低溫脅迫對咖啡種子萌發(fā)的影響

武瑞瑞，高賢玉，李貴平，何紅艷，李亞男，張曉芳，黃家雄

（云南省農業(yè)科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所，云南保山 678000）

小粒種咖啡（Coffee arabica）原產于埃塞俄比亞和阿拉伯半島，是云南熱區(qū)主要經濟作物，也是云南在老撾開展替代種植的主要經濟作物之一。統(tǒng)計數據顯示，截至2021 年，云南省咖啡種植面積8.13 萬hm2，產量14.0 萬t，雖然種植面積和產量較上年有所下降，但云南咖啡的面積、產量及出口量依然占全國98%以上。近幾年云南冬天會出現低溫天氣，部分地區(qū)出現寒潮天氣，氣溫劇烈下降并伴有雨雪冰凍，其中，局地最低溫度低于-5℃，導致一些農作物遭受不同程度損失。如何篩選耐寒性強的咖啡種質或提高植株自身的抗冷性成為需要解決的問題。

在種子或幼苗時期，由于發(fā)育水平低，遺傳性狀相對容易改變，抗寒性也就容易得到提高，例如用低溫處理開始萌動的種子和幼苗抗寒性比處理長成植株的要強得多。種子萌發(fā)期遭遇低溫會導致其萌發(fā)時間延遲、發(fā)芽率降低，出現小老苗，進而影響植株后期的生長及產量，造成經濟損失。因此，對種子萌發(fā)期的抗冷研究不容忽視。

種子萌發(fā)期對溫度的變化比較敏感，低溫是種子萌發(fā)的障礙因子之一。王飛［1］發(fā)現3 個棉種在不同天數、不同低溫鍛煉下，其發(fā)芽率都有所升高，普遍高于對照材料。姜秀梅［2］利用不同外源物質浸泡辣椒種子，發(fā)現一定濃度范圍內的浸種處理可不同程度地提高低溫脅迫下辣椒種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢，促進種子萌發(fā)?？Х确N子最佳發(fā)芽溫度為15～20℃，本研究通過對低溫條件下咖啡種子萌發(fā)特性的研究，比較不同咖啡種子萌發(fā)期的耐低溫能力，以期為篩選抗低溫的種質資源提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料均于2019 年12 月采摘制成種子。波邦采自云南保山新寨，卡蒂姆7963 采自云南省農業(yè)科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所（以下簡稱“熱經所”）保山辦公區(qū)，其余品種均采自熱經所位于潞江壩的資源圃。種子均用密封袋密封，于常溫下保存，品種編號、來源見表1。

表1 品種信息

1.2 發(fā)芽試驗

試驗于2020 年5 月在位于保山市的熱經所實驗室進行。采用培養(yǎng)皿紙床發(fā)芽法。培養(yǎng)皿直徑10 cm，內鋪3 層濾紙，蒸餾水浸濕。選擇子粒飽滿的種子，先用多菌靈溶液浸泡進行消毒，用蒸餾水洗去種子表面殘存的溶液，再用常溫清水進行浸種24 h。每個培養(yǎng)皿中放入30 粒種子，每個品種6 個重復。種子腹溝朝下，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中進行避光催芽。每天噴灑少量蒸餾水，保持濾紙和種子表面濕潤，觀察并記錄發(fā)芽情況。當胚根突破種皮記為露白。胚根長度與種子等長作為發(fā)芽標準。

催芽31 d 后，每個品種的3 個重復進行低溫脅迫。溫度每次下調3℃，保持3 h，直至下降到4℃，低溫處理2 d。然后溫度每次上調3℃，保持3 h，直至恢復到25℃。待種子發(fā)芽后播種于24孔穴盤基質中?；|為腐殖土∶沙∶草灰=2∶2∶1（質量比）。

1.3 測量指標

1.3.1 發(fā)芽指標

發(fā)芽率（%）=最終發(fā)芽種子數/供試驗種子總粒數×100%

發(fā)芽勢=規(guī)定時間內的發(fā)芽種子數/供試驗種子總粒數×100%（本試驗以開始發(fā)芽后第7 d 作為計算發(fā)芽勢的時間）

露白率（%）=低溫脅迫前胚根突破種皮的種子數/供試種子總粒數×100%

1.3.2 芽苗生長指標。

播種后，仍不“露白”的待供試種子視為不能萌發(fā)。

統(tǒng)計各個品種不同狀態(tài)的種苗數，主要分為種子發(fā)芽階段和幼苗形成階段，標志為彎鉤是否完全伸直。種子發(fā)芽階段：胚根期（胚根4～5 mm），彎鉤期。幼苗類型分為豆芽苗（下胚軸直立出土，子葉快突破過殼，但子葉還完好包裹在果殼內）、兩葉苗（兩片子葉平整展開，心葉還沒有露出）、兩葉一心苗（兩片子葉平整展開，心葉露出可見）。

