植物性狀遺傳分析和新品種選育均需要一定的群體規(guī)模，桔梗種子較低出苗率是其育種群體擴大的限制因素之一，這不僅增加了其優(yōu)良新品種選育的難度，也嚴重影響了桔梗育種的總體進程。對桔梗種子發(fā)芽能力的研究結(jié)果顯示，桔梗成熟種子在人工條件下其發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別為93%和78%，表明桔梗種子具有較高的發(fā)芽能力。與人工發(fā)芽條件相比，萌發(fā)溫度和水分限制可能是造成種子田間出苗率較低的主要原因之一。在北方地區(qū)栽培桔梗通常在3月中下旬進行播種，在種子萌發(fā)和出苗階段很容易遭受低溫的影響，而出苗后氣溫回升很快，在幼苗生長階段又易受高溫侵襲。因此，對溫度脅迫下桔梗種子萌發(fā)和生長規(guī)律的研究，對桔梗生產(chǎn)和遺傳育種群體的構(gòu)建均有重要的實踐意義。

目前商洛境內(nèi)秦嶺桔梗野生資源已處于瀕危狀態(tài)中。種子萌發(fā)和幼苗生長階段是一個植物種群能夠在特定環(huán)境下定植的關(guān)鍵時期，溫度作用在田間條件下對萌發(fā)時間具有重要的生態(tài)指示性。迄今對不同基因型桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長對溫度逆境的響應(yīng)機理及種子在極端溫度下的萌發(fā)策略尚缺乏了解。溫度是影響種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子，不同物種甚至同一物種不同生態(tài)型植物種子萌發(fā)對溫度的反應(yīng)可能不同。提出的問題是:在溫度逆境條件下對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長有何種影響以及這種影響在不同基因型種子間是否存在差異?桔梗種子能否以及采取何種策略對溫度逆境做出響應(yīng)?本試驗以不同基因型桔梗為材料研究了溫度脅迫對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期回答上述科學(xué)問題，為桔梗栽培群體構(gòu)建及野生種群的保護與恢復(fù)提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

商州桔梗種子(栽培種)和赤峰桔梗種子(栽培種)分別采自陜西商洛境內(nèi)的張村鎮(zhèn)和內(nèi)蒙古赤峰境內(nèi)的馬林鎮(zhèn)栽培群體，柞水野桔(野生種)種子采自陜西柞水縣后溝村周邊山坡地野生群體，上述種子均于2007年10月采集，4℃冰箱中保存，于2008年3月下旬播種于商洛學(xué)院桔梗種質(zhì)資源圃，2009年10月分別在商州桔梗、赤峰桔梗和柞水野桔群體中采集種子，種子采后干燥箱烘干，于4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2　方法

選取桔梗優(yōu)質(zhì)種子用0.4%的KMnO4溶液表面消毒，蒸餾水沖干凈，培養(yǎng)皿墊雙層濕潤濾紙作為發(fā)芽床，每皿100粒種子擺放均勻蓋上蓋子后，分別放入設(shè)置溫度為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃培養(yǎng)箱光培養(yǎng)，以后每日觀察統(tǒng)計種子萌發(fā)情況，并根據(jù)實際情況添加蒸餾水至原始重量，每處理重復(fù)3次。胚根與種子等長為種子發(fā)芽標準，8d計發(fā)芽勢，11d計發(fā)芽率，發(fā)芽結(jié)束后計算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，測定胚根和胚芽長度，并稱幼苗鮮重、幼苗干重。相關(guān)指標計算公式如下:

(1)種子活力指標:種子發(fā)芽率(%)=n/N×100%;發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt;活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)(GJ)×S。式中，n為發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子總數(shù);Gt為t日發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)。S為平均胚根鮮重。

(2)胚根和胚芽平均長度:在種子萌發(fā)實驗進行12d后，每一重復(fù)各取10株測定其胚根和胚芽長度，并計算平均值。同時，稱幼苗鮮重、幼苗干重。

利用SPSS軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　溫度對桔梗種子發(fā)芽起始時間的影響

