浸種溫度和光照時(shí)間對(duì)披堿草種子萌發(fā)的影響

羅 陽， 藺偉虎， 田 沛

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院， 蘭州 730020)

披堿草(ElymusdahuricusTurcz.)是禾本科(Poaceae)披堿草屬(Elymus)多年生、旱中生禾草[1]，主要分布在我國(guó)北方大部分地區(qū)，為我國(guó)披堿草屬中分布最廣泛的種[2]，是草甸草原的重要組成部分，也是維持高寒地區(qū)生態(tài)平衡的重要植物之一[3]。披堿草具有耐寒、耐旱、耐鹽堿等優(yōu)點(diǎn)[4]，有重要的栽培價(jià)值[5]，是我國(guó)北方地區(qū)建立人工草地的重要禾本科牧草之一[6]，在植被恢復(fù)、防風(fēng)固沙、護(hù)坡等方面有重要作用[7]，在生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)方面扮演著重要角色[8]。因此，開展披堿草種質(zhì)資源的研究對(duì)我國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展以及生態(tài)恢復(fù)建設(shè)具有重要意義。

種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。種子萌發(fā)是植物生活史中最重要且最敏感的過程之一，直接關(guān)系到幼苗的存活率和生長(zhǎng)情況，并影響植物分布、種群恢復(fù)和生物多樣性水平[9-11]。種子萌發(fā)不僅需要內(nèi)部條件，還需要適宜的外部條件，如光照、溫度、種子大小、化感作用等[12-15]。溫度通過改變種子內(nèi)部酶的活性使種皮破裂，進(jìn)而提高種子的透水透氣能力，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[16]；光作為一種刺激信號(hào)分子，通過解除種子休眠來誘導(dǎo)其萌發(fā)[17-18]。種子萌發(fā)過程極易受人為、病蟲害和環(huán)境脅迫等因素的影響[19-22]，因此對(duì)種子進(jìn)行前處理也是促進(jìn)其萌發(fā)的有效方法之一。1973年Heydecker等[23]首次提出種子浸種方法可以用來解決種子萌發(fā)緩慢等問題。浸種不僅可以提高種子的發(fā)芽率，還可以提高種子萌發(fā)過程中抵抗逆境條件的能力，促進(jìn)種子在逆境中萌發(fā)[24]。國(guó)內(nèi)外有關(guān)禾本科牧草浸種處理的報(bào)道很多，而對(duì)披堿草種子的研究很少。相關(guān)研究表明，種子播種前經(jīng)太陽光照射，可使種子迅速通過后熟，改變種皮透性，使休眠下的種子很快恢復(fù)，提高種子發(fā)芽率[25]。目前這項(xiàng)種子處理技術(shù)的研究應(yīng)用主要集中于豆科牧草以及作物種子[26-28]，并且以太陽光照射種子為主，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用人工光源代替太陽光照射種子也具有相同作用[29]。因此，本研究以披堿草種子為實(shí)驗(yàn)材料，分別探究不同浸種溫度及不同光照時(shí)間發(fā)芽前處理對(duì)披堿草種子萌發(fā)的影響，了解披堿草種子萌發(fā)的適宜條件，對(duì)披堿草種質(zhì)資源的開發(fā)和利用具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的披堿草種子于2017年購(gòu)自百綠國(guó)際草業(yè)有限公司，4 ℃保存于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院草地保護(hù)研究所冰箱備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1浸種處理

設(shè)置5 ℃、15 ℃、25 ℃(常溫)、35 ℃、45 ℃、55 ℃和65 ℃等7種浸種溫度處理。挑選籽粒飽滿、大小均勻且無病蟲害的成熟種子1 050粒，分7份用脫脂紗布包好，每份150粒，分別置于盛有5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃和65 ℃蒸餾水的燒杯中，于水浴鍋中恒溫水浴1 h。

1.2.2光照處理

設(shè)置0 d、1 d、2 d、3 d、4 d和5 d等6種光照時(shí)間處理。挑選籽粒飽滿、大小均勻且無病蟲害的成熟種子900粒，置于鋪有2層濾紙直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，每皿150粒，先放置一皿種子在光照培養(yǎng)箱(溫度(25±0.5)℃，光照強(qiáng)度5 000 lx)中處理，每隔24 h添加一皿，5 d后全部取出，以不照光種子為對(duì)照處理。

