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不同温度梯度及秋水仙碱浓度组合处理对冬珊瑚种子发芽特性指标的影响



全 文 :分子植物育种,2015年,第 13卷,第 10期,第 2305-2309页
Molecular Plant Breeding, 2015, Vol.13, No.10, 2305-2309
研究报告
Research Report
不同温度梯度及秋水仙碱浓度组合处理对冬珊瑚种子发芽特性指标的影响
禹华芳 1,2* 周静 1,2 汤艳 1,2 谢忠军 1
1娄底职业技术学院,娄底, 417000; 2娄底职业技术学院新农村建设研究所,娄底, 417000
*通讯作者, 312667206@qq.com
摘 要 影响冬珊瑚种子发芽的因素较多,其中温度、湿度和外源物质等都是极其重要的因素。为了探讨
温度和秋水仙碱对冬珊瑚种子发芽的效应,本研究依次设定了 6个不同梯度的温度并用外源物质秋水仙
碱溶液 4个浓度梯度下诱变冬珊瑚种子进行发芽实验。结果表明,在温度 20℃、24℃、26℃、28℃条件下,
用浓度 0.2%和 0.4%的秋水仙碱溶液处理冬珊瑚种子后对发芽率具有促进作用,用浓度 0.6%和 0.8%的秋
水仙碱处理对种子发芽率具有抑制作用,其最适发芽率为温度 26℃和浓度 0.4%的秋水仙碱处理。在温度
28℃和 30℃条件下处理对根长具有促进作用,冬珊瑚种子的最适生长根长是 30℃和 0.2%浓度处理条件
下。在温度 20℃、22℃、24℃条件下处理对冬珊瑚种子发芽指数具有促进作用,在温度 28℃和 30℃条件下
处理对发芽指数具有抑制作用,冬珊瑚种子的最适发芽指数是 24℃和 0.4%浓度秋水仙碱处理过的条件
下。温度、秋水仙碱溶液浓度对冬珊瑚种子的发芽特性具有明显的影响,对冬珊瑚种子发芽特性具有促进
作用的条件是 26℃以下的温度和浓度 0.4%以下的秋水仙碱溶液,而对其具有抑制作用的条件是 28℃以
上高温和浓度 0.6%以上的秋水仙碱溶液。
关键词 冬珊瑚,秋水仙碱,温度,发芽特性
Effects of Different Temperature with Colchicine on Seed Germinative
Indicators of Solanum pseudocapsicum L. var. Diflorum (Vell.) Bitter
Yu Huafang 1,2* Zhou Jing 1,2 Tang Yan 1,2 Xie Zhongjun 1
1 Loudi Vocational and Technical College, Loudi, 417000; 2 The New Rural Construction Research Institute of Loudi Vocational and Technical
College, Loudi, 417000
* Corresponding author, 312667206@qq.com
DOI: 10.13271/j.mpb.013.002305
Abstract Many fac t ors affect seed germination of jerusalem cherry. Therein, temperature, humidity, and
exogenous substances are very important factors. In order to investigate the effect from the temperature and
colchicine on seed germination of jerusalem cherry, in this experiment, we set up six different temperature
gradients and perform the mutagenic seed germination test of jerusalem cherry under four concentration gradients
with the exogenous substance colchicines solution. The result shows the germination rate promotes when the
jerusalem cherry seed is treated with the colchicine solution with the concentration 0.2% or 0.4%, while the seed
germination rate is restrained with 0.6% or 0.8% colchicine treatment. The optimum germination rate is with
