不同溫度處理打破早熟砂梨蘇翠1號種子休眠的作用

闞家亮， 葉禹彤， 張雨峰， 王金星， 王中華， 楊青松， 常有宏， 李曉剛， 藺 經

(江蘇省農業科學院果樹研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇南京 210014)

梨是我國三大水果之一，具有較高的經濟價值，在全國各地均有栽植，由于梨樹種植效益較高，近幾年栽培面積不斷擴大，在我國農業結構調整中發揮了重要的作用。梨品種資源豐富，約有 2 000 多個品種，主要栽培種類有白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨和西洋梨等5大類。其中，砂梨主要分布在我國淮河、長江中下游以及華南地區，作為重要的種質資源，不僅可以產生豐厚的經濟效益，更可作為梨新品種選育的重要親本材料。

蘇翠1號為2018年由江蘇省農業科學院果樹研究所選育出的極早熟砂梨新品種，父本為翠冠，母本為華酥。蘇翠1號品質較好，成熟期早，在長江中下游地區7月上旬即可成熟，是我國早熟梨品種中品質最優的品種之一，具有較高的經濟價值。以蘇翠1號為雜交親本，對于育成優質極早熟梨新品種具有重要意義。但與其他梨屬植物一樣，蘇翠1號種子也存在休眠現象，即成熟后的種子即使給予適宜的環境條件也不能立即萌發，嚴重影響了梨新品種選育的效率。

梨種子的休眠在應對外界不良環境變化、維持種群的生存繁衍方面具有重要的意義，是較難解釋的生命現象之一。梨種子休眠的原因具有復雜性，主要包括胚胎發育不完全、種胚休眠和種皮限制等，導致種子萌發率較低，出苗質量參差不齊。目前，關于打破梨種子休眠、促進萌發的研究多集中于低溫層積處理、激素處理、種皮破除處理等方式，關于不同溫度對破除種子休眠作用的研究相對較少，尤其是關于不同變溫處理的研究還罕見報道。溫度對于打破種子休眠、促進種子萌發生長具有重要意義。通常來說，環境溫度較高可以加深種子的休眠程度，而低溫則利于促使種子解除休眠，有些植物在特定的溫度下便可萌發，有些植物則需要在變化的環境溫度中更易于徹底解除休眠。不同的溫度處理對破除種子休眠的效果不同，王利英對毛冬青種子采用不同低溫層積處理發現，在0 ℃層積2個月后種子出苗率為28.8%，而 4 ℃ 層積處理后種子萌發率可達92.0%。崔現亮等通過對12種灌木種子進行5～25 ℃變溫處理，發現變溫處理后種子萌發率較高，而且萌發速率也較快。

本研究以砂梨品種蘇翠1號實生種子為試材，首先對蘇翠1號種子的質量以及吸水特性進行研究，在此基礎上設置不同恒溫及變溫梯度對蘇翠1號種子進行休眠破除處理，研究不同溫度對打破蘇翠1號種子休眠的作用以及對萌發后幼苗生長的影響，以期明確溫度對破除種子休眠及幼苗生長的影響，為指導果樹和林木的育種以及種苗生產提供技術路徑和理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料采集與消毒

使用砂梨優新品種蘇翠1號為試驗材料，蘇翠1號果實于2020年7月采集自江蘇省南京市玄武區江蘇省農業種質資源保護與利用平臺果樹種質圃，室溫放置1周，待果實完成熟化過程后，切開果實取出種子。種子用清水沖洗干凈后在室溫條件下自然陰干待用。

1.2 種子基本性狀測定

使用游標卡尺測量種子縱橫徑及種子厚度。隨機挑選出100粒自然風干、充實飽滿的砂梨種子，使用精密電子天平稱質量，計算種子千粒質量，試驗重復3次。

1.3 種子吸脹性測定

隨機挑選出30粒自然風干、充實飽滿的砂梨種子，稱質量后室溫條件下浸泡于清水中。分別在浸泡后2、4、6、8、10、12、14、16 h取出種子，用濾紙擦干表面水分后測量種子質量，試驗重復3次。種子吸水率=(吸水后種子質量-風干種子質量)/風干種子質量×100%。

1.4 不同溫度處理破除種子休眠

采用4、8、12 ℃恒溫處理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理作為破除蘇翠1號種子萌發的試驗溫度，變溫處理每個溫度處理15 d，每組溫度處理總時長為45 d，以25 ℃處理作為對照。蘇翠1號種子用清水沖洗干凈后采用75%乙醇進行表面消毒1 min，使用無菌水沖洗 3～5次，然后使用無菌水進行浸泡處理14 h。種子充分吸水后，采用濕濾紙法將種子均勻分散于培養皿中，每皿放置種子100粒，每個溫度處理設置重復3次。為避免污染，每隔5 d清洗1次種子并更換濾紙。