1.2.3發(fā)芽試驗(yàn)

將上述處理好的種子經(jīng)75%的乙醇浸泡1 min，1%的NaClO浸泡2 min后，用無菌水沖洗3～4次，洗掉種子表面的藥液，晾干后分別置于墊有雙層滅菌濾紙、直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，每個(gè)培養(yǎng)皿中加入5.8 mL無菌水，稱取培養(yǎng)皿的原始重量，做好標(biāo)記，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)[5,30]。將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱(溫度(25±0.5)℃，光周期為光16 h/暗8 h，光照強(qiáng)度5 000 lx)中進(jìn)行培養(yǎng)。自培養(yǎng)之日起，每天同一時(shí)間觀察種子發(fā)芽及腐爛情況，及時(shí)清理污染發(fā)霉的種子，并根據(jù)培養(yǎng)皿失水情況補(bǔ)充無菌水。補(bǔ)水量以保持濾紙濕潤(rùn)即可。每天記錄發(fā)芽粒數(shù)(以胚芽突破種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，第7天測(cè)定種子的發(fā)芽勢(shì)，14 d后試驗(yàn)結(jié)束[31]，統(tǒng)計(jì)計(jì)算種子發(fā)芽率等指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

分別計(jì)算每種處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)，公式如下[32-34]：

發(fā)芽率(%)=(n/N)×100%，式中：n為最終達(dá)到的正常發(fā)芽粒數(shù)，N為供試種子數(shù)；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(規(guī)定日期內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用IMB SPSS Statistics 25.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)在95%水平上進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，繪圖采用Excel 2010軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度蒸餾水浸種對(duì)披堿草種子萌發(fā)的影響

披堿草種子經(jīng)不同溫度蒸餾水浸種的發(fā)芽率隨溫度的升高呈先降低后上升再降低的變化趨勢(shì)。7個(gè)溫度蒸餾水浸種處理后的種子均可發(fā)芽，發(fā)芽率依次為89.33%、75.33%、68.67%、74.67%、97.33%、79.33%和65.33%，其中45 ℃條件下發(fā)芽率最高，且顯著高于其他處理(p<0.05)；在65 ℃條件下，種子發(fā)芽率顯著低于其他溫度處理(p<0.05)；5 ℃處理下種子的發(fā)芽率顯著低于45 ℃處理，但顯著高于其他處理(p<0.05)；15 ℃和55 ℃處理后的發(fā)芽率顯著低于5 ℃和45 ℃處理，但顯著高于65 ℃處理(p<0.05)；而25 ℃和35 ℃處理與15 ℃和55 ℃處理和65 ℃處理間均無顯著差異(p>0.05)(圖1)。

注：小寫字母代表不同溫度浸種處理下的差異顯著(p<0.05)。下同。

披堿草的發(fā)芽勢(shì)受浸種溫度影響的變化趨勢(shì)與發(fā)芽率一致。7個(gè)浸種溫度(5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃、65 ℃)處理，披堿草種子的發(fā)芽勢(shì)依次為55.33%、46.67%、48.67%、52.00%、62.00%、45.34%和46.67%，在45 ℃條件下發(fā)芽勢(shì)最高，其次為5 ℃處理，兩處理間發(fā)芽勢(shì)無顯著性差異(p>0.05)，但均顯著高于其他溫度處理(p<0.05)；浸種溫度為35 ℃時(shí)，種子發(fā)芽勢(shì)顯著高于15 ℃、55 ℃和65 ℃處理(p<0.05)，但與5 ℃和15 ℃處理間差異不顯著(p>0.05)；25 ℃處理下的發(fā)芽勢(shì)顯著低于45 ℃處理(p<0.05)，但與其他處理間均無顯著差異(p>0.05)；15 ℃、55 ℃和65 ℃處理間無顯著性差異(p>0.05)，其中溫度為65 ℃時(shí)，種子發(fā)芽勢(shì)有最小值，且顯著低于5 ℃、35 ℃和45 ℃處理(p<0.05)(圖2)。

