老化濕度和老化時(shí)間對(duì)狗尾草種子活力指標(biāo)的影響

， ， (.烏魯木齊職業(yè)大學(xué)旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 80002；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 800；.伊犁師范學(xué)院， 新疆 伊寧 85000)

老化濕度和老化時(shí)間對(duì)狗尾草種子活力指標(biāo)的影響

賈風(fēng)勤1,2，朱新榮1，張會(huì)群3
(1.烏魯木齊職業(yè)大學(xué)旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830002；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011；3.伊犁師范學(xué)院， 新疆 伊寧 835000)

以狗尾草種子為材料，研究了老化濕度和老化時(shí)間交互效應(yīng)對(duì)其休眠特性種子活力指標(biāo)的影響，為具休眠特性種子人工加速老化方法篩選提供理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定4個(gè)老化濕度(50%、60%、70%、80%)和4個(gè)老化時(shí)間(3，7，11，15 d)，共16個(gè)處理?；盍χ笜?biāo)包括累計(jì)萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。結(jié)果表明：適當(dāng)增加老化濕度和延長(zhǎng)老化時(shí)間促進(jìn)種子萌發(fā)，可有效解除狗尾草種子休眠。老化7 d的種子發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均隨老化濕度的增加呈顯著性增加，其它處理間交互效應(yīng)表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制。老化處理對(duì)苗和根的生長(zhǎng)總體上呈抑制作用，影響不顯著。

人工老化方法； 活力指標(biāo)； 二次休眠

通過(guò)人工老化方法模擬種子在自然環(huán)境中的劣變過(guò)程是測(cè)定種子活力較為可靠和直接的方法。采用人為設(shè)置逆境環(huán)境使種子在較短時(shí)間內(nèi)老化，通過(guò)測(cè)定種子活力指標(biāo)[1-2]、田間出苗情況[3]、幼苗生長(zhǎng)狀況[4]等評(píng)估種子質(zhì)量、指導(dǎo)種子貯藏。高溫高濕法是目前被廣泛采用的老化方法，其中老化溫度根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如指導(dǎo)種子貯藏[5]、篩選老化條件[6]、植物種類(lèi)[7-8]等而設(shè)定，溫度范圍涉及40～55 ℃不等；但老化濕度多數(shù)情況下均為100%RH[1-3]，很少涉及其他濕度條件[4,9]。在自然環(huán)境中尤其是土壤種子庫(kù)中的種子，其所處環(huán)境濕度隨降雨、溫度、日照時(shí)間等因子變化而改變，環(huán)境濕度處于波動(dòng)狀態(tài)。因此，研究高溫下種子對(duì)高濕逆境的耐受能力及長(zhǎng)時(shí)間的高濕處理對(duì)種子的萌發(fā)特性的影響，可為深入認(rèn)識(shí)種子特性提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也是對(duì)高溫高濕長(zhǎng)時(shí)間人工老化種子活力研究的補(bǔ)充。

狗尾草(Setariaviridis)為禾本科狗尾草屬1年生草本植物，在灌溉農(nóng)田、草原、荒漠等生境中均有分布，通常是群落演替中的先鋒物種，也是優(yōu)良的鄉(xiāng)村旅游植物資源，可通過(guò)種子休眠度過(guò)不利的環(huán)境條件。在野外觀察中發(fā)現(xiàn)，種植水稻多年的水田在棄耕當(dāng)年狗尾草以單優(yōu)種群占據(jù)該生境，這表明土壤種子庫(kù)中狗尾草種子在經(jīng)歷水稻田由水淹、排水成為旱田等一系列土壤濕度變化過(guò)程中，種子依舊處于某個(gè)較高活力水平上。本試驗(yàn)以狗尾草為研究對(duì)象，通過(guò)改變老化濕度和老化時(shí)間，研究老化濕度和老化時(shí)間交互效應(yīng)對(duì)具休眠特性種子活力的影響，進(jìn)而為補(bǔ)充和豐富人工加速老化方法篩選提供必要的參考和一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試狗尾草種子于2012年采自新疆伊犁霍城縣當(dāng)年的棄耕地(棄耕前種植水稻)，種子自然風(fēng)干，清理干凈后于-20 ℃冷藏；于2013年7—12月開(kāi)展以下試驗(yàn)。試驗(yàn)開(kāi)展時(shí)狗尾草種子萌發(fā)特征為萌發(fā)率(14.6±7.5)%，發(fā)芽指數(shù)為1.13±0.38，活力指數(shù)為45.6±20.9。

