1. 引言
肉苁蓉[Cistanche deserticola]为列当科多年生全寄生草本植物，常寄生于藜科植物梭梭[Haloxylon ammodendron (C.A.Mey.) Bunge]和白梭梭[Haloxylon Persicum Bungeex Boiss. EtBuhse]的根部[1]，以干燥带鳞叶的肉质茎为入药部位，是我国药食同源的补益药材之一。近年来研究人员发现除梭梭之外，四翅滨藜根部也可寄生肉苁蓉，并表现出良好的产量和质量[2] [3]。四翅滨藜[Atriplex canescens (Purs h) Nutt.]为藜科滨藜属常绿或半常绿灌木，是美国经过多年培育出的具有较强抗旱性、耐寒性且对牧场改良极有价值的木本饲料树种，还具有改良盐碱地的作用，具有“生物脱盐器”之称[4]。自1989年引入我国新疆、内蒙、甘肃等地，四翅滨藜已成为西北地区防风固沙的特色经济植物兼生态树种，逐渐成为肉苁蓉产业发展的优势寄主和我国优良畜牧饲料的来源[5]。
寄主植物栽培是种植优良肉苁蓉的基础，在自然条件下梭梭生长缓慢，小于4年植龄的梭梭接种肉苁蓉会使寄主植物生长不良，甚至死亡[6]，近年来四翅滨藜的栽培已成为干旱区生态修复和扶贫致富的焦点。播种育苗是培育寄主植物种苗的主要方式，种子繁殖是梭梭种群更新扩大的唯一途径，相关研究主要是温度、盐碱度、含水量等对种子活力的影响[7] [8] [9] [10] [11]；四翅滨藜相关研究则集中在饲料价值的挖掘和盐碱地的改善等方面[12]，由于四翅滨藜种子发芽受到温度、土壤条件等因素的明显限制[13] [14] [15] [16]，大田育苗常用方法则在播种前对四翅滨藜种子进行湿沙催芽处理或温水浸种，种子“露白”后才进行播种[17]，但目前四翅滨藜种子室内发芽的条件缺少统一性和规范性。在肉苁蓉种植产业发展中肉苁蓉种子质量研究较为全面[18]-[23]，但对其寄主植物的种子质量研究却鲜见报道。本研究以不同贮藏时间的肉苁蓉寄主植物–梭梭和四翅滨藜的种子为研究对象，对四翅滨藜和梭梭种子质量进行探讨，为肉苁蓉产业链规范化、规模化发展提供优良种质种苗，同时也为沙区生态修复培育优质苗木和供应优良饲草提供理论基础。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
供试梭梭和四翅滨藜种子分别于2021年、2022年采收于甘肃省武威市，在室温下分别贮藏2年和1年。筛选出无病虫害、颗粒饱满，大小一致的种子，储藏在干燥阴凉的地方备用，四翅滨藜供试种子已除去种翅。贮藏1年的梭梭种子，Hf表示；贮藏2年的梭梭种子，Ho表示；贮藏1年的四翅滨藜的种子，Af表示；贮藏2年的四翅滨藜种子，Ao表示。
2.2. 试验方法
2.2.1. 种子净度
净度分析和计算方法参照GB/T2930.2-2017《草种子检验规程–净度分析》。将收集的种子混合均匀，按照四分法随机取种，使用镊子将种子和其他植物种子挑出，其余部分则为杂质，将以上分离的各部分称重，计算各部分占比(%)。
2.2.2. 种子千粒重
去除杂质后，从净种子中随机数取100粒、500粒、1000粒进行重量检查(四翅滨藜为除去种翅后的净种子)，使用万分之一电子天平测定重量，精确度为0.0001 g，重复4次，计算平均粒重(g)、标准差(SD)和变异系数(CV)，计算千粒重。
2.2.3. 种子含水量
参照GB/T2930.4-2017《草种子检验规程–水分测定》中整粒高温烘干法(130˚C ± 5˚C)，水分测定时间依次为：1 h、2 h、3 h，重复测定2次，每个重复称取5.0 ± 0.5 g。将铝盒预热至恒重并计重，再将种子放入称重，记录重量，再放置于烘箱中烘干。计时结束时，迅速取出样品放入干燥器中密封冷却，称重后计算种子含水量。种子水分(%) = [(烘干前重量 − 烘干后重量)/烘干前重量] × 100%。
2.2.4. 种子真实性
