不同成熟度野生水茄果實的種子萌發差異研究

, , , , ,

(嘉應學院生命科學學院， 廣東 梅州 514015)

水茄(SolanumtorvumSw.)為茄科茄屬多年生直立亞灌木，又名山顛茄、金衫扣、野茄子、刺茄、西好、青茄、烏涼、木哈蒿、天茄子、刺番茄[1]及turkey berry、洋毛辣、鴨卡、大苦子、狗辣子、黃天茄、黃刺茄、小苦子、小登茄、烏茄、一面針、萬桃花等[2]。水茄用途廣泛，根、莖、葉、果均入藥[2-7]，幼果尚可食[8-11]，農業上則用于茄子嫁接育苗[12]和抗病育種[13-16]、植物源殺菌劑研制[17-18]及園林綠化[19-21]等，極具開發價值[22-23]。水茄單果細小但種子數量多[24]，種子育苗受到重視和利用[12,24]。然而，水茄種子萌發困難，關于促進水茄種子萌發的措施和效果研究報道不一致[12,24-29]，采種時期不統一是影響因子之一。為了探明水茄果實落黃成熟后不同時期采種對水茄種子萌發的影響，特開展本實驗。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用水茄果實于2017年12月采自廣東省梅州市學院路旁生長的同一株高度約1.7 m、分支較多的叢生野生植株，根據水茄果實顏色區分為3種成熟度，將上述不同成熟度的果實分別記錄為成熟度Ⅰ(成熟度最高，果皮黑色或略混灰白，果皮皺縮)、成熟度Ⅱ(成熟度居中，果皮淺黑色混雜黃色，果皮較皺縮)、成熟度Ⅲ(成熟度最低，果皮黃色少許混雜淺黑，果皮少皺縮)。氯化三苯基四氮唑由上海展云化工有限公司生產，赤霉素由國藥集團化學試劑有限公司生產。電導率儀為雷磁DDS-307 A型。

注：Ⅰ-1為成熟度Ⅰ果實，Ⅰ-2為成熟度Ⅰ胚；Ⅱ-1為成熟度Ⅱ果實，Ⅱ-2為成熟度Ⅱ胚；Ⅲ-1為成熟度Ⅲ果實，Ⅲ-2為成熟度Ⅲ胚。圖1 水茄3種成熟度果實及其種子中胚的形態

1.2 試驗方法

去除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類果實的果皮，分別取出其種子并用自來水清洗干凈后在25 ℃溫水中浸種12 h，隨機取吸脹的上述種子各30粒，用解剖刀片沿種子的中心線縱切，在解剖鏡(10×10)下逐一觀察不同成熟度果實中種子胚的形態和結構差異并照相。

水茄種子萌發光溫條件、GA3處理的設置及發芽率、發芽勢、發芽指數的測定均按許良政等[24]的方法。不同成熟度果實的種子生活力測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[30]，在30 ℃恒溫箱的顯色處理時間為1 h。不同成熟度果實的種子活力測定采用電導法[30-31]。進行種子生活力和種子活力測定前，各種子均在25 ℃溫水中浸種12 h。上述各項試驗的種子均為100粒/份，每項實驗均重復4次。

實驗數據和圖表均用Microsoft Office Excel計算和繪制，用統計軟件SPSS viewer Document(17)中的一般線性模型T檢驗(LSD)方法統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同成熟度水茄果實及其種子中胚的形態

不同成熟度的野生水茄果實，可從外果皮顏色上明顯區分(圖Ⅰ-1、Ⅱ-1、Ⅲ-1)。去除果實的果皮后，不同成熟度果實種子在手中的觸感不同，成熟度Ⅰ的種子明顯飽滿，成熟度Ⅱ次之，成熟度Ⅲ的種子顯扁平、飽滿度最差。解剖結果顯示，野生水茄種子的胚為彎鉤形(圖Ⅰ-2、Ⅱ-2、Ⅲ-2)。3種類型種子的胚顯示明顯差別，無論是彎鉤胚的具體形態，還是光澤度、健碩度，均以成熟度Ⅰ的最佳、成熟度Ⅱ次之、成熟度Ⅲ最弱。成熟度Ⅰ彎鉤胚的鉤尖和鉤尾健碩，鉤尖和鉤尾間距最小，鉤尖與鉤尾的長度差異最小(圖Ⅰ-2)；成熟度Ⅲ的鉤尖和鉤尾最弱小，鉤尖和鉤尾間距最大，鉤尖短且與鉤尾的長度差異最大圖Ⅲ-2)；成熟度Ⅱ則介于成熟度Ⅰ和成熟度Ⅲ之間，但較接近于成熟度Ⅰ而顯著強于成熟度Ⅲ(圖Ⅱ-2)。

