賀佳圓，王靖婷，白小明，董 沁，呂優(yōu)偉

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

早熟禾屬(Poa)植物廣泛分布于寒帶和北溫帶冷涼濕潤地區(qū)，是草原與草甸植被組成中的重要成分。由于該屬植物具有耐寒、抗旱、耐陰性強(qiáng)、早春返青早、冬季枯黃晚、綠期長等特點(diǎn)，是西北地區(qū)草坪建植和水土保持最主要而又被廣泛使用的一類冷季型草坪草[1-5]。

甘肅地處青藏高原、黃土高原、蒙新高原和西秦嶺山地的交匯地帶，境內(nèi)地形、氣候復(fù)雜多樣，早熟禾屬植物資源十分豐富。據(jù)報道，甘肅有早熟禾屬植物35種2變種[4]。這些草坪草種質(zhì)資源在長期的自然選擇和演化下蘊(yùn)藏著豐富的遺傳基因，具有遺傳多樣性、觀賞價值較高，抗旱性、抗寒性、耐瘠薄、抗病性強(qiáng)等特點(diǎn)，是草坪草育種最珍貴的原始材料來源和培育草坪草新品種的天然基因庫。因此，開展早熟禾屬植物種質(zhì)研究對我國野生早熟禾的開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

溫度和水分是影響種子萌發(fā)的兩個關(guān)鍵因子，其中溫度直接影響種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和萌發(fā)速度，進(jìn)而影響田間出苗率和成坪速度[5]。有關(guān)野生早熟禾種子萌發(fā)適宜水分的研究已有報道[6]，但關(guān)于溫度對野生早熟禾種子萌發(fā)影響的研究尚不多見。本研究以8個甘肅境內(nèi)采集的野生早熟禾種質(zhì)種子為材料，分析野生早熟禾種子萌發(fā)對溫度的響應(yīng)，旨在探討其萌發(fā)的適宜溫度范圍，為野生早熟禾引種馴化和開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 供試的8個野生早熟禾材料種子于2010年7-9月采自甘肅境內(nèi)(表1)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)10、15、20、25、30、35 ℃ 6個恒溫和5 ℃/20 ℃、10 ℃/25 ℃兩個變溫處理，變溫處理設(shè)低溫12 h、高溫12 h。各處理光照變幅12 h/12 h，白天光照6 600 lx(400～750 nm)，晚間無光照。

表1 供試的8個野生早熟禾材料Table 1 The eight varieties of wild Poa

供試種子用10% H2O2浸泡消毒20 min，蒸餾水沖洗2～3遍，晾干。在直徑9 cm的培養(yǎng)皿中鋪兩層濾紙，將經(jīng)消毒處理的種子均勻放于濾紙上，每個培養(yǎng)皿100粒，加入適量蒸餾水，置于FYZ-智能發(fā)芽箱進(jìn)行萌發(fā)。每天上午統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，并向培養(yǎng)皿內(nèi)加入蒸餾水使濾紙保持濕潤，但不能有明水(溫度較高的處理每天加水兩次)。發(fā)芽周期為28 d。

1.2.2測定指標(biāo) 每天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)(芽長超過種子長的一半、胚根長與種子等長作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[6])。

初始發(fā)芽時間：第1粒種子萌發(fā)的天數(shù)。

發(fā)芽率(G)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[6];

發(fā)芽勢(PV)=發(fā)芽初期(14 d)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)[6]。

式中，Gt為處理t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

胚芽長、胚根長、苗鮮質(zhì)量：試驗(yàn)21 d時，從每個培養(yǎng)皿中隨機(jī)取15粒發(fā)芽的種子，用精度為0.5 mm的直尺從胚芽與胚根的分界處分別測定胚芽長和胚根長，然后用濾紙吸干種子表面的水分立即放入精確度為0.000 1 g的天平稱量，計(jì)算單株的平均鮮質(zhì)量。