colchicine treatment under the temperature 26℃ and concentration 0.4% . The root length promotes under the
treatment with the temperature 28℃ or 30℃ . The optimum growth root length of the jerusalem cherry root is
under the treatment with temperature 30℃ and concentration 0.2% . The germination rate promotes when the
jerusalem cherry seed is treated with the temperature 20℃ , 22℃ , or 24℃ , while the seed germination rate is
restrained with the temperature 28℃or 30℃ . The optimum germination index of the jerusalem cherry seed is
基金项目:本研究由湖南省教育厅科学研究项目(13C794)和娄底职业技术学院科研项目(2011zk001)共同资助
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
表 1温度、秋水仙碱溶液对冬珊瑚种子相对发芽率及相对根
长的控制作用
Table 1 The control of seed relative germination rate and relatively
long of Solanum pseudocapsicum L. var. diflorum (Vell.) Bitter by
temperature and colchicine
温度(℃)
Temperature (℃)
20
22
24
26
28
30
浓度(%)
Concentration (%)
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
RGP (%)
102.6±3.8
108.4±4.5*
98.6±11.7**
88.3±3.9
106.9±5.6*
113.4±4.1
99.3±3.4
90.4±5.4*
108.7±2.6
116.8±8.4**
99.8±4.2
91.2±10.7**
111.2±6.3
121.3±4.2
101.2±3.1
93.4±2.3
109.3±7.8*
113.4±6.5
96.7±3.2
89.4±4.4
98.4±3.9
86.7±6.4
81.5±5.2
79.3±6.0*
RRE (%)
98.3±2.5
95.1±2.9
86.4±4.1
76.5±5.5*
99.5±5.6
102.3±2.8
92.3±8.4*
86.2±3.9
103.1±14.7**
98.2±4.1
89.3±4.3
82.7±9.1**
109.7±5.4
103.9±4.9
101.7±4.3
98.4±3.9
124.8±8.6
116.5±7.4*
109.4±9.5*
97.6±7.3*
126.4±10.2*
119.4±11.3*
108.6±8.4
101.3±6.7
注:表中数据为平均数±标准差; *:差异显著; **:差异极显著
Note: Data in the table as mean±standard deviation; *: Significant
difference at p<0.05; **: Significant difference at p<0.01
under the colchicine treatment with 24℃ and 0.4% concentration. The temperature and concentration of the
colchicines obviously impact the germination of the jerusalem cherry seed. The colchicine solution with the
temperature below 26℃ and concentration below 0.4% promotes the germination of the jerusalem cherry seed,