从净种子中随机选取100粒梭梭、四翅滨藜种子，逐粒观察种子大小、颜色等，在体视显微镜下观察种子形态，并用游标卡尺测定梭梭种子的长、宽、厚，四翅滨藜种子的长、宽。
2.2.5. 种子吸水特性
于供试样品中各取100粒梭梭种子，称重后分别放入培养皿中，加入蒸馏水浸没种子，置于25℃恒温培养箱中，每组重复3次，在吸水2、4、6、8、10、12、14 h时取出种子用滤纸吸干表面浮水，称重并记录，计算种子吸胀过程中的吸水量和吸水速率，并绘制种子吸水变化图。于供试样品中各取50粒四翅滨藜种子，称重后分别放入培养皿中，加入蒸馏水浸没种子，置于25℃恒温培养箱。每组重复3次，在吸水2、4、6、8、10、12、14、24 h取出种子用滤纸吸干表面浮水，称湿重并记录，绘制种子吸水变化图，计算方法相同。计算方法：吸水速率(g·H−1) = 吸水量/时间。
2.2.6. 种子发芽率
梭梭种子发芽率测定：梭梭种子发芽较快，试验发芽床选用双层滤纸，温度因素选择5个水平，即10℃，15℃、20℃、25℃、30℃。将梭梭种子浸泡冲洗，用0.3%的K2MnO4溶液消毒15 min后，蒸馏水反复冲洗至干净，放置在90 mm培养皿中进行发芽试验。每个培养皿中放置25粒种子，重复3次(以胚芽冲破种皮为发芽开始，共计数7 d)，计算种子发芽率、发芽势和发芽指数。
发芽率(%) = (第7 d种子发芽数/供试种子数) × 100%
发芽势(GI %) = (第2 d发芽种子数/供试种子数) × 100%
发芽指数 = ∑Gt/Dt (Gt为时间t内的发芽数，Dt为相应的发芽时间) × 100%
四翅滨藜种子发芽率测定：选用砂床进行，温度选择25℃，将四翅滨藜的种子播种在盛有大小均匀砂粒的花盆，砂砾粒径为0.05 mm~0.08 mm，每个花盆放置25粒种子，播种后覆沙1 cm，重复3次，将其放置在25℃恒温培养箱中进行发芽，每天早晚喷水，保持花盆处于湿润状态。播种后每日观察种子发芽情况，从第一粒种子发芽时开始计数，连续记录7 d；出苗结束后，将花盆中的沙壤土全部倒出，检查并统计种子发芽情况，计算种子发芽率、发芽势和发芽指数，计算方法同梭梭种子。
2.3. 数据分析
采用Excel2016软件整理数据，并通过SPSS22.0统计软件进行方差分析。
3. 结果与分析
3.1. 梭梭与四翅滨藜种子形态特征
3.1.1. 种子净度分析
对不同贮藏年限的梭梭和四翅滨藜种子分别进行净度分析，由表1可知，Hf、Ho净度分别为69.33%、86.13%，增失比为2.69%，0.68%；Hf所含杂质较多，净度小于Ho。Af、Ao净度分别为93.03%、87.02%，增失比为3.55%、3.76%；Ao所含杂质较多，净度小于Af，梭梭和四翅滨藜种子净度增失比均小于5%。
Table 1. Analysis of seed clarity in H. ammodendron, A. canescens
表1. 梭梭、四翅滨藜种子净度分析
样品 Samples |
样品重量(g) Original weight (g) |
净种子重量(g) Net seed weight (g) |
其他杂质重量(g) Weight of other
impurities (g) |
净度(%) Clarity (%) |
增失比例(%) Gain/loss ratio (%) |
Hf |
5.1310 ± 0.042 |
3.5388 ± 0.052 |
1.5652 ± 0.026 |
69.33 ± 0.005 |
2.69 ± 0.006 |
Ho |
5.0494 ± 0.011 |
4.3430 ± 0.013 |
0.6996 ± 0.0180 |
86.13 ± 0.00 |
0.68 ± 0.004 |
Af |
5.4475 ± 0.034 |
5.0348 ± 0.023 |
0.3772 ± 0.024 |
93.03 ± 0.005 |
3.55 ± 0.003 |
Ao |
5.0618 ± 0.003 |
