劉 偉, 暢寶花, 許慶方, 王凱鑫, 趙凱玥, 杜利霞

(山西農業(yè)大學草業(yè)學院，山西 太谷 030801)

賴草(Leymussecalinus(Georgi)Tzvel.)是禾本科(Poaceae)小麥族(Triticeae)賴草屬(LeymusHochst.)的一種植物[1]，賴草具有發(fā)達的地下根狀莖，適應性較強，生存環(huán)境廣泛[2]，具有較強的耐寒、耐旱、耐澇、耐堿、耐風沙及抗病蟲害等能力[3-4]，對生態(tài)保護及恢復具有重大意義[5]。賴草屬植物中優(yōu)良的基因也是牧草和麥類作物育種的重要基因資源[6-7]。賴草經過長期的自然選擇，其野生性強，馴化時間短，無性繁殖力強，有性繁殖力弱，雄花大部分不育，結實率、發(fā)芽率都很低[8]，種子存在嚴重休眠，萌發(fā)不整齊，萌發(fā)后幼苗生長發(fā)育緩慢，大大降低了其生物學和生態(tài)應用價值[9-10]。

種子休眠是決定植物種子萌發(fā)和幼苗建立的重要基礎[11]。Christina研究表明植物生長調節(jié)劑有助于破除種子休眠[12]。Khan指出植物激素有助于緩解亞熱帶草種在鹽脅迫和光照下時的種子休眠[13]，激素對破除種子休眠具有很大的作用，一般表現(xiàn)為低濃度促進，高濃度抑制[14]。水楊酸(Salicylic acid，SA)對于打破黑麥草[15]、燕麥(AvenasativaL.)[16]、大豆(Glycinemax(Linn.)Merr.)[17]、蕹菜(IpomoeaaquaticaForsk.)[18]等種子休眠都具有很大的作用。乙烯利(Ethephon，ETH)對于玉米[19-20]、黃瓜(CucumissativusL.)[21]、黑麥草(LoliumperenneL.)[22]、納羅克非洲狗尾草(Setariasphacelata‘Narok’)[23]等種子發(fā)芽具有促進作用。吲哚乙酸(Indoleacetic acid，IAA)能夠有效打破大豆[24]、繡線菊(SpiraeasalicifoliaL.)[25]、菜瓜(CucumismeloL. var.flexuosusNaud.)[26]、玉米(ZeamaysL.)[27]等種子休眠。但SA、ETH和IAA這3種物質在破除賴草種子休眠的應用上鮮有報道，本試驗分別通過不同濃度的SA，ETH，IAA在不同時間段內處理賴草種子，以期打破種子休眠，提高種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率等，為賴草種子在生產利用中提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為成熟的賴草種子，該種子收獲于2019年7月15日山西農業(yè)大學草業(yè)科學賴草馴化試驗田(37°25′ N，112°23′ E，海拔799 m)，風干脫粒，篩選籽粒飽滿的賴草種子低溫貯藏備用，千粒重為2.61 g。供試試劑為水楊酸(含量≥99.5%，天津市北辰方正試劑廠)、乙烯利(含量>85%，上海藍季科技發(fā)展有限公司)、吲哚乙酸(北京索萊寶科技有限公司)。

1.2 試驗方法

賴草種子貯藏9個月后于2020年5月4日開始試驗，挑選籽粒飽滿、大小均勻的賴草種子放到燒杯中，使用5%的次氯酸鈉消毒10 min，再用蒸餾水沖洗3次，待濾紙吸干種子表面水分后備用。

將賴草種子分別用濃度為0.01，0.05，0.09，0.13，0.17 mmol·L-1水楊酸(SA)，200，300，400，500，600 μL·L-1乙烯利(ETH)，20，30，40，50，60 mg·L-1吲哚乙酸(IAA)分別處理12 h，24 h，36 h[26]，對照(CK)用蒸餾水處理相同時間。取各處理的25粒賴草種子用蒸餾水沖洗干凈，放入置有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每組3個重復，貼上標簽。將所有處理材料放入25℃恒溫人工氣候培養(yǎng)箱[26]。培養(yǎng)周期為20 d，以胚根突破種皮作為發(fā)芽標準，每天觀察統(tǒng)計發(fā)芽個數(shù)，測量記錄幼苗苗長。

1.3 測定指標

參照國際種子檢驗協(xié)會(ISTA)的種子檢驗規(guī)程(2015)[28]規(guī)定的發(fā)芽條件。處理后的種子直接進行發(fā)芽試驗，7 d計算種子發(fā)芽勢，20 d發(fā)芽結束進行統(tǒng)計，并測量所有正常種苗的苗長，計算活力指數(shù)。