圖2 不同浸種溫度處理對(duì)披堿草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

不同溫度浸種處理下，披堿草種子的發(fā)芽指數(shù)也存在差異。在45 ℃條件下種子的發(fā)芽指數(shù)(33.71)顯著高于其他溫度處理(p<0.05)；其次為5 ℃條件下種子的發(fā)芽指數(shù)(23.86)，且與其他溫度處理時(shí)種子的發(fā)芽指數(shù)有顯著性差異(p<0.05)；當(dāng)浸種溫度為15 ℃、25 ℃、35 ℃、55 ℃和65 ℃時(shí),種子的發(fā)芽指數(shù)均顯著低于5 ℃和45 ℃處理(p<0.05)，但以上各處理間差異不顯著(p>0.05)，其中在15 ℃處理下，種子的發(fā)芽指數(shù)最小(21.93)(圖3)。

圖3 不同浸種溫度處理對(duì)披堿草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 不同光照時(shí)間對(duì)披堿草種子萌發(fā)的影響

披堿草種子的發(fā)芽率隨光照時(shí)間的增加呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。光照3 d條件下，披堿草種子的發(fā)芽率達(dá)最大值(98%)，顯著高于對(duì)照和其他光照處理下的發(fā)芽率(p<0.05)；光照1 d、2 d和4 d處理以及對(duì)照處理?xiàng)l件下，種子發(fā)芽率顯著低于3 d處理，但顯著高于5 d處理(p<0.05)；當(dāng)光照時(shí)間為5 d時(shí)種子的發(fā)芽率最低，且與對(duì)照及其他光照處理下的發(fā)芽率有顯著性差異(p<0.05)(圖4)。

注：小寫字母代表不同光照時(shí)間處理下的差異顯著(p<0.05)。下同。

不同光照時(shí)間預(yù)處理下，披堿草種子的發(fā)芽勢(shì)變化也不盡相同。光照時(shí)間為3 d時(shí)，種子的發(fā)芽勢(shì)達(dá)最大值(60.5%)，與光照4 d條件下的種子發(fā)芽勢(shì)無顯著性差異(p>0.05)，顯著高于對(duì)照及其他光照處理下的發(fā)芽勢(shì)(p<0.05)；光照4 d處理下發(fā)芽勢(shì)顯著高于光照1 d、5 d和對(duì)照處理(p<0.05)，但與光照2 d和光照4 d處理的種子發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(p>0.05)；在光照2 d處理下，種子發(fā)芽勢(shì)顯著低于光照3 d處理(p<0.05)，與光照4 d處理的發(fā)芽勢(shì)無顯著性差異(p>0.05)，但顯著高于對(duì)照以及其他光照處理下的發(fā)芽勢(shì)(p<0.05)；光照1 d、5 d以及對(duì)照處理間種子發(fā)芽勢(shì)無顯著性差異(p>0.05)，但均顯著低于光照2 d、3 d和5 d處理(p<0.05)，其中光照1 d處理下種子的發(fā)芽勢(shì)最低(43%)(圖5)。

圖5 不同光照時(shí)間對(duì)披堿草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

不同光照時(shí)間處理披堿草種子后，種子的發(fā)芽指數(shù)隨光照時(shí)間的增加呈先升高后下降的趨勢(shì)。光照3 d條件下，披堿草種子的發(fā)芽指數(shù)達(dá)最大值(37.73)，顯著高于對(duì)照及其他光照處理下的發(fā)芽指數(shù)(p<0.05)；對(duì)照處理的種子發(fā)芽指數(shù)最小(圖6)，除光照3 d外，其余處理無顯著差異(p<0.05)。

