二倍體、四倍體球莖大麥種子萌發特性研究

阿衣江·卡克爾曼，阿馬努拉·依明尼亞孜，王振振，迪利夏提·哈斯木，董乙強

（新疆農業大學草業與環境科學學院／新疆草地資源與生態重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052）

球莖大麥（Hordeum bulbosum）為禾本科大麥屬多年生草本植物，株高90～220 cm不等，因基部有球莖而得名。該植物主要產于歐洲及中亞地區，我國沒有野生種分布［1，2］。該物種植株高大、營養成分較高，可作為優質馬飼料［3，4］。球莖大麥具有較強抗寒性，還對大麥黃花葉病等多種病害具有抗性［5-8］。國內科研院所在20世紀80年代從前蘇聯引進球莖大麥，開展了單倍體育種和遠緣雜交等方面研究［6-9］。而有關該物種種子萌發及其在鹽堿脅迫下的反應未見報道。

本團隊相關人員在執行“中亞項目”期間對球莖大麥在吉爾吉斯斯坦的分布特點、生長狀況進行了調查，并將當地野生二倍體、四倍體球莖大麥引種到新疆農業大學試驗地，嘗試將該物種作為優良牧草在新疆進行推廣的可能性。本試驗擬通過研究以上兩種球莖大麥種子的基本特征、萌發特性及鹽脅迫對種子萌發的影響，了解其種子萌發的基本規律，為在新疆荒漠鹽堿環境中作為高產牧草進行種植推廣提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

二倍體、四倍體球莖大麥于2013年引自吉爾吉斯斯坦（表1）。兩種材料2018年種植于新疆農業大學試驗基地，并于2019年7月采集本試驗所用種子。新種子采集后，置于實驗室陰涼通風處自然風干，去除雜質，選擇健康飽滿種子置于信封中室溫（25℃）儲藏。

表1 吉爾吉斯斯坦的球莖大麥采集點

1.2 指標及測定方法

1.2.1 種子形態特征與千粒重 通過目測法觀察種子大小、顏色、種皮等形態特征。選擇顆粒飽滿的二倍體、四倍體球莖大麥種子，隨機抽取100粒用萬分之一電子天平稱重，重復10次，取其平均值，計算千粒重。

1.2.2 種子含水量測定 采用干燥法，重復3次。取常溫干藏種子30粒，先稱重后將其放在85℃烘箱中，每隔3 h稱重1次，12 h后每隔12 h稱重1次，直至待測樣品重量連續3次恒重，取3個重復的平均值，計算種子含水量。種子含水量（%）＝（樣品烘前重量-烘干后重量）／樣品烘前重量×100。

1.2.3 種子吸水性測定 兩種材料完整種子各取30粒，倒入100 mL三角瓶中，加蒸餾水50 mL，于25℃恒溫培養箱內進行吸脹，分別于2、4、6、8、10、12、24、36、48、60、72、84、96 h取出種子，用吸水紙吸干表面水分后稱重，直至種子重量不再變化為止，計算種子吸水率。吸水率（%）＝（吸水后重量-吸水前重量）／吸水前重量×100。1.2.4 種子活力測定 選取消毒洗凈種子25粒，于25℃水中吸脹24 h，種子軟化后用單面刀片橫向對半剖開顯露出種子胚，之后在25℃黑暗條件下浸在盛有0.5% TTC液中染色24 h，統計有活力的種胚，3個重復。

1.2.5 溫度、光照對種子萌發影響測定 將有稃和去稃的二倍體、四倍體球莖大麥種子，消毒處理后按每皿25粒分別放入直徑9 cm鋪有兩層濾紙的培 養 皿 中，再 分 別 置 于 5／2℃、15／2℃、20／10℃、25／15℃和30／15℃光照／黑暗和全黑暗的變溫條件下進行培養，以模擬原生境種子的萌發狀況，每處理4個重復。每天統計1次萌發情況，并將萌發種子移出培養皿，保持濾紙濕潤；全黑暗條件下第28天為種子萌發結束期。記錄每個處理萌發率達到50%的時間，選出種子最適萌發溫度及處理條件。萌發率（%）＝（萌發種子數／供試種子數）×100。

