溫度和光照對不同預處理野生甘草種子萌發和幼苗生長的影響

馬海鴿, 蔣 齊,, 王占軍, 劉 華, 何建龍

(1.寧夏大學 西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室, 銀川 750021;2.寧夏農林科學院 荒漠化治理研究所, 銀川 750002)

溫度和光照對不同預處理野生甘草種子萌發和幼苗生長的影響

馬海鴿1, 蔣 齊1,2, 王占軍2, 劉 華2, 何建龍2

(1.寧夏大學 西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室, 銀川 750021;2.寧夏農林科學院 荒漠化治理研究所, 銀川 750002)

為確定甘草種子萌發和幼苗生長的最佳溫度和光照條件，利用生化培養箱研究了不同溫度和光照條件對濃硫酸預處理、清水預處理的野生烏拉爾甘草種子萌發及幼苗生長的影響。結果表明：(1) 濃硫酸預處理能夠顯著提高甘草種子發芽率，且發芽更整齊；(2) 甘草種子從10～40℃都可以發芽，但過低或過高的溫度會延緩甘草種子的發芽進程且抑制幼苗生長，烏拉爾甘草出芽和幼苗生長最適宜的溫度是20～30℃；(3) 清水預處理的種子適宜在光照10 h/d條件下萌發，濃硫酸預處理能夠降低甘草種子萌發對光的依賴性，全黑暗條件能夠促進甘草幼苗胚根和胚軸的生長。野生烏拉爾甘草種子適宜在20～30℃、光照10 h/d條件下萌發，20℃最適宜甘草幼苗胚根生長，30℃最適宜胚軸生長

溫度; 光照; 烏拉爾甘草; 種子萌發; 幼苗生長

烏拉爾甘草(Glycyrrhizauralensis)為豆科(Leguminosae)甘草屬(Glycyrrhiza)多年生草本植物[1]，國家二類保護植物，以根及根莖入藥，是國家重點?？厮幉腫2]。隨著以甘草為原料的中藥保健品、中成藥的不斷開發利用以及在化妝品、食品、煙草等行業的拓展，國內外市場對甘草的需求量大增，使甘草野生資源急劇下降[3]。自然狀態下野生甘草種子硬實率高，萌發率很低，主要原因是種子表皮內增厚的柵欄狀細胞縱向排列成行且很緊密，其內側為一列厚壁的柱狀細胞，造成種皮致密，透水、透氣性差，提高發芽率的主要措施是打破種皮限制[4]。光照和溫度對種子萌發和幼苗建立都具有重要影響[5-6]，適宜的光照和溫度是種子萌發和幼苗建立及生長的重要條件。溫度過高或過低都可能引起種子休眠或抑制種子萌發及幼苗生長[7-13]。關于溫度和光照對野生甘草種子萌發的影響研究甚少[14]，本實驗研究光照和溫度對不同預處理野生烏拉爾甘草種子萌發和幼苗生長的影響，確定甘草種子萌發和幼苗生長的最佳溫度和光照條件，以期為野生烏拉爾甘草種質資源的保護和利用及人工栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗用甘草種子來源于寧夏鹽池縣王樂井鄉狼洞溝野生甘草采種基地。王樂井鄉狼洞溝海拔1 548 m，位于東經106°54′48.69″，北緯37°50′41.39″，屬于典型的大陸性氣候，干旱少雨，風大沙多，植被稀少，年降雨量250 mm左右，主要集中在7—9月3個月，蒸發量在2 179.8 mm，年平均氣溫在8.5℃，大于10℃的積溫2 944℃，年平均風速2.6 m/s，大風天數為15～20 d，絕對無霜期128 d。

1.2 種子萌發

精選種粒飽滿程度一致、顏色淡綠的野生烏拉爾甘草種子分成兩組，第一組經98%濃硫酸浸潤2 h后用蒸餾水沖洗數遍至中性，第二組用清水浸潤2 h備用。經測定本實驗所用野生甘草種子硬實率[15]為86%。

1.2.1 溫度對種子萌發的影響 設置10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，40℃共6個恒溫，6個水平，選取野生甘草種子50粒置于墊有兩層濾紙的培養皿中，每組6個重復，置于生化培養箱中光照為10 h/d培養，光照強度為4 000 lx，每天補充水分以防干燥。

