魯星池，宿 昊，王永康，盧建軍，蔡 靖*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100; 2.陜西省寧東林業(yè)局，陜西 長安 710100；3.寶雞市馬頭灘林業(yè)局，陜西 寶雞 721006)

唐棣屬在全球約有25種，主產(chǎn)北美，我國產(chǎn)2種，分別為唐棣(Amelanchiersinica)和東亞唐棣(A.asiatica)，分布于陜西南部、甘肅東南部、四川東部、湖北西部，樹形優(yōu)美，花朵繁密，果實營養(yǎng)豐富，兼具較高的觀賞價值與食用價值，是不可多得的園林綠化樹種[1]，但康棣種子發(fā)芽率低、繁殖困難是關(guān)鍵限制因素。國內(nèi)外唐棣研究報道較少，尹鵬先等研究了東亞唐棣(A.asiatica)莖段組培影響因素，建立了組培優(yōu)化技術(shù)體系[3]。何志宇等研究了培養(yǎng)基、激素、蔗糖等對東亞唐棣增殖的影響，優(yōu)化了培養(yǎng)條件[4]。有關(guān)唐棣種子休眠與萌發(fā)的研究尚未見報道。為此我們進行了唐棣種子休眠機制與萌發(fā)特性研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

唐棣種子采自陜西省太白縣桃川鎮(zhèn)的野生植株。

唐棣種子萌發(fā)抑制物——白菜(Brassicapekinensis)種子， 2017年5月從陜西省楊凌某種業(yè)公司購得，純度≥96.0%，凈度≥98.0%，發(fā)芽率≥85.0%，含水量≤7.0%。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子含水量測定 按GB/T12531-1990干燥法測定。

1.2.2 種子千粒重測定 采用百粒重法測定種子千粒重, 計算公式為：千粒重(g)=10×(W1+W2+…+W8)/8，其中W1，W2，…，W8為隨機選取的每100粒唐棣種子的重量(g)。

1.2.3 種子吸水性能測定 分別挑選，稱取5份唐棣種子各2.0 g，用紗布包裹，掛上標簽做好標記，放于不同的三角瓶中，種子與水的比例為1∶3(體積比)，然后將它們分別置于20，30，40，50，60 ℃等五個不同溫度條件下，用分析天平稱量種子吸水后的質(zhì)量，每次稱量前用濾紙將種子表面水分吸干。前4個溫度條件下，按4 h內(nèi)每隔1 h稱量1次、4 h后每隔2 h稱量一次的程序進行測定；60 ℃條件下，每隔0.5 h稱量1次，重復(fù)3次，取平均值，并記錄每次稱量的數(shù)據(jù)。

種子吸水率=(Ux-U0)/U0×100%，其中，Ux表示第x次拿出時所測得的種子質(zhì)量(g)，U0表示初始種子質(zhì)量(g)。

1.2.4 沙藏時間對種子萌發(fā)的影響 將唐棣種子用0.5%高錳酸鉀溶液于室溫下消毒30 min，用蒸餾水清洗凈，并選出完整、籽粒飽滿種子備用；取細沙，過篩、消毒后用水潤濕，放入培養(yǎng)皿中，再在每個培養(yǎng)皿放入50粒上述待用種子。在低溫(0～4 ℃)條件下沙藏，設(shè)置三個貯藏時間梯度(30，60，90 d)，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)100粒種子；沙藏過程中保持濕潤，沙藏結(jié)束后，放于溫室萌發(fā)，觀察是否發(fā)芽。

1.2.5 不同濃度GA3對沙藏唐棣種子萌發(fā)的影響 依照上述(1.2.4)沙藏時間結(jié)論，試驗分50，100，200，400，800 mg·L-1等五個不同的GA3濃度，以清水為對照，每一個處理濃度設(shè)置3次重復(fù)，每次重復(fù)0粒種子，在沙藏不同時間(30，60，90 d)后取出唐棣種子，用不同濃度的GA3(0，50，100，200，400，800 mg·L-1)浸泡種子24 h，進行溫室萌發(fā)，每隔一段時間，記錄發(fā)芽株數(shù)(三個重復(fù)，取平均值)，試驗過程中記錄始發(fā)芽時間和每天的發(fā)芽粒數(shù), 統(tǒng)計最終的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽勢(G)=n/N×100%，發(fā)芽率(Gr)=∑(Gt/N)×100%，發(fā)芽指數(shù)(Gi)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt表示在第t日時的發(fā)芽數(shù)，n表示自發(fā)芽之日起前5日發(fā)芽種子數(shù)，N表示供試種子總數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

