蘭科植物種子萌發(fā)相關(guān)因素研究,園藝學(xué)論文

蘭科植物種子萌發(fā)相關(guān)因素研究,園藝學(xué)論文蘭科〔Orchidaceae〕植物是最大且分布最為廣泛的有花植物之一，有地生、附生及腐生等多種生態(tài)〔生境〕類(lèi)型，多數(shù)為珍稀瀕危植物，具有很高的觀賞和藥用價(jià)值。如天麻、鐵皮石斛等為我們國(guó)家傳統(tǒng)中藥，有些種類(lèi)如蝴蝶蘭、卡特蘭等則因其花形、花色千姿百態(tài)，絢麗奪目而常用于插花觀賞[1-2].蘭科植物種子細(xì)小如塵，發(fā)育不完全，僅具尚未分化的原胚，自然條件下需與適宜的菌根真菌共生才能萌發(fā)。蘭科植物自然生境的毀壞和資源的過(guò)度開(kāi)采，加上其極低的自然繁衍率，致使野生資源在原始生境的恢復(fù)異常困難，野生蘭科植物極度瀕危。瀕危蘭科植物的再生和合理利用有賴(lài)于種苗快繁技術(shù)的蓬勃發(fā)展，而該技術(shù)的核心問(wèn)題之一便是種子萌發(fā)。研究蘭科植物種子萌發(fā)的相關(guān)培養(yǎng)條件〔溫度、光照、培養(yǎng)基組成、共生萌發(fā)真菌等〕和共生萌發(fā)機(jī)制〔生化、營(yíng)養(yǎng)、分子等方面〕以及種子成熟度、預(yù)處理與萌發(fā)率的關(guān)系，將對(duì)蘭科植物種苗快繁途徑中有性繁衍技術(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用，進(jìn)而為蘭科植物資源的可持續(xù)利用提供理論根據(jù)。1種子成熟度與萌發(fā)率影響種子室內(nèi)萌發(fā)的因素有水分、氧氣、溫度、光照、培養(yǎng)基組成及種子成熟度等。種子成熟度是影響種子萌發(fā)的關(guān)鍵因素之一。但并不能簡(jiǎn)單地以為成熟種子的萌發(fā)率要高于未成熟種子，由于當(dāng)種子到達(dá)某成熟度之后，種子成熟度的增加將不再顯著提高萌發(fā)率，甚至有可能會(huì)降低萌發(fā)率[3-6].例如Calanthetricarinata在授粉150d后構(gòu)成種子最適宜無(wú)菌萌發(fā)，由于此時(shí)種胚長(zhǎng)至最大尺寸，種皮開(kāi)場(chǎng)脫水，并逐步縮至薄薄的一層；而授粉180d后的種子萌發(fā)率明顯低于授粉150d后的種子。研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性脫落酸濃度隨著種子成熟度的增加而增加，而高濃度的脫落酸是公認(rèn)的阻礙種子萌發(fā)的因素，這可能是導(dǎo)致出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因之一[7].不同培養(yǎng)條件下，不同成熟度的種子萌發(fā)率不同。Spathoglottisplicata人工授粉4~5周和8~9周后構(gòu)成的種子分別在3種不同培養(yǎng)基上非共生萌發(fā)，華而不實(shí)Phytamax〔PM〕培養(yǎng)基附加2%〔w/v〕蔗糖及2.0g/L的蛋白胨最合適授粉8~9周后的種子萌發(fā)，而添加了1.0mg/L6-BA的P723培養(yǎng)基最合適授粉4~5周后的種子萌發(fā)，但不利于授粉8~9周后的種子萌發(fā)[8].播種時(shí)種子的成熟度影響著播種培養(yǎng)基的選擇和預(yù)處理的方式，所以了解種子成熟度與種子萌發(fā)之間的關(guān)系可為后續(xù)播種方案的選擇和縮短繁衍周期等提供參考。2種子收集與預(yù)處理2.1種子收集收集和有效保藏種子是實(shí)現(xiàn)蘭科植物種質(zhì)資源持續(xù)利用的前提。通常的做法是在超凈工作臺(tái)上，先對(duì)即將開(kāi)裂卻未開(kāi)裂的蒴果進(jìn)行外表消毒〔70%~75%乙醇1min,2.5%NaClO15min〕，接著用無(wú)菌水沖洗數(shù)遍，然后用無(wú)菌濾紙吸去多余水分，最后用無(wú)菌手術(shù)刀沿著蒴果腹縫線將其劃破，取出種子。乙醇、NaClO的濃度和消毒時(shí)間可根據(jù)蒴果大小等酌情處理，使用的先后順序可以視詳細(xì)情況調(diào)節(jié)[9-10],華而不實(shí)NaClO可用過(guò)氧乙酸或HgCl2代替。