李欣勇， 黃 迎， 張靜文

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所， 海南 儋州 571737；2.熱帶島嶼生態(tài)學(xué)教育部重點實驗室，海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 海南 ?？?571158)

莎草科(Cyperaceae)莎草屬(CyperusLinn.)植物約有600種，廣泛分布于各大洲，尤以熱帶和亞熱帶地區(qū)種類較多。我國有62種，大多數(shù)分布于華南、華東、西南各省區(qū)，少數(shù)分布至東北、西北和華北地區(qū)；海南有23種、2變種和1亞種。莎草屬植物多生長在潮濕處或沼澤地，部分為飼用資源，如油莎草(C.esculentusL.)；部分為優(yōu)良的造紙資源，如紙莎草(C.papyrusL.)；部分可供藥用，如香附子(C.rotundusL.)；部分植物根、莖、葉的通氣組織十分發(fā)達，具有固土保水，凈化水體的作用，如闊穗莎草(C.procerusRottb.)，刺鱗莎草(C.babakanSteud.)，毛軸莎草(C.pilosusVahl)等[1]。但由于莎草屬種子普遍具有休眠，萌發(fā)率低，嚴重制約了這一重要資源的開發(fā)利用。

風(fēng)車草(C.alternifoliusL.)為多年生草本，原產(chǎn)于非洲，廣泛分布于森林、草原地區(qū)的大湖、河流邊緣的沼澤中，在我國南北各地均有栽培。其植株茂密，叢生，莖稈粗壯，葉傘狀，適應(yīng)性強，對土壤要求不嚴格[1]，不僅可作為園林水體造景常用的觀葉植物，還可種植在濕地中來凈化水體，應(yīng)用前景廣闊。目前對風(fēng)車草的研究主要集中在濕地群落構(gòu)建[2-3]，凈化水體[4-6]，修復(fù)土壤重金屬污染[7]等環(huán)境工程方面，對于其萌發(fā)條件只有簡單的研究[8]，并未對其休眠類型及萌發(fā)進行系統(tǒng)分類研究。風(fēng)車草主要通過種子進行傳播，種子萌發(fā)通常是植物生活史最為脆弱的階段，容易受外界環(huán)境因子如光照、溫度、水分等的影響?；诖耍狙芯恳燥L(fēng)車草種子為材料，探討溫度、光照、水分、層積、植物生長調(diào)節(jié)劑、人工老化處理對種子休眠及萌發(fā)的影響，深入了解風(fēng)車草種子的休眠類型及其萌發(fā)特性，從而為風(fēng)車草種子學(xué)研究提供參考，也為其開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用材料風(fēng)車草種子由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所種質(zhì)資源庫提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1種子吸水率

取500粒種子，稱重后置于三角瓶中，加蒸餾水100 mL，置于20 ℃恒溫箱中，第2、4、8、24、36、48 h分別取出種子，用濾紙吸干種子表面水分稱重，記錄各次稱量數(shù)據(jù)，最后計算種子吸水率。重復(fù)3次，計算平均值。

1.2.2種子萌發(fā)試驗

萌發(fā)試驗采用紙上萌發(fā)法，種子用0.1% HgCl2溶液浸泡消毒10 min，再用蒸餾水沖洗3次，用濾紙吸干種子表面水分，在12 cm×12 cm方形培養(yǎng)皿中放置2層用蒸餾水潤濕的濾紙作為萌發(fā)床，將種子放在萌發(fā)床上，培養(yǎng)皿加蓋放置在培養(yǎng)箱里，在試驗期間保持濾紙濕潤。每天變換一下培養(yǎng)皿在培養(yǎng)箱中的位置，確保所有種子暴露于同樣環(huán)境，每天記錄萌發(fā)數(shù)(以胚根突出種皮1 mm視為萌發(fā))，計算各種子的萌發(fā)率、萌發(fā)時滯天數(shù)及萌發(fā)指數(shù)。