1.5 統計與分析

不同溫度處理后將盛在濕皿中的種子取出，放于25 ℃培養室促進萌發。分別于種子取出后0、2、4、6、8、10 d統計種子萌發數量，并在取出后10 d測量萌發后幼苗的生根率、子葉伸展率、培根長、地上部分長、單株質量。各參數計算公式如下：萌發率=(萌發種子數/供試種子數)×100%；萌發勢=(取出后4 d萌發種子數/供試種子數)×100%；發芽指數=∑()，式中：為發芽試驗期內每天萌發的種子數，為萌發統計時的天數；平均萌發時間=∑(×)∑；生根率=培根長大于 0.5 cm 的幼苗數/供試種子總數×100%；子葉伸展率=子葉伸展的幼苗數/供試種子總數×100%。

運用Excel、SPSS等軟件對試驗所得數據進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 早熟砂梨蘇翠1號種子基本性狀及種子吸脹特性

種子基本性狀，蘇翠1號種子性狀為卵圓形，縱徑為0.93 cm，橫徑為0.43 cm，種子厚度為 0.21 cm。千粒質量測定結果顯示，砂梨蘇翠1號的種子在自然陰干后千粒質量約為34.71 g，種子較為充實飽滿，內含營養物質豐富。

對種子吸水特性進行觀察發現，在浸泡4～6 h 種子的吸脹吸水效率最高，吸水率可達29.6%，在10～16 h種子吸脹吸水速度變緩，原生質體的水合程度趨向飽和，種子質量趨于穩定，約為2.19 g，是吸脹吸水前的2.1倍(圖1)。

2.2 不同溫度處理對早熟砂梨蘇翠1號種子萌發的影響

采用4、8、12 ℃恒溫處理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理45 d后，將種子轉移至25 ℃光照培養室促進種子萌發，并于取出后0、2、4、6、8、10 d進行萌發情況統計。由表1可知，隨著時間的增加，處理后的種子的萌發率逐漸升高，隨后趨于穩定。在10 d后各處理萌發率達到最高，其中4 ℃—8 ℃—12 ℃處理的種子萌發率顯著高于其他溫度處理，達到了78.83%，8 ℃ 恒溫處理、8 ℃—4 ℃—8 ℃變溫處理的萌發率次之，分別為62.30%、54.05%。12、4 ℃處理后的種子萌發率較低，分別為31.47%、28.59%。對照(25 ℃)處理的種子萌發率為0(圖2)。

表1 不同溫度處理后早熟砂梨蘇翠1號種子萌發率

從表2可以看出，不同溫度處理后，除萌發率之外，砂梨種子在萌發勢、萌發指數、平均萌發時間上也有顯著差異(<0.05)，4 ℃—8 ℃—12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃ 變溫處理的種子萌發勢最高，分別為16.04%、10.17%，萌發指數以4 ℃—8 ℃—12 ℃ 處理達到最高，為13.29%。4、8、12 ℃恒溫處理種子的萌發率、萌發勢較變溫處理均較低。此外，不同處理間的平均萌發時間也不相同，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理的種子平均萌發時間較短，為 2.63 d；4 ℃處理的種子平均萌發時間最長，為 5.38 d，12 ℃處理的種子萌發時間最短，為2.16 d，但后續種子萌發率較低，種子萌發指數也不高。

表2 不同溫度處理后早熟砂梨蘇翠1號種子萌發狀況

2.3 不同溫度處理對早熟砂梨蘇翠1號萌發后幼苗生長發育的影響

不同溫度破除種子休眠后，在16 d后調查萌發后幼苗的生長特性。調查結果(表3)表明，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后的幼苗生根率、子葉伸展率均為最高，分別達到76.67%、45.83%，其次為8 ℃處理，幼苗生根率和子葉伸展率分別為61.67%、35.83%。12、4 ℃生根率和子葉伸展率較低，分別為28.94%和22.37%、24.80%和20.65%。

表3 不同溫度處理對早熟砂梨蘇翠1號種子萌發后生長狀況

而幼苗根部、地上部分生長情況和單株質量則明顯不同，生長情況見圖3。12 ℃處理后萌發的幼苗植株生長量明顯大于其他溫度處理組，根長為 6.39 cm，地上部分長為6.05 cm，單株質量達 208.44 mg，但幼苗細弱。4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理生長量稍小，根長為5.19 cm，地上部分長為 3.62 cm，單株質量為183.65 mg，幼苗長勢強壯。4 ℃ 處理后的萌發苗木生長量最小，根長僅為 2.03 cm，地上部分長僅為0.94 cm，單株質量為 112.78 mg，幼苗長勢較弱。

3 討論與結論

種子的休眠現象在自然界中廣泛存在，對植物體躲避不良氣候狀況、維持種群生殖繁衍具有重要的意義。種子休眠的解除是一個十分復雜的過程，種子可以通過感知外界細微的環境變化來調節自身的物質轉化，進而調控休眠狀態，為種子在適宜的條件中萌發做好準備。研究結果表明，種子吸水吸脹后，種子膜通透性增加、種胚內代謝酶活性增加，有利于種子打破休眠，促進種子萌發。本研究中早熟砂梨蘇翠1號種子在吸脹吸水12 h后逐漸趨于穩定，受種皮限制，種胚吸脹吸水速度減緩，種子質量不再增加，因此后續試驗將浸種時間設為14 h，可確保種子充分吸水，有利于后期種子突破種皮萌發出苗。

