程 旭，魯燕琴，袁龍義，薛興華

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025；2.湖北民族學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)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(gè)種，是常見(jiàn)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(tài)優(yōu)美，具有一定的觀賞價(jià)值[1]。鵝觀草屬(RoegneriaC.Koch)是禾本科小麥族最大的一個(gè)屬，世界范圍內(nèi)主要分布在亞歐大陸，中國(guó)境內(nèi)分布范圍覆蓋了西北、西南、華北、東北、華中的絕大多數(shù)省份，類(lèi)群集中分布于青藏高原地區(qū)[2]。1900年，波格丹教授從野生類(lèi)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(chǎn)量高，可作為優(yōu)質(zhì)的牧草資源，也是硬粒小麥的優(yōu)良前作；根系發(fā)達(dá)、耐貧瘠，是良好的水土保持植物[3，4]。

種子老化是種質(zhì)資源保存過(guò)程中面臨的重要難題之一，種子老化直接降低種子發(fā)芽率、活力和生活力，導(dǎo)致植物生產(chǎn)水平和品質(zhì)下降[5]。目前，我國(guó)學(xué)者針對(duì)鵝觀草屬植物的研究多集中在遺傳多樣性和分類(lèi)上，常雪剛等[6]通過(guò)葉片形態(tài)解剖將6種鵝觀草分成3類(lèi)，證實(shí)了形態(tài)解剖作為分類(lèi)依據(jù)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(zhì)上是有區(qū)別的。近年來(lái)也陸續(xù)出現(xiàn)了少數(shù)對(duì)鵝觀草屬植物的抗性研究，趙富強(qiáng)等[8]在34份種質(zhì)資源中發(fā)現(xiàn)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(duì)鵝觀草屬植物種子萌發(fā)及種質(zhì)資源的貯藏研究，國(guó)內(nèi)外卻鮮有涉及。鵝觀草在長(zhǎng)江中下游濕地中廣泛分布，是構(gòu)成本區(qū)域濕地植物群落的重要的優(yōu)勢(shì)種之一。因此，開(kāi)展人工溫度老化和激素處理對(duì)鵝觀草種子的萌發(fā)影響研究，探究種子在老不同化環(huán)境和激素處理下的萌發(fā)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(fā)提供合適的激素和濃度選擇，從而提高種子萌發(fā)率。

2 材料與方法

2.1 研究材料

試驗(yàn)種子于2016年7月20日采于湖北省石首市天鵝洲生態(tài)濕地保護(hù)區(qū)，成熟種子經(jīng)自然風(fēng)干后于常溫下干燥保存，并于實(shí)驗(yàn)前選擇足量顆粒飽滿(mǎn)的種子剝離出來(lái)。

2.2 研究方法

2.2.1 溫度老化處理

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始于2016年11月5日，11月10日開(kāi)始萌發(fā)，2016年12月6日結(jié)束。采用30 ℃、40 ℃、50 ℃ 3個(gè)溫度處理，每個(gè)處理100粒種子，重復(fù)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(yǎng)皿中，在25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)。另外兩個(gè)溫度處理方法同上，每天觀察種子萌發(fā)數(shù)量并及時(shí)補(bǔ)充水分。種子萌發(fā)后，記錄萌發(fā)日期、萌發(fā)數(shù)量，計(jì)算種子的發(fā)芽率。

2.2.2 激素處理

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始于2016年9月21日，9月27日開(kāi)始萌發(fā)，到2016年11月4日發(fā)芽完成。選取3種激素對(duì)種子進(jìn)行處理，分別為、脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)、萘乙酸(NAA)。脫落酸濃度設(shè)定為10 mg/L、20 mg/L/、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L 6個(gè)梯度，赤霉素濃度設(shè)置1 mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3個(gè)梯度；萘乙酸濃度設(shè)置1mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3個(gè)梯度。每個(gè)處理100粒種子，重復(fù)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(yǎng)皿中。在25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)，每天觀察種子萌發(fā)數(shù)量并及時(shí)補(bǔ)充水分。種子萌發(fā)后，記錄萌發(fā)日期、萌發(fā)數(shù)量，計(jì)算種子的發(fā)芽率。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析和方法

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

種子累計(jì)萌發(fā)率=累計(jì)萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

3 結(jié)果

3.1 溫度老化

在既定溫度梯度內(nèi)，以常溫為對(duì)照，種子的累計(jì)萌發(fā)率隨著溫度的升高而降低(表1)。30 ℃下種子累計(jì)萌發(fā)率最高，為96.33%；40 ℃次之，50 ℃下累計(jì)萌發(fā)率最低，僅為9.33%。種子累計(jì)萌發(fā)率在3種溫度條件下差異顯著(P<0.05)。整個(gè)發(fā)芽期內(nèi)，各個(gè)溫度處理下的種子發(fā)芽趨勢(shì)一致，發(fā)芽率在前3周均呈現(xiàn)出加速上升趨勢(shì)，30 ℃和40 ℃下的萌發(fā)率最快，對(duì)照次之。50 ℃下萌發(fā)最慢，種子在萌發(fā)速度和萌發(fā)數(shù)量上均受到嚴(yán)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(fā)率