1.2 種子處理

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)老化濕度處理分別為50%、60%、70%和80%；4個(gè)老化時(shí)間處理分別為3，7，11，15 d，共16個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，老化溫度為45 ℃。

1.3 萌發(fā)試驗(yàn)

將處理后的種子均勻放置于直徑為90 mm、鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，加入5 mL蒸餾水，在15 ℃/25 ℃、光12 h/暗12 h條件下進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，每24 h統(tǒng)計(jì)1次萌發(fā)情況，以胚根突破種皮2 mm為標(biāo)準(zhǔn)判斷種子是否萌發(fā)，萌發(fā)實(shí)驗(yàn)持續(xù)36 d。將已萌發(fā)的種子置于相同環(huán)境下進(jìn)行生長(zhǎng)，7 d后測(cè)定幼苗的根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)。

圖1 不同處理狗尾草種子萌發(fā)進(jìn)程

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)=∑(Gt/Dt)×S。

式中，Gt為發(fā)芽開(kāi)始后第t日的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為幼苗長(zhǎng)度[10]。

1.4 種子活力測(cè)定

萌發(fā)試驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)老化處理后的種子采用TTC法進(jìn)行活力檢測(cè)，觀察24 h后胚著色情況，如果胚為紅色，則表明種子有活力；萌發(fā)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)未萌發(fā)種子中腐爛種子數(shù)。對(duì)于未萌發(fā)但完好種子采用TTC法(同上)，如果胚為紅色，則為有活力種子且為休眠種子[6]，統(tǒng)計(jì)休眠率。

休眠率(%)= 萌發(fā)結(jié)束后具活力種子/供試種子總數(shù)×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 18.0軟件進(jìn)行，各處理間均值比較采用Duncan多重比較法；采用Excel 2010制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 老化處理對(duì)狗尾草種子累積萌發(fā)率的影響

圖1顯示，在50%和60%老化濕度下，增加老化時(shí)間可以提高其累積萌發(fā)率，并且隨著老化時(shí)間的增加而持續(xù)升高，老化時(shí)間由3 d增加至15 d，種子萌發(fā)率分別提高了42.4%和53.6%。在70%老化濕度下，適當(dāng)增加老化時(shí)間可以促進(jìn)種子萌發(fā)，進(jìn)一步增加老化時(shí)間(15 d)則抑制種子萌發(fā)，但與老化7 d和11 d的種子萌發(fā)率間無(wú)顯著差異(F=2.691，p=0.146)。

增加老化濕度對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用表現(xiàn)得更為明顯，當(dāng)老化濕度增加至80%，老化11 d時(shí)已表現(xiàn)為抑制種子萌發(fā)，種子萌發(fā)率由老化7 d時(shí)的58.8%下降至57.1%，當(dāng)老化至15 d時(shí)萌發(fā)率僅為19.6%，影響顯著(F=25.362，p=0.001)。

2.2 老化處理對(duì)狗尾草種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

從圖2可以看出，老化處理7 d的種子發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均隨老化濕度的增加呈顯著性增加。老化處理3,11 d和15 d時(shí)，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨濕度增加表現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的過(guò)程。所有處理中，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均在老化15 d(濕度60%)時(shí)達(dá)最大值，分別為5.28和194.74，其中發(fā)芽指數(shù)與老化7 d(濕度70%和80%)、老化11 d(濕度50%、60%和70%)和老化15 d(濕度50%)的種子間無(wú)顯著差異；活力指數(shù)僅與老化7 d(濕度80%)的種子間無(wú)顯著差異(pgt;0.05)。

80%濕度下老化處理15 d種子發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)均為最低，分別為0.58和8.26，其中發(fā)芽指數(shù)與老化7 d(濕度為70%、80%)、老化11 d(4個(gè)濕度)以及老化15 d(濕度為50%、60%和70%)的種子達(dá)到顯著差異；除老化3 d(濕度為50%和80%)的種子外，活力指數(shù)與其余所有處理間均呈現(xiàn)顯著差異(plt;0.05)。

注：圖中小寫(xiě)字母表示有顯著差異(plt;0.05)。下同。圖2 不同處理下狗尾草種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)

圖3 不同處理對(duì)狗尾草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3 老化處理對(duì)狗尾草種子幼苗生長(zhǎng)的影響

苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)是衡量老化處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)影響的指標(biāo)，圖3的數(shù)據(jù)顯示，高濕老化處理對(duì)苗和根的生長(zhǎng)呈抑制作用。就苗長(zhǎng)而言，除具最長(zhǎng)苗長(zhǎng)和最短苗長(zhǎng)的兩個(gè)老化處理外，其余處理間均無(wú)顯著差異，從60%濕度下老化3 d即表現(xiàn)出對(duì)苗長(zhǎng)生長(zhǎng)的顯著抑制作用，至80%老化15 d時(shí)表現(xiàn)為最大，其中50%濕度下老化3 d最長(zhǎng)苗長(zhǎng)(11.94 mm)較最短苗長(zhǎng)(80%老化15 d)長(zhǎng)9.03 mm。對(duì)根長(zhǎng)的影響在老化15 d(濕度80%)后表現(xiàn)出顯著差異，根長(zhǎng)的變化范圍為28.71～ 11.3 mm，其余處理間均無(wú)顯著差異。

老化處理對(duì)苗和根生長(zhǎng)速率的影響也有所不同，總體而言，對(duì)苗生速率的影響要高于根生長(zhǎng)。4個(gè)濕度處理下均以老化15 d后萌發(fā)種子的幼苗生長(zhǎng)最為緩慢，平均生長(zhǎng)速率為1.10(50%)、1.42(60%)、1.25(70%)和0.42 mm/d(80%)。4個(gè)濕度處理下老化3 d和15 d后萌發(fā)種子的幼苗根生長(zhǎng)速率趨勢(shì)相近，隨濕度增加、老化時(shí)間增長(zhǎng)表現(xiàn)為先增加后減小。

2.4 老化處理對(duì)狗尾草種子活力的影響

經(jīng)過(guò)不同濕度和時(shí)間老化處理后狗尾草種子活力呈緩慢下降趨勢(shì)， 50%～70%3個(gè)濕度的4個(gè)老化時(shí)間處理和80%老化處理3 d和7 d的種子活力差異不顯著(pgt;0.05)，但與80%濕度老化11 d和15 d種子間則達(dá)到顯著差異(plt;0.05)，種子活力由94.64%下降至59.00%，下降幅度達(dá)37.64%。

具活力的種子在萌發(fā)過(guò)程中有一部分進(jìn)入萌發(fā)，一部分則處于休眠狀態(tài)沒(méi)有萌發(fā)，還有一部分則腐爛死亡。高濕老化處理下，50%和70%濕度下種子隨老化時(shí)間延長(zhǎng)經(jīng)歷了先降后升的過(guò)程，休眠率分別從老化3 d的82.86%、76.02%下降至老化11 d的27.63%和33.82%，當(dāng)老化至15 d時(shí)種子的休眠率又上升至44.06%和41.10%，達(dá)到顯著差異(plt;0.05)。60%的濕度下延長(zhǎng)老化時(shí)間降低了休眠種子的數(shù)量。80%濕度下種子休眠率變化較復(fù)雜，但總體呈升高趨勢(shì)。

3 討 論

老化處理使種子劣變速度加快，破壞種子膜結(jié)構(gòu)[12]、代謝能力下降[13]、遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化[14]等，導(dǎo)致種子死亡。老化濕度對(duì)不同植物種子萌發(fā)特性影響程度存在較大差別，但通常都表現(xiàn)為老化濕度越大萌發(fā)率越低，種子劣變程度越高。經(jīng)老化濕度35%、55%和76%，30 ℃處理360 d后的萵苣種子萌發(fā)率表現(xiàn)為急劇下降，由未經(jīng)老化處理時(shí)的63%劇降至2%、0%和0%；番茄種子則為緩慢至急劇下降，由未經(jīng)老化處理的93%下降至91%、83%和10%[15]。老化時(shí)間對(duì)種子活力的影響通常與老化濕度的影響結(jié)果相一致，50 ℃、95%RH條件下處理6 d的玉米種子較處理2 d的在萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)上的降低幅度分別為80.8%、28.2%和356[16]，且種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨老化時(shí)間延長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)；王娟等[3]在42 ℃、20%濕度條件下對(duì)燕麥等進(jìn)行共計(jì)6個(gè)老化時(shí)間段處理試驗(yàn)表明，隨老化時(shí)間增加，燕麥種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)和幼苗長(zhǎng)均呈顯著降低。在本研究中，老化時(shí)間對(duì)種子活力的影響隨濕度的增加總體呈降低趨勢(shì)，對(duì)苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為抑制，與上述研究結(jié)果相一致。