種子萌發是植物個體發育周期中一個重要的過程，是植物生命周期的開始。外界環境中溫度、光照、水分等因素均可影響種子的休眠狀態，調節種子的萌發，其中溫度是植物種子萌發和生長的必要條件。程奇等通過對杜梨種子進行4 ℃低溫不同時長的層積處理后發現，4 ℃層積處理30 d后杜梨種子萌發率可達80%。 王月志等以早熟砂梨翠冠、翠玉種子為試材，通過結合低溫和剝除種殼處理可以快速打破種子的休眠過程，提高種子的萌發率。本研究通過設置4、8、12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃、25 ℃ 6個溫度處理對充分吸脹吸水后的蘇翠1號種子進行破除休眠研究發現，25 ℃處理種子萌發率為0，說明低溫對打破砂梨種子休眠至關重要，這與筆者等在珍珠梨中的研究結果相符。取出后0～10 d種子的萌發趨勢顯示，處理后的種子萌發率隨著時間的增加而不斷升高，隨后趨于穩定，并在取出后10 d達到最高。

對不同溫度處理后種子的萌發率和萌發勢等指標統計結果顯示，4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理組種子的萌發率、萌發勢和萌發指數均最高，平均萌發時間也較短，萌發效果顯著優于4、8、12 ℃各恒溫處理組。說明適宜的變溫處理較單一溫度處理有利于打破種子休眠，促進種子萌發。變溫處理對解除生理后熟種子和硬實種子的休眠具有非常明顯的效果，這與變溫處理對打破野生苔蘚草種子、五味子種子和老山芹種子休眠的研究結果相似。4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后不僅種子萌發效果較好，而且萌發后幼苗的長勢也較為健壯，對不同處理后幼苗的生長指標調查結果顯示，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后幼苗出苗整齊，幼苗生根率和子葉伸展率較高，練苗移栽后幼苗成活率高達96%，說明變化的溫度更適于促進砂梨種子內物質的代謝與轉換。4 ℃—8 ℃—12 ℃處理模擬了自然界中種子萌發時期的溫度變化，利于種胚內酶活反應過程，可以促進各種生理生化過程，利于種胚內貯藏物質的轉換、胚的萌發和生長。此外，變化的溫度還可以加速種胚的機械變化、增加種子膜的通透性，這也利于種子的萌發。

其他溫度處理調查結果顯示，4 ℃處理對破除砂梨種子休眠的效果較差，種子萌發率較低，且平均萌發時間較長，幼苗萌發參差不齊。8 ℃處理后砂梨種子的萌發效果較好，相較于常規4 ℃低溫處理更適于打破砂梨種子的休眠、促進萌發。這可能是因為在南方砂梨產區氣候溫和濕潤，自然條件下砂梨種子所需打破休眠的溫度較北方稍高，后期變溫處理組中可適當延長8 ℃處理時間。8 ℃—4 ℃—8 ℃ 變溫處理后種子萌發和生長狀況均不如8 ℃恒溫處理，可能是因為4 ℃低溫對種胚內的物質轉化產生了阻礙作用，不利于種子萌發。12 ℃處理后的種子平均萌發時間最短，且幼苗生長量最大，但是12 ℃處理后的種子萌發率較低，幼苗根部和莖部細長，總體長勢較弱，在后續練苗移栽后的成活率低于其他處理組。表明12 ℃處理對打破種子休眠的作用較差，但是對促進后期生長具有積極意義，因此在后期變溫處理時可適當縮短12 ℃處理時間。綜合不同溫度對種子萌發和生長的影響，對促進解除砂梨蘇翠1號種子休眠的溫度組合的效果表現為 4 ℃—8 ℃—12 ℃處理>8 ℃處理>8 ℃—4 ℃—8 ℃處理>12 ℃處理>4 ℃處理>25 ℃處理。

植物種子的休眠解除和萌發與外界環境條件密切相關，是長期以來自然進化的結果。低溫是影響砂梨種子休眠過程中的重要因子，影響種胚中相關酶活性的變化，進一步影響種子的水分吸收、呼吸作用、營養物質轉化等代謝活動，最終影響種子的萌發與生長。本研究通過對砂梨極早熟品種蘇翠1號種子進行不同溫度的處理，明確了不同溫度對破除砂梨種子休眠以及后續幼苗生長的影響，綜合效果表現為4 ℃—8 ℃—12 ℃處理>8 ℃處理>8 ℃—4 ℃—8 ℃處理>12 ℃處理>4 ℃處理>25 ℃處理。本研究確定了 4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理可作為破除砂梨蘇翠1號種子休眠的最佳處理方式，為梨樹新品種選育提供了可靠的技術手段。下一步將就種子感知溫度變化來破除休眠過程中種胚內部的營養物質變化、激素變化等進行研究，以期進一步明確變溫處理對解除種子休眠作用的分子機制。