角蒿和黄花角蒿种子萌发特性及其对盐分和干旱胁迫的响应

马英 杨怡然 曾彦军

摘要  探究角蒿（Incarvillea sinensis var.sinensis）和黄花角蒿（I.sinensis var.przewalskii）种子的萌发特征和抗逆性。结果表明，参试角蒿和黄花角蒿种子都具有快速萌发的特征，但它们的适宜萌发温度和萌发抗逆性存在一定差异。角蒿种子的适宜萌发温度为25 ℃，黄花角蒿种子的适宜萌发温度为25 ℃和20/30 ℃。相对而言，角蒿种子对盐分和干旱胁迫的抗逆性更强。此外，角蒿种子在形状、大小、千粒重和生活力等方面均优于黄花角蒿种子。该研究结果有助于更好地利用这2种植物的种质资源，提高其生产利用效率。

关键词  种子萌发；休眠；温度；生活力

中图分类号  S567.2   文献标识码  A   文章编号  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

植物種质资源是植物生产和生态建设的重要基础性材料，种子收集、保存、评价与利用是极为重要的基础性工作。目前我国已建成多个国家级植物种质资源库，收集保存了大量的野生植物种质资源。据统计全世界约有33万种植物，我国约有3.6万种。但与拥有丰富的植物种质资源不相匹配的是，目前尚有许多极具价值的乡土植物种质资源还未得到人工选育和栽培利用［1-4］。如紫葳科（Bignonianceas）角蒿属（Incarvillea）植物就是其中一例。角蒿属植物在全世界约有15种，我国有11种3变种，主要分布在甘肃、青海、陕西和四川西部等地［5］。分布于甘肃省的有3种2变种，分别是角蒿（Incarvillea sinensis var.sinensis）、黄花角蒿（I.sinensis var.przewalskii）、两头毛（I.arguta var.arguta）、密生波罗花（I.compacta）和长梗两头毛（I.arguta var.longipedicellata）。角蒿属植物多为一年生植物，植株可生长至80 cm。 角蒿花冠淡玫瑰色或粉红色，花大，花色鲜艳，个体花期平均可持续22 d，花期5—9月，群体花期可持续80 d；黄花角蒿的花色为黄色或淡黄色，花期为7—9月。角蒿和黄花角蒿植物是种质创新利用和新品种培育的重要材料，生长在海拔2 000～2 600 m阳光充足且排水良好的地区［4］，具有较高的观赏价值和药用价值。

然而，目前有关角蒿和黄花角蒿的研究主要集中在分布范围［6-8］、开花习性和繁殖系统［9］、化学成分［10-12］、离体培养［13］、引种栽培［14］以及生物碱的提取与鉴定等方面［15-16］。在种子生态学方面，有研究报道了新收获的角蒿种子具有休眠特性，硝酸钾溶液和罗布麻根提液对角蒿种子萌发具有抑制作用［17］。因此，笔者以角蒿和黄花角蒿种子为材料，开展种子的萌发特征，及其对盐分胁迫和干旱胁迫的响应，同时观测种子的形态特征，旨在明确2种种子的适宜萌发条件，以及种子萌发对盐胁迫和干旱胁迫的抗逆特征，为2种植物的引种驯化和栽培利用提供科学依据，为其种子萌发生态学的深入研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料    角蒿和黄花角蒿种子均采集于甘肃省榆中县，采集时间为2017年7月，采集的种群为同一生境下的同一居群；种子样品来源于多株个体，角蒿个体数为30株，黄花角蒿个體数为7株。采集时，果穗成熟，部分角果的末端开裂，种子已开始自然散布。采集后的种子置于实验室条件下自然风干，纸袋内保存。采用均匀一致、无病虫害的健康种子进行试验。种子萌发特性试验和种子形态观测试验于2018年1月进行，种子萌发对胁迫的响应试验于2021年4月开展。

1.2 试验方法

1.2.1    种子的萌发特性试验。采用培养皿纸上法，光照条件为12 h光照/12 h黑暗，设置的4个恒温处理为15、20、25和30 ℃，3个变温处理为10/20、15/25和20/30 ℃。变温处理中，高温和低温时段分别与光照和黑暗时段对应。另设1组恒温25 ℃、24 h黑暗的处理。黑暗条件采用2层铝纸包裹培养皿的方法。每个处理重复4次，每个重复中角蒿播种量为100粒，黄花角蒿播种量为50粒。试验期间，保持发芽床湿润，以胚根露出种皮长度≥3 mm为种子萌发的判别标准，每天记录种子萌发数。试验结束后统计萌发种子数、新鲜未萌发种子数和死亡种子数，并计算萌发率（germination percentage，GP）、萌发指数（germination index，GI）和平均萌发时间（mean germination temperature，MGT），计算公式：