圖4 不同處理對(duì)狗尾草種子活力和休眠率的影響

在本試驗(yàn)中老化處理對(duì)發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響則反映為2種情況：隨老化濕度增加而升高和先升后降，與上述結(jié)果不同。狗尾草種子具休眠特性，在本研究中未做老化處理的狗尾草種子萌發(fā)率僅為(14.6±7.5)%，發(fā)芽指數(shù)為1.13±0.38，活力指數(shù)為45.6±20.9，在適宜的老化條件下(如80%老化7 d和60%老化15 d)表現(xiàn)為種子休眠釋放，促進(jìn)萌發(fā)，王娟和王彥榮[3]以及毛培勝等[17]的研究亦有相似的結(jié)論。老化處理后的種子萌發(fā)特性與是否存在休眠及休眠程度的深淺有直接關(guān)系[11]，休眠對(duì)種子老化后的萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等萌發(fā)指標(biāo)下降有一定滯緩作用[18-19]。本試驗(yàn)中狗尾草生長(zhǎng)環(huán)境為稻田排水后形成的棄耕地，在經(jīng)歷水稻田由水淹、排水成為旱田等一系列土壤濕度變化過(guò)程中，土壤種子庫(kù)中的狗尾草種子依舊能處于某個(gè)較高活力水平上得益于其休眠特性。同時(shí)也表明在自然條件下狗尾草種子在遇到能與解除休眠相耦合的土壤濕度和溫度時(shí)即表現(xiàn)出釋放休眠，種子萌發(fā)。

本試驗(yàn)中，老化濕度增加和老化時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)種子活力的影響不顯著，對(duì)種子休眠率的影響有顯著差異。TTC染色結(jié)果表明，在所有老化處理中狗尾草種子始終保持高的活力，有活力種子占供試種子的均值為93.75%，種子的累積萌發(fā)率最高達(dá)73.2%，在一定濕度和老化處理時(shí)間條件下休眠率呈先降低后升高。有研究表明，油菜種子可以在土壤種子庫(kù)中存活5～10年，通過(guò)種子次生休眠特性度過(guò)不適合萌發(fā)的環(huán)境而保持不萌發(fā)的存活狀態(tài)[20]。老化濕度為80%時(shí)老化處理可能會(huì)以誘導(dǎo)種子次生休眠的方式度過(guò)不良環(huán)境，保證種群得以延續(xù)。也進(jìn)一步說(shuō)明老化處理對(duì)具休眠特性種子萌發(fā)特征影響較不具休眠特性或休眠較淺的種子有所不同，人工加速老化的方法更適應(yīng)不存在休眠的高活力種子，對(duì)具休眠特性的種子則應(yīng)將其休眠程度考慮在內(nèi)，進(jìn)而選取更為合理的人工加速老化方法。

“在廣泛的田間條件下，影響種子迅速、整齊出苗及長(zhǎng)成正常苗的全部能力的特征”是種子活力的定義。對(duì)萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)進(jìn)行綜合分析能全面反映種子活力特征。萌發(fā)率反映種子發(fā)芽多少；在萌發(fā)率相同時(shí)，發(fā)芽指數(shù)高的種子發(fā)芽速度快，發(fā)芽整齊；活力指數(shù)則既能反映種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度，又能反映幼苗的生長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)活力[21]。本試驗(yàn)中老化處理對(duì)苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響總體表現(xiàn)為抑制生長(zhǎng)但不顯著，表明無(wú)論交互處理效應(yīng)對(duì)狗尾草種子發(fā)芽指數(shù)和幼苗活力指數(shù)影響程度的高或低，只要狗尾草種子能萌發(fā)，其幼苗的根和苗都可以進(jìn)行生長(zhǎng)，表現(xiàn)為能萌發(fā)即能進(jìn)行生長(zhǎng)，這與上述理論有所不同，需通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

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The Effects of Different Humidity and Aging Time on Seed Vigor Characteristics ofSetariaviridis

JIAFengqin1,2,ZHUXinrong1,ZHANGHuiqun3

2016-02-26

賈風(fēng)勤(1973—)，女，在讀博士，主要從事植物種群生態(tài)方面的研究；E-mail:jfqanan@sina.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.07.079

S 451

A

1001-4705(2016)07-0079-05