1.2.2 光照對種子萌發的影響 設置全光照(L)、光照10 h/d(L-D)、全黑暗(D)三個水平，選取野生甘草種子50粒置于墊有兩層濾紙的培養皿中，每組6個重復，置于生化培養箱中25℃恒溫條件下進行種子萌發實驗，每天補充水分以防干燥。

1.3 指標測定

從種子置床之日起，每天定時觀察記錄，胚根露出種皮時記錄為發芽種子，第14天結束發芽試驗。第7天在第一組中每處理選取30株幼苗測量胚根長和胚軸長，并計算種子萌發指標。其中，發芽率(GR)=供試種子發芽粒數/供試種子總數×100%，發芽勢(GP)=第3天種子發芽粒數(一般以最初1/3d內發芽種子數計)/供試種子總數×100%，萌發指數(GI)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為第t天的發芽粒數，Dt為相應的發芽天數[16-19]，活力指數(VI)=平均胚根長度×GI[2,20]，相對光萌發率(RLG)=全光照下萌發率Gl/(全光照下發芽率Gl+全黑暗下發芽率Gd)，RLG在0(越接近0，表示種子傾向于在低光照或黑暗條件下達到較大的萌發率)到1(越接近1，表示種子傾向于在高光照條件下達到較大的萌發率)[21]。

1.4 數據處理

試驗數據輸入計算機Excel表格進行統計并制圖，應用SPSS 17.0統計軟件進行單因素方差分析。在進行多重比較之前進行方差齊次性檢驗。

2 結果與分析

2.1 溫度對野生甘草種子萌發的影響

溫度對野生甘草種子萌發的影響十分明顯，硫酸預處理可以極大地提高野生甘草種子在不同溫度下的萌發率(圖1)。6個溫度梯度中，除10℃以外，硫酸預處理的甘草種子均在第3～5天達到發芽最高峰，15～30℃處理在第5～6天趨于穩定，40℃處理在第10天后趨于穩定(圖1A)。清水預處理的甘草種子在10℃處理下沒有明顯的發芽高峰期，15～25℃處理在第8～10天達到高峰，30℃處理第5～6天達到高峰期隨后變得緩慢，各處理在12～14天基本趨于穩定(圖1B)。

圖1 不同溫度下野生甘草種子的萌發進程

經過硫酸預處理后，甘草種子的發芽勢在25℃時達到最高(94.00%±1.26%)，20℃，30℃之間差異不顯著(P>0.05，下同)，但都顯著低于25℃(P<0.05，下同)，15℃，40℃，10℃依次顯著降低(圖2A)。發芽率在15℃時達到最高(95.33%±1.03%)，與25℃差異不顯著，顯著高于其他處理，10℃，20℃，30℃之間無顯著差異，40℃時顯著降低(65.67%±2.94%)(圖2B)。萌發指數在25℃時最高(24.83±1.84)，隨溫度上升和下降而顯著降低(圖2C)。活力指數在20℃時達到最高(580.02±29.03)，其次為30℃，25℃，15℃，各處理之間差異顯著，10℃時最低(12.05±0.84) (圖2D)。經過清水預處理后，甘草種子的發芽勢在30℃達到最高(9.00±2.00%)，25℃、40℃時略有降低，但差異不顯著，隨溫度繼續下降，發芽勢逐漸降低且差異顯著(圖2A)。發芽率在30℃時最高(24.33%±1.15%)，25℃，20℃時略有降低但差異不顯著，15℃，40℃顯著降低，10℃時最低(9.33%±0.58%)(圖2B)。萌發指數在30℃時最高(6.68±0.71)，25℃時略有降低但差異不顯著，40℃，20℃，15℃，10℃萌發指數依次下降且顯著低于25℃(圖2C)。活力指數在25℃時達到最高(92.12±7.84)，30℃時略有降低但差異不顯著，20℃時略低于30℃但差異不顯著，15℃，10℃，40℃活力指數依次下降卻顯著低于20℃(圖2D)。

