蘭科植物種子萌發(fā)相關(guān)因素研究,園藝學論文

蘭科植物種子萌發(fā)相關(guān)因素研究,園藝學論文蘭科〔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〕類型，多數(shù)為珍稀瀕危植物，具有很高的觀賞和藥用價值。如天麻、鐵皮石斛等為我們國家傳統(tǒng)中藥，有些種類如蝴蝶蘭、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度開采，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于種苗快繁技術(shù)的蓬勃發(fā)展，而該技術(shù)的核心問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)機制〔生化、營養(yǎng)、分子等方面〕以及種子成熟度、預處理與萌發(fā)率的關(guān)系，將對蘭科植物種苗快繁途徑中有性繁衍技術(shù)的發(fā)展起到促進作用，進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。但并不能簡單地以為成熟種子的萌發(fā)率要高于未成熟種子，由于當種子到達某成熟度之后，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)成種子最適宜無菌萌發(fā)，由于此時種胚長至最大尺寸，種皮開場脫水，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的阻礙種子萌發(fā)的因素，這可能是導致出現(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].播種時種子的成熟度影響著播種培養(yǎng)基的選擇和預處理的方式，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種子收集與預處理2.1種子收集收集和有效保藏種子是實現(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上，先對即將開裂卻未開裂的蒴果進行外表消毒〔70%~75%乙醇1min,2.5%NaClO15min〕，接著用無菌水沖洗數(shù)遍，然后用無菌濾紙吸去多余水分，最后用無菌手術(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情況調(diào)節(jié)[9-10],華而不實NaClO可用過氧乙酸或HgCl2代替。2.2種子預處理播種前，對種子進行預處理能夠促進萌發(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水分和氧氣的吸收，所以為了促進萌發(fā)，物理上一般采用磁性棒攪拌或超聲波法去除種皮對種子萌發(fā)的抑制[13],化學上則用NaOH、KOH、NaClO及Ca〔ClO〕2等溶液來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)過后熟作用，所以低溫層積也是常用的預處理方式方法之一[14-15].通過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，除非對種子進行預處理：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，低溫層積預處理還可促進Platan-therapraeclara、P.leucophaea種子的共生萌發(fā)[17-18].對于蘭科植物種子的非共生萌發(fā)，除可采用上述預處理方式方法外，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菌培養(yǎng)基上，發(fā)現(xiàn)能促進該種子萌發(fā)[19].當前，有關(guān)激素促進蘭科植物種子萌發(fā)的機制尚不清楚。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、強度、時間〕，氣壓〔壓強、氣體成分及比例〕，基本培養(yǎng)基及植物激素〔植物生長素類、細胞分裂素類及其濃度配比〕，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℃時的萌發(fā)率明顯優(yōu)于24~26℃和18~21℃[20].3.2光照有報道稱，蘭科植物種子的感光不是必需的而是光促進類型[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?shù)墓庹眨蚯o才能繼續(xù)發(fā)育成幼苗。研究發(fā)現(xiàn)：在無菌萌發(fā)試驗中，完全暗培養(yǎng)一段時間后給予光暗交替培養(yǎng)是春蘭〔Cymbidiumgoeringii〕啟動種子萌發(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〔藍光、紅光LED〕對Oreorchispatens無菌萌發(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)，當氣壓增至1.8atm時能促進Galeolaseptentrionalis種子萌發(fā)，而此時O2和CO2的最佳濃度分別為5%、8%[24].如條件允許，可深切進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，半乳糖對胚的生長有抑制作用。蔗糖作為培養(yǎng)基中的能源物質(zhì)和浸透調(diào)節(jié)劑，對原球莖的生長影響較大，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。除此之外，在培養(yǎng)基中添加活性炭能夠有效吸附酚類物質(zhì)，進而減少褐變[25-27].氮源方面，蘭花胚在含有氨鹽的培養(yǎng)基上生長良好，它對氨鹽的親和力是與蘭花特有的營養(yǎng)習性有關(guān)，對某些蘭科植物種胚而言，尿素是有效的氮源，但對另一些種來講卻具有抑制作用[2].天冬氨酸和精氨酸在培養(yǎng)蘭科植物離體胚時，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，能夠通過添加植物激素在一定程度上來克制，當前常使用的外源激素是生長素類〔如IAA、2,4-D和NAA〕、細胞分裂素類〔如6-BA、ZT和KT〕和赤霉素〔GA〕；激素可單一添加可以配合使用，華而不實單一添加某種激素時有限的促進效果暗示了蘭科植物種子萌發(fā)機制的復雜性[19],而不同類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〕沖動素〔KT〕與較低濃度〔0.1mg/L〕NAA的配合使用對fo手參〔Gymnadeniaconopsea〕種子的非共生萌發(fā)具有明顯的促進作用[29].種子萌發(fā)研究初期離不開最適培養(yǎng)基的挑選。王建勤等就曾分別用VW、KC、MS及改進的VW、MS、KC對金線蓮〔Anoectochilusroxburghii〕種子進行無菌萌發(fā)，發(fā)現(xiàn)種子在KC和改進的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菌萌發(fā)培養(yǎng)基中添加適宜的天然提取物能促進種子萌發(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Oberoniaensiformis和Xenikophy-tonsmeeanum種子的無菌萌發(fā)，原因是由于煙飽和水中的丁烯酸內(nèi)酯能促進種子萌發(fā)[32-33].然而，假如培養(yǎng)基中添加了不適宜的天然提取物，不但不會促進萌發(fā)，還會起到反作用。如在培養(yǎng)基中添加一定量的馬鈴薯汁可促進鐵皮石斛〔D.officinale〕種子萌發(fā)，而添加香蕉提取物和椰乳則對其有不利影響[34].對某些物種而言，添加激素的促萌發(fā)效果不如添加天然提取物。如在Orchispurpurella種子無菌萌發(fā)試驗中，無論是單獨使用沖動素〔KT〕還是和IAA結(jié)合使用，都對原球莖的生長和發(fā)育有顯著的影響，但其促進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，過酸或近中性環(huán)境都不合適。Pra