角蒿和黃花角蒿種子萌發特性及其對鹽分和干旱脅迫的響應

馬英 楊怡然 曾彥軍

摘要? 探究角蒿（Incarvillea sinensis var.sinensis）和黃花角蒿（I.sinensis var.przewalskii）種子的萌發特征和抗逆性。結果表明，參試角蒿和黃花角蒿種子都具有快速萌發的特征，但它們的適宜萌發溫度和萌發抗逆性存在一定差異。角蒿種子的適宜萌發溫度為25 ℃，黃花角蒿種子的適宜萌發溫度為25 ℃和20/30 ℃。相對而言，角蒿種子對鹽分和干旱脅迫的抗逆性更強。此外，角蒿種子在形狀、大小、千粒重和生活力等方面均優于黃花角蒿種子。該研究結果有助于更好地利用這2種植物的種質資源，提高其生產利用效率。

關鍵詞? 種子萌發；休眠；溫度；生活力

中圖分類號? S567.2?? 文獻標識碼? A?? 文章編號? 0517-6611（2024）07-0041-05

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2024.07.011

Seed Germination Characteristics and Response to Salinity and Drought Stress in Incarvillea sinensis var.sinensis and I.sinensis var.przewalskii

MA Ying，YANG Yi-ran，ZENG Yan-jun

（State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agroecosystems，Lanzhou University/College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou，Gansu? 730020）

Abstract? The aim of this study was to investigate the germination characteristics and stress resistance of Incarvillea sinensis var.sinensis and I.sinensis var.przewalskii seeds.The results showed that both species had rapid germination characteristics，but there were differences in their optimal germination temperature and stress resistance.The optimal germination temperature for I.sinensis var.sinensis seeds was 25 ℃，while for I.sinensis var.przewalskii it was 25 ℃ and 20/30 ℃.Moreover，I.sinensis var.sinensis exhibited stronger resistance to salt and drought stress.Additionally，I.sinensis var.sinensis seeds were superior to I.sinensis var.przewalskii seeds in terms of shape，size，thousandseed weight，and vigor.These results contribute to better utilization of the seed resources of these two plants and to improving their production and utilization efficiency.

Key words? Seed germination;Dormancy;Temperature;Viability

植物種質資源是植物生產和生態建設的重要基礎性材料，種子收集、保存、評價與利用是極為重要的基礎性工作。目前我國已建成多個國家級植物種質資源庫，收集保存了大量的野生植物種質資源。據統計全世界約有33萬種植物，我國約有3.6萬種。但與擁有豐富的植物種質資源不相匹配的是，目前尚有許多極具價值的鄉土植物種質資源還未得到人工選育和栽培利用［1-4］。如紫葳科（Bignonianceas）角蒿屬（Incarvillea）植物就是其中一例。角蒿屬植物在全世界約有15種，我國有11種3變種，主要分布在甘肅、青海、陜西和四川西部等地［5］。分布于甘肅省的有3種2變種，分別是角蒿（Incarvillea sinensis var.sinensis）、黃花角蒿（I.sinensis var.przewalskii）、兩頭毛（I.arguta var.arguta）、密生波羅花（I.compacta）和長梗兩頭毛（I.arguta var.longipedicellata）。角蒿屬植物多為一年生植物，植株可生長至80 cm。 角蒿花冠淡玫瑰色或粉紅色，花大，花色鮮艷，個體花期平均可持續22 d，花期5—9月，群體花期可持續80 d；黃花角蒿的花色為黃色或淡黃色，花期為7—9月。角蒿和黃花角蒿植物是種質創新利用和新品種培育的重要材料，生長在海拔2 000～2 600 m陽光充足且排水良好的地區［4］，具有較高的觀賞價值和藥用價值。

然而，目前有關角蒿和黃花角蒿的研究主要集中在分布范圍［6-8］、開花習性和繁殖系統［9］、化學成分［10-12］、離體培養［13］、引種栽培［14］以及生物堿的提取與鑒定等方面［15-16］。在種子生態學方面，有研究報道了新收獲的角蒿種子具有休眠特性，硝酸鉀溶液和羅布麻根提液對角蒿種子萌發具有抑制作用［17］。因此，筆者以角蒿和黃花角蒿種子為材料，開展種子的萌發特征，及其對鹽分脅迫和干旱脅迫的響應，同時觀測種子的形態特征，旨在明確2種種子的適宜萌發條件，以及種子萌發對鹽脅迫和干旱脅迫的抗逆特征，為2種植物的引種馴化和栽培利用提供科學依據，為其種子萌發生態學的深入研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料??? 角蒿和黃花角蒿種子均采集于甘肅省榆中縣，采集時間為2017年7月，采集的種群為同一生境下的同一居群；種子樣品來源于多株個體，角蒿個體數為30株，黃花角蒿個體數為7株。采集時，果穗成熟，部分角果的末端開裂，種子已開始自然散布。采集后的種子置于實驗室條件下自然風干，紙袋內保存。采用均勻一致、無病蟲害的健康種子進行試驗。種子萌發特性試驗和種子形態觀測試驗于2018年1月進行，種子萌發對脅迫的響應試驗于2021年4月開展。

