不同浓度秋水仙素处理下蚕豆发芽形态指标及气孔分析

黄德帅

（西南林业大学林学院，云南昆明 650224）

蚕豆（Vicia fabaL.）属于豆科野豌豆属，在全国各地均有栽培，宜生长于温暖地带，耐低温。蚕豆是人类最早栽培的豆类作物之一[1]。蚕豆的用途有很多，可作粮食、蔬菜、饲料用，也可用于制作糕点，还可作药用等，目前蚕豆的品种及衍生产品较多。秋水仙素是细胞遗传学中常用来对植物进行形态染色体加倍的化学试剂[2]，进而影响植物的形态指标及气孔大小的改变。秋水仙素的诱变结果与秋水仙素浓度、植物种类以及处理时间等有关[3]。不同浓度秋水仙素对植物性状的影响不同，掌握最佳秋水仙素浓度是分析蚕豆种子发芽率及观察形态指标的关键。近年来学者对秋水仙素诱导蚕豆染色体加倍的研究较多，而对蚕豆苗形态指标研究较少[4]，该研究旨在探索不同浓度秋水仙素处理下蚕豆种子的发芽率及形态指标影响，进而为蚕豆种子生长发育提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1试验地概况。试验地设在西南林业大学苗圃，地处云南省昆明市盘龙区，位于102°45′41″ E，25°04′00″ N，海拔1 900 m 左右，属北亚热带半湿润高原季风气候，年平均气温15℃；年平均降水量900 mm，年平均相对湿度68.2%；土壤为酸性低磷红壤，是适合蚕豆生长的环境。

1.1.2材料。蚕豆种子购于云南省昆明市种子公司。

1.2 方法

1.2.1种子预处理。选取大小形态相似的蚕豆种子，先用自来水清洗干净，而后用0.50%浓度高锰酸钾消毒浸泡25 min，最后用温水浸泡24 h。

1.2.2秋水仙素诱导处理。经预处理后的蚕豆露白种子，先将浸泡水倒掉并用自来水清洗干净，将蚕豆竖置于培养皿中，用不同浓度秋水仙素（0.1%、0.05%、0.01%）处理，每个处理各30 颗蚕豆种子，在室温下放置24 h 后进行播种，以清水为对照。播种后每2 d 进行1 次浇水，记录其发芽率，20 d 后进行形态指标的测定与气孔的观察。

1.2.3测量方法。用直尺测量蚕豆苗高、叶长、叶宽（精确到0.1 cm），用游标卡尺测量地径、叶厚（由于叶片厚度较为难测，因此采用同株多片叶片堆叠测量求平均值的方法得到叶片厚度，精确到0.01 cm）等形态指标，用显微镜观察气孔大小。

气孔参数测定方法：采用指甲油固定法，将采取20 d后的各浓度蚕豆叶片带回实验室，每株在中下部取叶片进行观察（保证所取叶片在植株同一部位，避免人为因素引起的误差）；用细流水清洗叶片上的杂质，然后迅速擦干水分；而后平滑地在叶片上涂上透明的指甲油，待指甲油完全干后轻轻撕下叶表皮，置于电子显微镜下观察。每个处理取3 株，每株取1 个叶片。

1.3 数据分析

采用Excel 2007 进行数据统计，SPSS 19.0 进行单因素方差分析[5]。检验相关指标，并对相关形态指标进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同浓度秋水仙素处理下蚕豆种子发芽率结果分析

对20 d 后的蚕豆种子实验数据进行记录分析，发现不同浓度秋水仙素处理（CK、0.01%、0.05%、0.10%）的发芽数依次为6、24、23、6 颗。秋水仙素浓度为0.01%的发芽率最高，达80%，其次是0.05%浓度，最后是CK 和0.10%浓度处理，二者发芽率相同，仅为20%，由此可见浓度为0.01%的秋水仙素对蚕豆发芽率诱导作用最好，秋水仙素浓度过高会抑制蚕豆种子发芽。

2.2 不同浓度秋水仙素处理下蚕豆种子生长性状统计

对不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆种子的地径、苗高、叶长、叶宽、叶厚进行统计（表1）。苗高均值最大为秋水仙素0.05%处理，为7.7 cm；苗高最大值为秋水仙素0.01%处理，为16.7cm，约为0.05%秋水仙素处理的1.12倍；叶片长度及宽度均值大小依次均为：0.05%＞0.01%＞CK＞0.10%；叶片厚度均值大小依次为：0.01%＞0.05%＞CK＞0.10%；从变异系数来看，CK 平均各指标变异系数为17.04%，0.01%秋水仙素处理平均变异系数为48.57%，0.05%秋水仙素处理平均变异系数9.31%，0.10%秋水仙素处理平均变异系数为50.45%。由此可见，0.05%秋水仙素处理下各形态指标变异系数较低，说明其生长发育指标较为稳定，而0.10%秋水仙素处理平均变异系数最高，说明在此浓度处理下，生长发育指标具有不稳定性，其可利用潜力较大。