試驗所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2013進行整理和作圖, 用SPSS 22.0.0.0對相關(guān)數(shù)據(jù)進行方差分析。

1.2.6 種子不同浸提液對萌發(fā)的影響

(1) 浸提液提取

選取飽滿、光亮的唐棣種子，烘干后，粉碎過篩，備用。

甲醇浸提液制?。喝? g上述種子粉末置于錐形瓶內(nèi)，并加入200 ml 80%的甲醇溶液，混勻后用保鮮膜封口密閉置于0～4 ℃的冰箱內(nèi)，浸提36 h，每隔2 h進行搖晃，36 h后取出抽濾，棄殘渣取濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40 ℃恒溫旋轉(zhuǎn)蒸干，加入去離子水溶解搖勻，并用去離子水定容至100 ml作為母液，然后配制成濃度為25%、50%、75%和100%的溶液備用。

水浸提液制取：取5 g上述種子粉末置于錐形瓶內(nèi)，加入200 ml蒸餾水，混勻用保鮮膜封口后置于室溫浸提36 h，每隔2 h進行搖晃，36 h后取出抽濾，棄殘渣取濾液作為母液，然后配制成濃度為25%、50%、75%和100%的溶液備用。

(2)白菜種子處理

取最新白菜種子，用0.5%高錳酸鉀溶液于室溫下消毒30 min，用蒸餾水洗凈殘留的高錳酸鉀溶液，并選出籽粒飽滿的種子備用。

(3)不同浸提液對白菜種子發(fā)芽的影響

水浸提液的定性研究：分別取純水作為對照和用上述的不同濃度水浸提液待用液浸泡白菜種子3 h，取培養(yǎng)皿墊入雙層濾紙后，均放置浸泡后的白菜種子150粒，每組處理設(shè)置3個重復(fù)，然后加上述處理的唐棣種子不同濃度的水和甲醇浸提液潤濕濾紙。放于25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱中，每天定期觀察，記錄白菜種子在不同濃度浸提液下的萌發(fā)情況統(tǒng)計48 h，計算發(fā)芽率。

甲醇浸提液的定性研究：用上述制取的不同濃度甲醇浸提液待用液，其他步驟與上述水浸提液處理相同，計數(shù)96 h，計算發(fā)芽率。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子含水量和吸水規(guī)律

根據(jù)實驗結(jié)果可知：唐棣種子的含水量為(11.53±0.16)%。在唐棣種子開始吸水后的4 h內(nèi)，隨著水浴溫度的升高，吸水量也在迅速增加，2 g種子吸水增加量在0.90～1.25 g之間，吸水量隨水的溫度升高而增加。30 ℃時的吸水量與40 ℃時相近， 60 ℃時吸水率最高,達65.84%。4～6 h時除了50 ℃水浴溫度，其他水浴溫度種子吸水量都趨于緩和，吸水量在0～0.02 g之間。6 h之后，60 ℃下種子吸水量迅速下降，而50，40，30 ℃的吸水量則增加(圖1)；最終種子吸水率在55%～69%之間，說明其種子吸水性能良好。

圖1 不同水浴時間唐棣種子吸水量變化

2.2 種子千粒重和種子形態(tài)的觀察

根據(jù)實驗觀察和測定，唐棣種子千粒重為(12.156 1±0.054 2)g，種子表皮大部分呈褐色或深褐色，少部分種皮為黑色的種子不具胚，說明這些種子不具發(fā)芽能力。

2.3 不同沙藏時間對種子萌發(fā)特性的影響

沙藏試驗結(jié)果為，沙藏30，60 d的種子發(fā)芽率均為0，只有沙藏90 d的種子才能萌發(fā)，但發(fā)芽率極低，僅為8.89%，說明唐棣種子具有深度生理休眠特性。

2.4 不同GA3濃度對唐棣沙藏種子萌發(fā)的影響

2.4.1 不同濃度GA3對沙藏30 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1)發(fā)芽率

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(3.36±1.36)%，5個濃度處理之間及其與對照之間的差異都不顯著(表1)。表明試驗的GA35個濃度對沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽率的影響不明顯，即沒有顯著促進發(fā)芽率提升的作用。

表1 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(3.36±1.36)%，5個濃度處理之間及其與對照之間的差異都不顯著(表1)。表明試驗的GA35個濃度對沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽率的影響不明顯，即沒有顯著促進發(fā)芽率提升的作用。

(2) 發(fā)芽勢

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢為(0.76±0.26)%～(6.72±1.93)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(2.31±0.76)%，5個濃度處理之間及其與對照之間的差異都不顯著(表2)。表明試驗的GA35個濃度對沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽勢的影響不明顯。