1.2 試驗方法

1.2.1??? 種子的萌發特性試驗。采用培養皿紙上法，光照條件為12 h光照/12 h黑暗，設置的4個恒溫處理為15、20、25和30 ℃，3個變溫處理為10/20、15/25和20/30 ℃。變溫處理中，高溫和低溫時段分別與光照和黑暗時段對應。另設1組恒溫25 ℃、24 h黑暗的處理。黑暗條件采用2層鋁紙包裹培養皿的方法。每個處理重復4次，每個重復中角蒿播種量為100粒，黃花角蒿播種量為50粒。試驗期間，保持發芽床濕潤，以胚根露出種皮長度≥3 mm為種子萌發的判別標準，每天記錄種子萌發數。試驗結束后統計萌發種子數、新鮮未萌發種子數和死亡種子數，并計算萌發率（germination percentage，GP）、萌發指數（germination index，GI）和平均萌發時間（mean germination temperature，MGT），計算公式：

GP= （萌發種子數量/參試種子數量）×100%

GI=∑（每天發芽種子數/相應的發芽天數）

MGT = （∑ni·ti） / N

式中，ti為從試驗開始算起的萌發天數，ni為ti的種子萌發數，N為試驗結束時萌發的種子總數。

1.2.2??? 種子萌發的鹽分和干旱脅迫試驗。鹽分和干旱脅迫分別采用氯化鈉（NaCl-58.44）和聚乙二醇（PEG-6000）溶液模擬，分別以0.3 MPa的滲透勢為間隔，在0～-1.8 MPa設置7個處理［18］，每個處理設3個重復，每個重復播種30粒。PEG溶液的配制是將PEG加入裝有蒸餾水的棕色瓶中，置于搖床上，在室溫條件下搖動24 h，確保PEG充分溶解。試驗前1 h，配制NaCl溶液。種子萌發抗逆試驗采用培養皿紙上法，25 ℃恒溫，12 h光照/12 h黑暗條件。試驗時，先用5 mL溶液潤濕發芽床，快速播種，用塑料薄膜密封培養皿并稱重，記錄播種后培養皿和種子的總重量（精確至0.001 g）。每天統計萌發種子數，并以稱重法檢查溶液水分散失情況，補充水分至原始重量。試驗結束后統計的指標與 “1.2.1” 中的相同。

1.3 測定項目與方法

1.3.1??? 種子的物理特性測定。種子的形狀是利用肉眼觀察，并采用奧林巴斯相機的超級微距模式拍攝種子照片。將種子樣品充分混合均勻后，隨機抽取30粒種子，使用電子數顯游標卡尺測定每粒種子的長度、寬度和厚度（精確至0.01 mm），統計各測定指標的平均值和標準差。千粒重是依據國家標準《草種子檢驗規程-重量測定》（GB/T 2930.9—2017）中有關種子重量的測定方法［19］，從種子樣品中隨機抽取100粒作為1個重復，重復8次，使用電子天平分別稱取每個重復種子的重量（精確至0.001 g）。計算角蒿和黃花種子重量的平均值和變異系數，變異系數不超過4.0的情況下，計算千粒重。

1.3.2??? 種子生活力測定。采用四唑溶液染色法測定種子的生活力。測定方法參照國家標準《草種子檢驗規程-生活力的生物化學（四唑）測定》（GB/T 2930.5—2017）中種子生活力的鑒定原理［20］和與角蒿屬種子構造相近的沙蓬（Agriophyllum squarrosum）種子的生活力測定方法［21］。隨機抽取100粒種子作為1個重復，重復4次。將種子播種于培養皿的濕潤濾紙上，置于25 ℃恒溫箱中預先潤濕24 h后，將每1粒參試種子中心部位的種皮用解剖針刺破，放入裝有01%四唑溶液的小燒杯中浸沒種子，在30 ℃黑暗條件下培養染色，期間觀察染色效果，當多數種胚呈鮮紅色時結束染色。用蒸餾水將染色后的種子樣品沖洗干凈，鑒定每一粒種子的生活力狀況。

1.4 數據統計??? 采用Excel 2020進行數據整理；SPSS 25.0進行方差分析（One-way ANOVA）或配對樣品t檢測，并利用鄧肯（Duncan）法進行多重比較；利用GraphPad Prism 8制圖。