GP= （萌发种子数量/参试种子数量）×100%

GI=∑（每天发芽种子数/相应的发芽天数）

MGT = （∑ni·ti） / N

式中，ti为从试验开始算起的萌发天数，ni为ti的种子萌发数，N为试验结束时萌发的种子总数。

1.2.2    种子萌发的盐分和干旱胁迫试验。盐分和干旱胁迫分别采用氯化钠（NaCl-58.44）和聚乙二醇（PEG-6000）溶液模拟，分别以0.3 MPa的渗透势为间隔，在0～-1.8 MPa设置7个处理［18］，每个处理设3个重复，每个重复播种30粒。PEG溶液的配制是将PEG加入装有蒸馏水的棕色瓶中，置于摇床上，在室温条件下摇动24 h，确保PEG充分溶解。试验前1 h，配制NaCl溶液。种子萌发抗逆试验采用培养皿纸上法，25 ℃恒温，12 h光照/12 h黑暗条件。试验时，先用5 mL溶液润湿发芽床，快速播种，用塑料薄膜密封培养皿并称重，记录播种后培养皿和种子的总重量（精确至0.001 g）。每天统计萌发种子数，并以称重法检查溶液水分散失情况，补充水分至原始重量。试验结束后统计的指标与 “1.2.1” 中的相同。

1.3 测定项目与方法

1.3.1    种子的物理特性测定。种子的形状是利用肉眼观察，并采用奥林巴斯相机的超级微距模式拍摄种子照片。将种子样品充分混合均匀后，随机抽取30粒种子，使用电子数显游标卡尺测定每粒种子的长度、宽度和厚度（精确至0.01 mm），统计各测定指标的平均值和标准差。千粒重是依据国家标准《草种子检验规程-重量测定》（GB/T 2930.9—2017）中有关种子重量的测定方法［19］，从种子样品中随机抽取100粒作为1个重复，重复8次，使用电子天平分别称取每个重复种子的重量（精确至0.001 g）。计算角蒿和黄花种子重量的平均值和变异系数，变异系数不超过4.0的情况下，计算千粒重。

1.3.2    种子生活力测定。采用四唑溶液染色法测定种子的生活力。测定方法参照国家标准《草种子检验规程-生活力的生物化学（四唑）测定》（GB/T 2930.5—2017）中种子生活力的鉴定原理［20］和与角蒿属种子构造相近的沙蓬（Agriophyllum squarrosum）种子的生活力测定方法［21］。随机抽取100粒种子作为1个重复，重复4次。将种子播种于培养皿的湿润滤纸上，置于25 ℃恒温箱中预先润湿24 h后，将每1粒参试种子中心部位的种皮用解剖针刺破，放入装有01%四唑溶液的小烧杯中浸没种子，在30 ℃黑暗条件下培养染色，期间观察染色效果，当多数种胚呈鲜红色时结束染色。用蒸馏水将染色后的种子样品冲洗干净，鉴定每一粒种子的生活力状况。

1.4 数据统计    采用Excel 2020进行数据整理；SPSS 25.0进行方差分析（One-way ANOVA）或配对样品t检测，并利用邓肯（Duncan）法进行多重比较；利用GraphPad Prism 8制图。

2 结果与分析

2.1 种子萌发特性

角蒿和黄花角蒿种子萌发迅速，萌发特性试验共进行12 d。角蒿种子在所有温度条件下均于第3天开始萌发；且除30 ℃外，在其他6个温度条件下5 d内达到最高GP，尤其以20、25和20/30 ℃条件下萌发迅速。培养至第7天，30 ℃角蒿种子在各温度条件下GP均达到最大值（图1A）。黄花角蒿种子除10/20 ℃处理组外，在其他6个温度条件下也均于第3天开始萌发。以25和20/30 ℃条件下GP较高；除10/20 ℃外，培养至第9天黄花角蒿种子的GP达到最大值（图1B）。试验结束后角蒿和黄花角蒿种子分别有4.5%～7.5%和17.5%～33.0%的新鲜未萌发种子，死种子率分别为5.0%～7.5%和17.0%～19.0%。此外，光暗在25 ℃条件下对2种种子的萌发无明显影响。