表2 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

(3) 發(fā)芽指數(shù)

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(0.73±0.32)～(1.62±0.84)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(0.75±0.32)，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表3)。表明GA3處理能使種子活力增強。

表3 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

2.4.2 不同濃度GA3對沙藏60 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1) 發(fā)芽率

表4顯示，沙藏60 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(2.00±2.00)%～(11.33±5.03)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(5.33±3.06)%，其中800 mg·L-1與其它濃度間有顯著性差異(表4)。說明50 mg·L-1濃度的GA3處理能提高種子活力 ，表明試驗的50 mg·L-1濃度的GA3是沙藏60 d的唐棣種子的最佳處理濃度。

表4 不同濃度GA3對沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽率

(2)發(fā)芽勢

沙藏60 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢為(1.33±1.17)% ～(10.91±3.00 )%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(4.24±1.96 )%，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1與400 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異，且50 mg·L-1濃度處理的發(fā)芽勢最高為(10.91±3.00)%(表5)。表明試驗的50mg·L-1濃度的GA3能使沙藏60 d的唐棣種子出芽更整齊。

表5 不同濃度GA3對沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽勢

(3) 發(fā)芽指數(shù)

沙藏60 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(0.49±0.43)～(2.87±1.84)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(1.33±0.47)，其中50 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表6)。說明50 mg·L-1GA3處理能明顯使種子活力增強。

表6 不同濃度GA3對沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(4) 發(fā)芽進程

沙藏60 d的唐棣種子，在濃度為800 mg·L-1的處理發(fā)芽率最低且不隨時間變化，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的發(fā)芽率且隨著時間的變化先增加后保持穩(wěn)定，其中50 mg·L-150 mg·L-1GA3處理的種子發(fā)芽率最高(圖2)。

圖2 不同濃度GA3處理且沙藏60 d的唐棣種子發(fā)芽率變化

2.4.3 不同濃度GA3對沙藏90 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1)發(fā)芽率

從表7看出，沙藏90 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(3.36±1.36)%，其中50 mg·L-1與800 mg·L-1濃度間有顯著性差異(表7)。說明50 mg·L-1濃度的GA3處理能提高種子活力 ，表明試驗的50 mg·L-1濃度的GA3是沙藏90 d的唐棣種子的最佳處理濃度。

表7 不同濃度GA3對沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(2)發(fā)芽勢

表8看出，沙藏90d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢為(5.88±3.10)%～(13.09±4.77)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的(9.15±3.46)%，其中800 mg·L-1與其它濃度間有顯著性差異，且50 mg·L-1濃度處理的發(fā)芽勢最高為(13.09±4.77)%(表8)。表明試驗的50 mg·L-1濃度的GA3能使沙藏90 d的唐棣種子出芽更整齊。

表8 不同濃度GA3對沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(3)發(fā)芽指數(shù)

從表9看出，沙藏90 d的唐棣種子，在試驗5個GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(2.62±2.60)～(10.44±1.52)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對照，其余4個濃度處理的發(fā)芽指數(shù)都高于對照的(4.51±1.49)，其中50 mg·L-1與100 mg·L-1，200 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表9)。說明50 mg·L-1GA3處理能明顯使種子活力增強。

表9 不同濃度GA3對沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(4)發(fā)芽進程

圖3顯示，沙藏90 d的唐棣種子，在濃度為800 mg·L-1的處理發(fā)芽率最低且隨時間變化幅度最小，其余4個濃度處理的發(fā)芽率都高于對照的發(fā)芽率且隨著時間的變化先增加后在第6～9 d后保持基本恒定，其中50～150 mg·L-1GA3處理的種子發(fā)芽率最高、進入發(fā)芽率恒定時間最早。

圖3 不同濃度GA3對沙藏90 d唐棣種子萌發(fā)進程的影響

2.5 唐棣種子浸提液對白菜種子發(fā)芽率的影響

2.5.1 水浸提液對白菜種子發(fā)芽率的影響 從表10看出，25%～100%唐棣種子水浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率為(45.17±0.42)%～(61.61±3.42)%，隨濃度升高而降低，不同濃度間差異顯著，且除25%濃度外其它濃度處理都顯著低于對照，表明唐棣種子水浸提液對白菜種子發(fā)芽率有抑制作用，濃度越高抑制作用越強，但只有當(dāng)水浸提液濃度超過一定值之后作用才顯著；唐棣種子含有水溶性抑制種子萌發(fā)物質(zhì)。