while the colchicine solution with the temperature above 28℃ and concentration above 0.6% restrains the
germination of the jerusalem cherry seed.
Keywords Jerusalem cherry, Colchicine, Temperature, Germinative indicators
冬珊瑚(Solanum pseudocapsicum L. var. diflorum
(Vell.) Bitter)为茄科多年生常绿小灌木,染色体数目
2n=24 (刘东周和李兰, 1992)。冬珊瑚以种子繁殖为
主,但其种子发芽较慢、发芽率低,用一些药剂在适
宜的浓度下处理,对种子发芽有利,国内外对冬珊瑚
进行了初步研究。对冬珊瑚种子分别用 GA3、NAA、
KT、KNO3、硫脲处理后,结果显示五种药剂均能影响
冬珊瑚种子发芽,其中 NAA、GA3、KNO3、KT的适宜
浓度分别为 50 mg/L、50 mg/L、0.30%、25 mg/L (高文
等, 2004,种子科技, 22(5): 33-34)。
秋水仙碱是研究最早的一种生物碱,能从秋水
仙中提取,具有广泛的用途和应用前景(申利红和李
雅,2009)。国内外用秋水仙碱来处理植物种子发芽
进行了研究,根据文献报道,已有许多植物种子被用
于实验,如马尾松、油茶、蓝蓟、日本矮紫薇等,制备
溶液浓度、处理时间也不尽相同,秋水仙碱溶液浓度
为 0.05%~1.0%不等,有效处理时间为 12~72 h (包梅
荣等, 2009;穆红梅等, 2011;李玉璞等, 2013;徐惠风
等, 2015),但不同的植物对秋水仙碱的敏感程度不一
样,因此秋水仙碱溶液浓度、处理时间均不同。而在不
同温度下对植物种子发芽影响的研究主要是以高羊
茅、橡胶草、火麻、万寿菊、野生蒲公英、花苜蓿等植物
为主(刘国华和邱国金, 2003;林辰壹等, 2004;管博等,
2010;覃初贤等, 2013;高玉尧等, 2014;刘敏等, 2014)。
本研究通过采用不同浓度的秋水仙碱溶液在不
同温度处理冬珊瑚种子,探究对冬珊瑚种子发芽特
性的影响。
1结果与分析
1.1温度、秋水仙碱溶液对冬珊瑚种子发芽的控制作用
温度、秋水仙碱溶液处理对冬珊瑚种子发芽有
一定的促进或抑制作用(表 1)。4种不同浓度的秋水
仙碱溶液处理冬珊瑚种子过程中,在 20℃~28℃的恒
温箱中,0.2%、0.4%浓度溶液对冬珊瑚种子发芽率具
有促进作用;0.6%、0.8%浓度溶液对冬珊瑚种子的发
芽有明显抑制作用,浓度越高,抑制作用越强。相同
浓度下,随着温度的升高,冬珊瑚种子发芽率先升高
再降低,高温对冬珊瑚种子发芽率具有抑制作用。冬
珊瑚种子发芽率在 26℃、0.4%浓度秋水仙碱处理过
的条件下最高,可见,在 26℃、用 0.4%浓度秋水仙碱
处理的冬珊瑚种子能显著提高其发芽率。26℃以下
秋水仙碱对冬珊瑚种子的根长具有抑制作用,28℃
2306
图 1不同温度、秋水仙碱溶液浓度下冬珊瑚种子发芽指数的
变化
Figure 1 The change of Solanum pseudocapsicum L. var. diflo-
rum (Vell.) Bitter seed germination index at differdent colchicine
solution concentration and temperature
和 30℃条件下低浓度秋水仙碱处理对冬珊瑚种子的
根长具有促进作用,0.8%浓度处理对冬珊瑚种子的
根长具有抑制作用。冬珊瑚种子的相对根长在 30℃、
0.2%浓度处理条件下最长。可见,在 30℃、0.2%浓度
处理能显著提高冬珊瑚种子的相对根长。
1.2不同处理对种子相对发芽率的影响
多因素方差分析结果显示,温度、浓度对冬珊瑚
种子发芽率的影响数据具有统计学意义(F=23.089,
p=0.000<0.01),温度、浓度影响冬珊瑚种子发芽率
(F =38.0259, p =0.00; F =13.987, p =0.000)。 0.2%与
0.4%浓度溶液处理的冬珊瑚种子相对发芽率差异性
不显著(p=0.105>0.05), 0.2%与 0.6%, 0.8%, 0.4%与
0.6%、0.8%,0.6%与 0.8%浓度溶液处理的冬珊瑚种
子相对发芽率差异性均极显著(p<0.01)。相同浓度
下,20℃与 22℃、24℃、28℃无显著差异,与 26℃有
显著差异,与 30℃有极显著差异;22℃与 24℃、26℃、
28℃无显著差异,与 30℃有极显著差异,24℃与
26℃、28℃无显著差异,与 30℃有极显著差异;26℃与
28℃无显著差异,与 30℃有极显著差异,28℃与 30℃
有极显著差异(p<0.01)。
1.3不同处理对种子相对根长的影响