由于2种种子培养至第4天时萌发率迅速增加，于第7天角蒿种子达到最高GP，黄花角蒿种子的GP在这之后增加极低，因此具体比较了2种种子培养至第4天和 第7天的萌发情况（图2）。培养至第4天时，角蒿种子的GP在10/20 ℃ 和30 ℃条件下较低，分别为70.1%和74.0%，在其他温度下较高，与10/20 ℃和30 ℃差异显著（P<0.05）；第7天时GP达86.5%～90.5%。黄花角蒿种子培养至第4天时GP以15、20、25、15/25、20/30 ℃处理较高，在10/20 ℃条件下GP最低，为5.5%；培养至第7天时，除10/20 ℃处理外（GP为38.0%），其他温度处理的GP较高，在55.5%～61.5%。

2种种子的萌发指数（GI）与平均萌发时间（MGT）见表1。其中，角蒿种子的萌发指数以20、25和10/20 ℃较高；MGT以25和20/30 ℃较短，MGT约为3.3 d。黄花角蒿种子的GI以25和20/30 ℃处理较高；MGT以20、25和20/30 ℃較短，约为3.6 d。此外，在25 ℃条件下，完全黑暗与12 h光照/12 h黑暗条件对2种种子的GI和MGT也无明显影响。综合2种种子在各温度条件下的GP、GI和MGT，角蒿种子的最适宜萌发温度为25 ℃，黄花角蒿种子的最适宜萌发温度为25和20/30 ℃。

2.2 萌发抗逆性

角蒿种子在0～-0.6 MPa盐分渗透势条件下达到较高GP和GI，在0和-0.3 MPa条件下MGT较短，约为4.5 d。随着胁迫梯度增加，GP显著降低、GI显著减小，MGT显著延长（P<0.05）。在0～-1.8 MPa的渗透势范围内，角蒿种子萌发的最低盐分胁迫渗透势为-1.2  MPa，此条件下的GP为14.44%，GI为1.97，MGT为7.39 d（图3、表2）。

角蒿种子能够萌发的最低干旱渗透势也是-1.2 MPa，在条件下的GP为13.33%，GI为2.06，MGT为7.18 d。同样是在0和-0.3 MPa渗透势条件下达到较高GP、GI和较短MGT（图3、表2）。

黄花角蒿种子的GP于0～-0.9 MPa盐分渗透势条件下较高，并在-1.2 MPa条件下显著降低，仅为12.22%（图3）。盐胁迫对黄花角蒿种子的GI和MGT的影响较明显，随着胁迫梯度增加GI和MGT显著减少和延长（P<0.05）。黄花角蒿种子的最低盐分胁迫渗透势也是-1.2 MPa，此条件

下的GI为1.51，MGT为8.58 d（表2）。在干旱胁迫梯度上，黄花角蒿种子于-0.6 MPa的条件下GP显著降低，于-0.3 MPa渗透势条件下GI显著减小（P<0.05）。黄花角蒿种子能够萌发的最低干旱渗透势为-0.9 MPa。此外，黄花角蒿种子的MGT在各渗透势条件下无显著差异（P>005）（表2）。综上，相比来看角蒿种子萌发具有更强的耐盐性和耐旱性。

2.3 种子形状特征、大小与生活力

角蒿和黄花角蒿种子均呈扁圆形片状，四周具透明膜质翅，胚根端具缺刻，成熟期的种子呈黄褐色（图4）。角蒿种子比黄花角蒿种子长且宽（P<0.05），但种子厚度差异不显著，角蒿种子的千粒重是黄花角蒿种子的2倍（P<0.05）。贮藏180 d时，参试角蒿和黄花角蒿种子的生活力分别为97.50%和83.00%，继续于室温条件下贮存，2种种子的生活力均有所下降（表3），平均萌发时间也推迟（表1、2）。