注：表格同列數(shù)據(jù)后小寫(xiě)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(lèi)推，表2同理。

圖1 鵝觀草在溫度老化處理下的累計(jì)萌發(fā)率

3.2 激素老化

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

圖2 鵝觀草在ABA處理下的累計(jì)萌發(fā)率

表2 脫落酸(ABA)處理下的種子萌發(fā)率

赤霉素(GA)，與對(duì)照相比，各個(gè)處理間種子萌發(fā)率差異顯著(P<0.05)。當(dāng)GA濃度為3 mmol/L時(shí)，雖然鵝觀草種子累計(jì)萌發(fā)率最低，為84.33%，但是，由圖3可得，當(dāng)濃度為3 mmol/L時(shí)，首周種子累計(jì)率達(dá)到62%，遠(yuǎn)高于同期其他濃度下的種子萌發(fā)率，整體趨勢(shì)由爆發(fā)式萌發(fā)轉(zhuǎn)入緩慢萌發(fā)，而其他各濃度下的萌發(fā)趨勢(shì)一致前5周緩慢萌發(fā)，第6周開(kāi)始迅速萌發(fā)。盡管對(duì)照處理獲得了最高的萌發(fā)率，但從前5周的累計(jì)萌發(fā)率可以看出，經(jīng)處理的種子在累計(jì)萌發(fā)率上均大于對(duì)照的萌發(fā)率(表3)。

表3 赤霉素(GA)處理下的種子萌發(fā)率

圖3鵝觀草在GA處理下的累計(jì)萌發(fā)率

萘乙酸(NAA)，各處理間的最終種子萌發(fā)率由大到小依次為對(duì)照>2 mmol/L>1 mmol/L>3 mmol/L。處理下的萌發(fā)率顯著低于其他各個(gè)處理的萌發(fā)率(P<0.05，見(jiàn)圖4)。經(jīng)NAA處理過(guò)的種子，兩周內(nèi)除蒸餾水達(dá)到最高4.00%的發(fā)芽率外，其他處理下均無(wú)萌發(fā)跡象。從第3周起，種子出現(xiàn)萌發(fā)，整體萌發(fā)率極低，5周內(nèi)整體發(fā)芽率偏低，第六周達(dá)到集中萌發(fā)期，各處理均迅速開(kāi)始萌發(fā)(表4)。

表4 萘乙酸(NAA)處理下的種子萌發(fā)率

圖4 鵝觀草在NAA處理下的累計(jì)萌發(fā)率

4 討論

種子的萌發(fā)受自身基因和外界環(huán)境的多重影響，溫度是制約種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子之一。種子的萌發(fā)依賴(lài)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(fā)率[9～11]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鵝觀草的萌發(fā)率隨著溫度的遞增而顯著降低，30 ℃時(shí)萌發(fā)效應(yīng)最佳，40 ℃時(shí)依然能保持較高的發(fā)芽率(86.33%)，當(dāng)老化溫度達(dá)到50 ℃，發(fā)芽率驟降至9.33%。這種發(fā)芽策略保證了大部分種子能在合適的貯藏溫度下萌發(fā)。陳佳等[12]對(duì)小麥種子進(jìn)行加速老化處理試驗(yàn)表明，發(fā)芽率隨著處理溫度的升高而呈下降趨勢(shì)，當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃，發(fā)芽率效果較差，60 ℃時(shí)喪失萌發(fā)能力。覃鵬等[13]在對(duì)小麥進(jìn)行55 ℃老化處理后發(fā)現(xiàn)，小麥種子中的SOD，POD，CAT活性隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)而降低，導(dǎo)致酶活性喪失，從而影響種子的發(fā)芽率。長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季高溫高濕，溫度在30～40 ℃之間。一方面，鵝觀草對(duì)溫度的適應(yīng)保證了其種子在40 ℃時(shí)仍然有較高的萌發(fā)率。但超過(guò)50 ℃時(shí)，鵝觀草會(huì)出現(xiàn)與上述小麥族物種相同的情況，種子萌發(fā)率降低甚至喪失萌發(fā)能力。另一方面，雖然在40 ℃的高溫環(huán)境對(duì)鵝觀草萌發(fā)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(yīng)將極端高溫環(huán)境和種子自身的呼吸作用考慮進(jìn)去，盡可能營(yíng)造陰涼干燥的貯藏條件。