發(fā)芽勢=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=第20天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)= ∑(Gt/ Dt)；

活力指數(shù)(VI)= GI × S。

上述式中，Gt代表某日的發(fā)芽數(shù)，Dt為與Gt對應的發(fā)芽天數(shù)，S為平均苗長。

發(fā)芽結束后使用游標卡尺測量賴草幼苗苗長。

1.4 數(shù)據處理

所有數(shù)據使用Microsoft Excel 2010錄入并作圖，采用SPSS25.0軟件進行統(tǒng)計分析，使用Duncan’s法檢驗各組處理之間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 SA濃度及浸種時間對賴草發(fā)芽指標的影響

由圖1可知，不同濃度的SA及浸種時間對賴草種子發(fā)芽指標影響不同。由圖1A可知，0.05 mmol·L-1SA浸種36 h和0.09 mmol·L-1SA浸種24 h后的賴草種子發(fā)芽勢分別為28%和25%，均顯著高于對照(P<0.05)。低濃度(0.01 mmol·L-1)SA處理對種子發(fā)芽勢有促進作用，而在0.09 mmol·L-1，0.13 mmol·L-1和0.17 mmol·L-1SA浸種12 h后，賴草種子發(fā)芽勢顯著低于對照(P<0.05)。

由圖1B可知，賴草種子發(fā)芽率表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。0.01 mmol·L-1和0.05 mmol·L-1SA浸種12 h后的賴草種子發(fā)芽率較高，分別為52%和64%，且最高為對照的2倍隨著SA濃度及浸種時間的增加，與對照相比，賴草發(fā)芽率無顯著差異，且在0.13 mmol·L-1SA浸種12 h發(fā)芽率最低為17%。

圖1 SA浸種濃度及處理時間對賴草發(fā)芽指標的影響Fig.1 Effect of SA concentrations and treatment time on seed germination of Leymus secalinus注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

由圖1C可知，0.01 mmol·L-1和0.05 mmol·L-1(低濃度)SA浸種12 h賴草發(fā)芽指數(shù)顯著高于對照(P<0.05)，分別為1.89和2.02。隨著浸種濃度和時間的增加，賴草發(fā)芽指數(shù)大多與對照差異不顯著，0.13 mmol·L-1和0.17 mmol·L-1SA溶液浸種12 h后，與對照相比，賴草發(fā)芽指數(shù)有所降低，但無顯著差異。

由圖1D可知，不同濃度SA在不同浸種時間下對賴草種子的活力指數(shù)影響不同。0.01 mmol·L-1和0.05 mmol·L-1SA浸種12 h后活力指數(shù)均顯著高于對照(P<0.05)，分別為23.96和20.93。隨著SA濃度及浸種時間的增加，與對照相比，賴草種子的活力指數(shù)多數(shù)無顯著差異，而0.13 mmol·L-1SA浸種12 h后活力指數(shù)降低。

2.2 ETH濃度及浸種時間對賴草種子發(fā)芽指標的影響

由圖2A可知，隨著ETH濃度和浸種時間的增加，賴草發(fā)芽勢表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢。濃度為200 μL·L-1ETH浸種24 h后發(fā)芽勢最高為25%。在500 μL·L-1ETH浸種36 h，600 μL·L-1ETH浸種24 h后賴草發(fā)芽勢顯著低于對照(P<0.05)，賴草發(fā)芽勢顯著降低。

圖2 ETH浸種濃度及處理時間對賴草發(fā)芽指標的影響Fig.2 Effect of ETH concentrations and treatment time on seed germination of Leymus secalinus

由圖2B可知，隨著ETH浸種濃度及處理時間的增加，種子發(fā)芽率出現(xiàn)先增高后降低的趨勢。200 μL·L-1ETH浸種12 h后發(fā)芽率達到最大為48%，顯著高于對照(P<0.05)。ETH濃度為300 μL·L-1和400 μL·L-1(低濃度)時，與對照相比，發(fā)芽率小幅增高，但差異不顯著。600 μL·L-1ETH浸種對種子發(fā)芽率產生了嚴重抑制作用，種子發(fā)芽率顯著低于對照(P<0.05)。

由圖2C可知，隨著ETH浸種濃度及處理時間的增加，種子發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)先增高后降低的趨勢。300 μL·L-1ETH浸種24 h發(fā)芽指數(shù)達到最大為1.69，但與對照相比無顯著差異。500 μL·L-1ETH浸種36 h與600 μL·L-1(高濃度)ETH浸種均顯著降低種子發(fā)芽指數(shù)(P<0.05)。

