解除螢藺種子休眠方法研究

劉亞光，張蘇新，唐興佳，張春鵬，李曉妍，朱金文

（1.東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱 150030；2.浙江大學農業與生物技術學院，浙江杭州 310029）

【研究意義】螢藺（Scirpus juncoidesRoxb.）為莎草科藨草屬多年生雜草，以種子繁殖為主，是一種世界性惡性雜草，也是我國稻區分布最廣，危害最重的主要雜草之一。在我國除內蒙古、甘肅、西藏外，其他省區均有分布，此外，也分布于亞洲熱帶和亞熱帶地區如印度、緬甸、中印半島、馬來西亞以及澳洲、北美洲。在富含腐殖質，排水不良，向陽高溫的地區發生更為嚴重，極易形成大片單一優勢群落，與水稻競爭肥、光、水、空間等生存資源，對水稻產量造成嚴重損失[1?3]。雜草種子具有復雜的休眠特性，萌發期參差不齊，導致雜草陸續出苗，難以一次性徹底防除[4]，給實際生產和科學研究帶來了許多不便。因此，經常需要人工解除休眠。【前人研究進展】目前，關于種子休眠特性及其解除方法的研究較多，但大多數的研究主要集中在中草藥[5?6]，花卉苗木[7?8]，果蔬[9?10]等方面，而對農田雜草的研究也僅有狗尾草[11]、野黍[12]、稻稗[13]、馬唐[14]、續斷[15]等少數幾種。有關于螢藺的研究報道主要集中在抗性問題上[16?17]。何錦豪[18]等對螢藺的生物學特性進行了觀察研究，但也只是研究其消長規律，對于打破螢藺種子休眠的研究鮮見報道?！颈狙芯壳腥朦c】本試驗為掌握螢藺種子的休眠特性及解除其休眠的方法，采用了化學試劑（98%H2SO4、NaOH和KNO3），植物生長調節劑（赤霉素和乙烯利），低溫層積與植物生長調節劑相結合等方法處理螢藺種子，研究其對螢藺種子休眠的影響?！緮M解決的關鍵問題】旨在找出解除螢藺種子休眠的最佳方法，為探明螢藺在黑龍江省水稻田的發生規律，加快化學防除藥劑的篩選、抗藥性的研究提供技術保障。

1 材料方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試種子 本試驗所用螢藺種子均采自2016年的黑龍江省哈爾濱市阿城區水稻田。將隨機采集的螢藺種子于室溫條件下晾干，精選，常溫保存直至使用。

1.1.2 供試化學試劑 濃硫酸（分析純，浙江臨平化工試劑廠）；NaOH（分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司）；75%赤霉酸結晶粉（GA3，上海同瑞生物科技有限公司）；KNO3（分析純，天津市四通化工廠）；乙烯利（西亞試劑）。

1.2 試驗方法

1.2.1 化學試劑打破螢藺種子休眠 選取若干飽滿的螢藺種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒種子，將消毒后的種子分別浸泡在98%H2SO4、NaOH、KNO3溶液中。98%H2SO4浸種時間設置為10，20，30，40，50，60 min；NaOH處理設置為0.062 5%、0.25%、1%、1.5%和2%，浸種時間設置為12，24，36 h；KNO3處理設置為0.5%、1%和2%，浸種時間設置為12，24，36 h。浸泡后用無菌水洗凈，進行萌發試驗并記錄萌發率。

1.2.2 植物生長調節劑打破螢藺種子休眠 選取若干飽滿的螢藺種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒種子，將消毒后的種子分別用赤霉素、乙烯利進行浸泡，赤霉素質量濃度設置為100，200，400，800，1 200，2 000，4 000 mg/L；乙烯利質量濃度設置為50，100，250，500，1 000，2 000，4 000 mg/L；赤霉素和乙烯利浸泡時間均設置為24，48，72 h。浸泡后用無菌水洗凈，進行萌發試驗并記錄萌發率。

