藏茴香种子萌发特性研究

孙 悦, 包旭宏, 陈红刚, 王彦峰, 谢鑫明

(1.甘肃中医药大学, 兰州 730000; 2.甘肃奇正藏药股份有限公司, 兰州 730000)

藏茴香(CarumcarviL.)又名葛缕子,藏名“裹牛”, 多年生草本植物,为双子叶植物伞形科(Umbelliferae)葛缕子属(Carum)藏茴香的果实,秋季果实成熟时割取全株,阴干,打下果实,除去杂质。为双悬果,呈细圆柱形,两端略尖,微弯曲顶端残留柱基,基部有细果柄,长2～5 mm,直径1.5～2 mm;表面黄绿色或灰棕色。分果长椭圆形,面有纵脊线5条,合生面平坦,有沟纹,质硬,横断面略呈五边形或六边形,中心黄白色,具油性;香气特异,叶麻辣。植株高60 cm,果实与苘香、小苘香的果实极为相似,藏苘香的叶子柔软而状如羊齿植物,小小的棕色果实有些卷曲,一簇簇的花丛呈粉红色或白色。具有温中健脾、驱风祛寒的功效。用于治疗寒滞胃痛、胃寒呃逆、腰痛、寒滞腹痛、疝气。藏茴香主要化学成分为葛缕酮(Carvone),其次还有柠檬烯(Limonene)、二氢葛缕酮(Dihydrocarvone)、D-二氢香苇醇(D-dihydrocarveol)、L-异二氢香苇二醇(L-isodihydrocarvediol)、D-紫苏醛(D-perillaldehylde)、D-二氢蒎脑(D-dihydropinol),脂肪油中含棕榈酸(Palmitic acid)、油酸(Lieic acid)、亚油酸(Linoleic acid)[1]。根含镰叶芹醇酮(Falcarinoloen)、油酸(Oleic acid)、镰吉芹二酮(Fal-carinione),花的挥发油主要含α-蒎烯(α-pinene)、3-蒈烯(3-carene)。藏茴香的根部及果实都可入药,根部入药可以祛风湿,治疗关节痛等病,果实入药可以治疗胃病、心脏病等疾病,现代药理研究表明,藏茴香具有治疗白癜风、明目、平喘、利胆的功效[1]。

在中国,藏茴香主要作为常用藏药,其他用途较少,在国外,藏茴香被广泛用于牙膏、香水、空气清新剂、化妆品、洗涤用品、酿酒、肥皂等,是一种非常古老的香料[2]。除此之外,藏茴香还被广泛用于食品添加剂和调味品中。人工栽植于北欧、非洲及俄罗斯,目前国内多分布于青海、西藏、四川等省(区),主要生长在海拔800～4 000 m的草原、河滩、沼泽、草甸等[3-4]。藏茴香在中国藏区境内分布广泛,百姓也将藏茴香嫩叶作为山野蔬菜和馅料食用,足见其价值之高,应该对其种质资源进行合理开发利用。但目前藏茴香基本处于野生状态,人工栽培较少,种子自然萌发率较低[5-7],一直未实现规模化人工栽植。沈宁东等[8]研究表明,藏茴香种子休眠的原因是种子中含有内源萌发抑制物,并且种子有后熟作用,藏茴香种子水提液对不同青稞品种种子的萌发和幼苗生长均有一定的抑制作用,种子发芽率、发芽势、活力指数、发芽指数和根长、苗高、根鲜质量、苗鲜质量等指标均较对照有所下降。目前关于藏茴香的相关研究资料较少,以资源调查、资源开发和种子研究工作明显不足。因此,本试验研究藏茴香种子的休眠特性,探索打破藏茴香种子休眠及提高种子发芽率和发芽势的方法,为开展藏茴香的人工培育相关研究提供理论依据和技术支撑,进一步实现藏茴香的大规模化人工栽植。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在甘肃中医药大学药学实验中心进行,所用仪器与试剂见表1。试验所需藏茴香种子来源于青海西宁市场。经甘肃中医药大学杜弢教授鉴定为藏茴香种子。

