牛至种子萌发特性研究

刘艳，卓维，黄红燕，任风鸣

（重庆市药物种植研究所特色生物资源研究与利用川渝共建重点实验室，重庆 南川 408435）

牛至（Origanum vulgareL.）是唇形科牛至属一种重要的经济植物，在我国西北、华北及长江流域以南地区都有分布，生于海拔500～3 600 m的路旁、山坡、林下及草地，欧、亚两洲及北非也有分布，北美亦有引入［1］。牛至精油具有抑菌消炎、抗氧化、促进动物生长、提高动物机体免疫力等作用，是一种理想的抗生素替代品，已是世界范围内公认的天然饲料添加剂［2-6］。

牛至在我国虽分布广泛，但野生资源量较少，近年来随着需求量的增加，野生资源也因被无序采挖而破坏严重［7］。根据农业农村部第194号公告，我国从2020年7月1日起禁止使用抗生素类饲料添加剂。畜牧养殖业体量庞大，随着“禁抗”令的颁布实施，以牛至精油为代表的“替抗”产品需求将激增，国内牛至精油市场缺口将进一步拉大。

牛至在西班牙、墨西哥和地中海地区的饮食中被作为香料长期使用，因此人工种植较多［8-9］。国内牛至人工栽培起步晚、规模小［10］，目前牛至精油生产仍主要依赖野生资源供给，并且在市场流通中混伪品较多，远不能满足规模化生产的需求［11］。因此，牛至产业的发展首先要解决资源匮乏、供应不足的瓶颈问题。

目前国内牛至种植及繁育方面的研究相对较少，仅有少量育种、人工引种栽培、繁育系统、扦插及组培方面的研究报道［7，12-17］。利用种子繁殖是植物最重要的繁殖方式，对种子萌发特性及其发芽影响因素的了解是对其扩繁的基础，种子萌发情况的好坏会对种苗培育效率产生直接的影响。本研究开展了不同环境因子及不同贮藏条件下牛至种子的萌发试验，旨在摸清牛至种子在不同萌发条件下的发芽情况，为实际生产中利用种子扩繁牛至种苗提供理论依据，对于扩大牛至资源量，实现牛至产业可持续发展具有重要意义。

1 材料

试验所用牛至种子来源于野外采集，于2019年10～11月及2020年10～11月分别采自云南省丽江、大理等地，采回后搓皮净种。野外植株经重庆市药物种植研究所刘正宇研究员鉴定为牛至（Origanum vulgareL.）。所采牛至的苞片呈现紫色、花为粉红色，根据中牛至亚种的检索表［18］，此亚种为Origanum vulgareL.ssp.vulgareL.。开展试验前对种子进行消毒，用0.5%的高锰酸钾溶液浸泡30 min，用蒸馏水清洗3遍备用。

2 研究方法

2.1 不同温度条件下牛至种子萌发试验

于2021年3～4月开展试验。在培养皿底部铺垫吸水纸和滤纸，加入适量蒸馏水，挑选大小均匀、饱满的牛至种子，播撒在滤纸上，用封口膜将培养皿盖子周围密封好，保持水分，放进RDN-260B型人工气候箱中进行萌发试验。设置5个恒温条件：①15℃、②20℃、③25℃、④30℃、⑤35℃，光照强度2 500 lx，湿度70%。每个处理50粒，重复3次。以胚根长至种子一半长度视为萌发，记录萌发时间，在萌发开始后14 d统计发芽数。

2.2 不同光照强度下牛至种子萌发试验

于2021年6～8月开展试验。培养皿同前处理，设置7个光强条件：①黑暗、②500 lx、③1 000 lx、④1 500 lx、⑤2 000 lx、⑥2 500 lx、⑦3 000 lx，播撒牛至种子，用封口膜将培养皿盖子周围密封好，黑暗处理为用锡箔纸全部包裹培养皿，放进人工气候箱中。温度25℃，湿度70%。每个处理50粒，重复3次，萌发后14 d统计发芽数。

2.3 不同土壤含水率条件下牛至种子萌发试验

于2021年4～5月开展试验。设置2种土壤条件：Ⅰ土壤、Ⅱ添加沙子的土壤（土壤：细沙=3：1）。将准备好的细土和细沙进行高温高压（121℃、105 Pa）灭菌。设置6个含水率梯度，处理Ⅰ每个培养皿中加入50 g细土，处理Ⅱ加入30 g细土和10 g细沙，混匀，加入蒸馏水，使其含水率分别达到①10%、②20%、③30%、④40%、⑤50%、⑥60%，播撒牛至种子，用封口膜将盖子周围密封好，放进人工气候箱中。设置光照强度为2 500 lx，温度25℃，湿度70%。每个处理50粒，重复3次，萌发后14 d统计发芽数。

