層積處理對(duì)野慈姑種子萌發(fā)的影響

劉 英， 趙長(zhǎng)山， 范丹丹， 何付麗， 曹 揚(yáng)

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

野慈姑(SagittariatrifoliaLinn.)別稱(chēng)狹葉慈姑、三腳剪、水芋等，屬澤瀉科慈姑屬，為慈姑的變種，是1種多年沼生草本植物，分布于中國(guó)東北、華北、西北、華東、華南、西南等地，為稻田常見(jiàn)雜草，近幾年來(lái)在東北地區(qū)發(fā)生猖獗。種子萌發(fā)的前提是種子成熟且具有生活力。一些植物種子分化成熟后，在適宜的環(huán)境條件下能立即萌發(fā)。但有一些植物的種子，即使外界條件非常優(yōu)越，也不能及時(shí)萌發(fā)，必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)期后才能萌發(fā)，種子的這一性質(zhì)稱(chēng)為休眠。任何種子都有休眠期，只是長(zhǎng)短不同。有些植物種子成熟后隨即可以萌發(fā)，也就是休眠期極短，如水稻、小麥、楊、柳等植物，這些植物的種子離開(kāi)母體時(shí)才是真正成熟了，完全具備萌發(fā)的內(nèi)在條件，只要外界條件適宜，它們就可以萌發(fā)；而人參、松樹(shù)、苜蓿等植物的種子，必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的休眠才能萌發(fā)。

種子休眠是指在一定的時(shí)間內(nèi)，具有活力的種子(或者萌發(fā)單位)在任何正常的物理環(huán)境因子(溫度、光照/黑暗等)的組合下不能完成萌發(fā)的現(xiàn)象[1-5]。種子休眠是種子對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的一種生物學(xué)適應(yīng)性，導(dǎo)致種子休眠的因素是復(fù)雜的，種子無(wú)法正常萌發(fā)的原因很多，既有內(nèi)因又有外因，對(duì)植物而言，既有利又有弊[6-7]。種子休眠的類(lèi)型，可分為內(nèi)源休眠和外源休眠兩大類(lèi)[8]。在此基礎(chǔ)上，Nikolaeva 根據(jù)休眠發(fā)生的機(jī)理，休眠分為生理休眠、形態(tài)休眠、形態(tài)生理休眠、物理休眠、綜合休眠、化學(xué)休眠、機(jī)械休眠7大類(lèi)。層積處理是一種古老而有效的打破種子休眠的方法[9-13]，而低溫層積是生產(chǎn)上廣泛使用的一種種子處理方法，尤其是對(duì)一些有生理休眠的種子來(lái)說(shuō)是最有效的一種方法[14]。目前，關(guān)于種子休眠的研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但是仍被認(rèn)為是種子生物學(xué)中了解最少的現(xiàn)象之一[15]。為此，研究種子休眠的原因，尋找有效解除種子休眠的方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[16]。本研究對(duì)野慈姑種子進(jìn)行了室溫層積處理、2 ℃低溫層積處理，同時(shí)與經(jīng)過(guò)自然越冬的種子進(jìn)行比較，以期探究并了解其對(duì)野慈姑種子萌發(fā)的影響，為今后的科學(xué)研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與器材

種子材料為野慈姑種子，于2012年采于黑龍江省尚志市。試驗(yàn)器材主要有：恒溫培養(yǎng)箱、冰箱、培養(yǎng)皿、濾紙、盆缽。

1.2 試驗(yàn)方法

低溫層積處理：將野慈姑種子放入帶有濾紙的培養(yǎng)皿中，然后澆水保濕，再分別放入2 ℃的冰箱中，層積5、10、15、20、25、30、35、40、45、60、90 d。

室溫層積處理：將野慈姑種子放入帶有濾紙的培養(yǎng)皿中，然后澆水保濕，再分別放入(20±1) ℃的室內(nèi)，層積5、10、15、20、25、30、35、40、45、60、90 d。

自然越冬處理：模擬水田條件，將野慈姑種子埋入盆缽中(將盆缽埋入地下)，于翌年春季取出。

將上述處理的種子用蒸餾水沖洗干凈后，采用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每皿100粒種子，放于單層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，每處理重復(fù)3次，然后將培養(yǎng)皿放入(25±1) ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，種子發(fā)芽時(shí)調(diào)查每天的發(fā)芽數(shù)，計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：Gpt為達(dá)到高峰日時(shí)的種子發(fā)芽量，粒；N為供測(cè)種子總數(shù)，粒。

式中：n為正常發(fā)芽粒數(shù)，粒；N為供測(cè)種子總數(shù)，粒。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

