不同預(yù)處理對(duì)西藏固沙草種子萌發(fā)特性及幼苗生長(zhǎng)的影響

(西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000)

種子萌發(fā)是植物生活史的初始階段，對(duì)植物的生存具有重要意義，野生牧草種子萌發(fā)更是天然草地生產(chǎn)力以及繁育牧草新品種的基礎(chǔ)[1]。西藏地處青藏高原，平均海拔在4 000 m以上，有著“世界屋脊”和地球“第三極”之稱，具有低溫、干旱、輻射強(qiáng)烈等不利于植物生長(zhǎng)的環(huán)境因子，在自然狀態(tài)下植物種子萌發(fā)率低[2-3]。禾本科(Poaceae)固沙草屬(OrinusHitchcock)植物現(xiàn)記載6個(gè)物種，均分布在青藏高原，西藏固沙草是其中之一，為西藏特有野生優(yōu)質(zhì)牧草，是在西藏極端沙地環(huán)境下生長(zhǎng)的關(guān)鍵植物類群，多為西藏高寒草原和草甸的重要組成成分，是維持高寒地區(qū)生態(tài)平衡的重要植物種群之一[4-5]。固沙草屬植物具有發(fā)達(dá)的根系，可以在沙地等極端環(huán)境下生長(zhǎng)，具有重要的生態(tài)價(jià)值[6]。此外，該屬植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，是畜牧業(yè)上的重要牧草，具有較高的飼用價(jià)值，然而該屬植物在自然狀態(tài)下種子萌發(fā)率及結(jié)實(shí)率低，對(duì)其種質(zhì)資源的開發(fā)利用造成一定的困難[7]。所以探究提高西藏固沙草種子萌發(fā)的方法，對(duì)研究該屬植物種子休眠機(jī)制與人工馴化具有重要的意義。目前，對(duì)西藏固沙草的研究多為分類鑒定方面[6]，關(guān)于提高種子萌發(fā)率方面的研究報(bào)道未曾見到。本試驗(yàn)采用3種常見的種子預(yù)處理方法處理西藏固沙草種子，探求各處理對(duì)種子萌發(fā)指數(shù)及幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在探尋合理的西藏固沙草種子預(yù)處理方法，提高其發(fā)芽質(zhì)量，為西藏固沙草種質(zhì)資源的開發(fā)利用及人工繁育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料于2017年9月采自西藏那曲巴青縣(31°43′657″N，93°09′104″E，海拔4 678 m)，種子風(fēng)干后在4 ℃冰箱內(nèi)貯藏保存。試驗(yàn)前在室溫條件下進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，測(cè)得供試材料平均發(fā)芽率為41.23%。

1.2 試驗(yàn)方法

采用紙上發(fā)芽法。

設(shè)置3種不同濃度和時(shí)間的KMnO4、H2O2、CuSO4溶液處理(見表1)。挑選顆粒飽滿、大小一致的種子，用1%的NaClO消毒10 min，之后用蒸餾水沖洗干凈，待自然晾干后，置于鋪有2層慮紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，在人工氣候箱中培養(yǎng)。設(shè)置光照12 h，溫度為25 ℃；黑暗12 h，溫度為20 ℃，全天濕度為75%。每處理50粒種子，3次重復(fù)，以蒸餾水浸種12 h為對(duì)照。

種子放入人工氣候箱24 h后開始每天觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)，以胚根達(dá)到種子長(zhǎng)度的1/2作為發(fā)芽的標(biāo)志，第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天測(cè)定種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及幼苗芽長(zhǎng)與根長(zhǎng)。

發(fā)芽率(%)=(n/N)×100%，其中n為最終正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為試供種子數(shù)[8]；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽高峰期種子的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%[9]；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，Gt為第t日的出苗數(shù)；Dt為相應(yīng)出苗天數(shù)[10]；