2.4 不同贮藏条件下牛至种子萌发试验

牛至种子贮藏试验采用4种贮藏方式：Ⅰ室温干藏、Ⅱ室温沙藏、Ⅲ4℃沙藏、Ⅳ-20℃沙藏。干藏为将种子放入纸袋中，放置在常温室内。沙藏为将种子放入湿沙（湿度5%左右）中，然后分别放置在常温室内、4℃冰箱冷藏、-20℃冰箱冷冻。经常加水，保持沙子湿度。新鲜种子采收后即开展一次萌发试验，以记录统计初始种子发芽率、发芽势及发芽指数。于2019年12月开始贮藏试验，根据播种季节（春播、秋播）设置分别贮藏①90 d、②120 d、③150 d、④300 d、⑤450 d、⑥660 d，取出部分种子进行萌发试验，剩余的继续贮藏。人工气候箱温度设置为25℃，光照强度2 500 lx，湿度70%。每个处理50粒，重复3次，萌发后每天记录发芽数。

2.5 数据计算及统计分析

发芽率、发芽势、发芽指数、出苗天数计算方法如下：

出苗天数（d）=发芽日期-播种日期。

采用Excel 2013进行数据计算，使用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA）及多重比较（LSD法）（P=0.05），数据取平均值±标准差。用GraphPad Prism 8.0软件进行绘图。

3 结果与分析

3.1 不同温度对牛至种子萌发的影响

试验结果显示，牛至种子在萌发温度为20℃和25℃时发芽率比较高，分别为（88.00±3.46）%和（88.67±8.33）%；在温度35℃时发芽率最低，仅为（6.00±2.00）%（图1A）。就出苗天数而言，牛至种子在25℃时出苗时间最短，为2 d，在15℃、20℃、30℃及35℃时 出 苗时间 延 长，为4～7 d不等（图1B）。

图1 不同温度条件下牛至种子发芽率（A）及出苗天数（B）变化Fig.1 Variation of seed germination rate（A）and emergence days（B）of O.vulgare ssp.vulgare under different temperature conditions

综合牛至种子发芽率及出苗天数来看，在25℃时发芽情况最好，出苗时间最短且发芽率高，温度较低或较高其出苗时间都有所延迟，温度太高（35℃以上）并不适宜其种子萌发，因此在播种时最好选择25℃左右的环境温度，能有较好的出苗效果。

3.2 不同光照强度对牛至种子萌发的影响

牛至种子在黑暗～光照强度3 000 lx下发芽率均较高，没有显著差异（图2，A），最高达到（91.33±8.33）%（光照强度2 000 lx）。黑暗～光照强度1 000 lx时出苗天数为2 d，1 500 lx～3 000 lx时为3 d（图2，B）。

图2 不同光照强度下牛至种子发芽率（A）及出苗天数（B）变化Fig.2 Variation of seed germination rate（A）and emergence days（B）of O.vulgare ssp.vulgare under different illumination intensity

结果表明，黑暗和光照条件下牛至种子均能很好萌发，光照强度对牛至种子发芽率影响较小，总体出苗天数也相近，说明光照强度对其发芽过程的作用较小，不是影响其种子萌发的主导因素。光照强度1 500 lx以上时存在一定的影响，出苗时间有所延迟。

3.3 不同土壤含水率对牛至种子萌发的影响

在处理Ⅰ（土壤）中，牛至种子在土壤含水率50%时发芽率最高，为（66.00±14.42）%；在10%时发芽率最低，仅为（6.67±9.87）%（图3，A）。出苗天数结果显示，土壤含水率10%～20%时出苗很慢，需要10 d时间才能出苗；30%～60%时出苗时间为3～5 d左右（图3，B）。在处理Ⅱ（土壤：细沙=3：1）中，牛至种子在土壤含水率10%时未出苗，在20%～60%时发芽率均较高，40%时发芽率最高达到（72.67±9.45）%（图3，A）。出苗时间较一致，均为4 d（图3，B）。

图3 不同土壤含水率条件下牛至种子发芽率（A）及出苗天数（B）变化Fig.3 Variation of seed germination rate（A）and emergence days（B）of O.vulgare ssp.vulgare under different soil moisture content

综合而言，牛至种子在土壤含水率40%～50%左右时发芽率较高，出苗时间较短，适合萌发。在土壤含水率10%～20%时发芽率很低且出苗很慢，因此在实际生产播种时要经常浇水，保证足量的水分供应。

3.4 不同贮藏方式、时间对牛至种子萌发的影响

试验结果显示，新采收种子的发芽率、发芽势及发芽指数最高（图4），说明牛至种子不具明显的休眠现象。随着贮藏时间的增加，其发芽率、发芽势及发芽指数总体呈现降低的趋势（图4）。四个处理在贮藏120 d前后，发芽率、发芽势、发芽指数均出现低谷（图4），同时均出现发芽延迟（图5）。在贮藏0～660 d之间，四个处理的发芽率、发芽势、发芽指数均呈现波状分布。处理Ⅰ、Ⅳ呈现降升降的波状规律，处理Ⅱ、Ⅲ比处理Ⅰ、Ⅳ波动周期短，频率高，处理Ⅱ在贮藏450 d和660 d时出现波幅增加，处理Ⅲ在贮藏660 d时出现波幅增加（图4）。

图4 不同贮藏条件下牛至种子发芽率（A）、发芽势（B）及发芽指数（C）变化Fig.4 Variation of seed germination rate（A），germination energy（B）and germination index（C）of O.vulgare ssp.vulgare under different storage conditions