多因素方差分析结果显示,温度、浓度对冬珊瑚
种子相对根长的影响数据具有统计学意义(F=44.924,
p=0.00<0.01),温度、浓度均能影响冬珊瑚种子的相
对根长(F=43.516, p=0.00; F=47.270, p=0.00)。20℃与
24℃条件下差异性不显著(p=0.074>0.05),20℃与 22℃
条件下的相对根长差异性显著(p=0.016<0.05)、20℃
与 26℃、28℃、30℃条件下的相对根长差异性极显著
(p<0.01);22℃与 24℃条件下的相对根长差异性不
显著(p=0.441>0.05),22℃与 26℃、28℃、30℃条件下
的相对根长差异性极显著(p<0.01),24℃与 26℃、28℃、
30℃条件下相对根长差异性极显著(p<0.01),26℃与
28℃、30℃条件下的相对根长差异性极显著(p<0.01),
28℃与 30℃条件下的相对根长的差异性不显著(p=
0.416>0.05)。相同温度下,0.2%与 0.4%浓度处理的冬
珊瑚种子相对根长差异性显著(p=0.028<0.05),其余
浓度处理的冬珊瑚种子的相对根长差异性均极显著
(p<0.01)。
1.4 不同处理对发芽指数的影响
秋水仙碱溶液在 4种不同浓度条件下处理冬珊
瑚种子,在 20℃~24℃的恒温箱中,不同浓度溶液对
冬珊瑚种子发芽指数具有促进作用,28℃~30℃的恒
温箱中,不同浓度溶液对冬珊瑚种子发芽指数均具有
抑制作用,在 26℃的恒温箱中,0.2%、0.4%浓度的溶液
对冬珊瑚种子发芽指数具有促进作用,0.6%、0.8%浓
度的溶液对冬珊瑚种子发芽指数具有抑制作用(图 1)。
多因素方差分析结果显示,温度、浓度对冬珊瑚
种子发芽指数的影响数据具有统计学意义(F=23.378,
p=0.00<0.01),温度对冬珊瑚种子的发芽指数具有极
显著影响(F=35.616, p<0.01),浓度对冬珊瑚种子的发
芽指数无显著影响(F=2.982, p=0.065>0.05)。相同温
度下,0.2%与 0.4%浓度对冬珊瑚种子的发芽指数具
有显著影响(p=0.013<0.05),0.2%与 0.6%、0.8%的发
芽指数无显著差异性(p=0.463>0.05, p=0.501>0.05),
0.4%与 0.6%的发芽指数无显著差异性(p=0.056>0.05),
0.4与 0.8%的发芽指数具有显著影响(p<0.05),0.6%
与 0.8%的发芽指数无显著差异性(p=0.951>0.05)。相
同浓度下,20℃与 22℃、24℃条件下无显著差异(p>
0.05),与 26℃条件下具有显著差异(p<0.05),与 28℃、
30℃条件下均具有极显著差异(p<0.01),22℃与 24℃、
26℃条件下无显著差异(p>0.05),与 28℃、30℃具有
极显著差异(p<0.01),24℃与 26℃差异性显著(p<0.05),
与 28℃、30℃具有极显著差异(p<0.01),26℃与 28℃、
30℃具有极显著差异(p<0.01),28℃与 30℃具有极显
著差异(p<0.01)。
2讨论
发芽指数是指种子在失去发芽力之前已发生劣
变的数量,该指标不仅考虑了秋水仙碱溶液对相对
发芽率的影响,还考虑了温度对相对根长的影响,能
有效反映温度和秋水仙碱溶液对植物影响的大小。
一般认为,发芽指数大于 50%就认为对种子基本无
不同温度梯度及秋水仙碱浓度组合处理对冬珊瑚种子发芽特性指标的影响
Effects of Different Temperature with Colchicine on Seed Germinative Indicators of Jerusalem Cherry 2307
分子植物育种
Molecular Plant Breeding
抑制作用,当发芽指数大于 80%就认为对种子有促
进作用(王定美等, 2011)。由图 1可知,低于 28℃、不
同浓度的秋水仙碱溶液均对冬珊瑚种子有促进作
用,而 30℃处理、不同浓度的秋水仙碱溶液对冬珊瑚
种子有抑制作用,说明对冬珊瑚种子发芽特性具有
促进作用的条件是 26℃以下的温度和浓度 0.4%以
下的秋水仙碱溶液,而对其具有抑制作用的条件是
28℃以上高温和浓度 0.6%以上的秋水仙碱溶液。
影响冬珊瑚种子发芽的因素较多,其中温度、湿
度和外源物质等都是极其重要的因素,秋水仙碱是
诱导植物种子发芽的重要外源物质。大量研究表明,
不同温度对植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数等
发芽特性的影响较显著,在 5℃~35℃范围内,随温度
的上升呈先增后减趋势,如橡胶草种子的最适发芽
温度为 25℃(高玉尧等, 2014);高羊茅种子的最适发
芽温度为 20℃,高于或低于此温度均对其种子发芽
