滇黄精的种植方法(滇黄精图片)

滇黄精种子萌发及成苗特性初探

滇黄精PolygonatumkingianumColletHemsl为百合科黄精属植物,以根茎入药,具有补气养阴、健脾、润肺、益肾等功能。滇黄精的繁殖方式分为有性繁殖和无性繁殖两种,目前生产栽培上主要采用无性繁殖的方式,但无性繁殖出苗率低,且产生的苗参差不齐,严重影响滇黄精种苗的产量和质量,已经不能满足市场需求,因此需要加快滇黄精种子育苗技术的研究。滇黄精种子具有休眠现象,在自然条件下30d萌发率仅为32%,60d萌发率仅为73%,且萌发整齐度低,为滇黄精种子育苗造成了一定困难;其次,前人研究结果表明,在无性繁殖中,根茎顶芽形成后当年不出土,需要经过冬季低温在第二年甚至第三年才会出土,本研究前期结果同样表明,滇黄精种子萌发后约50～70d初生根茎芽完全形成并且形成顶芽,但顶芽不出土,具有根茎芽休眠现象,从而导致滇黄精有性繁殖的困难。本研究拟在对滇黄精种子萌发后的发育解剖学进行研究,并寻找一种能够有效解除种子休眠和根茎芽休眠的方法,为滇黄精种子育苗技术的推广和休眠机理的研究奠定基础。

滇黄精的功效与作用(滇黄精图片)

1试验材料

滇黄精种子采集于云南省香格里拉市德钦县红坡村,由笔者董学会教授鉴定。

2试验方法

21滇黄精种子萌发后的发育解剖学研究分别在滇黄精种子萌发后的第3、6、12、22天进行取样,保存于FAA固定液中,采用常规石蜡制片技术,番红?固绿对染;切片厚度为7μm,使用体视显微镜和光学显微镜观察并拍照。

22种子处理采集的滇黄精果实经搓洗得到干净种子,先后经1%次氯酸钠、10%双氧水消毒各15min,无菌蒸馏水冲洗5遍待用。分别用乙烯利(150、250、500mg/L)、S?亚硝基乙酰青霉胺(NO供体,简称SNAP)(20、50、150mg/L)、赤霉素(50、150、250mg/L)对滇黄精种子浸种24h,蒸馏水浸种作为对照。

23发芽试验处理后的种子播种于装有湿沙的发芽盒中,每个处理3个重复,每个重复36粒种子,并用parafilm封口膜进行封口。第11天开始调查萌发率,此后每隔1周调查1次,调查至53d,胚根突破种皮即视为萌发的标志。

24NO含量检测分别在处理后第0、7、14、21天对未萌发种子的内源NO含量进行检测,用冷冻组织研磨仪将种子研磨成粉末后,采用Griess试剂法(Sigma公司NO检测试剂盒)检测NO释放量,步骤参考说明书。

25乙烯释放量检测分别在处理后第7、21天取萌发种子和未萌发的种子对乙烯释放量进行检测,样品称重后立即放入青霉素小瓶中,密闭48h后取出,排水法集气到真空瓶中,气相色谱仪对乙烯浓度进行检测。

26出苗试验当滇黄精种子萌发后形成的初生根茎达到3mm左右时,将其取出播种于装有基质的育苗盘中,每个处理3个重复,每个重复20粒根茎。将育苗盘放置于4℃条件下,分别在贮藏第0、60、90、120天取出置于培养箱中,温度25℃,14/8h光暗交替。25d之后调查出苗率,调查至55d结束。

27数据分析利用SPSS220进行数据统计分析,显著性水平设置为P<005。

3结果分析

31滇黄精种子萌发后的发育解剖学研究图1展示了滇黄精种孔外结构的发育过程,滇黄精种子萌发中胚的发育很特别,胚的分化是在萌发后完成的。图1?E中已经形成了胚芽原基和胚根原基,但胚根原基还未开始分化(图1?G)。种子萌发6d后,肉眼观察到种孔外结构有一突起部分(图1?B);对其末端部分进行纵切,发现突起部分的胚芽原基(图1?H)较图1?F中更进一步分化;图1?I中的根尖结构已经分化出了根冠、分生区、伸长区。图1?C中的突起部位继续膨大,对子叶联结部位进行横切(图1?J),观察到在子叶联结中存在3束维管束,每束维管束由韧皮部和木质部组成,韧皮部被染成绿色,木质部被染成红色(图1?K);图1?L中,芽轴、生长点、叶原基已经初步分化;图1?L为主根横切,主根中只存在1束维管束且只有韧皮部存在。种子萌发22d后顶芽已经形成(图1?D),对其进行纵切,已经能明显看到生长点、芽轴、芽原基、叶原基的分化(图1?N);图1?O是顶芽的横切结构。从图1?N和图1?O中可以看到顶芽中细胞核分布密集,表明顶芽中细胞分裂较为旺盛。