活力指數(shù)=胚芽長(zhǎng)度×發(fā)芽指數(shù)[11-12]。

胚根和胚芽長(zhǎng)的測(cè)定：從每個(gè)不同處理的培養(yǎng)皿內(nèi)隨機(jī)取20個(gè)正常生長(zhǎng)的幼苗測(cè)量胚芽和胚根的長(zhǎng)度，不夠20株的全部都測(cè)。

表1 不同處理方法

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 6.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，樣本間的差異顯著性用Duncans檢驗(yàn)，用Origin 2017軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 KMnO4對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可以看出，各濃度的KMnO4溶液對(duì)西藏固沙草種子浸種一定時(shí)間，可以促進(jìn)其種子萌發(fā)。在0.1%濃度處理時(shí)，各發(fā)芽指數(shù)隨著浸種時(shí)間的增加而增加，而在0.3%和0.5%濃度處理下，各發(fā)芽指數(shù)隨著浸種時(shí)間的增加而先升高后下降。其中用0.1% KMnO4溶液浸種3 h時(shí)西藏固沙草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)達(dá)到最大值，分別為62.67%、51.10%、17.54和77.16，分別比對(duì)照顯著增加了20.00%、19.1%、7.32和42.42，由此可見，0.1% KMnO4溶液處理3 h，可以顯著促進(jìn)西藏固沙草種子萌發(fā)。

圖1結(jié)果表明，在不同濃度時(shí)間KMnO4溶液處理下，西藏固沙草種子胚根、胚芽生長(zhǎng)也不同。在0.3% KMnO4溶液處理1 h，芽長(zhǎng)達(dá)到最大值(4.74 cm)，比對(duì)照增加了1.31 cm，增加顯著；0.1%和0.3% KMnO4處理對(duì)根長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，其中0.3% KMnO4溶液處理 1 h,根長(zhǎng)達(dá)到最大值(4.63 cm)，比對(duì)照顯著增加了1.5 cm，而0.5% KMnO4溶液處理下，西藏固沙草幼苗根長(zhǎng)顯著低于對(duì)照，說明高濃度的KMnO4對(duì)西藏固沙草根的生長(zhǎng)具有一定的抑制作用。由此表明，一定濃度的KMnO4溶液處理對(duì)西藏固沙草幼苗的生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，但是0.5% KMnO4則對(duì)西藏固沙草的根長(zhǎng)具有抑制作用。

表2 KMnO4溶液不同濃度和時(shí)間預(yù)處理固沙草種子的發(fā)芽結(jié)果

注:表中同一指標(biāo)不同字母表示差異顯著 (p<0.05) ,相同字母表示差異不顯著(p>0.05)。下同。

表3 H2O2溶液不同濃度和時(shí)間預(yù)處理固沙草種子的發(fā)芽結(jié)果

圖1 不同濃度時(shí)間KMnO4溶液預(yù)處理對(duì)西藏固沙草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2 H2O2對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

表3結(jié)果表明，隨著過氧化氫濃度的增加，西藏固沙草的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)先增加后減小，在5%H2O2濃度處理下，各發(fā)芽指標(biāo)隨著浸種時(shí)間的增加而逐漸增大，且在浸種0.75 h時(shí)達(dá)到最大值，分別為55.33%、15.69、51.33%和53.72，相比對(duì)照顯著增加了12.66%、5.47、19.33%和18.98。在10%和20%H2O2濃度處理下，各發(fā)芽指標(biāo)隨著浸種時(shí)間的增加而逐漸降低，而且20% H2O2處理0.75 h，各發(fā)芽指標(biāo)相比對(duì)照有所下降，說明在高濃度H2O2處理下，浸種時(shí)間達(dá)到0.75 h則會(huì)對(duì)西藏固沙草的種子萌發(fā)產(chǎn)生一定的抑制作用，說明此濃度下浸種時(shí)間不適宜過長(zhǎng)。