圖6 不同光照時(shí)間對(duì)披堿草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

3 討 論

浸種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用較多的種子處理方法之一，不僅能促進(jìn)胚細(xì)胞活性恢復(fù)，又能夠起到種子消毒的效果。不同種子所需的最適浸種溫度不同。野黎(Eriochloavillosa)種子在80 ℃清水浸種處理下發(fā)芽率最高[35]；10 ℃低溫預(yù)處理蘇丹草(Sorghumsudanense)種子6 d可有效打破種子休眠，提高發(fā)芽率[36]；沙生針茅(Stipaglareosa)種子經(jīng)30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃及70 ℃清水處理，其中60 ℃浸種種子萌發(fā)率顯著提高[37]。已有研究指出，溫水浸種可以軟化種皮、增加種皮透性，因此適宜溫度的溫水浸種有利于種子萌發(fā)[38]。此外，冷水浸種法也是打破種子休眠，提高發(fā)芽率的有效方法[39]。本研究結(jié)果表明，45 ℃溫水浸種處理下披堿草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最高，且顯著高于25 ℃浸種，這與王寧等[40]對(duì)節(jié)節(jié)麥(Aegilopstauschii)種子的研究結(jié)果一致，說明45 ℃溫水浸種，更容易軟化披堿草種子，提高發(fā)芽質(zhì)量。5 ℃低溫處理下披堿草種子的發(fā)芽率僅次于45 ℃處理，且該溫度的種子的發(fā)芽質(zhì)量也顯著高于正常溫度處理，說明低溫處理也可以提高披堿草種子的發(fā)芽質(zhì)量，這與易津等[41]對(duì)羊草(Leymuschinensis)種子的研究結(jié)果相似，這主要是由于適當(dāng)?shù)牡蜏靥幚砜梢杂行У卦黾臃N皮的透性，促進(jìn)種子內(nèi)部諸如赤霉素等的合成，以及降低ABA含量，有利于種子萌發(fā)。這些結(jié)果說明，適宜溫度的冷水和溫水浸種效果較常溫清水更好，而冷水浸種和溫水浸種相比，溫水浸種提高種子萌發(fā)率的效果更佳，因此披堿草種子更適宜采用45 ℃溫水浸種處理，以提高其萌發(fā)率，后期可從浸種時(shí)間方面進(jìn)一步研究。本研究中，當(dāng)浸種溫度達(dá)45 ℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，65 ℃披堿草種子發(fā)芽率顯著低于25 ℃和45 ℃浸種，說明熱水浸種并不適合用于提高披堿草種子的發(fā)芽率，這與蘇曉敏等[42]對(duì)百喜草(Paspalumnotatum)的研究結(jié)果相似，這可能是由于種子已進(jìn)入吸水膨脹期，較高的水溫浸泡傷害種胚，造成部分種子死亡，從而導(dǎo)致種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的下降。

光也是影響種子萌發(fā)的重要因素之一[43]。光照處理植物種子，可以促進(jìn)種子后熟，提高種子發(fā)芽率和生活力，加快生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，特別是對(duì)成熟度較差和貯藏期間吸濕回潮的種子，效果更明顯[44-45]。納羅克非洲狗尾草(Setariaviridis)種子曬種5 d可使其發(fā)芽率提高16.5%～86%[46]；播前對(duì)紅豆草(Onobrychisviciaefolia)種子曬種可促進(jìn)種子后熟，提高種子發(fā)芽率[47]。本實(shí)驗(yàn)采用不同光照時(shí)間對(duì)披堿草種子前處理，結(jié)果表明，光照可顯著提高堿草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，其中光照3 d處理的種子發(fā)芽質(zhì)量顯著高于對(duì)照處理，說明光照3 d處理對(duì)披堿草種子萌發(fā)效果最好，這可能是因?yàn)楣庹? d處理種子可有效促進(jìn)種子后熟和酶的活動(dòng)，降低種子含水量，從而增強(qiáng)種子的吸水能力，也可能是種皮通透性改變，種子內(nèi)部形成可溶性物質(zhì)，排除了體內(nèi)的二氧化碳。隨著光照時(shí)間的增加，種子的發(fā)芽質(zhì)量呈顯著增加后再下降的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)楣庹諘r(shí)間大于3 d處理，種子脫水量高于最適值，從而破壞種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響種子萌發(fā)[48]。

4 結(jié) 論

通過對(duì)披堿草種子浸種和光照處理，得出以下結(jié)論：浸種和光照前處理披堿草種子對(duì)種子的萌發(fā)均有影響，不同浸種溫度和不同光照時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響不同。披堿草種子萌發(fā)的最適浸種溫度為45 ℃。45 ℃處理下種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均最高。光照處理對(duì)披堿草種子的萌發(fā)具有顯著性的作用，不同光照時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響不同，光照3 d處理種子的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)最大值，且與對(duì)照相比萌發(fā)率顯著提高。因此，45 ℃溫水浸種或光照3 d對(duì)披堿草種子萌發(fā)的效果最佳，可作為披堿草種子播種預(yù)處理技術(shù)推廣應(yīng)用。