從表5-3-1和圖5-3-1可以看出，不同基因型桔梗種子在同一溫度下(除不15℃外)其萌發(fā)起始時間有所不同;從總體上看，赤峰桔梗種子萌發(fā)起始時間比商州桔梗和柞水野桔要短，如在25℃條件下，培養(yǎng)第3日赤峰桔梗種子即開始萌發(fā)，而商州桔梗和柞水野桔萌發(fā)起始時間分別為4d和5d，三者間均存在顯著差異。

隨著培養(yǎng)溫度的升高，不同桔梗種子萌發(fā)起始時間變化趨勢基本相同，即低溫(10℃)明顯延長種子萌發(fā)起始時間，隨培養(yǎng)溫度上升，桔梗種子萌發(fā)時間縮短，但高溫下(30～35℃)萌發(fā)起始時間又出現(xiàn)延長趨勢。

2.2　溫度對桔梗種子萌發(fā)進程的影響

從圖5-3-1中可以看出，隨著培養(yǎng)時間的延長，不同基因型桔梗種子發(fā)芽率增長基本均呈“S”型曲線變化趨勢，即萌發(fā)起始初期種子發(fā)芽率增加速度較慢，之后種子萌發(fā)速度迅速加快而后又趨于平緩，呈現(xiàn)慢-快-慢的變化特征。在20℃和25℃條件下，不同基因型桔梗種子發(fā)芽率快速增長期均出現(xiàn)較早，隨著溫度的升高或降低，快速增長期出現(xiàn)時間明顯延后，并且其曲線斜率也明顯變小。

圖5-3-1　溫度對不同基因型桔梗種子萌發(fā)進程的影響

圖5-3-2　不同基因型桔梗種子發(fā)芽率與溫度的關(guān)系

2.3　溫度對桔梗種子萌發(fā)的影響

發(fā)芽率反映了種子在適宜條件下的萌發(fā)能力，發(fā)芽指數(shù)是種子活力水平的綜合體現(xiàn)。隨著培養(yǎng)溫度的升高，不同基因型桔梗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和活力指數(shù)變化趨勢均表現(xiàn)為先升后降的趨勢，即在低溫范圍內(nèi)升高溫度，種子萌發(fā)各指標均逐漸升高并達到最大值，之后溫度再增加則種子萌發(fā)被明顯抑制(見表5-3-1)。

由表5-3-1還可以看出，不同基因型桔梗種子萌發(fā)的適宜溫度范圍有所不同，商州桔梗為15～30℃，赤峰桔梗和柞水野桔15～25℃;25℃是商州桔梗和赤峰桔梗種子最適萌發(fā)溫度，柞水野桔種子最適萌發(fā)溫度為20℃，在此條件下種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和活力指數(shù)均達到最大值。從圖5-3-2可以看出，赤峰桔梗種子萌發(fā)階段受極端溫度的負面影響相對較小，而柞水野桔種子萌發(fā)偏嗜冷涼(20℃)環(huán)境，且對溫度變化較為敏感，特別對極端高溫侵襲的反應(yīng)更為劇烈，在35℃高溫下種子萌發(fā)幾乎已被完全抑制。

2.4　溫度對桔梗幼苗生長的影響

從表5-3-2中可以看出，溫度對不同基因型桔梗幼苗鮮重均有顯著的影響，隨著溫度的升高，各桔梗幼苗鮮重變化趨勢基本一致，均呈“單峰”曲線型變化，即中低溫范圍隨溫度升高，幼苗鮮重顯著增加，達到最大值后(商州桔梗和柞水野桔25℃達到最大值，赤峰桔梗30℃達到最大值)鮮重隨溫度增加而下降;隨著溫度的升高，桔梗幼苗干重亦呈“單峰”曲線型變化趨勢，但溫度、基因型對幼苗干重均無顯著影響。

表5-3-2　溫度對桔梗幼苗生長的影響

續(xù)表

由表5-3-2還可以看出，隨溫度的升高，各基因型桔梗幼苗根長、芽長和根莖比均呈先升后降的變化規(guī)律，在30℃培養(yǎng)時各幼苗莖長最長，根長、根莖比均在25℃達到最大值，表明25℃條件下有利于根的伸長，在30℃下明顯促進芽的伸長，而幼根的伸長被顯著抑制，據(jù)觀察此時苗高的增長主要是節(jié)間伸長造成的，具有明顯的徒長特征。