從圖2可以看出，在低濃度(5%)處理下，H2O2溶液對(duì)西藏固沙草根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，其中在5% H2O2溶液處理 0.75 h，其根長(zhǎng)達(dá)到最大值(4.49 cm)；5% H2O2溶液處理 0.5 h，其芽長(zhǎng)達(dá)到最大值(3.74 cm)。在10%和20% H2O2溶液處理下，其根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)顯著低于對(duì)照，說明高濃度的H2O2溶液不利于西藏固沙草幼苗的生長(zhǎng)，而且在高濃度下，隨著浸種時(shí)間的增加，其對(duì)西藏固沙草幼苗生長(zhǎng)的抑制作用越明顯。

表4 CuSO4溶液不同濃度時(shí)間預(yù)處理固沙草種子的發(fā)芽結(jié)果

圖2 不同濃度時(shí)間H2O2溶液預(yù)處理對(duì)西藏固沙草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3 CuSO4對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

表4結(jié)果表明，不同濃度CuSO4溶液浸種對(duì)西藏固沙草種子各發(fā)芽指標(biāo)產(chǎn)生不同的影響結(jié)果：隨著CuSO4溶液浸種時(shí)間的增加，0.5% CuSO4溶液可以不同程度的提高西藏固沙草的各發(fā)芽指標(biāo)，浸種1 h效果最好，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達(dá)到最大值，分別為49.67%、38.00%、13.01和43.24，比對(duì)照分別增加了7.00%、6.00%、2.79和8.50；1%和1.5% CuSO4溶液處理下，其各發(fā)芽指標(biāo)相比對(duì)照有所下降，而且隨著浸種時(shí)間的增加，下降得越明顯。由此可以看出，0.5% CuSO4溶液可以促進(jìn)西藏固沙草種子萌發(fā)，而高濃度的CuSO4溶液不利于種子萌發(fā)，具有一定的抑制作用。

從圖3可以看出，隨著CuSO4溶液濃度和處理時(shí)間的增加，西藏固沙草根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)逐漸減小，根長(zhǎng)均顯著低于對(duì)照；1.5% CuSO4溶液處理 3 h，其根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)出現(xiàn)最小值(0.13 cm和1.4 cm)，顯著低于對(duì)照3.03 cm和2.03 cm，說明CuSO4溶液對(duì)西藏固沙草幼苗的生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用，而且對(duì)根生長(zhǎng)的抑制程度要明顯大于對(duì)芽生長(zhǎng)的抑制程度。

圖3 不同濃度時(shí)間CuSO4溶液預(yù)處理對(duì)西藏固沙草幼苗生長(zhǎng)的影響

3 討 論

3.1 KMnO4溶液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

高錳酸鉀作為常用的消毒劑之一，具有極強(qiáng)的殺菌能力[13]。在本試驗(yàn)中，各濃度的KMnO4溶液在一定時(shí)間的浸種處理下，均可以提高西藏固沙草種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)，而且0.1%和0.3%濃度的KMnO4溶液浸種也有益于其幼苗的生長(zhǎng)。這可能是因?yàn)镵MnO4溶液具有良好的消毒能力，也可能是因?yàn)楦咤i酸鉀溶于水后能放出原子態(tài)氧，可提高水溶液中氧的濃度[14]。另外鉀、錳是植物生長(zhǎng)過程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，浸種后鉀離子和錳離子可以活化種子體內(nèi)的酶系統(tǒng)，從而促進(jìn)種子萌發(fā)及幼苗的早期生長(zhǎng)[13]。鄭蔚虹等在高錳酸鉀浸種對(duì)沙棘種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，KMnO4溶液可以提高沙棘種子的活力[14]；彭建等研究發(fā)現(xiàn),KMnO4溶液可以提高非洲狗尾草種子的萌發(fā)率[15]；莊正等在對(duì)杉木種子的預(yù)處理試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)濃度的KMnO4溶液對(duì)杉木種子各發(fā)芽指標(biāo)具有良好的促進(jìn)效果，而且在濃度為0.1%時(shí)效果最佳[16]，本研究結(jié)果與之一致。

