50%和4.91，说明光照在播种初期可显著提高种子萌发速度。

表1 不同光照条件对角蒿种子萌发的影响

2.3 不同温度处理对角蒿种子萌发的影响

从表2可知，角蒿种子可在较广的温度范围萌发。从各项萌发参数看，种子萌发的最适温度在20～25 ℃之间，发芽率最高可达80.67%，极显著高于其他温度下的发芽率。低温条件下(10 ℃)种子不萌发；高温(35 ℃)时发芽率仅有2.67%，且萌发3 d后停止萌发。15 ℃时种子的起始发芽日在第3天，35 ℃时则在第4天，20～30 ℃时均在第2天开始萌发。因此，温度对角蒿种子萌发影响显著，其适宜萌发温度范围为20～25 ℃，高于或低于此范围，萌发均受抑制，且会产生一定的萌发时滞。

表2 不同温度处理对角蒿种子萌发影响

2.4 翅对角蒿种子萌发的影响

从表3可知，带翅与不带翅两种处理的发芽率差异不显著，均超过80%，且起始萌发日均在第2天，这就排除了种翅中存在化学抑制物质的可能性。但剥翅组的发芽势和发芽指数与带翅组均呈极显著差异，应该与种翅向内隆起影响种子本体接触水环境有关。

表3 剥翅处理对角蒿种子萌发的影响

2.5 不同pH值对角蒿种子萌发和种苗生长的影响

从表4可知，随着pH值的升高，角蒿种子各项萌发参数呈先升后降的趋势，始萌发日均为第2天。pH值为6时发芽率最高(79.33%)，发芽速度最快，发芽指数最高。各处理组的发芽率均呈显著差异，最低的发芽率也达31.33%，说明角蒿种子对酸碱性环境具有一定的适应性。角蒿种苗的胚根和胚轴长度均是在pH值为7的环境条件下长势最好，但胚根长度与pH值为6时相比差异不显著。总的来说，中性偏酸环境最利于角蒿种子和种苗发育。此外，pH值为3的处理组在萌发5 d后逐渐出现种子霉变甚至死亡的情况，至实验结束该处理组所有种子均失去活性，种苗也基本死亡，说明较强的酸性环境会对种子(种苗)造成较大伤害。

表4 不同pH值对角蒿种子萌发和种苗生长的影响

2.6 NaCl胁迫对角蒿种子萌发和种苗生长的影响

从表5可知，与对照组相比，随着NaCl胁迫浓度的增加，角蒿种子发芽率、发芽势和发芽指数均呈现下降趋势。不同浓度NaCl溶液处理下，种子发芽率差异极显著。25 mmol/L和50 mmol/L的NaCl处理组的发芽率均达到50%以上，发芽势基本一致，发芽启动时间也是2 d。随NaCl浓度的增加，发芽时间延后，150 mmol/L的NaCl处理组各项萌发参数最低，200 mmol/L的NaCl条件下，种子停止萌发。因此，角蒿种子具有一定耐盐能力，但高盐环境会抑制其萌发，影响种子活力。

表5 NaCl胁迫对角蒿种子萌发和种苗生长的影响

不同浓度的NaCl溶液对角蒿早期种苗生长影响显著(表5)。随着NaCl浓度的升高，角蒿种苗的胚轴与胚根长度均呈先增后降趋势。25 mmol/L的NaCl处理下的胚轴长度显著高于对照，胚根长亦高于对照但并未达到显著水平，说明低盐胁迫对种苗生长有一定促进作用。150 mmol/L NaCl处理组种苗仅生根，且出现黄化现象，说明胚轴对高盐环境更敏感。

2.7 贮藏时间对角蒿种子萌发的影响

从表6可以看出，室温贮藏1年的角蒿种子各项萌发参数与当年新采的种子相比呈极显著差异。室温存放1年的种子发芽率、发芽势及发芽指数分别为34.67%、20.67%、5.54，各项萌发参数显著降低，种子的起始发芽时间亦随贮藏时间的延长而推迟。由此可见，室温贮藏1年的种子活性显著降低，角蒿种子并不适宜室温长期贮藏。