1.2.3 5 ℃低溫層積與植物生長調節劑結合打破螢藺種子休眠 將若干螢藺種子放入5 ℃冰箱中層積4周后，選取上述試驗中萌發率最高的植物生長調節劑進行浸泡，處理后用無菌水洗凈，進行萌發試驗并記錄萌發率。

1.2.4 萌發試驗 選取各個處理中50粒洗凈后的螢藺種子放入培養皿內，加入5 mL無菌水，用保鮮膜密封培養皿，置于人工氣候培養箱中培養。培養條件：光照12 h/黑暗12 h，白天30 ℃/夜晚27 ℃，空氣相對濕度保持（35±5）%，每隔24 h加5 mL無菌水，每個處理設3次重復。試驗過程中每天調查記錄螢藺種子的萌發狀態，種子萌發以胚根突出為標準，培養至第5天調查萌發率。

1.3 數據處理

試驗數據用Excel 2010、DPS 7.5軟件進行數據統計和差異顯著性分析（0.05水平）。

2 結果與分析

2.1 化學試劑打破螢藺種子休眠

2.1.1 濃硫酸打破螢藺種子休眠 濃硫酸浸泡處理螢藺種子的結果顯示，濃硫酸不能解除螢藺種子的休眠（表1）。隨著浸種時間的增加，螢藺種子的發芽率呈先增高后降低趨勢，當浸種時間為20 min和30 min時發芽率最高，但也僅為4%，與對照差異不顯著。本研究表明，濃硫酸浸泡處理無法打破螢藺種子的休眠。

表1 濃硫酸對螢藺種子休眠的影響Tab.1 Effect of H2SO4 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

2.1.2 NaOH打破螢藺種子休眠 NaOH溶液打破螢藺種子的休眠效果如表2所示，可知NaOH溶液不能打破螢藺種子的休眠。在相同浸種時間下，各處理間的發芽率差異不顯著；隨著浸種時間的增加，同一濃度處理間的發芽率并無顯著變化趨勢。本研究表明，不論NaOH溶液增加浸種時間或改變浸種濃度均不能打破螢藺種子的休眠。

2.1.3 KNO3打破螢藺種子休眠 KNO3溶液對螢藺種子休眠的解除效果如表3所示，各處理間發芽率差異不顯著，且發芽率不隨浸種時間和濃度的增加而增加。故供試的各濃度和浸種時間下的KNO3溶液均不能解除螢藺種子的休眠。

2.2 植物生長調節劑打破螢藺種子休眠

2.2.1 赤霉素打破螢藺種子休眠 赤霉素浸種處理對解除螢藺種子休眠效果如圖1所示，用赤霉素系列質量濃度分別浸泡螢藺種子24，48，72 h均能打破螢藺種子的休眠，且浸種72 h打破休眠效果要好于24 h和48 h；在同一浸種時間下，隨著赤霉素質量濃度的升高，螢藺種子的萌發率呈先上升后下降的趨勢。當赤霉素溶液為2 000 mg/L時萌發率最高，浸種24，48，72 h萌發率分別達到24%、28%和43.3%，與對照（3.33%、2%和5.33%）差異極顯著。說明赤霉素可以打破螢藺種子的休眠，但萌發率均未超過50%，因此用赤霉素解除螢藺種子休眠的效果不理想。

表2 NaOH對螢藺種子休眠的影響Tab.2 Effect of NaOH on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

表3 KNO3對螢藺種子休眠的影響Tab.3 Effect of KNO3 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

圖1 赤霉素對螢藺種子休眠的影響Fig.1 Effect of GA3 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

2.2.2 乙烯利打破螢藺種子休眠 不同質量濃度乙烯利溶液對螢藺種子休眠的解除效果如圖2所示，乙烯利溶液浸種處理24，48，72 h均可以打破螢藺種子的休眠，且浸種72 h打破休眠效果要優于24 h和48 h處理；在同一浸種時間下，隨乙烯利溶液質量濃度的升高，螢藺種子的萌發率均呈先上升后下降的趨勢。當乙烯利溶液為2 000 mg/L時，不同浸種時間的萌發率均達到最高，浸種72 h萌發率達98.67%，顯著高于浸種24 h和48 h時的萌發率52.67%和78%。本研究結果表明，用2 000 mg/L乙烯利溶液浸泡螢藺種子72 h萌發率高達98.67%，是打破螢藺種子休眠的理想方法。