4.3709 ± 0.106 |
0.6533 ± 0.1218 |
87.02 ± 0.020 |
3.76 ± 0.036 |
3.1.2. 种子粒重分析
采用百粒法、五百粒法和千粒重法对不同贮藏时间的梭梭和四翅滨藜种子进行粒重测定(四翅滨藜在去翅后进行重量分析)，由表2可知，在五百粒法中，Hf、Ho变异系数最小，分别为3.41%、2.27%；千粒法中，Af、Ao的变异系数最小，分别为1.86%和7.81%。3种方法测定种子粒重，Af、Hf粒重均大于Ao、Ho，差异显著(P < 0.05)。
Table 2. Grain weight analysis of H. ammodendron, A. canescens
表2. 梭梭、四翅滨藜种子粒重分析
样品 Samples |
百粒法/g One hundred grain method(g) |
变异系数/% Coefficient of variation(%) |
五百粒法/g Five Hundred Grain Method(g) |
变异系数/% coefficient of variation(%) |
千粒法/g Millipede method(g) |
变异系数/% coefficient of variation(%) |
Hf |
0.2850c |
9.21 |
1.4615c |
3.41 |
2.9780c |
7.42 |
Ho |
0.2620c |
2.92 |
1.3021c |
2.27 |
2.6520c |
3.51 |
Af |
0.9375a |
4.76 |
4.7635a |
2.97 |
9.5578a |
1.86 |
Ao |
0.9104b |
12.83 |
4.0765b |
11.01 |
8.1394b |
7.81 |
注：同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
3.1.3. 种子含水量分析
梭梭、四翅滨藜种子含水量测定采用整粒高温烘干法(130˚C ± 5˚C)。如表3所示，4份种子含水量在第1 h内均发生明显变化，继续烘干2 h、3 h后，种子含水量变化较小4份种子烘干第1 h、2 h含水量：Hf > Ho，Af > Ao；随着烘干时间的增加，第3 h含水量：Hf < Ho，Af < Ao；Hf、Af含水量变化：1 h > 2 h > 3 h；Ho、Ao含水量变化：1 h > 3 h > 2 h。Hf、Ho、Af、Ao总含水量分别为7.123%、6.031%、8.033%、6.313%。结果表明，贮藏1年的种子含水量较高，Af、Hf含水量始终高于Ao、Ho。
Table 3. Changes in water content of H. ammodendron, A. canescens
表3. 梭梭、四翅滨藜种子含水量变化
时间/含水量(%) Time/Moisture content (%) |
Hf |
Ho |
Af |
Ao |
1 h |
6.842 ± 0.0005ab |
5.085 ± 0.0015b |
7.776 ± 0.0002ab |
5.994 ± 0.0027a |
2 h |
0.235 ± 0.0002a |
0.210 ± 0.0030a |
0.232 ± 0.0018b |
0.106 ± 0.0015ab |
3 h |
0.045 ± 0.0002b |
0.737 ± 0.0015a |
0.025 ± 0.0003c |
0.213 ± 0.0000c |
总含水量(%) |
7.123 |
6.031 |
8.033 |
6.313 |
注：同行不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。
3.1.4. 种子形态分析