A～D萌发后不同时期的种孔外结构,箭头所示为所要观察部分;A种子萌发3d后种孔外结构;B种子萌发6d后种孔外结构;C种子萌发12d后种孔外结构;D种子萌发22d后种孔外结构;E种子萌发3d后种孔外结构纵切;F、E中胚芽原基的放大;G、E中胚根原基的放大;H、I种子萌发6d后种孔外结构纵切;J种子萌发12d后子叶联结部分横切;K、J中维管束的放大;L种子萌发12d后球茎部分纵切;M种子萌发12d后主根部分横切;N种子萌发22d后顶芽部分纵切;O种子萌发22d后顶芽部分横切。Ge胚芽;Ra胚根;Rc根冠;Zd分生区;Ze伸长区;Vb维管束;Xy木质部;Ph韧皮部;Tb顶芽

注:图中不同的处理分别为赤霉素(50、150、250mg/L)、乙烯利(150、250、500mg/L)、SNAP(20、50、150mg/L)

32植物生长调节剂对滇黄精种子萌发率的影响

图2表明,从最终萌发率来看,乙烯利(150、250、500mg/L)、SNAP(150mg/L)显著促进了滇黄精种子的萌发率,分别为9444%、9444%、9537%、8704%;第11～25天,乙烯利和赤霉素(150mg/L)处理的滇黄精种子萌发速度较快,并与其它处理间差异显著。第25～39天,乙烯利处理的种子萌发率最高,其次是赤霉素(150mg/L)与SNAP(150mg/L),并与其它处理间差异显著。第39～53天,SNAP(150mg/L)处理较前期的萌发速度加快;乙烯利处理的种子萌发率依然处于最高水平;赤霉素(150mg/L)处理的滇黄精种子萌发速度降低。最终萌发率结果表现为乙烯利>SNAP>赤霉素>对照。乙烯利(500mg/L)、SNAP(150mg/L)、赤霉素(150mg/L)、CK的TGR50%分别为25d、32d、25d、46d;乙烯利(500mg/L)、SNAP(150mg/L)的TGR80%分别为46d、53d,赤霉素处理和CK的种子萌发率都未达到80%。此外,本研究结果表明乙烯利和SNAP的浓度越大,对滇黄精种子萌发促进效果越显著;赤霉素没有表现出此种浓度效应。

注:图中不同的处理分别为乙烯利(250mg/L)、赤霉素(250mg/L)、SNAP(150mg/L)。不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<005)

33植物生长调节剂对滇黄精种子萌发过程中内源NO和乙烯释放量的影响图3表明,在滇黄精种子萌发过程中,内源NO含量总体呈现先升高后降低的趋势,第7天和第14天时乙烯利和SNAP处理的内源NO含量较其它处理要高,且第7天乙烯利和SNAP处理与其它处理间差异显著。综合图2分析结果中乙烯利和SNAP的最终萌发率较高,推测NO对促进滇黄精种子萌发起重要作用。

注:图中不同的处理分别为乙烯利(250mg/L)、赤霉素(250mg/L)、SNAP(150mg/L)。不同小写字母表示同一类型的种子内不同处理间差异显著(P<005)

图4表明,在相同处理条件下,萌发的种子都比未萌发种子的乙烯释放量要高,推测在滇黄精种子萌发过程中乙烯释放量是增加的趋势。在未萌发种子中,乙烯释放量高低表现为乙烯利>SNAP>赤霉素>CK;最终萌发率结果表现为乙烯利>SNAP>赤霉素>CK,这与乙烯释放量的高低表现相同,推测乙烯对促进滇黄精种子萌发起重要作用。在萌发种子中,乙烯释放量高低表现不同,可能是由于在萌发前与萌发后乙烯的调控机制不同引起的。

34初生根茎的低温处理对出苗率的影响图5表明,由滇黄精种子萌发形成的初生根茎的低温处理能够加快常温条件下的出苗率和出苗整齐度,且出苗速度与低温贮藏时间呈正相关关系。低温贮藏90d后,转至常温下42d时出苗率达到93%,持续出苗时间为14d;低温贮藏120d后,转至常温下42d时出苗率达到96%,持续出苗时间为15d。在27～36d期间,低温贮藏90d的出苗率和出苗速度都显著高于低温贮藏120d,第36d之后,二者之间的出苗率无显著差异。在27～34d期间,低温贮藏60d的出苗率显著高于低温贮藏90d,但第34天之后,低温贮藏90d的出苗速度加快且出苗率显著高于低温贮藏60d。未进行低温处理的滇黄精的初生根茎的出苗率仅为3%