2 結果與分析

2.1 種子萌發特性

角蒿和黃花角蒿種子萌發迅速，萌發特性試驗共進行12 d。角蒿種子在所有溫度條件下均于第3天開始萌發；且除30 ℃外，在其他6個溫度條件下5 d內達到最高GP，尤其以20、25和20/30 ℃條件下萌發迅速。培養至第7天，30 ℃角蒿種子在各溫度條件下GP均達到最大值（圖1A）。黃花角蒿種子除10/20 ℃處理組外，在其他6個溫度條件下也均于第3天開始萌發。以25和20/30 ℃條件下GP較高；除10/20 ℃外，培養至第9天黃花角蒿種子的GP達到最大值（圖1B）。試驗結束后角蒿和黃花角蒿種子分別有4.5%～7.5%和17.5%～33.0%的新鮮未萌發種子，死種子率分別為5.0%～7.5%和17.0%～19.0%。此外，光暗在25 ℃條件下對2種種子的萌發無明顯影響。

由于2種種子培養至第4天時萌發率迅速增加，于第7天角蒿種子達到最高GP，黃花角蒿種子的GP在這之后增加極低，因此具體比較了2種種子培養至第4天和 第7天的萌發情況（圖2）。培養至第4天時，角蒿種子的GP在10/20 ℃ 和30 ℃條件下較低，分別為70.1%和74.0%，在其他溫度下較高，與10/20 ℃和30 ℃差異顯著（P<0.05）；第7天時GP達86.5%～90.5%。黃花角蒿種子培養至第4天時GP以15、20、25、15/25、20/30 ℃處理較高，在10/20 ℃條件下GP最低，為5.5%；培養至第7天時，除10/20 ℃處理外（GP為38.0%），其他溫度處理的GP較高，在55.5%～61.5%。

2種種子的萌發指數（GI）與平均萌發時間（MGT）見表1。其中，角蒿種子的萌發指數以20、25和10/20 ℃較高；MGT以25和20/30 ℃較短，MGT約為3.3 d。黃花角蒿種子的GI以25和20/30 ℃處理較高；MGT以20、25和20/30 ℃較短，約為3.6 d。此外，在25 ℃條件下，完全黑暗與12 h光照/12 h黑暗條件對2種種子的GI和MGT也無明顯影響。綜合2種種子在各溫度條件下的GP、GI和MGT，角蒿種子的最適宜萌發溫度為25 ℃，黃花角蒿種子的最適宜萌發溫度為25和20/30 ℃。

2.2 萌發抗逆性

角蒿種子在0～-0.6 MPa鹽分滲透勢條件下達到較高GP和GI，在0和-0.3 MPa條件下MGT較短，約為4.5 d。隨著脅迫梯度增加，GP顯著降低、GI顯著減小，MGT顯著延長（P<0.05）。在0～-1.8 MPa的滲透勢范圍內，角蒿種子萌發的最低鹽分脅迫滲透勢為-1.2? MPa，此條件下的GP為14.44%，GI為1.97，MGT為7.39 d（圖3、表2）。

角蒿種子能夠萌發的最低干旱滲透勢也是-1.2 MPa，在條件下的GP為13.33%，GI為2.06，MGT為7.18 d。同樣是在0和-0.3 MPa滲透勢條件下達到較高GP、GI和較短MGT（圖3、表2）。

黃花角蒿種子的GP于0～-0.9 MPa鹽分滲透勢條件下較高，并在-1.2 MPa條件下顯著降低，僅為12.22%（圖3）。鹽脅迫對黃花角蒿種子的GI和MGT的影響較明顯，隨著脅迫梯度增加GI和MGT顯著減少和延長（P<0.05）。黃花角蒿種子的最低鹽分脅迫滲透勢也是-1.2 MPa，此條件

下的GI為1.51，MGT為8.58 d（表2）。在干旱脅迫梯度上，黃花角蒿種子于-0.6 MPa的條件下GP顯著降低，于-0.3 MPa滲透勢條件下GI顯著減?。≒<0.05）。黃花角蒿種子能夠萌發的最低干旱滲透勢為-0.9 MPa。此外，黃花角蒿種子的MGT在各滲透勢條件下無顯著差異（P>005）（表2）。綜上，相比來看角蒿種子萌發具有更強的耐鹽性和耐旱性。

2.3 種子形狀特征、大小與生活力

角蒿和黃花角蒿種子均呈扁圓形片狀，四周具透明膜質翅，胚根端具缺刻，成熟期的種子呈黃褐色（圖4）。角蒿種子比黃花角蒿種子長且寬（P<0.05），但種子厚度差異不顯著，角蒿種子的千粒重是黃花角蒿種子的2倍（P<0.05）。貯藏180 d時，參試角蒿和黃花角蒿種子的生活力分別為97.50%和83.00%，繼續于室溫條件下貯存，2種種子的生活力均有所下降（表3），平均萌發時間也推遲（表1、2）。