具有抑制作用(刘国华和邱国金, 2003);火麻种子在
20℃条件下种子发芽率最高,而在 25℃条件下种子
发芽势和发芽指数达到最高(覃初贤等, 2013);通过
变温培养蒲公英种子发现,用 15℃/25℃的变温处理
使种子发芽及出苗优于其他温度处理(林辰壹等 ,
2004);在较高浓度的盐、碱条件下,不同温度处理对
花苜蓿种子发芽率和发芽速度的影响差异显著,最
适发芽温度为 15℃/25℃ (管博等, 2010)。本研究中,
随着温度的升高,冬珊瑚种子的发芽率是先升高再
降低,其最适温度为 26℃。不同植物种子发芽的最适
温度具有稍微的差异,但差异性不明显。
用秋水仙碱溶液处理马尾松、油茶、蓝蓟及日本
矮紫薇等植物的种子发芽后发现,0.4%、0.6%秋水仙
碱溶液对马尾松种子的发芽有促进作用,且 0.6%时
处理效果显著高于 0.4% (李玉璞等, 2013)。0.2%~0.3%
秋水仙碱处理油茶种子时,其出苗率在 80%~90%,而
用 0.4%、0.5%浓度处理时,其出苗率低于 10%,且用
不同浓度的秋水仙碱处理油茶种子,随浓度的增加
其发芽势和发芽率会逐渐递减,而苗高有增加的趋
势(包梅荣等, 2009)。秋水仙碱浓度的增加对蓝蓟种
子发芽和生长的抑制作用也增强,且会造成一定的
畸变率(徐惠风等, 2015)。秋水仙碱浓度的增加和处
理时间的延长而日本矮紫薇种子发芽率、发芽势、出
苗率均有降低的现象(穆红梅等, 2011)。0.2%、0.4%
秋水仙碱溶液处理冬珊瑚种子后对发芽率具有促进
作用,0.6%、0.8%秋水仙碱处理对种子发芽率具有抑
制作用,0.4%秋水仙碱处理其发芽率和发芽指数最
高,而生长根长是在 0.2%浓度处理条件下。秋水仙
碱浓度对不同植物种子发芽特性的影响具有一定的
共性,即浓度低于 0.4%时具有促进作用,高于 0.6%
时具有抑制作用,但不同植物种子之间又具有较大
的差异性,0.4%秋水仙碱处理油茶和冬珊瑚种子时,
油茶种子的发芽率低于 10% (包梅荣等, 2009),而冬
珊瑚种子的发芽率最高;0.6%秋水仙碱处理马尾松
时具有促进作用(李玉璞等, 2013),但处理其他植物
种子时具体抑制作用,造成其差异性的原因有待进
一步研究。
3材料与方法
3.1实验材料
从娄底职业技术学院农林实训基地自留种种
植的冬珊瑚中精选颗粒饱满、重量均匀的种子,在
25℃恒温条件下用蒸馏水浸泡 24 h,促进种子萌
动,凉干表面水。
秋水仙碱采购于陕西永健制药有限公司,1 g、瓶
装,配制溶液时用少许酒精导溶药剂,充分溶解转入
50 mL容量瓶中,定容、配成 1%浓度的母液,使用前
配成 0.20%、0.40%、0.60%和 0.80%的溶液。
3.2实验方法
该实验于 2013年在娄底职业技术学院农林实
训中心进行,把种子浸没于相应浓度的药剂中,以蒸
馏水作对照,每个处理重复 3次,置于六个恒温箱中
浸泡相应的时间,温度分别设置为 20℃、22℃、24℃、
26℃、28℃和 30℃。经处理的种子用清水洗净,均匀
放置于打湿的滤纸上,移入对应温度的恒温箱中,避
光培养 48 h,统计发芽率和测量根长。按下列公式计
算种子的相对发芽率(relative germination percentage,
RGP)和相对根长(relative root elongation, RRE)及发
芽指数(germination index, GI) (王定美等 , 2011),每
个组合处理大小基本一致、饱满的供试种子 10粒。
计算公式为:RGP=处理中的平均发芽率/空白中
的平均发芽率×100%;
RRE=处理中的平均根长/空白中的平均根长×
100%;
GI=RGP×RRE/100×100%。
3.3数据分析
应用 Excel 作图,SPSS13.0 软件对数据进行统
计分析。
作者贡献
禹华芳和周静是本研究的实验设计和实验研究
2308
的执行人;禹华芳、周静和汤艳完成数据分析,论文
初稿的写作;谢忠军参与实验设计,实验结果分析;
禹华芳是项目的构思者及负责人,指导实验设计,数
据分析,论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最
终的文本。
致谢
本研究由湖南省教育厅科学研究项目(13C794)
和娄底职业技术学院科研项目(2011zk001)共同资助。
感谢娄底职业技术学院农林实训中心对本研究提供
的支持。
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Effects of Different Temperature with Colchicine on Seed Germinative Indicators of Jerusalem Cherry 2309