1.2.3數(shù)據(jù)分析 采用DPSv 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， DUNCAN法進(jìn)行多重比較，運(yùn)用Excel制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1溫度對野生早熟禾材料種子萌發(fā)速度的影響 10～30 ℃恒溫范圍內(nèi)，隨溫度升高，8個野生早熟禾種質(zhì)種子的萌發(fā)速度呈先慢后快的趨勢(表2)。10 ℃萌發(fā)速度最慢，初始萌發(fā)時間在11～14 d，其中草地早熟禾(肅南)、小藥早熟禾、硬質(zhì)早熟禾和波伐早熟禾萌發(fā)最快，第11天開始萌發(fā)；草地早熟禾(天祝)萌發(fā)最慢，第14天才開始萌發(fā)。草地早熟禾(肅南)在20和30 ℃恒溫萌發(fā)最快，第5天開始萌發(fā)；小藥早熟禾、草地早熟禾(甘南)、草地早熟禾(渭源)25和30 ℃恒溫萌發(fā)最快，初始發(fā)芽時間均為5 d；其余4個材料均在30 ℃恒溫萌發(fā)最快，其中草地早熟禾(興隆山)、硬質(zhì)早熟禾、波伐早熟禾的初始萌發(fā)時間均為4 d，草地早熟禾(天祝)為5 d。35 ℃恒溫8個野生早熟禾的萌發(fā)速度明顯降低，均低于20、25和30 ℃恒溫。5 ℃/20 ℃變溫條件下的萌發(fā)速度慢于20、25和30 ℃恒溫，但5 ℃/20 ℃和10 ℃/25 ℃兩個變溫條件下的萌發(fā)速度快于35 ℃恒溫，10 ℃/25 ℃變溫萌發(fā)速度快于5 ℃/20 ℃變溫。

2.2溫度對野生早熟禾材料種子發(fā)芽率的影響 不同溫度處理對野生早熟禾材料種子的發(fā)芽率影響不同(表3)。恒溫處理下，隨溫度逐漸升高，8個野生早熟禾材料種子的發(fā)芽率均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。除小藥早熟禾10 ℃/25 ℃變溫的發(fā)芽率顯著高于對應(yīng)高溫25 ℃恒溫處理外(P<0.05)，其余材料兩個變溫條件下的發(fā)芽率顯著低于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理(P<0.05)，或與對應(yīng)高溫恒溫處理差異不顯著(P>0.05)。在8個溫度處理中，波伐早熟禾和草地早熟禾(甘南)種子20 ℃恒溫發(fā)芽率最高，分別為88.00%、62.33%；小藥早熟禾種子10 ℃/25 ℃變溫發(fā)芽率最高，為72.30%；草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和硬質(zhì)早熟禾5個材料種子25 ℃恒溫發(fā)芽率最高，分別為73.67%、54.01%、62.70%、52.75%和83.70%。草地早熟禾(興隆山)和草地早熟禾(天祝)在10 ℃恒溫，草地早熟禾(肅南)、小藥早熟禾、硬質(zhì)早熟禾、波伐早熟禾和草地早熟禾(甘南)在35 ℃恒溫，草地早熟禾(渭源)在5 ℃/20 ℃變溫發(fā)芽率最低，分別為43.00%、11.00%、32.00%、36.00%、70.00%、71.70%、29.67%和42.20%。

表2 不同溫度下8個野生早熟禾材料種子的初始萌發(fā)時間Table 2 Initial germination time of eight wild Poa seeds under different temperature d

表3 不同溫度下8個野生早熟禾材料種子的發(fā)芽率Table 3 Germination rate of eight wild Poa seeds under different temperature %

2.3溫度對野生早熟禾材料種子發(fā)芽勢的影響 溫度對野生早熟禾材料種子發(fā)芽勢的影響與發(fā)芽率基本相似(表4)。草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和硬質(zhì)早熟禾在25 ℃發(fā)芽勢最高，分別為65.33%、42.56%、50.33.%、37.79%和77.00%，其中草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)和草地早熟禾(渭源)在25 ℃恒溫的發(fā)芽勢顯著高于其它處理(P<0.05)，另外兩個早熟禾材料25與30 ℃恒溫發(fā)芽勢差異不顯著(P>0.05)。小藥早熟禾和草地早熟禾(甘南)在20 ℃恒溫發(fā)芽勢最高，分別為64.67%和58.00%，顯著高于其它恒溫處理。波伐早熟禾在10 ℃/25 ℃變溫發(fā)芽勢最高，為81.00%，顯著高于除20 ℃外的其它處理。8個材料10 ℃恒溫時發(fā)芽勢均最低。除波伐早熟禾10 ℃/25 ℃變溫的發(fā)芽勢顯著高于對應(yīng)高溫25 ℃恒溫處理外，其余材料兩個變溫條件下的發(fā)芽勢均顯著低于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理，或與對應(yīng)高溫恒溫處理差異不顯著。