3　討論

溫度是影響種子萌發(fā)的重要因子之一，對種子吸水、萌動、胚根、胚芽伸長至幼苗的形成整個過程均有重要作用。溫度在決定種子萌發(fā)中可能起雙重作用，即直接影響種子萌發(fā)或通過間接調(diào)節(jié)種子休眠影響種子萌發(fā)。柞水野桔在10～30℃溫度范圍均可萌發(fā)，而35℃下萌發(fā)幾乎被完全抑制，在10～35℃溫度范圍商州桔梗和赤峰桔梗種子均可萌發(fā)，但在極端低溫和高溫條件下，桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長均被顯著抑制。然而極端低溫和高溫對種子萌發(fā)生長和幼苗產(chǎn)生的危害有所不同:極端低溫更多是通過延緩萌發(fā)起始和幼根生長起抑制作用，而極端高溫則主要通過抑制種子發(fā)芽、延緩幼根伸長和促進幼莖徒長產(chǎn)生危害作用。

商州桔梗和赤峰桔梗種子最適萌發(fā)溫度為25℃，而柞水野桔最適萌發(fā)溫度偏低，種子發(fā)芽偏嗜冷涼(20℃)環(huán)境，這可能是一種對其高山冷涼生境的生態(tài)適應(yīng)。野生桔梗由于長期的過度采挖，種群數(shù)量也迅速萎縮，現(xiàn)存的野生桔梗資源已退縮至一些人跡稀少的高山冷涼區(qū)域。種子萌發(fā)和幼苗的形成是一個物種建群的關(guān)鍵階段，由于高山冷涼生境的長期作用使野生桔梗種子逐漸適應(yīng)低溫萌發(fā)的生態(tài)需求，并使高山野生桔梗種群較好地通過了其建群遇到的一個關(guān)鍵階段。而栽培桔梗主要種植在川原或低海拔山坡地，種子萌發(fā)成苗時期這些地區(qū)溫度回升速度較快，溫度普遍要高，在長期馴化過程中桔梗栽培種也已逐漸適應(yīng)了田間生境。

溫度對桔梗種子幼苗生長和形態(tài)建成均有顯著的影響。在20～25℃下不同基因型桔梗幼苗根莖比均在6.09以上，明顯有利于幼苗根的生長;溫度≥30℃時幼根的生長被顯著抑制，而莖的生長被顯著促進，與25℃時相比莖長增加均超過4.8倍以上，而根長均下降1.6倍以上。這就可以解釋桔梗栽培生產(chǎn)中，出苗及幼苗生長階段如遭遇持續(xù)晴天高溫，即使在水分較為充盈的條件下也常出現(xiàn)大量死苗的現(xiàn)象;由于直接接受日照輻射，午后表層土壤溫度升溫很快，桔梗出苗期間(在陜南地區(qū)為4月中下旬至5月上旬)表層土溫很容易接近或超過30℃，而在這種高溫條件下，桔梗幼莖生長速度顯著加快而使幼苗迅速出土并伸長，而此時幼根的生長被顯著抑制，較短的幼根由于無法快速伸入土壤深層而吸收深層土壤水分，因此無法滿足幼苗地上部分高溫蒸騰對水分的大量需求，使幼苗出現(xiàn)生理缺水并可能引起死苗現(xiàn)象的發(fā)生。

4　結(jié)論

以商州桔梗、赤峰桔梗和柞水野桔種子為材料，研究了溫度對不同基因型桔梗種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明:溫度對不同基因型桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長均有顯著影響，桔梗種子萌發(fā)的極限低溫和高溫分別為5℃和40℃;商州桔梗和赤峰桔梗種子萌發(fā)最適溫度為25℃，柞水野桔為20℃，幼苗生長的最適溫度均為25℃。在10℃條件下桔梗種子萌發(fā)起始時間顯著延后;隨著溫度的升高，不同基因型的桔梗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗鮮重、干重、根長、莖長、根莖比均有先上升后下降的趨勢。低溫和高溫條件均可使種子萌發(fā)和幼苗生長受到負面危害，且低溫和高溫引起危害的可能機制有所不同。低溫主要通過延后種子萌發(fā)起始時間和延緩幼根生長引起抑制作用，而高溫主要通過降低發(fā)芽率、延緩幼根生長和促使幼莖徒長產(chǎn)生危害作用。