3 討論

種子休眠特性是植物適應環境的策略之一，其生態學意義在于選擇適宜的種子萌發時機以有利于幼苗的存活［22］。研究表明新收獲角蒿種子在室溫條件下貯藏30 d的萌發率為20%；種子經過1～3 ℃冷藏7 d萌發率有所增加；而室溫條件下貯藏90 d并進行相同冷藏處理，角蒿種子的萌發率增加較為明顯（84%）［17］。該研究中角蒿和黃花角蒿種子在室溫條件下貯藏180 d的生活力分別為97.5%和83.0%，25 ℃條件下2種種子的萌發率分別為88.0%和62.5%，尚有95%和20.5%的新鮮種子沒有萌發。但繼續貯藏，2種種子的生活力和萌發率均下降明顯。表明2種植物具有生產高生活力種子的特性，成熟的角蒿和黃花角蒿種子具有初生休眠特性，室溫貯藏可以解除種子休眠，但其貯藏性能相對較弱，長期貯藏需要低溫等措施以維持種子的生活力。

種子萌發的快慢對植被的建植具有重要意義。Grime等［23］用“快速萌發”（rapidlygerminating）一詞描述能在4 d內萌發的植物種子。該研究發現2種種子均在第3天時開始萌發，表現出“快速萌發”的特性。這一特性使其幼苗在光資源競爭方面占得先機，增強幼苗的生存概率。溫度和光照也是判斷植物種子萌發時機的重要環境因子。適宜溫度條件下，種子萌發快，萌發率高；光照對很多植物的種子萌發也具有重要影響，表現為萌發忌光和喜光現象，其生態學意義在于種子對陰蔽環境和埋藏深度的感知。綜合角蒿和黃花角蒿種子于15～30 ℃和10/20～20/30 ℃條件下的GP、GI和MGT，可以確定25 ℃為角蒿種子的最適宜萌發溫度，25 ℃和20/30 ℃為黃花角蒿種子的最適宜萌發溫度。2種植物種子萌發對溫度的選擇與其生境的春季氣候特征相匹配。在25 ℃條件下，2種種子萌發不具有光感知效應，光黑暗條件對2種植物種子的萌發無明顯影響。

不同植物種子萌發對鹽分和干旱脅迫的響應特征不盡相同。相比于甜土植物（glycophytes）種子，鹽生植物（halophytes）種子萌發具有較強的耐鹽性/抗旱性。研究表明梭梭（Haloxylon ammodendron）和堿蓬（Suaeda glauca）種子的萌發最低耐鹽滲透勢分別為-9和-2.3 MPa［24］。植物種子萌發對逆境的響應對植物的環境適應性具有重要意義［25-26］。該研究中角蒿和黃花角蒿種子能夠萌發的最低鹽分滲透勢均為-1.2 MPa，能夠萌發的最低干旱滲透勢分別為-1.2和-0.9 MPa，表明2種種子萌發不具有強的耐鹽和耐旱性。種子萌發對鹽分和干旱脅迫的敏感性均被認為是一些植物適應鹽堿環境和多變氣候條件的一種幼苗存活策略［27-28］。該研究認為角蒿和黃花角蒿種子萌發對鹽分和干旱脅迫的敏感性有利于適應我國西北地區的氣候條件，并且比較而言角蒿種子萌發的耐鹽和耐旱性相對較強。

角蒿和黃花角蒿種子具備明顯的風媒散布構造，扁圓形狀、膜質翅和重量輕的優勢增強了其借助風力傳播的能力。雖然角蒿種子的長寬和千粒重均大于黃花角蒿種子，但其面積是黃花角蒿種子的1.70倍，較大的面積部分補償了重量對種子傳播的負面影響。自然條件下，野生植物種子萌發和幼苗生長會因環境條件、營養缺乏或遺傳缺陷等因素而出現敗育的情況。但該研究在種子采集、脫粒和清選的過程中觀察到2種植物結實率高，未發現明顯的蟲害現象，這對種群的維持具有重要意義［28］。

4 結論

角蒿和黃花角蒿具有較高的種子生活力，成熟時種子具有初生休眠特性，室溫貯藏可以解除種子休眠，但其貯藏性能相對較弱。角蒿和黃花角蒿種子的適宜萌發溫度分別為25 ℃和25 ℃、20/30 ℃，2種種子均具有快速萌發的特性，種子萌發對鹽分和干旱脅迫均較為敏感。角蒿和黃花角蒿種子具備典型的風媒散布構造，可以借助風力傳播。

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基金項目?? 甘肅省農業農村廳草牧業科技支撐項目（GSZYTC-ZCJC-18027）。

作者簡介?? 馬英（1995―），女，寧夏固原人，博士研究生，研究方向：草地遙感與地理信息系統、種質資源收集與利用。*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事植物種子生態學與種質資源收集與利用研究。