2.3 低溫層積與植物生長調節劑結合打破螢藺種子休眠

圖2 乙烯利對螢藺種子休眠的影響Fig.2 Effect of ethepon on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

將螢藺種子置于5 ℃低溫下層積處理4周，室溫下儲存的螢藺種子作為對照。選擇打破螢藺種子休眠效果最好的乙烯利進行浸種處理。試驗結果如圖3所示，不論浸種時間為24，48，72 h，在5 ℃低溫層積處理下的種子萌發率均高于室溫處理下的萌發率。5 ℃低溫層積結合乙烯利浸種24 h處理，螢藺種子萌發率為62.67%，而對照組萌發率為49.33%，二者差異極顯著；5 ℃低溫層積結合乙烯利浸種48 h處理，螢藺種子萌發率達到了98%，與對照組的68.67%相比差異極顯著；5 ℃低溫層積結合乙烯利浸種72 h處理，螢藺種子萌發率高達98.67%，而對照組為92.67%，此時二者差異不顯著。本研究說明：5 ℃低溫層積結合乙烯利浸種處理48 h以上，螢藺種子的萌發率即可達98%，而未經過低溫層積處理的螢藺種子，需經乙烯利浸泡72 h以上萌發率才可達到92%。

由此可以得出：5 ℃低溫層積結合乙烯利浸種處理可以有效縮短打破螢藺種子休眠所需的時間，并顯著提高萌發率，是打破螢藺種子休眠的最佳方法。

圖3 5 ℃低溫層積與乙烯利結合對螢藺種子休眠的影響Fig.3 Effect of 5 ℃low temperature stratification and etheponon dormancy of Scirpus juncoides Roxb

3 結論與討論

種子休眠是雜草在長期進化過程中形成的一種抵抗不良環境的特性[19]，該特性能使雜草種子安全度過外界惡劣的環境，從而保障其種族的延續性。但由于雜草種子休眠特性的存在，也為雜草科學研究及農業生產實際帶來了不利影響，因此探究解除雜草種子休眠的最佳方法具有重要的現實意義。種子休眠的原因大致可以分為2種，一種是由內源因素（胚本身的因素）引起的，如胚形態發育不完全、生理上未成熟、存在抑制萌發的物質或缺少萌發必須的激素等[20]，可通過變溫處理、激素處理、低溫層積處理等解除休眠[21]；另一種是由外源因素（種殼的限制）引起的，如種殼的不透氣透水性、種殼機械阻礙及種殼中存在的萌發抑制物等[22]，可通過機械處理、化學藥劑處理、溫度處理等來解除休眠[13]。

本研究表明，化學藥劑濃硫酸，氫氧化鈉和硝酸鉀均不能打破螢藺種子的休眠，植物生長調節劑可以打破螢藺種子的休眠，其中乙烯利處理效果要好于赤霉素，5 ℃低溫層積結合乙烯利打破螢藺種子休眠效果最好，僅用48 h即可打破休眠，且螢藺種子的萌發率高達98%以上。

雜草種子擁有堅硬的種殼，一些化學試劑，如酸、堿、鹽和氧化劑等浸泡雜草種子可使種皮軟化或腐蝕，導致種子的透氣透水性得到改善，其呼吸作用也得以提高，從而促使種子內部貯藏物質轉化為其萌發和生長所需的營養物質，進而打破種子的休眠[23]。本研究選取濃硫酸、氫氧化鈉和硝酸鉀3種化學試劑分別浸泡處理螢藺種子，濃硫酸浸種20～30 min和0.062 5 mol/L氫氧化鈉浸種12 h處理效果最好，但萌發率也僅達到4%，硝酸鉀處理并不能提高螢藺種子的萌發率，與對照差異不顯著。該研究結果與Ku等[24]在1996年研究發現用化學試劑浸泡螢藺種子對于打破其休眠表現出負反應是一致的，李威等[25]也在研究中發現，用化學試劑H2O2和乙醇浸泡螢藺種子并不能打破其休眠。這可能是因為化學試劑浸種處理雖能使螢藺種子的種皮軟化變薄，但種子內萌發抑制物質沒有被消除，對種胚仍起著抑制作用。故化學試劑浸種處理不能解除螢藺種子的休眠。