2.2種子預(yù)處理播種前，對(duì)種子進(jìn)行預(yù)處理能夠促進(jìn)萌發(fā)，這是由于蘭科植物種子種皮中存在著萌發(fā)抑制物質(zhì)〔如木質(zhì)素[11-12]〕，或種皮本身阻礙了種子對(duì)水分和氧氣的吸收，所以為了促進(jìn)萌發(fā)，物理上一般采用磁性棒攪拌或超聲波法去除種皮對(duì)種子萌發(fā)的抑制[13],化學(xué)上則用NaOH、KOH、NaClO及Ca〔ClO〕2等溶液來(lái)毀壞種皮并起到消毒作用。除此之外，有的種子在萌發(fā)前需經(jīng)過(guò)后熟作用，所以低溫層積也是常用的預(yù)處理方式方法之一[14-15].通過(guò)上述處理可顯著提高蘭科植物種子共生萌發(fā)的萌發(fā)率，陸生蘭〔Epipactispalustris〕種子即便與適宜的真菌共生萌發(fā)，萌發(fā)率也非常低，除非對(duì)種子進(jìn)行預(yù)處理：用Ca〔ClO〕2劃破外種皮，隨后在4~8℃下低溫層積8~12周。由于自然條件下，該種子的原地萌發(fā)、真菌侵染均發(fā)生在早春，它在萌發(fā)前需經(jīng)過(guò)后熟作用，且外種皮的部分分解有利于水分吸收和真菌侵染[16].除此之外，低溫層積預(yù)處理還可促進(jìn)Platan-therapraeclara、P.leucophaea種子的共生萌發(fā)[17-18].對(duì)于蘭科植物種子的非共生萌發(fā)，除可采用上述預(yù)處理方式方法外，還可用適宜濃度配比的激素混合液浸泡處理。如將Calanthediscolor種子放在含有萘乙酸〔NAA〕1~100mg/L,乙烯磷1000mg/L,6-BA10mg/L或100mg/L的溶液中浸泡7d后再播種在不含激素的無(wú)菌培養(yǎng)基上，發(fā)現(xiàn)能促進(jìn)該種子萌發(fā)[19].當(dāng)前，有關(guān)激素促進(jìn)蘭科植物種子萌發(fā)的機(jī)制尚不清楚。3非共生萌發(fā)蘭科種子非共生萌發(fā)的培養(yǎng)條件主要包括溫度，光照〔光源、強(qiáng)度、時(shí)間〕，氣壓〔壓強(qiáng)、氣體成分及比例〕，基本培養(yǎng)基及植物激素〔植物生長(zhǎng)素類(lèi)、細(xì)胞分裂素類(lèi)及其濃度配比〕，碳源〔蔗糖、葡萄糖、果糖、海藻糖等〕，氮源，活性炭的添加，天然有機(jī)提取物〔馬鈴薯汁、香蕉汁、椰子汁等〕，pH值等。3.1溫度蘭科植物種子的培養(yǎng)溫度一般控制在20~30℃,大多數(shù)以25℃為宜。一般情況下，蘭科植物種子在這里溫度范圍內(nèi)均能萌發(fā)，但每一物種均有其最適溫度。例如霍山石斛〔Dendrobiumhuoshanense〕種子在26~29℃時(shí)的萌發(fā)率明顯優(yōu)于24~26℃和18~21℃[20].3.2光照有報(bào)道稱(chēng)，蘭科植物種子的感光不是必需的而是光促進(jìn)類(lèi)型[21].總體而言，蘭科植物種子有些需要完全暗培養(yǎng)，而有些需要光暗交替培養(yǎng)，且光照周期因種而異。光照對(duì)種子突破種皮這一階段影響不大，如已萌發(fā)至原球莖，必須給予適當(dāng)?shù)墓庹?，原球莖才能繼續(xù)發(fā)育成幼苗。研究發(fā)現(xiàn)：在無(wú)菌萌發(fā)試驗(yàn)中，完全暗培養(yǎng)一段時(shí)間后給予光暗交替培養(yǎng)是春蘭〔Cymbidiumgoeringii〕啟動(dòng)種子萌發(fā)所必需的，全光照或全黑暗條件下種子均不萌發(fā)[22].除此之外，Bae等研究了不同光源〔藍(lán)光、紅光LED〕對(duì)Oreorchispatens無(wú)菌萌發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)這兩種光中，紅光LED更適宜此物種的種子萌發(fā)[23].3.3氣壓理論上，培養(yǎng)蘭科植物種子的氣壓條件與它的野外生境越接近越好，這需要不斷的探尋求索。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣壓增至1.8atm時(shí)能促進(jìn)Galeolaseptentrionalis種子萌發(fā)，而此時(shí)O2和CO2的最佳濃度分別為5%、8%[24].