溫度老化和激素處理對鵝觀草種子萌發的影響

程 旭，魯燕琴，袁龍義，薛興華

(1. 長江大學 園藝園林學院，湖北 荊州 434025；2.湖北民族學院 生命科學學院，湖北 恩施 445000)

1 引言

鵝觀草(RoegneriakamojiOhwi)是禾本科鵝觀草屬下的一個種，是常見的一年生草本植物，植株略帶紫色，具香氣，花紫色或綠色。其春季返青早，穗狀花序彎曲下垂，姿態優美，具有一定的觀賞價值[1]。鵝觀草屬(RoegneriaC.Koch)是禾本科小麥族最大的一個屬，世界范圍內主要分布在亞歐大陸，中國境內分布范圍覆蓋了西北、西南、華北、東北、華中的絕大多數省份，類群集中分布于青藏高原地區[2]。1900年，波格丹教授從野生類型將鵝觀草引入栽培。有些種具有良好的抗寒性和抗寒性，粗蛋白含量高、草產量高，可作為優質的牧草資源，也是硬粒小麥的優良前作；根系發達、耐貧瘠，是良好的水土保持植物[3，4]。

種子老化是種質資源保存過程中面臨的重要難題之一，種子老化直接降低種子發芽率、活力和生活力，導致植物生產水平和品質下降[5]。目前，我國學者針對鵝觀草屬植物的研究多集中在遺傳多樣性和分類上，常雪剛等[6]通過葉片形態解剖將6種鵝觀草分成3類，證實了形態解剖作為分類依據的可行性。李淑娟等[7]采取酯酶同工酶分析得出，不同種和不同居群在遺傳本質上是有區別的。近年來也陸續出現了少數對鵝觀草屬植物的抗性研究，趙富強等[8]在34份種質資源中發現的6份高抗條銹病資源，12份高抗白粉病資源2份兼抗條銹病和白粉病資源，為本屬植物合理利用抗病材料及抗病育種提供資料。但是對鵝觀草屬植物種子萌發及種質資源的貯藏研究，國內外卻鮮有涉及。鵝觀草在長江中下游濕地中廣泛分布，是構成本區域濕地植物群落的重要的優勢種之一。因此，開展人工溫度老化和激素處理對鵝觀草種子的萌發影響研究，探究種子在老不同化環境和激素處理下的萌發率變化，有助于為鵝觀草種子貯藏工作篩選適宜的溫度，也可為鵝觀草種子萌發提供合適的激素和濃度選擇，從而提高種子萌發率。

2 材料與方法

2.1 研究材料

試驗種子于2016年7月20日采于湖北省石首市天鵝洲生態濕地保護區，成熟種子經自然風干后于常溫下干燥保存，并于實驗前選擇足量顆粒飽滿的種子剝離出來。

2.2 研究方法

2.2.1 溫度老化處理

實驗開始于2016年11月5日，11月10日開始萌發，2016年12月6日結束。采用30 ℃、40 ℃、50 ℃ 3個溫度處理，每個處理100粒種子，重復3次。常溫下將300(3×100)粒鵝觀草種子置于0.5%的KMnO4溶液中浸種30 min，用清水沖洗3次后放入燒杯。將燒杯置于30 ℃的恒溫水浴鍋中48 h后取出，種子放在鋪有濾紙的培養皿中，在25 ℃恒溫箱中培養。另外兩個溫度處理方法同上，每天觀察種子萌發數量并及時補充水分。種子萌發后，記錄萌發日期、萌發數量，計算種子的發芽率。

2.2.2 激素處理

實驗開始于2016年9月21日，9月27日開始萌發，到2016年11月4日發芽完成。選取3種激素對種子進行處理，分別為、脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)、萘乙酸(NAA)。脫落酸濃度設定為10 mg/L、20 mg/L/、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L 6個梯度，赤霉素濃度設置1 mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3個梯度；萘乙酸濃度設置1mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3個梯度。每個處理100粒種子，重復3次。常溫下將鵝觀草種子置于0.5%的KMnO4溶液浸種30min，用清水沖洗3次后置于不同濃度激素溶液中浸種24 h后，將種子放在鋪有濾紙的培養皿中。在25 ℃恒溫箱中培養，每天觀察種子萌發數量并及時補充水分。種子萌發后，記錄萌發日期、萌發數量，計算種子的發芽率。