植物激素是調(diào)節(jié)種子休眠和萌發(fā)的關(guān)鍵因子之一，ABA的主要功能是抑制提前萌發(fā)和誘導(dǎo)初生休眠[14]。除10 mmol/L處理濃度外，其他5個(gè)濃度種子累計(jì)萌發(fā)率無(wú)顯著差異，表明ABA濃度的高低對(duì)種子最終萌發(fā)率無(wú)顯著影響。但是，與對(duì)照相比，在同一萌發(fā)周期內(nèi)，經(jīng)ABA處理下的種子萌發(fā)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(fā)進(jìn)程的作用。張翔等[15]研究也表明，不同濃度的ABA對(duì)水稻種子的萌發(fā)產(chǎn)生不同程度的抑制作用，濃度越高，抑制作用越明顯。本實(shí)驗(yàn)中得出ABA促進(jìn)了鵝觀草種子的休眠的結(jié)論，但是隨著實(shí)驗(yàn)周期的延長(zhǎng)，種子的最終萌發(fā)率之間并沒(méi)有顯著差異。存在的原因可能是種子會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸度過(guò)休眠期，導(dǎo)致在長(zhǎng)周期的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下總體萌發(fā)率差別并不顯著。

GA與ABA的促進(jìn)作用相反，能替代低溫層積打破休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)[14.16]。有研究顯示，赤霉素對(duì)種子萌發(fā)和幼苗均有明顯促進(jìn)作用[17]。實(shí)驗(yàn)中GA處理下的種子萌發(fā)率在5周內(nèi)發(fā)芽率均高于對(duì)照，尤其當(dāng)濃度為3 mmol/L時(shí)，種子自首周便出現(xiàn)爆發(fā)式萌發(fā)，同期顯著高于其他處理下的種子萌發(fā)率。在最終累計(jì)萌發(fā)率上卻又顯著低于對(duì)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(fā)，但依然不能提高種子的累計(jì)萌發(fā)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(fā)芽率，本實(shí)驗(yàn)中未得到此結(jié)論。其可能的原因是實(shí)驗(yàn)周期的加長(zhǎng)弱化了種子的在休眠期內(nèi)萌發(fā)緩慢的情況，使得對(duì)照部分的種子在實(shí)驗(yàn)時(shí)間充足的的條件下也能順利萌發(fā)。

NAA是一種低毒植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，能促進(jìn)新陳代謝，加速生長(zhǎng)發(fā)育，NAA能促進(jìn)種子萌發(fā)，如果超出范圍，反而會(huì)起到抑制作用[20，21]。與對(duì)照相比，種子在NAA處理下的萌發(fā)率和萌發(fā)速度均有所下降，表明NAA并不能有效打破種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)，也未能有效提高萌發(fā)率，相反萌發(fā)率有所下降。不同的物種對(duì)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(fā)芽效果最好[22]，0.1 mg/L的濃度對(duì)洋桔梗的發(fā)芽率促進(jìn)效果明顯[23]。而本實(shí)驗(yàn)中隨著NAA濃度的提高，鵝觀草的萌發(fā)率也出現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明3 mmol/L的濃度已經(jīng)開(kāi)始抑制鵝觀草的萌發(fā)。

鵝觀草作為優(yōu)良牧草資源和水土保持的優(yōu)秀候選物種，其萌發(fā)率直接影響到作為牧草的草產(chǎn)量和修復(fù)物種的生態(tài)效益，而萌發(fā)率的提高需要合理的貯藏條件。鵝觀草在貯藏過(guò)程中，如遇到極端高溫或者自身的呼吸作用強(qiáng)烈的情況下，種子很容易因高溫環(huán)境脅迫而加速老化，造成種子萌發(fā)能力減弱甚至喪失。長(zhǎng)江中下游地區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)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(huán)境中，其活力、生活力、萌發(fā)率都面臨著自然老化環(huán)境脅迫。而本實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出鵝觀草種子于30 ℃老化溫度下萌發(fā)效果最佳，50 ℃下的種子發(fā)芽率顯著降低，為鵝觀草種子貯藏提供了一個(gè)耐受溫度的依據(jù)。3種激素處理下，NAA和ABA都無(wú)法快速而有效地促進(jìn)鵝觀草種子萌發(fā)，僅有GA，且當(dāng)濃度為3 mmol/L時(shí)，種子萌發(fā)效率最高，這表明在開(kāi)展鵝觀草的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，配合使用適當(dāng)濃度的赤霉素，能夠有效提高萌發(fā)率。