随机选取100粒不同储藏时间的梭梭、四翅滨藜的种子，对其形状、颜色、大小进行观察测定。种子形态见图1。梭梭种子形状大多呈圆形或椭圆形，颜色呈黄褐色或深褐色；种皮较薄，易吸水膨胀、种胚呈螺旋状，种皮包被。Ho粒径为2.11 ± 0.21 mm，厚度为0.79 ± 0.13 mm，两者均大于Hf；Hf粒径则为2.06 ± 0.11 mm，厚度为0.66 ± 0.56 mm。
四翅滨藜种子胞果具4翅，形状规则，但少数具有3翅或不规则种翅，去翅后的种子种皮坚硬，大多呈椭圆形或倒卵形，少数种子较小，呈不规则形状；颜色呈黄绿色或深褐色。Ao长为5.01 ± 1.29 mm，宽为2.45 ± 0.92 mm，长宽比为2.27 ± 0.80 mm，两者均大于Af；Af长为4.26 ± 1.00 mm，宽为2.78 ± 0.55 mm，长宽比为1.92 ± 0.48 mm；长宽比越大，表明种子长度与种子宽度差异越大。
Figure 1. Seed morphology of H. ammodendron, A. canescens
图1. 梭梭种子、四翅滨藜胞果形态
3.2. 梭梭与四翅滨藜种子吸水特性
Figure 2. Changes in water absorption and water absorption rate of H. ammodendron
图2. 梭梭种子吸水量、吸水速率变化
Figure 3. Changes in water absorption and water absorption rate of A. canescens
图3. 四翅滨藜种子吸水量、吸水速率变化
如图2所示，Ho、Hf在0~4 h时的吸水量变化规律一致，处于快速吸水期；2~12 h处于低速吸水期，吸水量缓慢升高，但Ho吸水量明显高于Hf。Ho在0~4 h、4~10 h两个阶段内吸水速率变化呈“之”字形曲线，呈先升高后下降趋势，分别在2 h、6 h吸水速率达到相对应阶段的最大值，但6 h吸水速率小于2 h，10~14 h吸水速率再次上升；Hf整个时间段内吸水速率呈先升高后降低再升高的趋势，2 h时吸水速率最快，之后呈缓慢吸水状态。梭梭为短命种子，种子形状较小，长时间室温储藏易失水，在水分充足的条件下，梭梭会快速吸水膨胀，2 h时吸水速率达到最大，Hf在6 h时吸水速率再次升高，可能是种皮较厚，种胚为冲破种皮限制再次加速吸水。Hf吸水量和吸水速率均低于Ho，且在2 h后胀破的种子数量逐渐增加。
如图3所示，Ao、Af吸水量整体变化趋势相同，且Af吸水量始终大于Ao。Ao、Af吸水速率整体变化规律一致，两者在0~2 h为快速吸水期，4~24 h时进入到缓慢吸水状态，但Ao在14 h后几乎处于停止吸水，Af仍在持续缓慢吸水；0~4 h时Af吸水速率基本大于Ao，4~14 h两者处于不稳定吸水状态，吸水速率较小，变化不明显；14 h后，Af吸水速率大于Ao。四翅滨藜种皮较硬，在快速吸水后，种皮逐渐软化，种子处于持续缓慢吸水状态可能是为破除种子休眠，催动种子发芽。
3.3. 梭梭与四翅滨藜种子萌发特性
3.3.1. 种子发芽率分析
Figure 4. Seeds daily variation of germination rate of H. ammodendron
图4. 梭梭种子发芽率日变化
Figure 5. Seeds daily variation of germination rate of A. canescens at 25˚C
图5. 25˚C四翅滨藜种子发芽率日变化
如图4所示，Ho发芽率日变化：10℃、15℃整体呈上升趋势，第7 d达到80%~100%；20℃、25℃、30℃发芽率先升高后下降，第3 d达到最高值。Hf发芽率日变化：随着发芽天数的增加，10℃、15℃发芽率逐渐上升，在计数结束时发芽率达到90%~100%；25℃、30℃的发芽率呈升高后下降的趋势，在第2 d达到最高值；20℃变化趋势与15℃、10℃一致，但最终的成活率偏低。Ho、Hf发芽率日变化随温度的升高，均呈降低趋势。如图5所示，四翅滨藜种子发芽滞后期为5 d，Ao与Af发芽率日变化规律基本相同；Ao在5~12 d发芽率逐渐增加，13d时保持稳定，达到50%以上；Af在5~11 d发芽率缓慢增加，12d时保持基本稳定。