圖2 不同溫度下野生甘草種子的萌發

注：同一指標不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(LSD)。下同。

2.2 光照對野生甘草種子萌發的影響

光照對野生甘草種子萌發有明顯的影響，硫酸預處理可以極大地提高甘草種子在不同光照條件下的萌發率(圖3)。三種光照條件下，經過硫酸預處理的甘草種子在第3到4天均達到發芽最高峰，在第5～6天達到穩定。清水預處理的甘草種子發芽率在實驗期內沒有明顯的高峰期，在第10～12天基本趨于穩定。

圖3 不同光照下野生甘草種子的萌發進程

經過濃硫酸預處理后，甘草種子在不同的光照條件下發芽勢、發芽率、萌發指數無顯著性差異(圖4A，B，C)?；盍χ笖翟谌诎堤幚硐伦罡?788.65±29.23)，比全光照和光照10 h/d處理高257.91和472.79，各處理間差異顯著(圖4D)。經過清水預處理后，光照10 h/d處理的甘草種子發芽勢最高(8.33%±0.58%)，顯著高于全黑暗處理，與全光照處理之間無顯著差異(圖4A)。全光照和光照10 h/d處理之間發芽率無顯著差異，但均顯著高于全黑暗處理，光照10 h/d條件下最高(21.33%±3.51%)(圖4B)。萌發指數在光照10 h/d條件下最高(6.35±0.548)，顯著高于全黑暗處理(圖4C)。活力指數在光照10 h/d條件下最高(22.10±3.64)，顯著高于全光照和全黑暗處理(圖4D)。清水預處理的甘草種子相對光萌發率為0.6，硫酸預處理的種子相對光萌發率為0.5。

圖4 不同光照下野生甘草種子的萌發

2.3溫度和光照對野生甘草幼苗生長的影響

光照10 h/d條件下，不同溫度處理對甘草幼苗生長有顯著影響。胚根在20℃時最長(31.66±2.25 mm)，其次為25℃，30℃，15℃，40℃，10℃，差異顯著，10℃時最短(2.29±0.29 mm)且與40℃之間無顯著差異(圖5A)；胚軸在30℃時最長(12.93±1.32 mm)，顯著高于其他處理，其次為20℃，25℃之間無顯著差異，15℃時顯著降低，10℃，40℃時胚軸幾乎不能生長(圖5B)。

圖5 不同溫度、光照下野生甘草幼苗的生長

25℃條件下，不同光照處理對甘草幼苗的生長有顯著影響。胚根在全黑暗處理下最長(30.91±3.49 mm)，其次為全光照處理(23.05±2.38 mm)，光照10 h/d處理下最低(15.54 ±3.21 mm)，各處理間差異顯著(圖5C)；胚軸在全黑暗處理下最高(33.65±2.18 mm)，顯著高于其他處理，全光照與光照10 h/d處理之間無顯著差異(圖5D)。

3 結論與討論

濃硫酸是一種強氧化劑，浸種后能夠強烈腐蝕種皮，使種胚吸水，透氣性增加，從而提高種子的發芽率。與清水處理相比，經過濃硫酸預處理的野生甘草種子發芽率有顯著的提高，光照10 h/d、25℃條件下經過濃硫酸處理的種子發芽率(95%)比清水處理(21%)提高了4.5倍，且發芽更整齊，基本在第3～5天達到高峰期。

溫度是種子萌發的一個重要影響因素，適宜的溫度可以促進種子萌發，溫度過低或過高會明顯影響萌發[22]。本研究表明，野生烏拉爾甘草種子的發芽溫度范圍較廣，10～40℃都可以發芽，但過低(<15℃)或過高(40℃)的溫度會延緩甘草種子的發芽進程，種子雖然能萌發，但是其活力指數還是會受到影響，40℃高溫下甚至出現了種子腐爛的現象。植物種子發芽過程中，存在最佳發芽溫度，有些種子的最佳發芽溫度是一個定值[23-24]，而有些種子的最適發芽溫度是一個固定的溫度范圍[25-26]。本研究結果表明，烏拉爾甘草出芽最適宜的溫度是20～30℃，這與譚勇等的研究結果基本一致[14]。在此溫度范圍內，無論有無經過預處理，甘草種子都能夠萌發，發芽相對整齊，且能保證較高的活力指數，也適合其胚根、胚軸的生長，過高或過低的溫度甚至導致甘草幼苗胚軸不能生長。