1.4 數據統(tǒng)計

采用Excel 2003 進行數據整理，SPSS 19.0 進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 露白率、發(fā)芽勢和發(fā)芽率

從表2 可見，不同品種的露白率和發(fā)芽勢相差較大，且兩者之間沒有一致性，露白率最大值和最小值分別是品種4（56.67%）和品種5（8.89%），發(fā)芽勢最大值和最小值分別是品種1（16.67%）和品種5（0%）。經過低溫處理后，各品種間的發(fā)芽率變化各不相同，品種1 發(fā)芽率增加，其他品種均降低，且降低幅度不同。降低幅度順序是品種6＞5＞4＞7＞2＞3。

表2 咖啡樣品發(fā)芽情況 %

對各指標進行差異性分析，露白率，品種5 最低，品種 1、2、3 和 7 無顯著性差異，均顯著低于品種 4、6；發(fā)芽勢，品種 1 最高，品種 5 最低，品種 2、4、6 和 7 無顯著性差異，品種 2、3、5 和 7 無顯著性差異。發(fā)芽率，除品種3 外，其他品種低溫處理和對照組均有顯著性差異；除品種1 外，其他品種的發(fā)芽率均是對照組＞低溫處理組。

2.2 芽苗狀態(tài)

從表3 看出，低溫處理后，各品種幼苗數量變化不同。彎鉤期苗，品種1、2、5 和7 經低溫處理后的幼苗數量增加，其他品種的降低；豆芽苗，品種3 經低溫處理后的幼苗數量增加，其他品種的減少；兩葉苗，低溫處理后僅有品種7 有1 棵苗存活，對照組品種 1、2、7 分別有 1 棵、2 棵和 1 棵；兩葉一心苗，低溫處理后幼苗數量為0，對照組品種1 和2 分別有1 棵和2 棵。比較芽苗生長期幼苗數量總和，彎鉤期，低溫處理后幼苗總數與對照相同；其他時期均是對照組＞低溫處理。說明低溫脅迫后一定程度上抑制了幼苗的生長。

表3 不同品種咖啡幼苗類型數量

3 討論和結論

低溫脅迫對植物影響大小取決于植物品種、低溫強度、降溫速度以及作用時長。種子在低溫條件下的發(fā)芽能力是作物抗冷性高低的一種表現。實驗結果顯示，品種1 經過低溫脅迫后，發(fā)芽率增加，彎鉤期和豆苗期苗數多于對照組，說明在低溫脅迫后其種子活力增加，發(fā)芽成苗好，種子和幼苗受低溫危害較輕。其他幾個品種，低溫處理后，種子發(fā)芽率降低，成苗數少于發(fā)芽數。可能是低溫使胚根受損，出現壞死，從而影響植株正常的生長發(fā)育，導致生長遲緩。

種子萌發(fā)不僅與自身生物學特性有關，而且與其所處環(huán)境條件密切相關，如水分、氧氣和溫度等，其中溫度是影響種子萌發(fā)速率及生理生化變化的關鍵環(huán)境因子［3］。低溫處理組和對照組發(fā)芽率差異大，說明種子萌發(fā)是對溫度響應的結果。隨溫度降低，同一品種的發(fā)芽率變化趨勢不同，說明發(fā)芽率可能與品種自身的遺傳性有關，也說明不同咖啡品種種子萌發(fā)對低溫的響應不同。閆妍等［4］發(fā)現15℃亞低溫下番茄種子發(fā)芽率與幼苗抗冷性具有較好的一致性，在7 個咖啡品種中，僅有品種1 受低溫處理后的種子發(fā)芽率高于對照，說明其幼苗耐寒性較好。

低溫處理后，咖啡幼苗的生長有些遲緩，說明低溫在一定程度上會抑制種子活力，限制植物的正常生長［5-7］。鑒定品種的抗寒性對選育耐寒性品種以減少低溫危害有重要意義。

由于種子的萌發(fā)過程直接影響著后期植物幼苗的生長和壯苗的培育，因此，植物能否適應低溫環(huán)境首先取決于其種子萌發(fā)的質量。發(fā)芽勢、發(fā)芽率能夠直觀地體現種子的萌發(fā)速度和萌發(fā)整齊度，反映幼苗潛在的生長能力和抗逆能力，是評價種子萌發(fā)的重要指標。