如图6所示，Ho发芽率由高到低依次为：15℃ > 10℃ > 25℃ > 20℃ > 30℃，10℃、15℃发芽率分别为84.0%、93.3%，高于其他温度，差异显著(P < 0.05)。Hf发芽率：15℃ > 10℃ > 20℃ > 30℃ > 25℃，15℃发芽率最高，达到100%，10℃发芽率为93.3%，两者与其它温度下发芽率差异显著(P < 0.05)。随温度的升高，Hf发芽率始终高于Ho，差异显著(P < 0.05)。由表4可知，Af发芽率为23%，Ao发芽率为56%，Ao发芽率高于Af。Ho、Hf在15℃发芽率最高，达到90%以上，10℃次之，达到80%-90%；Ao、Af在25℃发芽率较低，但Ao始终大于Af。
注：不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。
Figure 6. Comparison of germination rate of H. ammodendron seeds
图6. 梭梭种子发芽率比较
Table 4. Comparison of germination rate and germination potential, germination index of A. canescens seeds at 25˚C
表4. 25˚C四翅滨藜种子发芽率、发芽势、发芽指数比较
样品 Samples |
发芽率(%) Germination rate (%) |
发芽势(%) Germination potential (%) |
发芽指数 Germination index |
Af |
23.00 ± 1.91 |
9.00 ± 3.42 |
0.80 ± 0.13 |
Ao |
56.00 ± 4.90 |
18.00 ± 7.75 |
1.89 ± 0.05 |
3.3.2. 种子发芽势、发芽指数分析
如图7所示，Ho、Hf整体发芽势均为15℃ > 10℃ > 25℃ > 30℃ > 20℃，与发芽率变化趋势相同，Hf、Ho在15℃时发芽势最高；10℃时Hf等于Ho，20℃、25℃，Hf小于Ho，差异显著(P < 0.05)。结果说明在10℃、15℃下贮藏2年和1年的梭梭种子发芽速度均较快，参照GB/T2930.2-2017《草种子检验规程》可知，10℃为梭梭种子发芽的最佳温度；随着温度升高，种子内含物的代谢增多，种子发芽率降低种子发芽整齐度受到影响。
Hf发芽指数变化依次为：20℃ > 15℃ > 10℃ > 30℃ > 25℃，10℃、15℃发芽指数高于25℃、20℃；Ho发芽指数变化：15℃ > 25℃ > 10℃ > 30℃ > 20℃；20℃时Hf发芽指数大于Ho，差异显著(P < 0.05)。通过分析比较发现Hf在20℃时活力最强，15℃次之；Ho在15℃时种子活力最强，25℃次之。由表4可知，Ao发芽指数与发芽势、发芽率均高于Af，说明Ao的种子活力强于Af。
注：不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。
Figure 7. Germination potential and germination index of H. ammodendron seeds
图7. 梭梭种子发芽势、发芽指数
4. 讨论