植物生長調節劑可以通過調節植物種子內的抑制物質和促進物質的比例關系，增加促進物質而減少抑制物質的含量，從而解除植物種子的休眠，如赤霉素（GA3）、細胞分裂激素（KT）、萘乙酸（NAA）和乙烯利等[26?27]。赤霉素溶液浸種可使休眠種子中存在的某些化學抑制物鈍化或失效，從而使種子萌發[28]。本研究采用一定質量濃度范圍內的赤霉素溶液浸泡螢藺種子24，48，72 h，均能提高其萌發率，且萌發率隨浸種時間的增加而升高。2 000 mg/L赤霉素浸種72 h處理時解除螢藺種子休眠的效果最好，萌發率為43.3%。說明赤霉素能夠打破部分螢藺種子的休眠，促進種子的萌發，但效果不理想。張淑東等[29]也在研究中發現，1 600 mg/L赤霉素溶液浸泡螢藺種子24 h萌發率最高為35%，解除螢藺種子休眠效果不好。因此赤霉素不是打破螢藺種子休眠的理想方法。乙烯利是一種人工合成的植物生長調節劑，經植物吸收，轉運，傳導至細胞內后，可分解生成乙烯，而乙烯則能夠促進植物生長發育，增強種子活力，提高種子萌發率。Subbiah等[30]研究發現，乙烯利可以促進萵苣、向日葵、蒼耳屬、鷹嘴豆、莧屬、甜菜等種子的萌發。本研究采用一定質量濃度范圍內的乙烯利溶液浸泡螢藺種子24，48，72 h，均對其萌發有促進作用，且浸種72 h的處理效果要好于24 h和48 h。螢藺種子的萌發率隨乙烯利質量濃度的增加呈先上升后下降的趨勢，2 000 mg/L乙烯利浸種72 h處理時螢藺種子的萌發率最高，達98.67%。這說明合適的質量濃度和處理時間條件下，乙烯利可以完全解除螢藺種子的休眠。因此乙烯利浸種處理是打破螢藺種子休眠的理想方法。

低溫層積處理也是解除植物種子休眠的方法之一，尤其對存在萌發抑制物質和生理后熟因素引起生理休眠的種子效果更為顯著[31]。低溫層積打破種子休眠的原理一是觸發了種子內部的物質代謝，尤其是打開了閉鎖狀態的赤霉素的生物合成途徑，從而促進種子內部貯藏物質的轉化；二是加速了抑制物質的降解，種子中主要發芽抑制物質在低溫層積下較干藏狀態下降的要快[32]。羅弦等[33]在2010年報道發現低溫層積處理能夠增加苔草的發芽率和發芽指數；Huarte等[15]也在研究中發現，低溫層積貯藏續斷種子8周可將萌發率由0提高至58%；索風梅等[34]研究報道，黃檗種子經過低溫層積處理后，發芽率明顯高于未經低溫處理的，而不論是應用植物生長調節劑還是滲透調節劑都需要結合低溫處理才能獲得較高的發芽率。本研究采用5 ℃低溫層積結合乙烯利溶液浸種處理方法解除螢藺種子的休眠，結果顯示用乙烯利浸種結合5 ℃低溫層積處理打破螢藺種子休眠效果好于單獨使用乙烯利，且有效縮短了解除休眠所需時間，顯著提高了螢藺種子的萌發率。這一結論與索風梅等[34]的研究結果一致。因此5 ℃低溫層積結合乙烯利激素浸種處理是打破螢藺種子休眠的最佳方法。