1.2.3溫度與光照處理

溫度設(shè)置11個處理，6個恒溫(10、15、20、25、30、35 ℃)，5個變溫(15 ℃/25 ℃，15 ℃/30 ℃，20 ℃/30 ℃，20 ℃/35 ℃，25 ℃/35 ℃)；其中變溫為高溫16 h/低溫8 h。光照設(shè)置2個處理：全光照和全黑暗。黑暗處理是將培養(yǎng)皿用兩層錫紙包裹起來以達到避光的目的，放在與光照相同的條件下。黑暗條件下的萌發(fā)數(shù)不需每天記錄，以防止光照對種子萌發(fā)產(chǎn)生影響。每種處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子，每天統(tǒng)計萌發(fā)個數(shù)，持續(xù)28 d。

1.2.4水分處理

模擬干旱條件設(shè)置0、5%、10%、15%、20%的聚乙二醇(PEG-6000)水溶液，分別用10 mL 對應(yīng)溶液代替標(biāo)準萌發(fā)實驗中的蒸餾水，放置在設(shè)有種子最適萌發(fā)溫度的培養(yǎng)箱中，對照為同溫度下的蒸餾水處理。為保持培養(yǎng)皿內(nèi)水勢不變，每2 d更換一次濾紙和溶液，每種處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子，每天統(tǒng)計萌發(fā)個數(shù)，持續(xù)28 d。

1.2.5植物生長調(diào)節(jié)劑處理

采用100 μmol·L-1的赤霉素(GA3)、50 μmol·L-1的氟啶酮(FL)和1 μmol·L-1、10 μmol·L-1、100 μmol·L-1的褪黑素(MLT)5個處理，每處理加10 mL的生長調(diào)節(jié)劑。溫度設(shè)置為萌發(fā)不好的溫度，為保持激素濃度不變，每2 d更換一次濾紙和溶液，對照為蒸餾水處理，每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子，每天統(tǒng)計萌發(fā)個數(shù)，持續(xù)28 d。

1.2.6低溫層積處理

隨機取足夠量的種子置于培養(yǎng)皿中，加入適量的水，用封口膜密封，于4 ℃冰箱分別層積2、4、6個月。每隔5 d翻動檢查一次，保持種子濕潤。室溫下干燥貯藏未經(jīng)層積處理的種子為對照，置于25 ℃光照條件下進行萌發(fā)實驗，以上處理均設(shè)置4個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子，每天統(tǒng)計萌發(fā)個數(shù)，持續(xù)28 d。

1.2.7人工老化處理

取帶蓋的盒子，在盒子里加入適量的水，盒子口部用紗布罩住，將足夠量的種子裝入紗網(wǎng)袋中，置于紗布上，蓋上蓋子，以保證盒子內(nèi)的相對濕度為100%，放入45 ℃的老化箱中。將種子在老化箱中分別放置24、36、48、60、72、84、96 h，每12 h取一次種子進行標(biāo)準萌發(fā)試驗，直至萌發(fā)率顯著降低，步驟同1.2.2，若96 h后的萌發(fā)率還是很高可放在老化箱中繼續(xù)老化，每24 h取一次種子進行標(biāo)準萌發(fā)試驗，直至萌發(fā)率顯著降低。

1.2.8測定指標(biāo)與數(shù)據(jù)處理

吸水率(%)=[(浸種后種子重量—浸種前種子重量)/浸種前種子重量]×100%；

萌發(fā)率(%)=(試驗結(jié)束時已萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

萌發(fā)速率(%)=( 1/T50)×100%，式中：T50為種子發(fā)芽率達到最終發(fā)芽率50%所需的時間。

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均采用SPSS 19.0軟件進行，多重比較采用Duncan法，Excel 2013軟件作圖，所有數(shù)值均以平均值±標(biāo)準誤差 (Mean±SE)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子吸水率