种子净度是评价播种质量的一个重要指标，杂质会影响种子储藏安全和种子活力，降低种子使用价值[24]，常温条件下，梭梭种子会受到外部环境的影响，使种子净度降低，产生虫蛀、种翅挤压等产生杂质，所以需对种子规范化保存。通过对种子粒重、含水量进行测定分析，贮藏1年的种子粒重、含水量均高于贮藏2年的种子，随着贮藏时间延长，种子内水分流失。从吸水特性来看，梭梭种子短时间内均快速吸水吸胀，贮藏2年的梭梭种子前期加速吸水，种子吸水速率较快，吸水量较多；贮藏1年的四翅滨藜种子吸水量整体高于贮藏2年的种子，前期吸水速率明显较低；由于种子形态存在差异，梭梭遇水易吸胀，四翅滨藜种子种皮坚硬，吸水时间相对会更长，吸水量较大。通过发芽率、发芽势、发芽指数的测定表明，Ho、Hf在低温15℃和10℃时发芽率、发芽势、发芽指数均较高，符合种子检验标准中梭梭的最适发芽温度，且贮藏1年的种子发芽率高于贮藏2年的；四翅滨藜在25℃沙培条件下，贮藏1年的种子发芽率、发芽势、发芽指数均低于贮藏2年的，相同条件下贮藏2年的四翅滨藜种子萌发速度较快、发芽整齐，种子活力更强。
梭梭种子较小，无坚硬的种壳，种皮干燥时与种胚合为一体，种皮遇水易吸水膨胀，形成保护膜[25]，发芽时受到温度、水分的影响较大，种胚生活力较强的种子会充分吸收水分，冲破种皮，且个别为复胚种子。由于梭梭、四翅滨藜种子形态存在差异，所以其种子萌发特性也不相同。通过观察发现，梭梭随着温度升高，发芽床上种子内含物代谢增多，且伴随着种子腐烂、坏死和发霉，种子活力下降，影响种子发芽率和成活率。四翅滨藜种皮坚硬，种胚不易冲破，种子萌发所需时间较长，本次试验以砂子为发芽床，2种不同贮藏时间的种子发芽均存在发芽滞后期，贮藏1年的种子发芽率低于贮藏2年的种子，由于四翅滨藜种子表皮带有抑制物质，存在后熟特性[26] [27] [28]。通过前期预实验，发现四翅滨藜种子室内发芽试验以砂土为发芽床更佳，更接近自然条件，大大提高了种子发芽速度。
综上分析，梭梭种子可快速吸水萌发并开始幼苗的生长，是沙漠植物的一种优势，避免种子在降水后受干旱胁迫而快速萌发完成生活史[27]。四翅滨藜种子属于缓慢萌发型，通过萌发缓慢、萌发率低的策略适应严酷环境，以应对后期缺水的影响[29]。王泽等研究表明梭梭常温贮藏时间越久，种子发芽率会降低[30]，这与本研究结论相同。胡正荣等[13]等发现四翅滨藜的发芽试验与盆栽试验表现不完全相同，所以室内发芽条件还需进一步研究。四翅滨藜种子发芽过程存在萌发滞后期，为研究室内适宜发芽条件，可借鉴大田育苗方法。
在自然环境中，影响种子质量的因素有地域差异、水分、光照、温度等，西北大部分地区冬季严寒而干燥，夏季高温，降水稀少，在一些地区还常年伴随着较大的风沙，生态环境较差。梭梭和四翅滨藜的良种繁育不仅可以改善种植地的生态环境，还可作为珍稀药材肉苁蓉的寄主植物，增加当地经济收益。两者虽然生长环境一致，但无论种子形态还是萌发条件均存在差异，对种子质量进行全面研究，选择适宜的发芽条件，有利于提高种子利用率。梭梭目前已有种子质量检验标准；四翅滨藜暂无种子质量检验标准，室内发芽条件不够明确，通过试验种子发芽适宜于砂床上进行。梭梭和四翅滨藜种子质量研究是良种繁育的基础，也是肉苁蓉寄主植物培育的前提，是整个产业链健康发展的基础，因此对种子质量进行系统性研究十分必要。通过控制两种寄主植物的种子质量，最大化利用种子资源，提高种子育苗成功率，为社会经济生态带来无限的发展价值。
5. 结论
梭梭和四翅滨藜种子贮藏2年与贮藏1年相比较，种子净度、粒重、含水量均降低，且不受种子形态影响。梭梭种子具有遇水易吸胀的吸水特性，且贮藏2年的种子吸水量和吸水速率小于贮藏1年的；四翅滨藜种子不易吸水膨胀，贮藏2年的种子吸水量和吸水速率大于贮藏1年的。不同温度条件下，2种不同贮藏时间的梭梭种子发芽适宜温度为15℃，其次为10℃，且贮藏1年的种子发芽表现较好；四翅滨藜种子在25℃沙培条件下，贮藏1年的种子发芽率、发芽势和发芽指数小于贮藏2年的。贮藏2年后对梭梭种子质量产生明显影响，尤其是种子发芽活力，梭梭种子应在采收贮藏短时间内进行育苗；四翅滨藜种子通过贮藏促进种子后熟后再进行播种。
基金项目
国家自然科学基金资助项目(31860349)；甘肃省科技计划资助项目(18YF1NA072)。
NOTES
*通讯作者。