由圖2D可知，高濃度與低濃度ETH對賴草種子活力指數(shù)影響不同。400 μL·L-1ETH浸種12 h后種子活力指數(shù)達到最大，之后隨著ETH濃度及處理時間的增加，種子活力指數(shù)逐漸降低。與對照相比，500 mL·L-1ETH浸種12 h，36 h和600 μL·L-1ETH浸種處理后活力指數(shù)顯著降低(P<0.05)。

2.3 IAA對賴草種子發(fā)芽指標的影響

由圖3A可知，不同IAA浸種濃度及處理時間對種子發(fā)芽勢多數(shù)表現(xiàn)為促進作用，少數(shù)情況下作用不明顯。20 mg·L-1IAA浸種12 h后種子發(fā)芽勢最高為33%，顯著高于對照處理(P<0.05)。

圖3 IAA浸種濃度及處理時間對賴草發(fā)芽指標的影響Fig.3 Effect of IAA concentrations and treatment time on seed germination of Leymus secalinus

由圖3B可知，與對照相比，不同IAA浸種濃度及處理時間后，種子發(fā)芽率均有所升高，50 mg·L-1IAA浸種12 h和36 h后發(fā)芽率較高且顯著高于對照(P<0.05)分別達到49%和51%，IAA濃度及浸種時間的增加對種子發(fā)芽率作用不顯著。

由圖3C可知，與對照相比，20 mg·L-1IAA與30 mg·L-1IAA浸種12 h，24 h，40 mg·L-1IAA浸種12 h，36 h與50 mg·L-1IAA浸種36 h，60 mg·L-1IAA浸種36 h種子發(fā)芽指數(shù)均都顯著提高(P<0.05)，其他IAA濃度及浸種處理時間下賴草發(fā)芽指數(shù)差異不顯著。

由圖3D可知，與對照相比，不同IAA浸種濃度及處理時間后，種子活力指數(shù)均有所提高，種子活力指數(shù)多數(shù)表現(xiàn)為顯著升高，少數(shù)無顯著差異。20 mg·L-1IAA浸種24 h后種子活力指數(shù)達到最大為25.16，顯著高于對照處理(P<0.05)。

2.4 SA,ETH,IAA浸種濃度及時間對賴草種子發(fā)芽指標的影響

由表1可知，除SA浸種時間對賴草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)作用不顯著，SA浸種濃度、時間及其交互作用對于賴草種子發(fā)芽指標均有顯著影響(P<0.05)。ETH浸種濃度對賴草種子發(fā)芽指標作用顯著(P<0.05)，浸種時間對賴草種子發(fā)芽勢與活力指數(shù)作用顯著(P<0.05)，浸種濃度及時間的交互作用對賴草發(fā)芽指標作用不顯著。IAA浸種濃度對賴草發(fā)芽指標作用顯著(P<0.05)，而浸種時間對其則沒有產生顯著影響。IAA濃度及時間交互作用下，除對其發(fā)芽率作用不顯著，對賴草種子其他發(fā)芽指標作用顯著(P<0.05)。

表1 SA,ETH,IAA浸種濃度及處理時間對賴草種子發(fā)芽指標的雙因素分析Table 1 Analysis of the effect of SA,ETH,IAA concentrations and treatment time on seed germination of Leymus secalinus

3 討論

3.1 SA對破除賴草種子休眠的影響

SA是農作物體內普遍存在的一種小分子酚類化合物，對于破除種子休眠具有很大的作用[29]，適宜濃度的SA浸種可以縮短蠶豆發(fā)芽時間，提高發(fā)芽指數(shù)[30]。0.05 mmol·L-1SA浸種36 h后賴草種子發(fā)芽勢達到最大為28%，0.13 mmol·L-1，0.17 mmol·L-1(高濃度)SA浸種12 h后發(fā)芽勢明顯出現(xiàn)抑制作用，這與馬麗[28]、朱利君[31]、王英[32]等研究結果一致。0.05 mmol·L-1SA浸種處理12 h后賴草發(fā)芽率達到最大為64%，均高于IAA，ETH浸種處理。SA對賴草種子的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)影響相似，分別在0.05 mmol·L-1，0.01 mmol·L-1(低濃度)SA浸種12 h后達到最大，隨著浸種濃度及時間的增加，發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均出現(xiàn)抑制現(xiàn)象。閆艷華[16]指出低濃度SA下促進燕麥種子萌發(fā)，高濃度下抑制燕麥種子萌發(fā)，SA濃度在0.05 mmol·L-1浸種24 h時燕麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高。低濃度下SA能提高植物的發(fā)芽勢、發(fā)芽率，高濃度則會出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，可能是由于高濃度的SA破壞了種子內部的生理代謝過程，致使種子活性不但未能大幅度地增加，反而有所下降[33]。因此，0.05 mmol·L-1SA浸種處理12 h后可有效打破賴草種子休眠，且與ETH，IAA浸種處理相比效果更佳。