風(fēng)車草種子吸水率隨吸水時間的增加，呈先快速增加后緩慢增加的趨勢(圖1)。浸種時間在8 h之內(nèi)時，吸水率呈快速增加趨勢，8 h的吸水率為12.2%；浸種時間從8 h增加到36 h時，吸水率呈緩慢增加趨勢，最終吸水率為15.6%。

2.2 光照、溫度對風(fēng)車草種子萌發(fā)的影響

風(fēng)車草在光照條件下除10 ℃時沒有萌發(fā)外，其余溫度下均有萌發(fā)，恒溫條件下25 ℃的萌發(fā)率為70%，顯著高于其它溫度的萌發(fā)率(p<0.05)；而在變溫條件下萌發(fā)率顯著上升，除20 ℃/30 ℃外的其他4個變溫的萌發(fā)率差異不顯著(p>0.05)，均在85%以上，顯著高于恒溫條件下的萌發(fā)率(p<0.05)。黑暗條件下，風(fēng)車草只在15 ℃/25 ℃、15 ℃/30 ℃和20 ℃/30 ℃時萌發(fā)，且萌發(fā)率均低于20%，顯著低于光照條件下的萌發(fā)率(p<0.05)，說明風(fēng)車草是萌發(fā)喜光性植物，其種子萌發(fā)需要光照條件(圖2)。光照條件下，隨著溫度的上升，風(fēng)車草的萌發(fā)速率呈增加趨勢，35 ℃、20 ℃/35 ℃和25 ℃/35 ℃間的萌發(fā)速率差異不顯著，顯著高于其它溫度時的萌發(fā)速率(p<0.05)(圖2)。綜上所述，風(fēng)車草的最佳萌發(fā)溫度為光照條件下的20 ℃/35 ℃或25 ℃/35 ℃。

2.3 不同植物生長調(diào)節(jié)劑對風(fēng)車草種子萌發(fā)的影響

植物生長調(diào)節(jié)劑試驗在15 ℃(由2.2結(jié)果得出萌發(fā)不好溫度)下進行，結(jié)果表明，植物生長調(diào)節(jié)劑可顯著提高風(fēng)車草種子的萌發(fā)率(p<0.05)。GA3、FL和MLT處理均可將風(fēng)車草種子萌發(fā)率提高到80%以上，顯著高于對照(圖3)。

2.4 水分脅迫對風(fēng)車草種子萌發(fā)的影響

水分脅迫試驗是在種子適宜的萌發(fā)溫度條件下進行的，由2.2的結(jié)果得出，風(fēng)車草在20 ℃/35 ℃下進行水分處理試驗。結(jié)果表明，隨PEG濃度增加，風(fēng)車草種子萌發(fā)率呈下降趨勢，10% PEG脅迫后的萌發(fā)率已顯著低于對照(p<0.05)，20% PEG脅迫后的萌發(fā)率為64%，顯著低于其它處理(p<0.05)(圖4)。

2.5 低溫層積對風(fēng)車草植物種子萌發(fā)的影響

低溫層積可顯著提高風(fēng)車草種子萌發(fā)率，對照種子萌發(fā)率僅為30%，層積2個月后的種子萌發(fā)率達到78%，顯著高于對照(p<0.05)。層積4個月與層積2個月的種子萌發(fā)率差異不顯著(p>0.05)，顯著高于層積6個月的種子萌發(fā)率(p<0.05)(圖5)。

2.6 人工老化對風(fēng)車草植物種子萌發(fā)的影響

隨著老化時間的延長，風(fēng)車草的種子萌發(fā)率呈下降趨勢，老化24 h后其萌發(fā)率便顯著低于對照(p<0.05)，老化24～168 h時，風(fēng)車草種子萌發(fā)率下降緩慢，均在60%以上；老化時間超過168 h后，風(fēng)車草種子萌發(fā)率顯著下降，老化192 h后其萌發(fā)率僅為25%，顯著低于老化168 h時的萌發(fā)率(p<0.05)(圖6)。