用Excel軟件錄入原始數(shù)據(jù)，制作圖表；試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS軟件(企業(yè)版)進(jìn)行單因素方差分析和Duncan’s新復(fù)極差法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫層積與室溫層積處理對(duì)野慈姑種子發(fā)芽的影響

試驗(yàn)7 d后野慈姑種子發(fā)芽量不再變化，因此采用試驗(yàn)7 d的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算種子發(fā)芽率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出，低溫層積處理對(duì)野慈姑種子發(fā)芽率影響顯著：處理5、10 d，種子能夠發(fā)芽，但發(fā)芽率很低；處理15 d時(shí)，種子發(fā)芽率有明顯的提高；處理15～60 d，種子發(fā)芽率提高幅度減緩，說(shuō)明延長(zhǎng)處理時(shí)間能夠提高種子的發(fā)芽率；處理 35 d 時(shí)，種子發(fā)芽率可達(dá)83.00%，極顯著高于處理5～25 d的種子發(fā)芽率，而與處理40～90 d的種子發(fā)芽率無(wú)顯著差異，說(shuō)明處理35 d時(shí)的種子發(fā)芽率已經(jīng)達(dá)到低溫層積處理種子發(fā)芽的較高水平；處理 60 d 與處理90 d的種子發(fā)芽率沒(méi)有差異，說(shuō)明達(dá)到一定的層積時(shí)間后，延長(zhǎng)處理時(shí)間對(duì)提高種子發(fā)芽率無(wú)顯著作用。

由表1還可以看出，室溫層積處理不能提高野慈姑種子的萌發(fā)率。處理25 d之前，野慈姑種子均沒(méi)有發(fā)芽；處理30 d時(shí)，才有個(gè)別野慈姑種子萌發(fā)；處理35～90 d，雖然種子發(fā)芽率顯著高于處理30 d種子，但種子發(fā)芽率很低，處理90 d時(shí)發(fā)芽率也只有4%。由此可以說(shuō)明，室溫層積處理不適合作為提高野慈姑種子萌發(fā)率的處理方法。

此外還可以看出，在層積相同時(shí)間條件下，低溫層積處理對(duì)野慈姑種子萌發(fā)的影響遠(yuǎn)大于室溫層積處理，并且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，這種影響差距越來(lái)越大，由此可以說(shuō)明低溫層積處理較室溫層積處理更有利于提高野慈姑種子的發(fā)芽率。

2.2 室溫、低溫層積處理與自然越冬對(duì)野慈姑種子發(fā)芽勢(shì)的影響

經(jīng)層積處理的野慈姑種子，于發(fā)芽試驗(yàn)3 d后種子的發(fā)芽量達(dá)到高峰，因此采用試驗(yàn)3 d的數(shù)據(jù)計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)，部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，室溫層積處理過(guò)的野慈姑種子無(wú)論是發(fā)芽勢(shì)還是發(fā)芽率均極顯著低于低溫層積處理與自然越冬的種子，說(shuō)明室溫層積處理對(duì)野慈姑種子發(fā)芽無(wú)顯著影響。

表1 低溫和室溫層積對(duì)野慈姑種子萌發(fā)的影響

表2 不同層積處理方式對(duì)野慈姑種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的影響

此外還可以看出，低溫層積處理15 d，野慈姑種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率顯著低于低溫層積處理35 d、90 d、自然越冬的種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，雖然此時(shí)野慈姑種子的發(fā)芽率只有62.00%，但處理15 d的野慈姑種子在發(fā)芽試驗(yàn)前3 d種子的發(fā)芽量占種子總發(fā)芽量的97.31%，即能夠解除休眠進(jìn)而萌發(fā)的種子基本都在發(fā)芽試驗(yàn)的前3 d萌發(fā)，種子發(fā)芽很整齊；低溫層積處理35、90 d，野慈姑種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率與自然越冬種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率之間差異不著性，說(shuō)明當(dāng)層積處理達(dá)到35 d時(shí)，種子發(fā)芽整齊度和總發(fā)芽量已經(jīng)與經(jīng)過(guò)自然越冬的種子水平相同；低溫層積處理35、90 d的野慈姑種子在發(fā)芽試驗(yàn)前3 d的種子發(fā)芽量分別占其種子總發(fā)芽量的97.59%、98.85%，此時(shí)低溫層積處理35、90 d的野慈姑種子不僅發(fā)芽率高，發(fā)芽也很整齊；自然越冬的野慈姑種子中在發(fā)芽試驗(yàn)前3 d的種子發(fā)芽量占其種子總發(fā)芽量的98.46%，種子發(fā)芽很整齊；室溫層積處理、低溫層積處理和自然越冬的野慈姑種子中在發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)能夠解除休眠進(jìn)而萌發(fā)的種子基本都在發(fā)芽試驗(yàn)的前3 d萌發(fā)，說(shuō)明野慈姑種子不僅發(fā)芽很整齊，且發(fā)芽整齊度沒(méi)有因?yàn)樘幚矸绞降牟煌l(fā)生變化。