1.2.6 鹽脅迫對種子萌發影響測定 根據種子萌發試驗結果，15／2℃為二倍體和四倍體球莖大麥最適萌發溫度。本試驗設置0、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl濃度梯度研究鹽脅迫對種子萌發的影響。將有稃和去稃的二倍體、四倍體球莖大麥種子消毒洗凈后，按每皿25粒種子分別放置在含有上述6個濃度梯度NaCl溶液的培養皿中，于15／2℃變溫和光照／黑暗條件下進行培養，每天觀察并記錄種子發芽情況，連續觀察14天；14天內未萌發種子取出后用蒸餾水沖洗3次，再置于新培養皿中，加入2～6 mL蒸餾水并于最適溫度培養箱中萌發7天，記錄恢復萌發種子情況。

萌發指數（GI）＝∑（Gt／Dt），式中Gt為t時間內的萌發數，Dt為相應萌發天數。

1.3 數據處理與分析

試驗數據采用WPS 2018軟件制表，用Microsoft Excel作圖，使用SPSS 20.0軟件對數據進行單因素（One-way ANOVA）方差分析，設定顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 種子基本特征

二倍體、四倍體球莖大麥種子形態差異不明顯，種子長9～12 mm，寬3～4 mm；成熟種子外種皮均為深黃色，表面無光澤，光滑無毛；千粒重分別為8.98、9.97 g；含水量分別為14.4%和20.1%；種子活力均達到98%。

種子浸水后前2 h立即吸脹，吸水率分別達到50%和55%；8 h內吸水率分別達到73%和76%；72 h后吸水率至穩定，最大吸水率為111%、112% （圖1）。說明兩種球莖大麥種子吸水性均較強，種皮不限制種子吸水。

2.2 溫度、光照對種子萌發的影響

圖2 顯示，兩種球莖大麥種子在15／2℃全黑暗條件下萌發率最高。二倍體有稃、去稃種子在15／2℃光照／黑暗條件下萌發率分別為32%和85%，在全黑暗條件下萌發率分別為62%和93%；二倍體全黑暗（去稃）比光照／黑暗（去稃）萌發率高。四倍體有稃、去稃種子在光照／黑暗條件下萌發率分別為55%和94%，在全黑暗條件下萌發率分別為68%和98%。因此，15／2℃是二倍體和四倍體球莖大麥最適合萌發溫度；對各溫度處理分析表明，四倍體萌發率顯著高于二倍體（P＜0.05）。

2.3 鹽脅迫對球莖大麥種子萌發的影響

2.3.1 不同濃度NaCl處理的萌發表現 15／2℃變溫下，0（CK）、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl濃度處理的二倍體球莖大麥種子在光照／黑暗條件下發芽指數分別為7.5、3.0、2.4、1.0、0.2、0.2，全黑暗條件下分別為9.0、5.6、3.8、2.5、1.4、0.8；四倍體在光照／黑暗條件下分別為4.8、4.4、3.4、2.3、0.8、0.5，全黑暗條件下分別為9.6、6.3、6.0、3.3、2.6、1.8（圖3）。

綜合看出，二倍體和四倍體球莖大麥種子的發芽指數均隨NaCl濃度增大而呈顯著下降趨勢；兩種球莖大麥在全黑暗條件下的發芽指數均高于光照／黑暗條件；四倍體較二倍體對NaCl有更強的耐受力。

2.3.2 恢復萌發率 將80、120、160 mmol／L濃度NaCl處理的未萌發二倍體、四倍體球莖大麥種子轉移到蒸餾水中，進行恢復萌發試驗，結果顯示：光照／黑暗條件下二倍體種子的恢復萌發率分別為27%、21%和18%，四倍體種子的恢復萌發率分別為28%、31%和28%；全黑暗條件下二倍體種子的恢復萌發率分別為26%、25%和22%，四倍體種子的恢復萌發率分別為31%、28%和33%。表明兩種球莖大麥種子均有較高的恢復萌發率（表2）。