2.4溫度對野生早熟禾材料種子發(fā)芽指數(shù)的影響 恒溫處理下，野生早熟禾材料種子的發(fā)芽指數(shù)隨溫度的升高呈先增加后降低的趨勢(表5)。8個溫度處理下，草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和硬質(zhì)早熟禾在25 ℃恒溫處理時的發(fā)芽指數(shù)最高，分別為9.39、5.92、7.21、4.75和13.57，其次是30 ℃恒溫處理，其中草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(渭源)和硬質(zhì)早熟禾25和30 ℃恒溫處理發(fā)芽指數(shù)均顯著高于其它6個處理(P<0.05)。波伐早熟禾和草地早熟禾(甘南)20 ℃、小藥早熟禾15 ℃恒溫處理發(fā)芽指數(shù)最高，分別為13.94、9.09和9.62，其中，草地早熟禾(甘南)20 ℃、小藥早熟禾15 ℃發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他溫度處理。小藥早熟禾35 ℃恒溫處理發(fā)芽指數(shù)最低，其余7個材料10 ℃恒溫發(fā)芽指數(shù)最低。除小藥早熟禾10 ℃/25 ℃變溫的發(fā)芽指數(shù)顯著高于對應(yīng)高溫25 ℃恒溫處理外，其余材料兩個變溫條件下的發(fā)芽指數(shù)均低于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理。

表4 不同溫度下8個野生早熟禾材料種子的發(fā)芽勢Table 4 Germination potential of eight wild Poa seeds under different temperature %

表5 不同溫度下8個野生早熟禾材料種子的發(fā)芽指數(shù)Table 5 Germination index of eight wild Poa seeds under different temperature

2.5溫度對野生早熟禾材料胚芽長的影響 恒溫下，胚芽長隨溫度的升高先增加后降低(表6)。8個處理下，草地早熟禾(興隆山)在10 ℃/25 ℃變溫，草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和硬質(zhì)早熟禾在25 ℃恒溫胚芽最長，分別為28.6、23.8、29.3、26.5和23.5 mm，其中草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)25 ℃恒溫胚芽長顯著大于其它溫度處理(P<0.05)。小藥早熟禾、波伐早熟禾和草地早熟禾(甘南)3個材料在20 ℃恒溫胚芽最長，分別為24.8、29.3和28.3 mm，小藥早熟禾和草地早熟禾(甘南)顯著高于其它溫度處理,波伐早熟禾顯著大于除25 ℃外的其它溫度處理。10 ℃恒溫胚芽均最短。除草地早熟禾(興隆山)10 ℃/25 ℃變溫、草地早熟禾(肅南)5 ℃/20 ℃變溫的胚芽分別長于對應(yīng)高溫25和20 ℃恒溫處理外，其余材料兩個變溫條件下的胚芽均短于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理。

2.6溫度對野生早熟禾材料胚根長的影響 恒溫對胚根生長的影響與胚芽相似，即隨溫度的升高胚根長先增加后降低(表7)。草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(天祝)、小藥早熟禾、硬質(zhì)早熟禾在20 ℃恒溫胚根最長，分別為43.3、33.6、48.2和42.7 mm，且除草地早熟禾(天祝)外，其余3個材料均顯著大于其它溫度處理(P<0.05)。波伐早熟禾在25 ℃恒溫胚根最長，為32.0 mm。草地早熟禾(興隆山)在5 ℃/20 ℃變溫、草地早熟禾(渭源)和草地早熟禾(甘南)在10 ℃/25 ℃變溫胚根最長，分別為39.0、47.0、35.8 mm。35 ℃恒溫胚根均最短。除草地早熟禾(興隆山)和草地早熟禾(渭源)5 ℃/20 ℃和10 ℃/25 ℃變溫的胚根顯著長于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理、小藥早熟禾和草地早熟禾(甘南)10 ℃/25 ℃變溫的胚根顯著長于對應(yīng)高溫25 ℃恒溫處理外，其余材料兩個變溫條件下的胚根均短于對應(yīng)高溫20和25 ℃恒溫處理。

2.7不同溫度對野生早熟禾材料的苗鮮質(zhì)量的影響 小藥早熟禾和硬質(zhì)早熟禾20 ℃恒溫、波伐早熟禾25 ℃恒溫下苗鮮質(zhì)量最大，分別為2.8、1.8和2.7 mg·株-1。草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和草地早熟禾(甘南)5個材料10 ℃/25 ℃變溫處理鮮苗最大，分別為1.7、1.9、2.1、1.5和1.8 mg·株-1。草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(渭源)和小藥早熟禾在10 ℃恒溫，草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(天祝)和草地早熟禾(甘南) 在35 ℃恒溫，硬質(zhì)早熟禾和波伐早熟禾在10和35 ℃恒溫下鮮苗質(zhì)量最小，分別為1.0、1.2、1.2、1.1、0.8、1.0、0.9和1.4 mg·株-1(表8)。