表10 不同濃度唐棣種子浸提液下的白菜種子發(fā)芽率

2.5.2 唐棣種子甲醇浸提液對白菜種子發(fā)芽率的影響 表10顯示，25%～100%唐棣種子甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率為(5.78±1.39)%～(30.44±3.01)%，隨濃度升高而降低，不同濃度間差異顯著，且不同濃度處理的發(fā)芽率都顯著低于對照，表明唐棣種子甲醇浸提液對白菜種子發(fā)芽率有抑制作用，濃度越高抑制作用越強；唐棣種子含有溶于甲醇的抑制種子萌發(fā)物質(zhì)。

從唐棣種子水浸提液、甲醇浸提液分別都有抑制白菜種子發(fā)芽作用，且同濃度水浸提液、甲醇浸提液處理下的白菜種子發(fā)芽率不同的結(jié)果可以看出，唐棣種子中至少存在2種或2類抑制種子發(fā)芽物質(zhì)，一類是水溶性的，一類是溶于甲醇的。

甲醇浸提液處理所得的白菜種子發(fā)芽率均明顯小于清水處理；未經(jīng)甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率最高為85.33%，甲醇浸提液處理后，白菜種子發(fā)芽率明顯降低。用25%，50%，75%和100%的甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率分別為30.44%，19.78%，11.78%和5.78%，比對照相應(yīng)降低了54.89%，65.55%，73.55%和79.53%，說明濃度越高，抑制作用越明顯。各濃度甲醇浸提液處理間的白菜種子發(fā)芽率均達到了顯著水平，說明唐棣種子內(nèi)含有脂溶性抑制物。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)論為，唐棣種子具有深度生理休眠特性，GA3預(yù)處理并不能夠顯著提高其種子萌發(fā)率，種子至少3個月的低溫沙藏才能解除休眠；50 mg·L-1GA3濃度是唐棣種子處理的最佳濃度，800 mg·L-1抑制唐棣種子的萌發(fā)；唐棣種子吸水性能良好，隨溫度升高吸水速率加快, 最終吸水率在55%～69%之間，不具有物理休眠特性；種子內(nèi)部含有水溶性和脂溶性萌發(fā)抑制物，具有化學(xué)休眠特性；種子收獲后，可選擇干燥后再進行貯藏，翌年可通過低溫沙藏解除生理休眠，選用適當(dāng)濃度的外源GA3可以縮短沙藏過程所用時間。

植物的繁殖方式分為有性繁殖和無性繁殖[5]。影響種子繁殖的因素有很多，包括外部生態(tài)環(huán)境因素和內(nèi)部生理因素，對不同植物來說, 影響種子萌發(fā)的主要因子也有差異[6-9]。水分是種子繁殖和植物生長必不可少的環(huán)境因子之一[10]。從吸水速率來看，唐棣的吸水速率會隨著浸種溫度的升高而加快，從而縮短種子達到飽和所需的時間，但如果溫度過高則會導(dǎo)致種子呼吸速率過快而出現(xiàn)胚胎死亡的現(xiàn)象，這在繁育工作中是不可取的[11]。植物種子中存在萌發(fā)抑制物質(zhì)是導(dǎo)致種子休眠的一個主要因素，種子中的很大一部分發(fā)芽抑制物質(zhì)是一些簡單的小分子有機物質(zhì)，這些物質(zhì)影響了種子的后熟和發(fā)芽，導(dǎo)致休眠[12]。通過唐棣種子水和甲醇浸提液的生物測定，說明唐棣種子浸提液對白菜種子發(fā)芽率有明顯的抑制作用，且隨著浸提液濃度的提高，抑制作用遞增，說明唐棣種子含有水溶性和脂溶性的抑制物可抑制白菜種子萌發(fā)，因此可以推斷唐棣種子浸提液中含有某些化學(xué)成分，能抑制白菜的生長，它們可能與唐棣種子的休眠有密切關(guān)系，但它們的抑制能力是否對種子萌發(fā)產(chǎn)生效應(yīng)尚不能確定，而且其在后熟過程中是否起作用也有待于進一步研究。

GA3是植物中非常重要的一種激素，已經(jīng)證明GA3可以通過增強休眠的釋放而促進種子的萌發(fā)，但對于不同植物它的作用機制也不盡相同[13-15]。本次實驗中GA3處理結(jié)果符合種子的深度休眠的特性。GA3雖然沒有顯著提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，但其處理縮短了沙藏時間，原因可能是GA3在種子萌發(fā)過程中能夠提高胚胎生長的速率[16]，使胚提早突破種皮。