总体而言，贮藏0～300 d，处理Ⅲ、Ⅳ（低温贮藏）比处理Ⅰ、Ⅱ（室温贮藏）的发芽率、发芽势及发芽指数高，贮藏300～660 d，处理Ⅰ、Ⅱ比处理Ⅲ、Ⅳ的发芽率、发芽势及发芽指数高（图4），说明低温冷藏或冷冻在1年内效果比常温贮藏好，超过1年后效果下降。

整体出苗时间为3～5 d左右，随着贮藏时间的增加均呈现出延长的趋势，-20℃沙藏660 d时出苗时间明显延长至9 d（图5）。因此牛至种子贮藏时间不宜过长，贮藏超过2年其出苗时间越来越延迟，不适合应用于大批量育苗工作中。

图5 不同贮藏条件下牛至种子出苗天数变化Fig.5 Variation of emergence days of O.vulgare ssp.vulgare under different storage conditions

4 讨论

4.1 弱光照有可能加快牛至种子萌发

光照强度对种子萌发具有重要影响，合适的光照环境是一些植物种子萌发、幼苗建植的关键［19］。不同植物种子萌发对光照有不同的需求。赵富王等研究了光照对陕北退耕地植物种子萌发的影响，发现香青兰、铁杆蒿、益母草、菊叶委陵菜和败酱在光照条件下种子萌发率显著高于黑暗条件下，而狗尾草则为相反情况，白羊草、大针茅、杠柳和紫丁香的种子萌发率在两种条件下无显著差异［20］。赵明等通过对六种草地植物的研究发现，防风、角蒿和黄金菊的种子萌发率不受光照强度影响，而反枝苋、大果琉璃草和紫菀种子喜弱光或中等光照［21］。郭霏等研究表明沙葱有光休眠现象，为需暗种子［22］。本试验中，黑暗和光照条件下牛至种子的发芽率没有显著差异，而在光照强度1 500 lx以下时出现出苗时间短的现象，说明较弱光照可能会加快牛至种子萌发，其生理原因还有待进一步研究。

4.2 土壤含水量过高牛至种子种苗存在霉变腐烂风险

水分是植物种子萌发的必要条件。一般来说种子萌发时的含水量明显高于贮藏期间的含水量，也高于种子成熟期的含水量，足量的水分使胚内的蛋白质等大分子及细胞器活化，促进种子萌动［23］。土壤含水率过低会使种子受到水分胁迫，吸水量不足，萌发率降低，萌发时间延长［24］。过高的土壤含水量会造成积水环境，长时间浸泡会导致种子无氧呼吸，霉菌感染，使其腐烂从而降低出苗率［25-26］。我们在试验过程中发现土壤含水率50%～60%时，由于培养皿封闭环境的积水浸泡，培养皿内发霉现象较其他处理明显，发霉可能是由于种子消毒、土壤灭菌不彻底或实验操作过程造成，因此在实际生产中过高的土壤含水率就增加了种子的霉变风险。此外还发现有萌发的幼苗被浸泡腐烂的现象，也会造成牛至种苗损失，因此在生产育苗时应注意排水、通风，防止土壤积水。

4.3 贮藏对牛至种子萌发影响较大

未贮藏的新鲜牛至种子育苗效果最好（图4-图5），随着贮藏时间的增加，其发芽率、发芽势及发芽指数总体呈现降低的趋势，因此尽量使用最近采集的种子来进行育苗、直播等。贮藏温度是影响种子寿命的关键因素之一，一般来说，贮藏温度高、呼吸作用强不利于种子生活力的保持，低温贮藏时种子的呼吸作用较弱，内部营养物质消耗较慢，能使种子寿命延长［27-28］，但是也有一些研究显示有常温贮藏效果优于低温贮藏的情况［29］。本试验中，牛至种子发芽率、发芽势和发芽指数在各贮藏条件下，均呈现波状分布（图4）。在贮藏0～660 d范围内，贮藏120 d前后均出现出苗时间延长，发芽率、发芽势和发芽指数低谷，可能是因为种子在贮藏前期有一定量的活跃有机成分，随着贮藏时间的延长逐渐消耗或转化成稳定有机成分，影响了发芽。贮藏120 d以后，随着细胞的活动，部分稳定有机成分少量活化，一定程度上促进了发芽。因此，牛至种子可能存在轻度的后熟现象，生理验证有待进一步研究。

本研究通过探索不同温度、光照强度、土壤含水率及不同贮藏方式、时间对牛至种子萌发的影响，发现牛至种子无明显休眠现象，最适萌发温度为25℃，需要40%～50%左右的土壤含水率，光照强度不是影响萌发的主导因素，4℃沙藏和-20℃沙藏在1年内比室温干藏和室温沙藏效果好，之后效果下降。因此在牛至实际生产育苗中，要注意选择适宜的气温及水分条件，播种尽量使用新采集的种子，其发芽率、发芽势及发芽指数都较高，出苗时间短，出苗效果好，如剩余种子需要贮藏，可根据计划贮藏时间综合考量贮藏成本和生产需要来选择适合的贮藏方式。