3 讨论

种子休眠特性是植物适应环境的策略之一，其生态学意义在于选择适宜的种子萌发时机以有利于幼苗的存活［22］。研究表明新收获角蒿种子在室温条件下贮藏30 d的萌发率为20%；种子经过1～3 ℃冷藏7 d萌发率有所增加；而室温条件下贮藏90 d并进行相同冷藏处理，角蒿种子的萌发率增加较为明显（84%）［17］。该研究中角蒿和黄花角蒿种子在室温条件下贮藏180 d的生活力分别为97.5%和83.0%，25 ℃条件下2种种子的萌发率分别为88.0%和62.5%，尚有95%和20.5%的新鲜种子没有萌发。但继续贮藏，2种种子的生活力和萌发率均下降明显。表明2种植物具有生产高生活力种子的特性，成熟的角蒿和黄花角蒿种子具有初生休眠特性，室温贮藏可以解除种子休眠，但其贮藏性能相对较弱，长期贮藏需要低温等措施以维持种子的生活力。

种子萌发的快慢对植被的建植具有重要意义。Grime等［23］用“快速萌发”（rapidlygerminating）一词描述能在4 d内萌发的植物种子。该研究发现2种种子均在第3天时开始萌发，表现出“快速萌发”的特性。这一特性使其幼苗在光资源竞争方面占得先机，增强幼苗的生存概率。温度和光照也是判断植物种子萌发时机的重要环境因子。适宜温度条件下，种子萌发快，萌发率高；光照对很多植物的种子萌发也具有重要影响，表现为萌发忌光和喜光现象，其生态学意义在于种子对阴蔽环境和埋藏深度的感知。综合角蒿和黄花角蒿种子于15～30 ℃和10/20～20/30 ℃条件下的GP、GI和MGT，可以确定25 ℃为角蒿种子的最适宜萌发温度，25 ℃和20/30 ℃为黄花角蒿种子的最适宜萌发温度。2种植物种子萌发对温度的选择与其生境的春季气候特征相匹配。在25 ℃条件下，2种种子萌发不具有光感知效应，光黑暗条件对2种植物种子的萌发无明显影响。

不同植物种子萌发对盐分和干旱胁迫的响应特征不尽相同。相比于甜土植物（glycophytes）种子，盐生植物（halophytes）种子萌发具有较强的耐盐性/抗旱性。研究表明梭梭（Haloxylon ammodendron）和碱蓬（Suaeda glauca）种子的萌发最低耐盐渗透势分别为-9和-2.3 MPa［24］。植物种子萌发对逆境的响应对植物的环境适应性具有重要意义［25-26］。该研究中角蒿和黄花角蒿种子能够萌发的最低盐分渗透势均为-1.2 MPa，能够萌发的最低干旱渗透势分别为-1.2和-0.9 MPa，表明2种种子萌发不具有强的耐盐和耐旱性。种子萌发对盐分和干旱胁迫的敏感性均被认为是一些植物适应盐碱环境和多变气候条件的一种幼苗存活策略［27-28］。该研究认为角蒿和黄花角蒿种子萌发对盐分和干旱胁迫的敏感性有利于适应我国西北地区的气候条件，并且比较而言角蒿种子萌发的耐盐和耐旱性相对较强。

角蒿和黄花角蒿种子具备明显的风媒散布构造，扁圆形状、膜质翅和重量轻的优势增强了其借助风力传播的能力。虽然角蒿种子的长宽和千粒重均大于黄花角蒿种子，但其面积是黄花角蒿种子的1.70倍，较大的面积部分补偿了重量对种子传播的负面影响。自然条件下，野生植物种子萌发和幼苗生长会因环境条件、营养缺乏或遗传缺陷等因素而出现败育的情况。但该研究在种子采集、脱粒和清选的过程中观察到2种植物结实率高，未发现明显的虫害现象，这对种群的维持具有重要意义［28］。

4 结论

角蒿和黄花角蒿具有较高的种子生活力，成熟时种子具有初生休眠特性，室温贮藏可以解除种子休眠，但其贮藏性能相对较弱。角蒿和黄花角蒿种子的适宜萌发温度分别为25 ℃和25 ℃、20/30 ℃，2种种子均具有快速萌发的特性，种子萌发对盐分和干旱胁迫均较为敏感。角蒿和黄花角蒿种子具备典型的风媒散布构造，可以借助风力传播。

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基金项目   甘肃省农业农村厅草牧业科技支撑项目（GSZYTC-ZCJC-18027）。

作者简介   马英（1995―），女，宁夏固原人，博士研究生，研究方向：草地遥感与地理信息系统、种质资源收集与利用。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事植物种子生态学与种质资源收集与利用研究。