3 討論與結(jié)論

溫度、氧氣、水分是種子萌發(fā)的三要素，它們通過各自單獨(dú)作用與共同作用影響種子的生命活性[5,7-8]。其中適宜的溫度能夠促進(jìn)種子吸水，使酶促過程和呼吸作用加強(qiáng)，貯藏的養(yǎng)分處于易利用的可溶狀態(tài)，是種子萌發(fā)的先決條件[9]。溫度主要控制種子內(nèi)部多種酶的催化和物質(zhì)代謝，高溫與低溫會導(dǎo)致種子新陳代謝受到抑制而延緩，因而溫度過高或過低都會抑制種子萌發(fā)[10-12]，適溫時種子才能表現(xiàn)最高的發(fā)芽率和發(fā)芽速率[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，8個野生早熟禾材料種子在20～30 ℃恒溫萌發(fā)速度最快，初始萌發(fā)時間為4～5 d，10 ℃低溫萌發(fā)速度最慢，初始萌發(fā)時間為11 ～14 d，比最快萌發(fā)速度延緩6～10 d，低溫(10 ℃)或高溫(35 ℃)發(fā)芽率最低。因此，建議8個野生早熟禾材料應(yīng)在涼爽的春秋季播種。

表6 不同溫度下8個野生早熟禾材料的胚芽長Table 6 Seeding length of eight wild Poa seeds under different temperature mm

表7 不同溫度下8個野生早熟禾的胚根長Table 7 Root length of eight wild Poa seeds under the different temperature mm

表8 不同溫度下8個野生早熟禾材料的苗鮮質(zhì)量Table 8 Fresh weight of shoot of eight wild Poa seeds under the different temperature mg·株plant-1

種子萌發(fā)所需的最適溫度往往與其起源地生態(tài)條件有關(guān)[14-16]，不同植物由于其生存環(huán)境和自身遺傳特性的不同，其種子萌發(fā)對溫度的響應(yīng)也不同[12，17-18]。本研究參照徐本美和龍雅宜[19]、孫群等[20]、王進(jìn)等[21]關(guān)于發(fā)芽最適溫度的判定，以發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)3個萌發(fā)指標(biāo)為主要依據(jù)，并參考胚芽和胚根長、鮮苗質(zhì)量，確定8個野生早熟禾材料種子的最適萌發(fā)溫度。結(jié)果表明，波伐早熟禾、草地早熟禾(甘南) 和小藥早熟禾種子最適宜萌發(fā)溫度為20 ℃恒溫；草地早熟禾(興隆山)、草地早熟禾(肅南)、草地早熟禾(渭源)、草地早熟禾(天祝)和硬質(zhì)早熟禾種子最適宜萌發(fā)溫度為25 ℃恒溫。這說明，一方面不同種之間種子最適萌發(fā)溫度存在差異，另一方面即使同種不同采集地材料之間也存在差異。波伐早熟禾、草地早熟禾(甘南) 和小藥早熟禾最適宜萌發(fā)溫度較低，既與其遺傳特性有關(guān)，也可能與這些種子采自高海拔、寒冷的青藏高原有關(guān)。

本研究顯示，隨溫度升高野生早熟禾胚芽和胚根呈現(xiàn)不同的生長趨勢，較高的恒溫有利于胚芽生長，較低的恒溫和變溫有利于胚根生長。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是種子萌發(fā)所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要來自種子本身的貯藏，溫度對各器官生長的影響機(jī)制不同，高溫使?fàn)I養(yǎng)集中于葉片，供地上部分生長[22]。

恒溫還是變溫更有利于種子萌發(fā)，這可能與植物種類及其生境有關(guān)。有研究認(rèn)為，醉馬草(Achnatheruminebrians)[23]、條葉車前(Plantagolessingii)[24]等植物種子的最適萌發(fā)溫度為恒溫而非變溫，而變溫條件有利于畫眉草(Eragrostispilosa)[25]種子萌發(fā)。本研究表明，8個野生早熟禾種子對恒溫和變溫的響應(yīng)不同，除小藥早熟禾種子10 ℃/25 ℃變溫發(fā)芽率最高外，其余材料均為20或25 ℃恒溫發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最高。

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