表6 不同贮藏时间对角蒿种子萌发的影响

3 讨论与结论

种子形态特征不仅能表达一定量较为稳定的遗传信息，而且与种子的传播、萌发、对环境信号的感知等密切相关[14]。角蒿种子自开裂蒴果散落时发育至成熟胚阶段，胚根和下胚轴明显发育，因此无形态休眠现象，这与紫葳科其他种类植物的研究结果也一致[15-16]。角蒿种子小，质量轻，千粒重仅为(0.638±0.06)g，膜质的种翅环绕种子四周这利于其风力传播，且吸水后更易于附着在地表上，从而生根萌发。但也有研究指出，种翅可阻碍种子吸收水分、阻止胚根生长以及产生萌发抑制物来影响种子的萌发[17]。本实验中，不带翅组的发芽率与带翅组无显著差异，说明种翅中无化学抑制物质存在，亦未导致种子吸水障碍。但其发芽势与发芽指数差异显著，可能是由于角蒿种子的种翅边缘隆起，在一定程度上影响了种子正(腹)面接触水分，因而影响其吸水吸胀。

在种子萌发过程中是否需要光照由植物的遗传性和环境条件共同决定。本实验中，角蒿种子在光照和黑暗条件下均可正常萌发，且发芽率无差异，说明其属于光不敏感种子。但光照条件下种子的发芽势与发芽指数显著高于黑暗处理，说明光照在播种初期可显著提高种子萌发速度，可能是在光照下环境的温度略有升高使种子内部的各种代谢加强，从而加快了种子的萌发进程[18]。温度是种子萌发必要的外部条件之一，温度过高或过低会使膜的透性、膜结合的活性和酶变性而影响萌发[19]。在本实验中，20～25 ℃条件下种子萌发效果较好，说明角蒿种子为中温萌发型[20]种子。实验结束后曾将10 ℃、15 ℃与35 ℃处理组种子置于室温下进行复温处理，发现10 ℃与15 ℃处理组的角蒿种子仍有较高发芽率，而35 ℃处理组的种子已无法萌发，说明低温抑制种子萌发，而高温会导致种子失活。

土壤pH值是影响种子萌发的重要因素之一，酸性环境主要影响其对营养物质的吸收，碱性环境则影响营养成分的有效度[21]。在本实验中，角蒿种子在不同酸碱条件下均可萌发，在pH值为6时其各项萌发参数最高，高于或低于此值，种子萌发均受抑制，可能是因为强酸或碱性环境造成细胞内系统紊乱。与pH值为8的处理组相比，pH值为3与pH值为4的处理组发芽持续时间较长，均为7 d，而pH值为8处理组在发芽5 d后停止萌发。表明种子在偏酸条件下表现出一定的萌发分散性与延缓性[22]。在不同pH环境条件下，角蒿种苗生长与种子萌发呈现出类似趋势。pH值为7时最有利于种苗下胚轴生长，但胚根长度在pH值为6和7的条件下差异不显著，pH值为3时种子和种苗易失活。总的来说，中性偏酸环境最利于角蒿种子和种苗发育，而较强的酸性环境会对其造成致死性伤害。

盐胁迫会破坏种子细胞膜的结构和功能，从而导致代谢紊乱、活力降低乃至失去发芽能力[9]。在本实验中，随着NaCl浓度升高，种子发芽时间推迟，各萌发参数逐渐降低，200 mmol/L的NaCl浓度下种子不萌发。种苗在150 mmol/L条件下胚轴已不能生长，但在25 mmol/L的低盐环境下长势最佳，说明盐胁迫抑制种子萌发，但低盐环境对种苗生长有一定促进作用。

种子寿命的一般概念是指从种子采收到萌发率下降到50%所经历的时间，即种子的平均寿命，也称半活期[23]。在本实验中，室温储藏375 d的角蒿种子发芽率仅为34.67%，为短命种子，室温存放时其养分被成熟胚消耗从而导致种子失活。而当年新采集的种子发芽率高达80.67%，说明角蒿种子成熟时胚发育完全，无原生休眠情况。此结论与徐本美等[10]结论有出入，可能因试验种子风干时间过长，含水量较低导致种子失活，而储藏温度和种子含水量是影响贮藏期种子生活力的最主要因素[24]。因此，角蒿种子在室温环境下储藏1年便会失去种用价值，在实际育苗生产时，应储藏在低温环境中。但对其种子储藏的最适方式，仍需进一步研究。