表2 球莖大麥種子不同濃度NaCl處理的萌發率、恢復萌發率和最終萌發率 （%）

3 討論

種子萌發是個體生長發育的重要階段，也是種群繁衍的關鍵［11］。種子發芽率高低直接關系到草地建植成?。?2］。本試驗結果顯示，二倍體、四倍體球莖大麥種子，浸水2 h的吸水率分別達到50%、55%，72 h后的最大吸水率為111%、112%，說明兩種球莖大麥種皮的透水性較好、吸水性較強，種皮對種子萌發沒有阻礙。對芒穎大麥草種子萌發的研究表明，種子萌發受夏季高溫抑制，而受低貯藏溫度、預先冷凍處理的促進［13］。本試驗結果顯示，兩種球莖大麥種子均在較低溫度下萌發率高，高溫有一定抑制作用，且其最大萌發率均大于85%，說明種子沒有休眠現象。該物種在荒漠環境下，夏季高溫干旱，多數種子會在秋季多雨低溫條件下萌發，未萌發種子埋在土壤或雪中，于第二年春季利用雪水低溫萌發。

種子萌發特性與生境的關系具有明顯依賴性，且不同物種發展出與其生境相適應的對策［14］。種子的萌發率與物種在自然群落中的分布狀況有關，光照對部分植物種子萌發有一定影響，黑暗條件可以提高芒穎大麥草種子的萌發率［15］。光照是種子萌發的重要條件之一，有些種子需要光照才能萌發，而有些種子在光照條件下則會被抑制萌發［16，17］。本試驗結果顯示，二倍體、四倍體去稃種子在光照／黑暗和全黑暗條件下萌發率分別為85%、93%和94%、98%，說明其種子在全黑暗條件下具有較高萌發率，這也是該物種在不同生境中形成的一種適應性。穎和稃對禾本科植物種子萌發有一定影響，脫穎處理能明顯提高早熟禾、鴨茅、野大麥和高羊茅等禾本科牧草種子的萌發率［18］。本試驗結果表明，二倍體和四倍體有稃、去稃種子在全黑暗條件下萌發率分別為62%、93%和68%、98%，去稃種子具有較高萌發率。

鹽堿脅迫是影響植物生長的逆境脅迫因子之一［19］。大麥屬多數植物具有較強抗寒、抗鹽堿能力［20］。大麥（H.vulgareL.）耐鹽性僅次于棉花，高于小麥、玉米等［21］。隨NaCl濃度升高，玉米發芽率、發芽勢、發芽指數受到的抑制增強［22］。本研究結果顯示，最適溫度和全黑暗條件下，20 mmol／L NaCl濃度處理的二倍體、四倍體種子萌發率分別達到35%和37%，160 mmol／L時二者種子萌發率分別為5%和10%；0（CK）、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl濃度處理，二倍體、四倍體種子全黑暗條件下的種子發芽指數分別為9.0、5.6、3.8、2.5、1.4、0.8和9.6、6.3、6.0、3.3、2.6、1.8，說明該物種具有較強的抗鹽能力。本試驗結果顯示，兩種球莖大麥種子均有較高的恢復萌發率，說明該物種在高鹽濃度條件下萌發率雖有所降低，但一旦出現雨水等有利條件，就可迅速提高萌發率，而在干旱鹽堿環境中生長。

4 結論

二倍體、四倍體球莖大麥種子千粒重分別為8.98、9.97 g；含水量分別為14.4%和20.1%；72 h后的最大吸水率為111%和112%，種皮的透水性較好，種皮對種子萌發沒有阻礙。

二倍體、四倍體球莖大麥種子的最適萌發溫度均為15／2℃，高溫對種子萌發有抑制作用，全黑暗條件下的種子萌發率高于光照／黑暗條件下。

二倍體、四倍體球莖大麥種子均具有較強的抗鹽能力和較高的恢復萌發率，80 mmol／L NaCl濃度是該物種種子萌發的閥值。

以上結果顯示，該物種具有在新疆荒漠鹽堿環境中作為牧草進行種植推廣的可能性。