如條件允許，可深切進(jìn)入研究并將其與氣候變化相結(jié)合。3.4基本培養(yǎng)基及植物激素添加蘭科植物種子非共生萌發(fā)的基本培養(yǎng)基多為1/2MS、MS、VW、KS、SH、KundsonC、N6、PT、Hyponex1、Hyponex2;在碳源方面，蔗糖最好，半乳糖對(duì)胚的生長(zhǎng)有抑制作用。蔗糖作為培養(yǎng)基中的能源物質(zhì)和浸透調(diào)節(jié)劑，對(duì)原球莖的生長(zhǎng)影響較大，一般在培養(yǎng)基中添加2%~3%.有研究證明，2%的蔗糖有利于蘭屬原球莖的生長(zhǎng)。除此之外，在培養(yǎng)基中添加活性炭能夠有效吸附酚類(lèi)物質(zhì)，進(jìn)而減少褐變[25-27].氮源方面，蘭花胚在含有氨鹽的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好，它對(duì)氨鹽的親和力是與蘭花特有的營(yíng)養(yǎng)習(xí)性有關(guān)，對(duì)某些蘭科植物種胚而言，尿素是有效的氮源，但對(duì)另一些種來(lái)講卻具有抑制作用[2].天冬氨酸和精氨酸在培養(yǎng)蘭科植物離體胚時(shí)，作為培養(yǎng)基中的氮源是非常有效的[28].有些蘭科植物種子非共生萌發(fā)困難，能夠通過(guò)添加植物激素在一定程度上來(lái)克制，當(dāng)前常使用的外源激素是生長(zhǎng)素類(lèi)〔如IAA、2,4-D和NAA〕、細(xì)胞分裂素類(lèi)〔如6-BA、ZT和KT〕和赤霉素〔GA〕；激素可單一添加可以配合使用，華而不實(shí)單一添加某種激素時(shí)有限的促進(jìn)效果暗示了蘭科植物種子萌發(fā)機(jī)制的復(fù)雜性[19],而不同類(lèi)別激素的配合使用往往能有較為明顯的促萌發(fā)作用。研究發(fā)現(xiàn)，較高濃度〔1.0mg/L〕沖動(dòng)素〔KT〕與較低濃度〔0.1mg/L〕NAA的配合使用對(duì)fo手參〔Gymnadeniaconopsea〕種子的非共生萌發(fā)具有明顯的促進(jìn)作用[29].種子萌發(fā)研究初期離不開(kāi)最適培養(yǎng)基的挑選。王建勤等就曾分別用VW、KC、MS及改進(jìn)的VW、MS、KC對(duì)金線蓮〔Anoectochilusroxburghii〕種子進(jìn)行無(wú)菌萌發(fā)，發(fā)現(xiàn)種子在KC和改進(jìn)的MS培養(yǎng)基上萌發(fā)率最高，但KC培養(yǎng)基上的原球莖較早就出現(xiàn)衰老。[30]3.5天然提取物的添加在種子無(wú)菌萌發(fā)培養(yǎng)基中添加適宜的天然提取物能促進(jìn)種子萌發(fā)，這一結(jié)論已得到諸多論證：Pierce等發(fā)現(xiàn)，豌豆種子提取物能刺激Ophrysapifera種子的萌發(fā)[31];Malabadi等發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中添加一定量的煙飽和水能促進(jìn)Oberoniaensiformis和Xenikophy-tonsmeeanum種子的無(wú)菌萌發(fā)，原因是由于煙飽和水中的丁烯酸內(nèi)酯能促進(jìn)種子萌發(fā)[32-33].然而，假如培養(yǎng)基中添加了不適宜的天然提取物，不但不會(huì)促進(jìn)萌發(fā)，還會(huì)起到反作用。如在培養(yǎng)基中添加一定量的馬鈴薯汁可促進(jìn)鐵皮石斛〔D.officinale〕種子萌發(fā)，而添加香蕉提取物和椰乳則對(duì)其有不利影響[34].對(duì)某些物種而言，添加激素的促萌發(fā)效果不如添加天然提取物。如在Orchispurpurella種子無(wú)菌萌發(fā)試驗(yàn)中，無(wú)論是單獨(dú)使用沖動(dòng)素〔KT〕還是和IAA結(jié)合使用，都對(duì)原球莖的生長(zhǎng)和發(fā)育有顯著的影響，但其促進(jìn)效果都不如添加馬鈴薯汁或椰子汁[35].3.6pH值pH值影響著種子萌發(fā)經(jīng)過(guò)中各種合成分解酶的活性，適宜的pH值能提高種子萌發(fā)率。pH5.0~5.8的環(huán)境最適宜蘭科原球莖的生長(zhǎng)，過(guò)酸或近中性環(huán)境都不合適。Pra