光照也是影響種子萌發的一個重要因素，它可以刺激或抑制某些種子萌發[27]。本實驗表明，經過濃硫酸預處理的甘草種子萌發受光照變化的影響較小，只有活力指數在全黑暗條件下最高，這主要是由于全黑暗條件下幼苗地下部分(胚根)生長比在有光照的條件下好；清水預處理的種子萌發受光照變化影響較大，全黑暗處理對甘草種子發芽有抑制作用，而光照對甘草種子萌發有一定的促進作用，這也是自然狀態下野生甘草發芽率低的一個重要原因。相對光萌發率的計算表明清水預處理的種子傾向于在高光照條件下達到較大的發芽率，而硫酸預處理能夠降低甘草種子對光的依賴性，這可能是因為光對種子萌發的影響主要是作為一種刺激信號，打破種子的休眠，而不是作為一種能量物質直接參與[28]，而硫酸預處理的主要作用也是破除種皮對種子萌發的影響，經過硫酸預處理后種子對光照打破休眠的要求降低，從而降低了種子萌發對光的依賴性。

綜上所述，野生烏拉爾甘草種子適宜在20～30℃、光照10 h/d條件下萌發，硫酸預處理可以顯著提高其發芽率并降低其對光的依賴性，在人工種植時可以作為參考確定種子播種的最佳時間，以提高種子發芽率，降低種子用量和生產成本。20℃最適宜甘草幼苗胚根生長，30℃最適宜胚軸生長，全黑暗條件有利于甘草胚根和胚軸生長，人工栽培時可以此作為選擇依據。該研究主要從不同恒定溫度和光照時間對野生甘草種子萌發和幼苗生長進行了探討，而有關于溫度和光照對甘草種子萌發的影響有待于進一步研究，例如從變溫條件、光照強度、光質等方面進行研究，從而為野生甘草的資源保護和利用提供更全面的理論依據。

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EffectsofLightandTemperatureonSeedGerminationofGlycyrrhizauralensisunderDifferentPretreatment

MA Hai-ge1, JIANG Qi1,2, WANG Zhan-jun2, LIU Hua2, HE Jian-long2

(1.KeyLabforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwesternChinaofMinistryofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.DesertInstituteofAcademyofAgricultureandForestrySciencesofNingxia,Yichuan750002,China)

In order to determine the best temperature and light conditions forGlycyrrhizauralensisseed germination and seedling growth, the effects of different light and temperature conditions on the germination ofGlycyrrhizauralensisseed under the pretreatment of concentrated sulfuric acid and water were analyzed in the biochemical incubator. The results indicated that: (1) the pretreatment of concentrated sulfuric acid significantly increased the germination rate and made the germination nearly keep in the same time; (2) the germination temperature forGlycyrrhizauralensisseed was 10～40℃, but it would inhibit seed germination and seedling growth when the temperature was too high or too low, the optimum temperature was 20～30℃; (3) seed under pretreatment of water was readily germinated when the light was given for 10 h/d, and pretreatment of concentrated sulfuric acid can reduce seed dependence on light, full dark can accelerate the growth of seedling radicle and hypocotyl. The suitable germination condition ofGlycyrrhizauralensisseed was 20～30℃, lighting 10 h/d, 20℃ was suitable for seedling′s radicle, while 30℃ was favorable for the hypocotyl.

temperature; light;Glycyrrhizauralensis; seed germination; seedling growth

2013-12-05

：2013-12-19

寧夏科技支撐計劃項目“甘草種子繁育及提高種子成苗率研究”(2012zzs49);國家科技支撐計劃項目(2011BAI05B01)

馬海鴿(1988—),女(回族),寧夏銀川人,碩士研究生。主要從事退化生態系統恢復方面的研究。E-mail:383121712@qq.com

蔣齊(1965—),男,寧夏銀川人,研究員,主要從事資源與環境方面的研究。E-mail:ycjqnx@163.com

S567.7+1

：A

：1005-3409(2014)05-0225-05