2.2 種子不同成熟度及赤霉素對水茄發芽的影響

2.2.1 種子不同成熟度及赤霉素對水茄起始發芽天數的影響

與對照相比，500～1 500 mg/L的GA3均能促進3種不同成熟度的種子提前萌發，而且，無論是對照，還是500～1 500 mg/L的GA3處理，水茄種子起始發芽天數均依次為成熟度Ⅰ<成熟度Ⅱ<成熟度Ⅲ，即成熟度Ⅰ的萌發最快，成熟度Ⅲ的萌發最遲，成熟度Ⅱ介于成熟度Ⅰ與成熟度Ⅲ之間。就同一處理的不同成熟度水茄種子起始發芽天數而言，成熟度Ⅲ的種子皆顯著晚于成熟度Ⅱ和成熟度Ⅰ，分別較成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的晚16.01%～33.36%與16.27%～21.79%，成熟度Ⅰ與成熟度Ⅱ間差異不顯著(表2)。

2.2.2 種子不同成熟度及赤霉素對水茄發芽率的影響

從表3可以看出，500～1 500 mg/L的GA3均能提高3種不同成熟度的種子萌發率，類似地，無論是對照，還是500～1 500 mg/L的GA3處理，水茄種子萌發率呈現成熟度Ⅰ>成熟度Ⅱ>成熟度Ⅲ的特征，即成熟度Ⅰ的萌發率最高，成熟度Ⅲ的萌發率最低，成熟度Ⅱ的介于成熟度Ⅰ與成熟度Ⅲ之間。比較同一處理的不同成熟度水茄種子萌發率，3種成熟度的種子萌發率相互間差異極顯著。其中，成熟度Ⅰ的水茄種子萌發率，各是不同處理的成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.50～2.50倍與3.48～7.80倍，成熟度Ⅱ的則比成熟度Ⅲ的高1.81～3.17倍。此外，1 500 mg/L GA3促進水茄種子萌發的效果，均比500 mg/L GA3和1 000 mg/L GA3的好。

2.3 不同成熟度水茄種子生活力及其浸出液電導率差異

表1顯示，3種成熟度果實的種子生活力，彼此之間差異極顯著，其中，成熟度Ⅰ的種子生活力分別高出成熟度Ⅱ、成熟度Ⅲ的34.57%與111.73%，成熟度Ⅱ則比成熟度Ⅲ的高57.35%。反映種子活力的種子浸出液電導率，以成熟度Ⅲ的最低，但相互間差別甚微、無顯著差異，僅分別比成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ的低3.23%與2.67%。

表1 赤霉素處理的不同成熟度水茄種子起始發芽天數

類型對照(d)500mg/LGA3(d)1000mg/LGA3(d)1500mg/LGA3(d)成熟度Ⅰ14.00±1.00b12.68±1.15b11.67±0.57b10.66±0.59b成熟度Ⅱ15.33±0.55b12.63±0.58b12.33±0.71b11.69±0.81b成熟度Ⅲ18.67±1.53a14.71±1.13a15.00±1.00a14.01±1.01a

注：表中數據為平均值±標準差，同一數據列后含有不同大寫和小寫字母分別表示差異極顯著(p<0.01)與差異顯著(p<0.05)。下同。

表2 赤霉素處理的不同成熟度水茄種子發芽率

類型對照(%)500mg/LGA3(%)1000mg/LGA3(%)1500mg/LGA3(%)成熟度Ⅰ9.99±0.05A12.91±0.09A35.91±1.09A67.91±3.09A成熟度Ⅱ4.00±0.07B8.63±0.03B15.63±0.97B27.63±1.01B成熟度Ⅲ2.21±0.01C3.71±0.03C6.99±0.98C8.71±0.87C

