不同處理方法對頂冰花種子萌發(fā)的影響研究

楊 坤， 曾衛(wèi)軍， 祝長青， 謝 青

（新疆師范大學生命與科學學院， 烏魯木齊830054）

黑鱗頂冰花（Gagea nigra L.Z.Shue.）是百合科（Liliaceae）頂冰花屬（Gagea Salish.）的一種典型的早春短命多年生鱗莖單子葉草本植物，主要以其鱗莖提供營養(yǎng)物質(zhì)，在春夏交替冰雪尚未融化時開始生長、開花、結(jié)果，2個月左右就可以完成整個生活史，因此稱其為“頂冰”［1］。早春短命植物為了適應(yīng)嚴酷的干旱缺水等生理逆境利用冰雪融化等有利條件縮短生長周期而著稱［2］。因短命植物具有生長周期短、發(fā)育快、對干旱有獨特的適應(yīng)性［3］等特點而備受關(guān)注，無論是生理生態(tài)還是基因克隆分析都是近幾年人們所關(guān)注的焦點［4－6］。

頂冰花作為早春短命植物典型代表之一，自然成為人們所重點關(guān)注和研究的實驗對象，但反觀國內(nèi)外研究報告，對頂冰花的研究大多集中在對其鱗莖、分類等方面。然而所用實驗材料多以野外觀測和采集鱗莖等樣本進行研究［1，7－11］。種子作為生物繁殖的重要方式之一，頂冰花種子的萌發(fā)卻鮮有研究。為此，本實驗主要對頂冰花屬黑鱗頂冰花種子的萌發(fā)條件進行初步探究，為日后研究提供一定的理論基礎(chǔ)和實驗室獲得實驗材料維護生物多樣性的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗用種子于2013年采集于新疆烏魯木齊鯉魚山山坡，室溫晾干保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方 法

1.2.1 千粒重稱量

隨機取3 000粒黑鱗頂冰花種子，1 000粒／份（3個重復(fù)），使用天平分別稱量，記錄，取其平均值為千粒重。

1.2.2 吸水性測定

隨機取300粒種子，分成3份（100粒／份），用天平稱量其干重質(zhì)量，記錄；將每份種子置于500μL EP管，蒸餾水浸種，此后每間隔1h取出種子用濾紙去除多余水分，稱量，記錄，至其質(zhì)量連續(xù)3次無變化停止測量；取3個重復(fù)均值Excel繪制吸水曲線。

1.2.3 不同萌發(fā)條件處理

根據(jù)其它物種萌發(fā)條件，選取相對應(yīng)促進萌發(fā)最適條件稍加改進用于黑鱗頂冰花種子處理，詳細處理及對應(yīng)物種見表1，設(shè)對照和不同處理方法，預(yù)處理時間超過1h均置于4℃處理。根據(jù)前期溫度條件的初步探索，將預(yù)處理之后的黑鱗頂冰花種子置于6cm培養(yǎng)皿4℃培養(yǎng)，對照和每個處理均各3個重復(fù)，以種子露白1～2mm為萌發(fā)條件，觀察記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)。發(fā)芽勢在種子開始萌發(fā)第20天統(tǒng)計數(shù)據(jù)，總萌發(fā)率在對照連續(xù)7天無種子萌發(fā)結(jié)束統(tǒng)計。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel和SPSS 19.0軟件對獲得的數(shù)據(jù)進行繪圖和差異顯著性分析（LSD、Duncana）。

1.2.5 萌發(fā)過程形態(tài)觀測

利用顯微鏡對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)過程中胚的變化進行觀測存檔。

表1 不同處理方法

表2 頂冰花種子吸水能力測定

2 結(jié)果與分析

2.1 千粒重

黑鱗頂冰花形似大蒜鱗莖，但其個體極小，質(zhì)量輕，千粒重僅有0.640g。

2.2 吸水性

通過實驗測定，頂冰花種子吸水速度較快，將干種子轉(zhuǎn)至水中可觀察到種皮迅速進入濕潤膨脹狀態(tài)。在浸種1h間吸水呈明顯上升趨勢，2h后吸水能力開始下降，趨于平穩(wěn)接近飽和，6h時停止吸水，達到飽和狀態(tài)，詳細見表2，圖1。據(jù)此，和其他種皮較厚的種子相比較，頂冰花種子不存在種皮抑制吸水能力的現(xiàn)象。

