2種雀稗屬牧草種子休眠機(jī)理及其破除方法研究

王文娟，趙麗麗，王普昶，陳 超

（1.貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，貴陽550025； 2.貴州省草業(yè)研究所，貴陽550006）

雀稗屬牧草（Paspalum）為禾本科黍亞科多年生或一年生植物，廣泛分布于熱帶與亞熱帶，是黍亞科內(nèi)有較高經(jīng)濟(jì)價值的種類［1］。其中，寬葉雀稗（Paspazum wettsteiniiHaekel）營養(yǎng)豐富，再生能力強(qiáng)，鮮嫩多汁，草食性家畜均喜食［2］。巴哈雀稗（Paspalum notatum）又稱百喜草，適應(yīng)性廣，生長迅速，根系發(fā)達(dá)，常用于邊坡綠化和水土保持［34］。但雀稗屬種子有籽粒小，發(fā)芽率低且成熟度不一致等問題，嚴(yán)重限制了其在實際生產(chǎn)中的運(yùn)用［5］。

關(guān)于雀稗屬牧草的研究報道相對較少，寬葉雀稗主要集中在繁殖方式及產(chǎn)量方面，巴哈雀稗已有的研究主要是種子萌發(fā)與實踐應(yīng)用。李式鏡對寬葉雀稗的繁殖方法及播種地形進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)寬葉雀稗適合穴播于半陽坡的水平梯面［6］。胡宏友等研究發(fā)現(xiàn)，寬葉雀稗在8月份產(chǎn)量達(dá)到最高，表明產(chǎn)量與降水量呈正相關(guān)［7］。孟軍江等認(rèn)為，巴哈雀稗的種殼堅硬又富含蠟質(zhì)，阻礙了水分的滲透和種子的生長［8］。使用60℃水和濃硫酸浸泡可軟化種皮，提高巴哈雀稗的發(fā)芽率。雖然，已有物理方法可以打破巴哈雀稗種子休眠，但對于巴哈雀稗的種子休眠機(jī)理研究尚不深入。而對于寬葉雀稗種子休眠特性研究方面尚處于空白階段。本試驗以2種雀稗屬牧草種子為研究對象，較為系統(tǒng)地研究雀稗屬牧草種子休眠的原因及破除方法，為雀稗屬牧草在生產(chǎn)中快速推廣提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

寬葉雀稗種子由貴州眾智恒生態(tài)科技有限公司提供，巴哈雀稗種子由宿遷市綠草地種業(yè)有限公司提供，白菜種子由貴州力合農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 方 法

1.2.1 種子千粒重和生活力測定

選擇顆粒飽滿，大小均勻的2種雀稗屬牧草種子，隨機(jī)抽取供試種子1 000粒，用萬分之一電子天平測定種子千粒重，8次重復(fù)。

用2%高錳酸鉀溶液消毒8～10 min，用蒸餾水沖洗干凈后，晾干備用。參照景彥彪［9］的方法，將種子置于25℃恒溫箱內(nèi)吸脹12 h后，將雀稗種子沿胚縱切，浸在盛有0.1%TTC溶液的培養(yǎng)皿中，在35℃黑暗條件下染色24 h后統(tǒng)計有活力的種胚。每個培養(yǎng)皿放置100粒種子，3次重復(fù)。

1.2.2 種子吸水性測定

將破皮種子（用解剖刀切去種子頂端一角）和完整種子各取100粒均勻播于裝有蒸餾水的培養(yǎng)皿中，在25℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行吸脹，每隔一定時間取出種子，用吸水紙吸干表面水分后稱重，計算種子的吸水率，重復(fù)3次：

吸水率（%）＝（吸脹后種子的重量－吸脹前種子的重量）／吸脹前種子的重量×100%。

1.2.3 種子萌發(fā)抑制物的提取和生物測定

采用水浸提液法，參考趙敏等［10］的方法。稱取2種雀稗屬牧草種子各20 g在研缽中研碎，將粉碎的種子放入三角瓶中，加入2倍體積蒸餾水，用塑料薄膜將瓶口封嚴(yán)，置于56℃的恒溫箱中浸提24 h。過濾后殘渣再浸提2次，每次浸提24 h，合并3次浸提液，在56℃下濃縮成100 m L，即為0.2 g／m L種子水提液。設(shè)置水浸提液濃度依次為：0（對照），0.02，0.04，0.08，0.12 g／m L和0.16 g／m L。