表3 水茄不同成熟度種子生活力及其浸出液電導率

類型TTC法種子生活力(%)種子浸出液電導率(μs/cm)成熟度Ⅰ48.00±3.00A33.47±0.21成熟度Ⅱ35.67±4.04B33.28±0.16成熟度Ⅲ22.67±2.52C32.39±0.57

3 討論與結論

目前，對野生水茄種子萌發特性[24]及促進水茄種子萌發的措施已有許多研究[12,24,28]，但是，關于水茄種子胚的形態及種子成熟度對水茄種子萌發的影響尚未見報道。胚是在包被狀態下形成的源自合子的新一代植物早期多細胞結構，在不同類群植物中可有不同分化程度與形態特征[32]。本文首次報道了野生水茄種子的胚形似彎鉤及其不同成熟度的發育差異(圖1)。陳瑩等[33]研究發現，北柴胡種子萌發難、萌發率低且出苗不整齊的主要因素，是其種子采收時胚處于不同發育階段，存在形態后熟現象。本試驗結果預示野生水茄種子胚的發育，也可能與此類似。王鵬凱等[34]認為，植物的胚形態是植物生長發育基礎，胚形態決定著植物胚后發育的基本結構。因此，水茄種子胚的組織發育與形態建成過程需更進一步研究。

魏建和等[35]根據果實顏色區分北柴胡和三島柴胡的種子成熟度，報道了種子成熟度是影響柴胡種子萌發的重要因素。用野生水茄的研究也得到類似結果，無論是否采用GA3刺激，不同成熟度水茄種子的起始發芽天數(表1)和萌發率(表2)均受影響。本試驗GA3促進水茄種子發芽的效果隨其處理濃度升高而加強，這與前期研究一致[24]。值得注意的是，不同成熟度水茄種子的發芽差異，并不能被不同濃度的GA3處理所消除。而且，不同成熟度水茄種子，其起始發芽天數與萌發率間的差異趨勢并不完全一致，從起始發芽天數來看，在各種處理下，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ都顯著快于成熟度Ⅲ，成熟度Ⅰ和成熟度Ⅱ間則差別不顯著。萌發率間，3種成熟度的種子萌發率差異極顯著。說明種子成熟度對萌發率的影響，較對起始發芽天數的影響更大，其原因有待深究。

TTC法測定種子生活力和電導法測定種子活力，雖都能指示種子的萌發狀況，但二者不能混淆。TTC法是通過種子解剖后，測定其顯露出的胚的琥珀酸脫氫酶等及其輔酶(Ⅰ、Ⅱ)的還原能力，進而判斷胚是否存活以及代謝功能；電導法對完好種子的測定結果，反映了種子細胞膜結構與功能是否受損，從而預測種子活力水平[30-31]。本試驗所測得的種子生活力，3種成熟度的種子間差異極顯著(表3)，成熟度Ⅰ分別是成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.35倍與2.12倍，成熟度Ⅱ則為成熟度Ⅲ的1.56倍；3種成熟度的種子活力間不僅不存在顯著差異，而且數值之間差距極小，僅相差0.19～1.08μs/cm(表3)?？傮w而言，3種成熟度的種子活力介于30～40μs/cm之間，屬于種子活力較差范疇[30]，這也許可以部分解釋3種成熟度的種子，在無GA3處理時萌發率均很低的原因(表2，表3)。魏建和等[35]的實驗也表明種皮抑制北柴胡和三島柴胡種子萌發，推測種皮存在發芽抑制物。水茄種皮是否影響發芽以及是否也含有發芽抑制物尚待進一步探討。

綜合本試驗結果，可得結論如下：1) 水茄種子的胚呈彎鉤形，不同成熟度水茄種子的胚存在明顯可區分的形態差異。2) 種子成熟度顯著影響水茄種子的萌發。3) 種子成熟度顯著影響水茄種子的生活力。