圖1 頂冰花種子吸水能力測定

2.3 不同處理對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)的影響

黑鱗頂冰花種子在經(jīng)過不同預(yù)處理后統(tǒng)計其萌發(fā)數(shù)，結(jié)果顯示：對照和部分處理均在4℃溫度條件下在32d左右開始萌發(fā)，萌發(fā)周期長達45d，未經(jīng)任何處理的種子萌發(fā)率達到72%；而25℃溫度條件下，黑鱗頂冰花種子在尚未萌動期便開始褐變，無萌發(fā)。

表3 不同處理對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)率的影響

2.3.1 物理方法處理對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)的影響

3種不同的物理處理方法對黑鱗頂冰花種子的萌發(fā)率和發(fā)芽勢都有一定的影響。由表3可知，處理1萌發(fā)率達到88%；處理2和處理7兩種處理方法萌發(fā)率都為70%。3種處理萌發(fā)勢依次為0.48、0.22、0.44（詳見表4）。

差異顯著性分析顯示：處理1差異性極顯著（p＝0.002＜0.01），處理2和處理7無顯著性差異（詳見表5）。

2.3.2 生化試劑處理對黑鱗頂冰花種子

在選取的5種生化試劑中，處理3（98%濃H2SO4）對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)影響較大，萌發(fā)率為0；而處理8（200 mg／L GA3浸種48h）對其萌發(fā)率也沒有顯著性差異（p＝0.207＞0.05）；處理4（10%NaOH 浸種2h），處理5（30%丙酮浸種90min）和處理6（14%KNO3）對其萌發(fā)均有一定的抑制作用，且差異性顯著（見表5），其萌發(fā)率分別為0.04、0.56、0.52。

2.3.3 綜合處理對黑鱗頂冰花種子萌發(fā)的影響

表4 不同處理方法對種子萌發(fā)勢的影響

處理9至處理12為綜合處理方法，其中，處理9（刺破種皮＋200mg／L GA3浸種48h）和處理10（500 mg／L GA3浸種3d，再用15%H2O2浸種20min）萌發(fā)率最高，分別為0.84和0.82，而處理11（70%乙醇浸種3min，再用30%NaOH浸種20min，最后用200 mg／L GA3浸種10min）萌發(fā)率最低，僅為0.12（詳見表3）。雖然處理9不如處理1（去除種皮）萌發(fā)率高，但是其萌發(fā)整齊性是所有處理方法中最好的，萌發(fā)勢為0.56（表4）。

2.4 萌發(fā)過程胚的變化

經(jīng)過顯微鏡觀察，頂冰花種子胚的發(fā)育是經(jīng)過長時間逐漸突破胚乳的變化過程，即使是同一批次同一時間處理的種子在同樣的條件下也有不同的胚的變化狀態(tài)（如圖2，為同一皿內(nèi)同時觀測到的結(jié)果）。

圖2 種子萌發(fā)狀態(tài)觀察

表5 不同處理方法萌發(fā)率差異顯著性分析（LSD）

表6 不同處理方法萌發(fā)率差異顯著性分析（Duncana）

3 討 論

多數(shù)物種的種子都存在一定的休眠現(xiàn)象，其休眠類型主要分為生理休眠（PD）、形態(tài)休眠（MD）、形態(tài)生理休眠（MPD）、物理休眠（PY）、混合型休眠（PY＋PD）［23］。針對不同休眠類型可采取相應(yīng)的處理方法來打破種子休眠，如用去除種皮等物理機械方法可以打破其物理休眠；GA處理可以打破生理休眠等。

雖然對種子的休眠機制和研究方法都取得了很大的進展，在很多物種種子萌發(fā)方面都取得了很大的收獲［24］，但是，對于頂冰花屬卻鮮有報道，其萌發(fā)機制目前尚不清楚。

通過實驗，推測黑鱗頂冰花的休眠方式可能為綜合性休眠，對其吸水性測定得知，其種子不存在種皮透性差等問題而引起休眠，而單純的GA處理對其萌發(fā)率影響也并不大，但是去除種皮卻能提高其萌發(fā)率，刺破種皮和GA綜合處理不僅提高了其萌發(fā)率，更提高了其萌發(fā)整齊性。此外，在常溫下種子并不萌發(fā)，而在低溫（4℃）卻可以正常萌發(fā)，但是十幾種處理中種子開始萌發(fā)時間卻相差不大，均為32d左右，且萌發(fā)周期較長，從萌發(fā)開始至結(jié)束長達50d左右。如何減少其萌發(fā)周期以及幼苗生長建成等都還有待于進一步研究。本實驗針對不同休眠原因采取了相應(yīng)的處理方法，以期為黑鱗頂冰花的種子休眠機制研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

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