3 結(jié)論與討論

低溫層積處理能夠顯著提高野慈姑種子的發(fā)芽率，促進(jìn)種子萌發(fā)。種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率是2個(gè)不同的概念，一般發(fā)芽率高的種子，說(shuō)明種子有生命力，而發(fā)芽勢(shì)高的種子，在出苗時(shí)種子活性強(qiáng)度高，出苗整齊且健壯，抵抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了確保農(nóng)作物一次播種保全苗，獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，使用種子時(shí)除了要選擇發(fā)芽率高的種子，必須同時(shí)檢驗(yàn)種子發(fā)芽勢(shì)[17-18]。

根據(jù)國(guó)家規(guī)定的一些作物(如小麥、水稻、玉米、大豆等)種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，種子發(fā)芽率一般不得低于85%，而2 ℃層積處理35 d時(shí)，野慈姑種子發(fā)芽率為83.00%，與層積處理90 d時(shí) 86.67%的發(fā)芽率和自然越冬時(shí)86.33%的發(fā)芽率無(wú)顯著差異，此時(shí)野慈姑種子發(fā)芽率已經(jīng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且種子發(fā)芽整齊。因此，在以野慈姑種子為萌發(fā)材料的盆栽試驗(yàn)中，可將野慈姑種子層積35 d后進(jìn)行播種；雖然低溫層積15 d的野慈姑種子發(fā)芽力、生命力都不如低溫層積35 d的種子，但此時(shí)的種子發(fā)芽整齊，若時(shí)間緊迫，可以用層積15 d的種子盆栽播種，并通過(guò)增加種子播種量的方法達(dá)到試驗(yàn)需要的出苗株數(shù)，以節(jié)省時(shí)間。

長(zhǎng)時(shí)間低溫層積的野慈姑種子(處理90 d)，種子發(fā)芽力、生命力依然與經(jīng)過(guò)自然越冬的種子水平相同，在以野慈姑種子為萌發(fā)材料進(jìn)行盆栽試驗(yàn)時(shí)，此類(lèi)種子不必舍棄，仍可使用；一些常做室內(nèi)外盆栽試驗(yàn)的科研院所，可以將野慈姑種子長(zhǎng)期保存在低溫層積條件下，為后續(xù)試驗(yàn)備用，但是野慈姑種子發(fā)芽力、生命力保持在低溫處理最高水平，或與種子自然越冬發(fā)芽水平相同的層積時(shí)間范圍，超過(guò)此時(shí)間范圍后種子生命力、發(fā)芽力的變化趨勢(shì)等還有待進(jìn)一步研究。

試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是低溫層積處理還是經(jīng)過(guò)自然越冬的野慈姑種子發(fā)芽率都無(wú)法達(dá)到或接近100%，其原因一方面可能是種胚發(fā)育成熟后受不可抗力影響，造成生命活力喪失；另一方面可能不是因?yàn)榉N子喪失了生命活力，而是由于層積過(guò)程中種子未同步解除休眠所導(dǎo)致。楊玲等研究花秋種子萌發(fā)的影響因素時(shí)也發(fā)現(xiàn)過(guò)同樣問(wèn)題[19]。

層積處理可以促使胚形態(tài)發(fā)育成熟，抑制物質(zhì)降解，提高一些酶的活力[9-13]，而低溫層積處理后種子的種皮被軟化，種子的透水通氣性增加，使種子胚萌發(fā)所需的酶、激素、可溶代謝物質(zhì)以及其他化合物達(dá)到足夠的水平[20]，這些生理上的變化使得種子逐漸由休眠態(tài)轉(zhuǎn)向萌發(fā)狀態(tài)，滿(mǎn)足胚萌發(fā)需要的內(nèi)部條件，當(dāng)遇到適宜環(huán)境時(shí)，胚乳分解，胚根突破種皮，進(jìn)而使得種子萌發(fā)[21]。據(jù)此推斷，低溫層積處理有助于野慈姑種子解除休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，與程忠生等研究的低溫層積是一種有效解除種子生理休眠的試驗(yàn)結(jié)果[14]、瞿輝等研究的低溫層積對(duì)北美鵝掌楸種子發(fā)芽影響顯著(處理時(shí)間過(guò)短，不能有效解除種子休眠，種子發(fā)芽率低，延長(zhǎng)一定低溫處理時(shí)間能提高種子發(fā)芽率)的結(jié)果[22]相同。

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