表1 不同浓度秋水仙素处理下蚕豆生长性状统计

2.3 不同浓度秋水仙素处理下蚕豆气孔数量分析

将不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆种子在同一倍镜（40×10 倍）下进行显微镜观察。由表2 可知，0.10%秋水仙素处理下的气孔数（气孔密度）最多，平均每片叶片达19 个气孔；0.05%秋水仙素处理下的气孔数最少，平均每片叶片有11 个气孔；而0.01%秋水仙素处理下的每片叶片气孔数与CK 相同，均为每片叶片12 个气孔。由此可见，高浓度秋水仙素可提高蚕豆叶片气孔数量。

表2 不同浓度秋水仙素处理蚕豆叶片气孔数

2.4 不同浓度秋水仙素处理下蚕豆气孔形态分析

对不同浓度秋水仙素处理下的蚕豆叶片气孔进行显微镜观察并拍照记录，在同一倍镜下取每个处理、重复中最清晰、具代表性的视野气孔进行分析（图1～4），结果表明，0.05%秋水仙素处理下蚕豆叶片无论是气孔长度和宽度均最大；0.01%秋水仙素处理下气孔长度与CK 相近，而气孔宽度小于CK；0.10%秋水仙素处理下的气孔长度及宽度均小于CK。分析可知，较高、较低浓度秋水仙素处理均会影响蚕豆叶片气孔形态，高浓度会导致气孔叶片长度及宽度缩小，低浓度会导致气孔宽度缩小，适宜浓度的秋水仙素会导致气孔形态增大。

图1 0.01%处理气孔形态

图2 CK 气孔形态

图3 0.05%处理气孔形态

图4 0.10%处理气孔形态

3 结论与讨论

秋水仙素是一种生物碱，能抑制有丝分裂，且是一种剧毒试剂[6]。通过不同浓度秋水仙素（CK、0.01%、0.05%、0.10%）对蚕豆种子进行处理，蚕豆种子发芽率由高到低依次为：0.01%＞0.05%＞CK＞0.10%；可见秋水仙素浓度越高越会抑制蚕豆种子的发芽，这与邓斯颖等对秋水仙素对红花檵木腋芽与种子发芽的影响研究结果一致[7]。但也可能存在误差，由于该试验天气原因（较干旱）以及土壤性质等导致蚕豆种子缺水。苗高和地径是评价苗木质量的必要因素，苗木质量的优劣主要是通过苗木形态指标及生理指标进行评价[8]，对秋水仙素处理20 d 的蚕豆种子进行形态指标鉴定，结果表明，各浓度处理下的地径均值大小关系依次为：CK＞0.01%＞0.05%＞0.10%，各浓度处理下的苗高均值大小关系依次为：0.05%＞0.01%＞CK＞0.10%。可见高浓度秋水仙素处理会抑制苗高、地径的生长。这与闫秋洁等[9]对秋水仙素处理下蚕豆胚根生长的影响研究结果及赵锦慧[10]对蚕豆多倍体浓度探究结果相似。原因可能是由于残留在组织内的秋水仙素容易向植物分生组织中运输积累，从而对茎的分生生长产生了一定的抑制作用，导致蚕豆苗高生长受限[11]。叶片作为植物制造、贮藏养分的主要器官[12]，叶片的形态指标可以衡量植物生长发育的状况，也可为科学施肥提供原始依据[13]。对蚕豆苗进行叶片长、宽、厚分析，结果表明，各浓度处理下叶长、叶宽平均值大小依次为：0.05%＞0.01%＞CK＞0.10%；叶厚的大小关系为：0.01%＞0.05%＞CK＞0.10%，综合可知0.05%秋水仙素处理对蚕豆叶片形态指标影响较好，有利于蚕豆获取更多营养。

气孔是植物与外界环境进行CO2与水分交换的一种特殊结构，由1 对保卫细胞围绕1 个小孔形成，其开度大小直接决定着植物的蒸腾作用和光合作用[14-15]。该研究结果表明，在40×10 倍镜下0.1%秋水仙素处理下，蚕豆叶片的气孔数最多，平均每片气孔数多于CK 的气孔数；0.05%秋水仙素处理下的蚕豆叶片气孔数最少，低于CK的气孔数。同一倍镜下0.05%秋水仙素处理下的蚕豆叶片气孔形态要大于其他3 组处理，0.10%秋水仙素处理下的气孔形态在长度及宽度上均小于其他3 组。可见高浓度（0.10%）秋水仙素会诱导蚕豆叶片气孔数增多，而气孔形态较小，较低浓度（0.05%）秋水仙素导致蚕豆叶片气孔数减少、气孔形态增大。这可能与土壤含水量有关[16]。该结果与闫秋洁等[9]和吴婷等[17]使用秋水仙素对气孔形态的研究结果相似。

综合可知，低浓度（0.01%）秋水仙素有利于促进蚕豆种子发芽；高浓度（0.10%）秋水仙素促进蚕豆叶片气孔数量增多，但会导致气孔形态缩小，适宜浓度（0.05%）秋水仙素有利于促进蚕豆苗高生长，对叶片生长也具促进作用，并且会导致蚕豆叶片气孔数减少、气孔形态增大。实际生产过程中可以根据不同浓度秋水仙素对蚕豆种子生长发育的影响选取合适的浓度进行处理，以期为蚕豆种子更好地生长提供理论基础。