表1 试验仪器与试剂

1.2 试验方法

1.2.1种子沙藏

随机称取风干藏茴香种子20 g,装入孔径为0.8～1.0 mm的尼龙网袋中,分3个阶段变温沙藏。第一阶段:7 ℃沙藏20 d;第二阶段:4 ℃沙藏20 d;第三阶段:0 ℃沙藏20 d。取出后将沙藏种子置于4 ℃种子储藏柜中保存。

1.2.2种子性状观察

随机挑选5粒沙藏前后饱满的藏茴香种子用蒸馏水冲洗干净表面的泥沙,在体式显微镜下观察种子形状、颜色、纵剖面及表面特征等。取沙藏前后种子各20粒,测量其长度、宽度。种子千粒重测定:随机选取100粒藏茴香种子称重,重复3次,换算成千粒重。

1.2.3种子生活力的测定

试验采用TTC法(氯化三苯四氮唑)测定。把沙藏前后的种子各取50粒,室温浸泡24 h使其吸胀,将种子沿胚轴切成两半,放入培养皿中加入0.1%的TTC染液,在20 ℃放置40～60 min,用无菌水冲洗2～3次,冲洗后观察其染色状况。

1.2.4种子吸水率的测定

随机称取风干藏茴香种子2份,每份1.0 g,其中一份对其种皮进行打磨,以不损伤胚乳为宜,另一份不做处理(ck),每个处理加入50 mL蒸馏水浸泡,在2,4,6,12,24,48 h后,称量种子吸水量,用吸水纸吸干表面水分后再称重,重复3次。计算种子吸水率,并绘制种子吸水速率图。

吸水率/%=[(种子吸水后重-种子干重)/种子干重]×100%。

1.2.5低温沙藏和赤霉素处理对发芽率的影响

随机取风干藏茴香种子6份,每份150粒,设置低温沙藏和不同浓度赤霉素处理,以未沙藏种子为对照(ck),具体试验设计方案见表2。用0.5%的NaClO和吐温-80对供试种子消毒40 min,按照棋盘法摆放在纸床上,每皿50粒,3次重复,20 ℃恒温培养,光照时间12 h/d,观察每天发芽情况,统计发芽率。

表2 不同处理设计方案

发芽率/%=(发芽种子数/供试种子数)×100%;

发芽势/%=(第5天发芽种子数/供试种子数)×100%;

发芽指数=∑Gt/Dt,式中:Gt为第t天种子的发芽数;Dt为相应的发芽天数。

1.2.6数据分析

使用Microsoft Excel2016软件进行数据处理及作图,采用SPSS17.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 沙藏前后藏茴香种子性状差异

藏茴香种子为长卵形,表面有5条凸起的纵棱,沙藏前藏茴香种皮呈棕绿色至黄绿色,沙藏后藏茴香种子表皮颜色加深(图1),而沙藏前后种子的形态大小差异不大(表3)。

图1 沙藏前后藏茴香种子形态比较

表3 沙藏前后藏茴香种子大小比较

2.2 沙藏前后藏茴香种子结构及生活力差异

凡有生活力的种子胚部,在呼吸作用过程中都有氧化还原反应,而无生命力的种子则无此反应。对藏茴香种子形态及解剖结构观察发现,藏茴香种子由种皮、胚、胚乳3部分组成,且比较沙藏前后的胚可知(图2c,图2d),沙藏前的胚发育尚不完全,生理上还没有完全成熟,而沙藏后的胚开始伸长,胚已发育完全。从试验结果来看,沙藏后的千粒重由1.933 g下降至1.759 g,但胚率由36.24%增长至85.01%,生活力由52.67%增长至79.33%,且沙藏后的种子胚染色更深(图2a,图2b),呼吸作用明显增强,脱氢酶的活性亦大大增强。说明在低温沙藏的过程中促进了藏茴香种子胚的生长。