1）浸提液對白菜種子萌發(fā)的影響：取100粒白菜種子置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，向培養(yǎng)皿中各加入不同濃度的浸提液10 m L，每處理3個重復(fù)，25℃恒溫黑暗培養(yǎng)。24 h測定發(fā)芽率，72 h測量根長、苗長，并計算抑制率：

抑制率（%）＝（對照組－處理組）／對照組×100%。

2）浸提液對自身種子萌發(fā)的影響：各取100粒雀稗種子置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，向培養(yǎng)皿中各加入不同濃度的浸提液10 m L，每處理3個重復(fù)。培養(yǎng)14 d后統(tǒng)計種子發(fā)芽率，測量根長、苗長，并計算抑制率。

1.2.4 激素處理

設(shè)置濃度為0，150，300，450，600 mg／L的乙烯利（ETH）溶液和吲哚乙酸（IAA）溶液以及0，50，100，200，300，400 mg／L的赤霉素（GA3）溶液，浸泡雀稗種子24 h，以蒸餾水浸種作為對照。為防止激素?fù)]發(fā)，將所有培養(yǎng)皿用封口膜封上。取100粒種子置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每處理3個重復(fù)，25℃恒溫培養(yǎng)。

1.2.5 復(fù)合處理

將雀稗種子先用濃硫酸處理，設(shè)置浸泡時間分別為2.5，5，10 min，用蒸餾水沖洗干凈，晾干備用。再用GA3溶液浸泡種子24 h，濃度分別為50，100，200，300，400 mg／L，以蒸餾水浸種作為對照。取100粒種子置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每處理3個重復(fù)，25℃恒溫培養(yǎng)。

1.2.6 萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽勢（%）＝第7天發(fā)芽的種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率（%）＝第14天發(fā)芽的種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑Gt／Dt；

活力指數(shù)（VI）＝GI×S（式中，Gt為逐日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為根的平均長度）。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncan方法進(jìn)行顯著性分析。用Microsoft Excel 2010及SigmaPlot 10.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子生活力測定

寬葉雀稗種子千粒重為1.36 g，生活力達(dá)到92.2%。巴哈雀稗種子千粒重為2.01 g，生活力達(dá)到97.7%。說明2種雀稗屬牧草種子都具有較高的萌發(fā)潛力。

2.2 種子吸水性測定

2種雀稗屬牧草種子浸水后立即吸脹，浸種3 h內(nèi)吸水速度最快（圖1）。寬葉雀稗種子浸泡12 h趨于飽和，巴哈雀稗種子浸泡18 h趨于飽和。巴哈雀稗種子較寬葉雀稗種子籽粒略大，吸脹飽和所需時間較長。完整種子和破皮種子的吸水率相差較小（p＞0.05），說明2種雀稗屬牧草種子的種皮均不限制種子吸水。

圖1 2種雀稗屬牧草破皮種子和完整種子的吸水曲線

2.3 種子萌發(fā)抑制物的生物鑒定

2.3.1 浸提液對白菜種子萌發(fā)的影響

隨著2種雀稗屬牧草種子浸提液濃度的增大，白菜種子萌發(fā)和幼苗生長受到的抑制越大（表1）。當(dāng)2種雀稗屬牧草種子浸提液濃度達(dá)到0.16 g／m L 時，白菜種子發(fā)芽率、苗長和根長的抑制率與對照相比分別顯著增加了32.7%、0.3%和0.6%以上。說明在2種雀稗屬牧草種子中含有抑制種子萌發(fā)的內(nèi)源物質(zhì)。