2.2.3 數據分析和方法

種子累計萌發率用Excel整理得出，用SAS 8.0軟件使用單因素方差分析(LSD)進行差異顯著性檢驗。

種子累計萌發率=累計萌發種子數/供試種子總數×100%。

3 結果

3.1 溫度老化

在既定溫度梯度內，以常溫為對照，種子的累計萌發率隨著溫度的升高而降低(表1)。30 ℃下種子累計萌發率最高，為96.33%；40 ℃次之，50 ℃下累計萌發率最低，僅為9.33%。種子累計萌發率在3種溫度條件下差異顯著(P<0.05)。整個發芽期內，各個溫度處理下的種子發芽趨勢一致，發芽率在前3周均呈現出加速上升趨勢，30 ℃和40 ℃下的萌發率最快，對照次之。50 ℃下萌發最慢，種子在萌發速度和萌發數量上均受到嚴重阻礙，明顯低于其他處理(圖1)。

表1 不同溫度老化處理下的種子萌發率

注：表格同列數據后小寫字母不同者，表示P<0.05水平下差異顯著，表3同理；表格中W1表示第一周，W2表示第二周，以此類推，表2同理。

圖1 鵝觀草在溫度老化處理下的累計萌發率

3.2 激素老化

脫落酸(ABA)，從整體上看，在設定的6個濃度下，除濃度為10 mg/g時，種子累計萌發率最低，為75.00%，與其他5個濃度下的種子萌發率差異顯著(p<0.05)，其他5個濃度之間種子累計萌發率無顯著差異(表2)。此外，與對照相比，ABA處理下的種子整體在前3周發芽節奏普遍較慢，3周累計萌發率最高僅3.67%(80 mg/L時)，最后一周開始迅速萌發(圖2)。

圖2 鵝觀草在ABA處理下的累計萌發率

表2 脫落酸(ABA)處理下的種子萌發率

赤霉素(GA)，與對照相比，各個處理間種子萌發率差異顯著(P<0.05)。當GA濃度為3 mmol/L時，雖然鵝觀草種子累計萌發率最低，為84.33%，但是，由圖3可得，當濃度為3 mmol/L時，首周種子累計率達到62%，遠高于同期其他濃度下的種子萌發率，整體趨勢由爆發式萌發轉入緩慢萌發，而其他各濃度下的萌發趨勢一致前5周緩慢萌發，第6周開始迅速萌發。盡管對照處理獲得了最高的萌發率，但從前5周的累計萌發率可以看出，經處理的種子在累計萌發率上均大于對照的萌發率(表3)。

表3 赤霉素(GA)處理下的種子萌發率

圖3鵝觀草在GA處理下的累計萌發率

萘乙酸(NAA)，各處理間的最終種子萌發率由大到小依次為對照>2 mmol/L>1 mmol/L>3 mmol/L。處理下的萌發率顯著低于其他各個處理的萌發率(P<0.05，見圖4)。經NAA處理過的種子，兩周內除蒸餾水達到最高4.00%的發芽率外，其他處理下均無萌發跡象。從第3周起，種子出現萌發，整體萌發率極低，5周內整體發芽率偏低，第六周達到集中萌發期，各處理均迅速開始萌發(表4)。

表4 萘乙酸(NAA)處理下的種子萌發率

圖4 鵝觀草在NAA處理下的累計萌發率

4 討論

種子的萌發受自身基因和外界環境的多重影響，溫度是制約種子萌發的重要生態因子之一。種子的萌發依賴于外界提供的最適溫度，也有研究表明變溫能夠有效提高種子的萌發率[9～11]。本實驗結果表明，鵝觀草的萌發率隨著溫度的遞增而顯著降低，30 ℃時萌發效應最佳，40 ℃時依然能保持較高的發芽率(86.33%)，當老化溫度達到50 ℃，發芽率驟降至9.33%。這種發芽策略保證了大部分種子能在合適的貯藏溫度下萌發。陳佳等[12]對小麥種子進行加速老化處理試驗表明，發芽率隨著處理溫度的升高而呈下降趨勢，當溫度超過50 ℃，發芽率效果較差，60 ℃時喪失萌發能力。覃鵬等[13]在對小麥進行55 ℃老化處理后發現，小麥種子中的SOD，POD，CAT活性隨著處理時間延長而降低，導致酶活性喪失，從而影響種子的發芽率。長江中下游地區夏季高溫高濕，溫度在30～40 ℃之間。一方面，鵝觀草對溫度的適應保證了其種子在40 ℃時仍然有較高的萌發率。但超過50 ℃時，鵝觀草會出現與上述小麥族物種相同的情況，種子萌發率降低甚至喪失萌發能力。另一方面，雖然在40 ℃的高溫環境對鵝觀草萌發率的影響并不大，但是植物種子一般都是密封或堆積保存，應將極端高溫環境和種子自身的呼吸作用考慮進去，盡可能營造陰涼干燥的貯藏條件。