2.3 种子吸水率

藏茴香种子吸水过程主要有3个时期(图3):快速吸水期、缓慢吸水期和近饱和期。打磨种皮种子前2 h的吸水速率快速上升,4～6 h的吸水率上升平稳,12 h后吸水率趋于平缓,24 h吸水率达 117.77%的近饱和状态;未处理(ck)种子前24 h的吸水率持续上升,24 h吸水率达100.50%的近饱和状态。上述结果表明,藏茴香种子不存在吸水障碍,种皮对其萌发没有影响。

图3 不同浸泡时间藏茴香种子的吸水率

注:不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

2.4 不同处理对藏茴香种子萌发的影响

试验结果(表4)显示,处理A藏茴香种子的发芽率(34.67%)显著高于ck及处理B、处理C、处理D、处理E,处理B、处理C、处理D、处理E种子的发芽率均显著低于ck。ck和沙藏后种子经过赤霉素浸种的处理B、处理C、处理D、处理E发芽率和发芽势均不到10%,且随着赤霉素浓度的增加藏茴香的发芽率没有增高。说明低温沙藏能够提高藏茴香种子的萌发率,赤霉素对藏茴香种子萌发没有促进作用,相反赤霉素对种子活力产生了一定的负面抑制作用,具有抑制种子发芽率的趋势,各处理间发芽指数的差异不显著。

表4 不同处理对藏茴香种子萌发的影响

3 结论与讨论

沈宁东等[9]研究表明,藏茴香种子休眠与种皮机械阻力无关,种子中存在着内源抑制物质和后熟作用是造成种子休眠的主要原因,藏茴香种子休眠类型为形态生理休眠。种子形态生理休眠是5种种子休眠类型中最复杂的一种,该类型同时含有形态休眠和生理休眠[10]。种胚的分化是MPD种子萌发的先决条件,且分化的种胚需要生长到一定的阈值才可以萌发,王蕾等[11]研究发现,大花贝母经沙藏后其种胚从点状胚逐步发育至线性胚,从而完成休眠的解除。赵春香等[12]研究表明,低温砂藏处理有利于银杏种子种胚的生长。藏茴香种子经过低温沙藏后,种子的胚率由未处理的36.24%增长到85.01%,种子发芽率和发芽势分别上升至34.67%和9.33%,与未沙藏种子对比显著提高,本试验结果与沈宁东等[9]的研究结论一致,低温沙藏能够有效破除藏茴香种子的休眠。

藏茴香种子由种皮、胚、胚乳3部分组成,种胚未发育成熟,低温沙藏可以促进胚的生长,提高发芽指标,而赤霉素对藏茴香种子萌发没有促进作用。参照Baskin等[13]、付长珍和郭宝林[14]、姚林军等[15]对MPD种子休眠的分类:如果种子萌发需要低温沙藏,则种子休眠类型可分为中度复杂、深度复杂两类,再根据赤霉素能否替代低温沙藏促进萌发判断具体是哪一类,由于藏茴香种子在低温沙藏下,胚根能够突破种皮,但赤霉素不能促进种子萌发,所以藏茴香种子的休眠类型为深度复杂形态生理休眠。本研究中,低温沙藏可显著提高藏茴香种子的发芽势及发芽率,且种子出苗也较为整齐。对种子进行沙藏处理,目的是让种子进行生理后熟,软化种皮,改善种壳透性,增加通透性;使种子的内源激素发生变化,发芽抑制素逐渐减少,生长激素增加,增进种子内部的新陈代谢,同时有利于萌发促进物质与萌发抑制物质之间的平衡,从而解除休眠促进萌发[16]。赤霉素是一种应用及研究上常用的植物激素,它可以促进细胞延长和分裂,对具有休眠特性的种子,生产实践中通常选用赤霉素作为打破休眠的激素,促进种子萌发,赤霉素质量浓度不够或超过适宜质量浓度,都不足以使种子发芽。藏茴香在该方法下种子萌发率较低,若搭配其他激素与赤霉素一起浸种或改变环境条件,是否会进一步提高藏茴香种子的萌发率,还有待进一步的实验与探索。