2.3.2 浸提液對自身種子萌發(fā)的影響

2種雀稗屬牧草種子浸提液對自身萌發(fā)也有明顯的抑制作用（表2）。隨著2種雀稗屬牧草種子浸提液濃度的增大，對自身種子發(fā)芽和幼苗生長的抑制率越大。當(dāng)2種雀稗屬牧草種子浸提液濃度達(dá)0.16 g／m L時，發(fā)芽率、苗長和根長的抑制率與對照相比分別顯著增加了17.6%、33.2%和52.0%以上。2種雀稗屬牧草中巴哈雀稗種子浸提液對自身萌發(fā)的抑制作用更強(qiáng)。進(jìn)一步說明，在2種雀稗屬牧草種子中存在影響自身萌發(fā)的內(nèi)源抑制物。

2.4 激素處理

2.4.1 GA3處理

GA3對寬葉雀稗種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響較小，對活力指數(shù)的影響較大（圖2）。寬葉雀稗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均在GA3濃度為200 mg／L時達(dá)到最大值，在GA3濃度為400 mg／L時降低為最小值，但與對照間均無顯著差異。寬葉雀稗的活力指數(shù)隨GA3濃度增加呈顯著降低趨勢，在GA3濃度為400 mg／L時降低為最小值。GA3對巴哈雀稗種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。GA3濃度為300 mg／L時，巴哈雀稗種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為8%、16%、2.5、3.7，顯著高于對照組（p＜0.05）。因此，300 mg／L GA3處理對巴哈雀稗種子萌發(fā)最佳。

2.4.2 ETH 處理

ETH對2種雀稗屬牧草種子均有抑制作用（圖3）。隨著ETH濃度的增大，2種雀稗屬牧草種子的各項指標(biāo)呈下降趨勢。當(dāng)ETH濃度為450 mg／L時，寬葉雀稗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)顯著低于對照，依次下降了36%、42%、19.3；當(dāng) ETH 濃度為300 mg／L時，巴哈雀稗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于對照，依次下降了4%、6.3%、0.8、0.5。

表2 2種雀稗屬牧草種子浸提液對自身萌發(fā)及幼苗的抑制作用

圖2 GA 3對2種雀稗屬牧草種子萌發(fā)的影響

圖3 ETH對2種雀稗屬牧草種子萌發(fā)的影響

2.4.3 IAA處理

IAA對2種雀稗屬牧草種子萌發(fā)有明顯的抑制作用（圖4）。2種雀稗屬牧草種子的各項指標(biāo)與對照組相比較差異顯著（p＜0.05）。當(dāng)IAA濃度為150 mg／L時，寬葉雀稗的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)依次顯著下降了20.6%、9.3%、13、38。當(dāng)IAA濃度為300 mg／L時，巴哈雀稗的發(fā)芽率和活力指數(shù)依次顯著下降了5.3%、0.6。

2.5 復(fù)合處理

圖4 IAA對2種雀稗屬牧草種子萌發(fā)的影響

復(fù)合處理對寬葉雀稗種子萌發(fā)有抑制作用，對巴哈雀稗種子萌發(fā)有促進(jìn)作用（表3）。隨著H2SO4處理時間增長及GA3濃度增大，寬葉雀稗種子各項指標(biāo)均呈下降的趨勢，與對照組相比較差異顯著（p＜0.05）。適當(dāng)?shù)膹?fù)合處理使巴哈雀稗種子萌發(fā)各項指標(biāo)呈上升趨勢，與對照組相比較差異顯著（p＜0.05）。經(jīng)2.5，5 min和10 min的H2SO4處理均能顯著提高巴哈雀稗種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，其中5 min H2SO4處理，促使巴哈雀稗種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)達(dá)到最大值，依次顯著增加了37.4%、35.3%、11.4、12.6。5 min H2SO4＋各濃度的GA3、10 min H2SO4＋各濃度的GA3（除400 mg／L）浸種處理能顯著提高巴哈雀稗的發(fā)芽指數(shù)。2.5 min H2SO4＋200 mg／L GA3浸種處理、5 min H2SO4＋400 mg／L GA3、10 min H2SO4＋100 mg／L GA3和10 min H2SO4＋200 mg／L GA3浸種處理能顯著提高巴哈雀稗的活力指數(shù)。因此，適宜的H2SO4＋GA3的復(fù)合處理組合僅能提高巴哈雀稗的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，而5 min H2SO4處理對巴哈雀稗種子萌發(fā)效果最佳。