植物激素是調節種子休眠和萌發的關鍵因子之一，ABA的主要功能是抑制提前萌發和誘導初生休眠[14]。除10 mmol/L處理濃度外，其他5個濃度種子累計萌發率無顯著差異，表明ABA濃度的高低對種子最終萌發率無顯著影響。但是，與對照相比，在同一萌發周期內，經ABA處理下的種子萌發量明顯滯后，表明ABA在一定程度上起到了延緩種子前期萌發進程的作用。張翔等[15]研究也表明，不同濃度的ABA對水稻種子的萌發產生不同程度的抑制作用，濃度越高，抑制作用越明顯。本實驗中得出ABA促進了鵝觀草種子的休眠的結論，但是隨著實驗周期的延長，種子的最終萌發率之間并沒有顯著差異。存在的原因可能是種子會隨著時間的延長逐漸度過休眠期，導致在長周期的實驗環境下總體萌發率差別并不顯著。

GA與ABA的促進作用相反，能替代低溫層積打破休眠，促進種子萌發[14.16]。有研究顯示，赤霉素對種子萌發和幼苗均有明顯促進作用[17]。實驗中GA處理下的種子萌發率在5周內發芽率均高于對照，尤其當濃度為3 mmol/L時，種子自首周便出現爆發式萌發，同期顯著高于其他處理下的種子萌發率。在最終累計萌發率上卻又顯著低于對照。這表明GA處理打破了鵝觀草種子的休眠，使其提前快速萌發，但依然不能提高種子的累計萌發率。在陳云飛[18]，方晶[19]等研究中，外源GA都不同程度的提高了種子的發芽率，本實驗中未得到此結論。其可能的原因是實驗周期的加長弱化了種子的在休眠期內萌發緩慢的情況，使得對照部分的種子在實驗時間充足的的條件下也能順利萌發。

NAA是一種低毒植物生長調節劑，能促進新陳代謝，加速生長發育，NAA能促進種子萌發，如果超出范圍，反而會起到抑制作用[20，21]。與對照相比，種子在NAA處理下的萌發率和萌發速度均有所下降，表明NAA并不能有效打破種子休眠，促進種子萌發，也未能有效提高萌發率，相反萌發率有所下降。不同的物種對濃度的需求也有很大的差異性，煙草種子在200 mg/L的濃度下發芽效果最好[22]，0.1 mg/L的濃度對洋桔梗的發芽率促進效果明顯[23]。而本實驗中隨著NAA濃度的提高，鵝觀草的萌發率也出現下降趨勢，表明3 mmol/L的濃度已經開始抑制鵝觀草的萌發。

鵝觀草作為優良牧草資源和水土保持的優秀候選物種，其萌發率直接影響到作為牧草的草產量和修復物種的生態效益，而萌發率的提高需要合理的貯藏條件。鵝觀草在貯藏過程中，如遇到極端高溫或者自身的呼吸作用強烈的情況下，種子很容易因高溫環境脅迫而加速老化，造成種子萌發能力減弱甚至喪失。長江中下游地區屬于典型的亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨。鵝觀草種子成熟后，就處于高溫高濕的環境中，其活力、生活力、萌發率都面臨著自然老化環境脅迫。而本實驗結果得出鵝觀草種子于30 ℃老化溫度下萌發效果最佳，50 ℃下的種子發芽率顯著降低，為鵝觀草種子貯藏提供了一個耐受溫度的依據。3種激素處理下，NAA和ABA都無法快速而有效地促進鵝觀草種子萌發，僅有GA，且當濃度為3 mmol/L時，種子萌發效率最高，這表明在開展鵝觀草的農業生產過程中，配合使用適當濃度的赤霉素，能夠有效提高萌發率。