注:图中不同处理分别为将初生根茎在4℃条件下贮藏0、60、90、120d

4讨论

张跃进等起初的研究结果表明,黄精(Polyg?onatumsibiricum)果实在成熟时种子的胚形态构建已经基本完成,组织发育完全,因此黄精种子的休眠不存在形态休眠。王剑龙等利用石蜡切片对黄精种子的萌发过程进行过研究,其研究表明,在黄精种子萌发前形成的是不完全胚,还未分化成明显的子叶、胚芽和胚根,在黄精种子萌发后胚才逐渐分化完全,证明黄精种子存在形态休眠。本研究中萌发后的发育解剖结果表明,滇黄精与黄精在萌发后发育规律具有一致性,但也存在不同点:二者的子叶联结和主根部位的维管束不同,黄精子叶联结中存在

2束不同的维管束,滇黄精中存在3束维管束;黄精主根中的维管束为六源辐射状,但在滇黄精中并没有发现。本研究结果同样表明,滇黄精种子存在形态休眠。

在第11～25天,乙烯利和赤霉素(150mg/L)处理的滇黄精种子萌发速度较快,SNAP(150mg/L)处理的滇黄精种子萌发速度较慢,表现在三者的TGR50%分别为25d、25d、32d;25d之后赤霉素处理的萌发速度降低,SNAP处理的萌发速度加快,表现在乙烯利、SNAP的TGR80%分别为46d、53d,而各个浓度的赤霉素处理萌发率均未达到80%。根据以上分析推测,赤霉素对滇黄精种子萌发起启动作用,但维持作用较弱;SNAP对滇黄精种子萌发的启动作用较弱,维持作用较强;乙烯利二者作用兼具。前人研究表明,乙烯对拟南芥、莴苣、水芹等种子的萌发具有显著的促进作用,研究认为乙烯能够促进种子萌发有可能是通过促进种子胚乳帽部位细胞壁的裂解、细胞的扩大、提高种子的呼吸速率和对水分的吸收等作用来实现的。研究表明种子的萌发与胚乳弱化程度有关,而乙烯提高了莴苣种子胚乳帽部位纤维素酶的活性和2种相关基因(Ls?CEL1、LsCEL2)的表达量,提高了胚乳的弱化程度;乙烯不能单独对种子萌发起作用,而是通过和ABA相互作用来调节种子的萌发;乙烯处理会提高莴苣种子的胚乳弱化程度,但ABA会减弱胚乳弱化程度,ACC处理能够降低ABA对水芹种子萌发的抑制作用,拟南芥的etr1突变体萌发率与野生型相比极低,但同时对ABA的敏感性也提高,乙烯可能并不会改变ABA的内源含量,而是通过降低对ABA的敏感性促进种子的萌发,研究表明乙烯和ABA信号通路之间存在相互作用。前人研究表明NO与乙烯在促进种子萌发进程中具有相互作用,在拟南芥种子中,NO引起的蛋白翻译后调控对乙烯的产量具有重要的影响,NO的积累能够使ACO和ASC发生亚硝基化作用,从而刺激乙烯的生物合成;NO可能也会影响乙烯的信号途径,因为EREBPs是由NO介导引起的,这个因子在胚乳破裂之前被NO诱导。本研究表明,在未萌发的种子中,SNAP处理与乙烯利处理都显著促进了乙烯的释放量,同时二者对NO含量也具有促进作用。综合以上分析推测,在滇黄精种子萌发进程中,乙烯起着重要作用,NO对种子萌发的促进作用是通过乙烯实现的,并且二者之间具有相互作用。本研究根据滇黄精种子萌发率的情况,选取各处理的其中一个浓度对滇黄精种子萌发过程中的NO含量和乙烯释放量进行检测,同时没有对乙烯释放量的动态变化进行研究,这是本研究的两点不足。本研究证实了乙烯利和SNAP对滇黄精种子萌发具有显著的促进作用,但其机理不清楚,尚待研究。

具有芽休眠的植物,往往需要经过冬季的休眠,达到足够的需冷量,第二年春季才会萌芽。本研究表明,出苗速度与初生根茎的低温处理时间呈正相关关系。低温处理90d与低温处理120d后的最终出苗率虽无显著差异,但低温处理120d的前期出苗速度显著高于低温处理90d,这在育苗生产中具有很大的意义。在本研究中,当滇黄精的初生根茎直径达到3mm左右时取出开始进行低温处理,若在滇黄精种子萌发后的不同阶段进行低温处理是否对出苗率具有不同的影响,还需进一步研究。有学者将木本植物的芽休眠分为3个阶段:初生休眠、内生休眠、生态休眠,滇黄精的根茎芽休眠是否遵循此规律尚未被研究。此外,滇黄精育苗所需的最佳需冷量以及低温对其根茎芽休眠的解除机制仍需更深入的探究。前人研究表明,将黄精根茎置于0～2℃条件下60d,18d的出苗率可达91%,但长期的冷冻温度是否会对初生根茎造成伤害,此研究结果还需被探讨。

在本研究中,乙烯利(500mg/L)处理滇黄精种子能够加快其萌发,而4℃低温处理滇黄精初生根茎能够提高出苗率并提高出苗整齐度,因此本研究为滇黄精种子快速育苗方法的研究奠定了基础。