3 討 論

種子休眠是種子在不適宜萌發(fā)條件下的自我保護(hù)行為，也是植物在進(jìn)化過程中對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性策略［1112］。但實際生產(chǎn)中，種子休眠帶來發(fā)芽率低、萌發(fā)速度慢、長勢不一致等諸多不利因素。打破種子休眠是植物得以推廣的重要前提，而了解種子的休眠機(jī)理是打破種子休眠的必要條件。本研究發(fā)現(xiàn)，2種雀稗屬牧草種子生活力強(qiáng)且種子吸水性均不受種皮影響。但2種雀稗屬牧草種子的發(fā)芽率分別為59.3%、10.0%，都具有明顯的休眠現(xiàn)象。造成種子休眠的因素很多，如不利的環(huán)境、種皮的機(jī)械障礙、內(nèi)源激素的抑制等。有研究表明，濃硫酸有強(qiáng)烈的腐蝕性，浸種后可使種皮角質(zhì)變薄，增加種皮的通透性，減輕種皮對于種子萌發(fā)的阻力［1315］。經(jīng)濃 H2SO4處理后，寬葉雀稗的種子萌發(fā)指標(biāo)均不同程度降低，說明濃H2SO4對寬葉雀稗不影響，并且濃H2SO4對種子萌發(fā)和幼苗生長造成了損傷。濃H2SO4處理后巴哈雀稗種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)提高，在5 min H2SO4處理后4個指標(biāo)均達(dá)到最大值，顯著高于對照，說明巴哈雀稗種皮存在機(jī)械障礙，限制了胚根突破種皮。2種雀稗屬牧草種子內(nèi)均含有較強(qiáng)的萌發(fā)抑制物。2種雀稗屬牧草種子浸提液濃度達(dá)到0.16 g／m L時，寬葉雀稗種子發(fā)芽抑制率達(dá)17.6%，巴哈雀稗種子發(fā)芽抑制率達(dá)83.3%。這與李兵兵等［16］對于麻花秦艽種子研究結(jié)果一致，麻花秦艽種子內(nèi)也含有抑制白菜及自身的種子萌發(fā)的抑制物質(zhì)。慕小倩等的研究也指出，曼陀羅種子中存在水溶性萌發(fā)抑制物［17］。

根據(jù)Baskin［18］的理論可將種子休眠分為形態(tài)休眠、生理休眠、物理休眠、形態(tài)生理休眠和綜合休眠5種類型。種子內(nèi)胚發(fā)育完成但生長較弱，種皮能不限制水分吸收稱為生理休眠（physiological dormancy，PD）。綜合休眠（combinational dormancy，PY＋PD）是指種子種皮具有機(jī)械障礙，同時有生理休眠的特點。以上結(jié)果表明，內(nèi)源抑制物是2種雀稗屬牧草種子休眠的原因之一，濃H2SO4處理可以解除巴哈雀稗種子的休眠。由此可知，寬葉雀稗種子休眠屬于生理休眠，巴哈雀稗種子休眠屬于綜合休眠。

表3 復(fù)合處理對2種雀稗屬牧草種子萌發(fā)的影響

為打破2種雀稗屬牧草種子休眠，可采用激素浸種的方法來破除種子休眠［1920］。本研究發(fā)現(xiàn)，GA3、H2SO4以及復(fù)合處理對于巴哈雀稗種子萌發(fā)有促進(jìn)作用。而GA3、IAA、ETH、H2SO4以及復(fù)合處理對于寬葉雀稗種子萌發(fā)均有抑制作用，IAA、ETH對巴哈雀稗種子萌發(fā)也產(chǎn)生抑制作用。這與陳梅等［21］研究結(jié)果一致，IAA、GA3浸種顯著降低了蓖麻種子萌發(fā)率和發(fā)芽勢。潘春柳等［22］GA3浸種處理對于絞股藍(lán)種子萌發(fā)未起到促進(jìn)作用。2種雀稗屬牧草種子對相同的H2SO4處理、激素浸種，發(fā)芽效果不同。巴哈雀稗種子通過5 min H2SO4處理可以一定程度上打破因種皮機(jī)械障礙造成的休眠，而如何打破其生理休眠及寬葉雀稗種子的生理休眠還有待進(jìn)一步的研究。

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