3.2 H2O2對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

過氧化氫作為一種強(qiáng)氧化劑，具有較強(qiáng)的消毒殺菌能力，因此也是種子常用的消毒劑之一[16]。在本試驗(yàn)中，適當(dāng)濃度的H2O2溶液可以不同程度的提高西藏固沙草各發(fā)芽指標(biāo)，提高種子萌發(fā)率，并且5%濃度的H2O2溶液對(duì)西藏固沙草幼苗的生長(zhǎng)也有一定的促進(jìn)作用，這與莊正[16]等的研究結(jié)果相符；另外，趙東興等研究發(fā)現(xiàn)，H2O2溶液浸種可以顯著促進(jìn)馬檳榔種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[17]；姜美杰等在華重樓種子預(yù)處理對(duì)其萌發(fā)特性的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，H2O2溶液浸種可以顯著提高華重樓種子的萌發(fā)率；楊傳杰等[19]則認(rèn)為其作用機(jī)理和高錳酸鉀相似，一方面H2O2作為常見的種子消毒劑，具有良好的消毒作用，可以降低種子的霉變率，另一方面，H2O2對(duì)種子包膜的氧化作用促進(jìn)了有機(jī)物質(zhì)充分吸水，在一定程度上滿足了種子萌發(fā)的條件。

3.3 CuSO4對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

銅元素是植物生長(zhǎng)所需的微量元素之一，適當(dāng)銅元素還能降低真菌和霉菌對(duì)植物的危害程度[20]。在本試驗(yàn)中，隨著CuSO4溶液濃度的增加，西藏固沙草各發(fā)芽指標(biāo)呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，濃度達(dá)到1%后，顯著低于對(duì)照。對(duì)于幼苗的生長(zhǎng)來說，幼苗對(duì)硫酸銅更加敏感，在本試驗(yàn)處理的濃度范圍內(nèi)都表現(xiàn)出抑制作用。高小寬等在不同濃度硫酸銅處理對(duì)牧草生長(zhǎng)的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，硫酸銅溶液對(duì)3種牧草種子胚根和胚芽的生長(zhǎng)具有抑制作用[21]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相一致。原因可能是因?yàn)殂~是一次性利用元素，根部吸收銅后很難轉(zhuǎn)移，故主要集中在植物根部，進(jìn)而抑制根系的生長(zhǎng)[21]。另外過量施用銅元素會(huì)使植物體內(nèi)產(chǎn)生活性氧，致使植物遭受氧化脅迫，進(jìn)而對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用[21]。因此在選擇用CuSO4溶液預(yù)處理西藏固沙草種子時(shí)，濃度不宜過高，浸種時(shí)間不宜過長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

不同濃度KMnO4溶液對(duì)西藏固沙草種子進(jìn)行不同時(shí)間的浸種處理，對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)具有不同影響，各處理對(duì)種子萌發(fā)均有不同程度的促進(jìn)作用，0.1%和0.5%濃度KMnO4浸種也有益于幼苗的生長(zhǎng)，濃度達(dá)到0.5%時(shí)，對(duì)西藏固沙草幼苗的生長(zhǎng)具有一定抑制作用。由此可見，高濃度的KMnO4不利于西藏固沙草的生長(zhǎng)，且浸種時(shí)間不宜過長(zhǎng)。

隨著H2O2溶液濃度和浸種時(shí)間的增加，西藏固沙草各發(fā)芽指標(biāo)呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)濃度達(dá)到20%時(shí)，隨著浸種時(shí)間的增加逐漸變?yōu)橐种谱饔?。因此在使用H2O2溶液對(duì)西藏固沙草種子進(jìn)行浸種處理時(shí)，選擇5%濃度浸種0.75 h為宜，濃度不宜過高，以避免對(duì)種子造成傷害。

CuSO4溶液對(duì)各發(fā)芽指標(biāo)的影響呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，而且對(duì)西藏固沙草種子根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)都具有抑制效果，因此在選擇用CuSO4溶液預(yù)處理西藏固沙草種子時(shí)，選擇0.5%濃度浸種1 h為宜。