3.2 ETH對破除賴草種子休眠的影響

ETH是外源植物生長調節(jié)劑的一種，具有打破種子休眠、調節(jié)植物生長發(fā)育、增強抗逆性和提高果實品質等作用[34]。ABA等抑制物的存在，很大程度限制了賴草種子萌發(fā)[9]。研究表明ETH浸種能夠促進美女櫻(VerbenahybridaVoss)種子的萌發(fā)[35-36]、增加甘蔗(Saccharumofficinarum)花芽切片的出苗率、幼苗莖干重與根干重[37]。與對照相比，200 μL·L-1ETH浸種24 h后賴草種子發(fā)芽勢顯著增高，200 μL·L-1ETH浸種12 h后賴草種子發(fā)芽率達到最高，這可能由于ETH初始濃度設置過高導致。300 μL·L-1ETH浸種24 h與400 μL·L-1ETH浸種12 h賴草發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)分別達到最大，500 μL·L-1，600 μL·L-1(高濃度)ETH對賴草發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均存在抑制作用。蘇黎等[22]指出多年生黑麥草在0.02%與0.05%的ETH浸種處理之間有差異顯著，低濃度ETH對黑麥草出苗有顯著的促進作用，較高濃度的ETH浸種則不利于多年生黑麥草的出苗。閆秋潔等[20]指出100～800 mg·L-1的ETH都能提高PEG6000脅迫下玉米種子的發(fā)芽率和幼苗長度。田文杰[19]指出在125 mg·L-1和250 mg·L-1ETH濃度下均可提高‘農禾518’種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標，高濃度則出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，這與本試驗研究效果一致。因此，200 μL·L-1ETH浸種12 h后可有效打破賴草種子休眠，但最佳ETH濃度及處理時間有待進一步研究。

3.3 IAA對破除賴草種子休眠的影響

IAA作為一種促進植物生長的外源激素，可以誘導和促進植物細胞分化，尤其是促進植物維管組織的分化，還可以促進植物同化物的運輸和種子萌發(fā)[38-39]。鄭艷冰[27]指出玉米種子在IAA浸種濃度30 mg·L-1時發(fā)芽率達到最大，同時指出高濃度IAA對種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)會產生抑制作用。與對照相比，50 mg·L-1IAA浸種36 h后，均能顯著提高賴草種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，說明IAA可以促進種子萌發(fā)，從而提高賴草種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率等[40]。不同濃度的IAA及浸種時間沒有對賴草種子發(fā)芽指標產生抑制作用，這與鄭艷冰[27]研究高濃度IAA對玉米種子發(fā)芽指標產生抑制作用有所不同，可能是由于不同的處理時間或不同種子對于IAA濃度反應不同。史靜[12]表明20 mg·L-1IAA處理賴草種子(收獲4年)后發(fā)芽較為理想為78%，與本試驗相比發(fā)芽率較高，說明貯藏時間也能影響賴草種子發(fā)芽[9]。楊義波等[25]指出20 mg·L-1IAA浸種30 h后，能顯著提高繡線菊種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等，吳麗芳等[40]表明用20 mg·L-1的IAA處理白三葉可顯著提高其發(fā)芽勢、發(fā)芽率等，說明IAA浸種可有效打破種子休眠。本試驗研究表明50 mg·L-1IAA浸種36 h后可有效打破賴草種子休眠，提高發(fā)芽指標。

種子休眠與萌發(fā)受到內在多種激素的共同調控[9]，添加適宜的外源生長調節(jié)物質能快速改變種子內的激素水平，誘導淀粉酶、蛋白酶和其他水解酶的合成，催化種子內儲藏物質的降解，以供胚的生長發(fā)育所需[41]，從而打破種子休眠。本試驗選用SA，ETH，IAA物質均有效打破賴草種子休眠，而其共同作用的效果有待進一步研究。

4 結論

本試驗研究發(fā)現(xiàn)3種物質SA，ETH和IAA均能有效破除賴草種子休眠。使用濃度為0.05 mmol·L-1SA浸種處理12 h能顯著促進賴草種子發(fā)芽且效果最佳，發(fā)芽率可達到64%，其次為IAA，ETH浸種處理。過高濃度的SA，ETH處理反而會降低賴草種子發(fā)芽指標，IAA處理則沒有出現(xiàn)抑制情況。