3 討 論

3.1 風(fēng)車草種子的休眠類型

Baskin等[9]將種子休眠分為物理休眠、生理休眠、形態(tài)休眠、形態(tài)生理休眠與復(fù)合休眠5種類型。本研究表明，風(fēng)車草種子可以吸收一定水分，表明水分不是限制風(fēng)車草種子萌發(fā)的主要因素，即風(fēng)車草種子不存在物理休眠。另外，在風(fēng)車草種子萌發(fā)過程中，胚在種子內(nèi)部無明顯生長，表明胚未在萌發(fā)期間進一步發(fā)育或分化，即風(fēng)車草種子不存在形態(tài)休眠。綜上認為，風(fēng)車草種子具有生理休眠。生理休眠又分為淺度、中度和深度休眠[10]，本研究中，通過變溫、生長調(diào)節(jié)劑和低溫層積2個月均可顯著提高風(fēng)車草種子萌發(fā)率，說明風(fēng)車草屬于淺度生理休眠。

3.2 休眠破除

種子萌發(fā)是經(jīng)多種酶催化后發(fā)生一系列物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量傳遞[11]，而與酶的活性息息相關(guān)的就是溫度，溫度過高和過低都會影響酶的活性，對種子萌發(fā)不利[12]。且大多數(shù)種子的休眠在變溫條件下會更容易解除，有的甚至只在變溫下萌發(fā)[13]。變溫可加快酶的催化作用，促進貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，其次變溫利于種殼軟化，使種胚利于突破種皮，促進萌發(fā)。如變溫可加快條葉百合種子(Liliumcallosum)的萌發(fā)[14]；顏紅波[15]對22種禾本科種子研究發(fā)現(xiàn)，恒溫和變溫條件下的萌發(fā)率有顯著差異，恒溫下的萌發(fā)率顯著低于變溫。本研究也表明，變溫更有利于打破風(fēng)車草種子的休眠，萌發(fā)率顯著高于恒溫條件下的萌發(fā)率，風(fēng)車草的最適萌發(fā)溫度為20 ℃/35 ℃或25 ℃/35 ℃。

赤霉素(GA3)能取代一些種子對低溫后熟的需求，通常可解除種子的淺度生理休眠[16]；靳祖石等[17]發(fā)現(xiàn)，150 mg·L-1赤霉素溶液浸泡薄葉雞蛋參(Codonopsisconvolvulacea)種子12 h后可顯著提高種子萌發(fā)。氟啶酮(FL)是一種脫落酸抑制劑，可破除因存在脫落酸而抑制種子萌發(fā)產(chǎn)生的休眠，一方面可以阻礙脫落酸合成，使其含量降低，另一方面脫落酸的減少間接促進赤霉素的合成，促進種胚突破種皮[18]，如東北紅豆杉(Taxuscuspidata)種子萌發(fā)中期施加氟啶酮可顯著降低種子內(nèi)源脫落酸的含量，促進種子萌發(fā)[19]。褪黑素(MLT)對水分和脂類有較強的親和力，易于穿透種皮和細胞膜，進入種子細胞內(nèi)部，不僅能減輕外部不良環(huán)境引起的氧化傷害，還能增強保護性酶活，從而提高種子的活力和萌發(fā)率，如褪黑素能提高黃瓜(Cucumissativus)對低溫與干旱的抗性[20-21]，促進NaCl脅迫下狼尾草(Pennisetumalopecuroides)的萌發(fā)勢和萌發(fā)率[22]。本研究表明，赤霉素、氟啶酮和褪黑素均可破除風(fēng)車草種子在低溫下的休眠，顯著提高其萌發(fā)率，這可能是因為赤霉素是解除風(fēng)車草種子休眠的主要因素，外源添加赤霉素可直接提高其種子內(nèi)部赤霉素含量，促進種子萌發(fā)；而外源添加氟啶酮則是阻礙了其種子內(nèi)脫落酸的合成，間接提高了其赤霉素含量，從而促進了種子萌發(fā)；褪黑素可提高風(fēng)車草種胚的生長能力，增強種子保護性酶活，從而解除了風(fēng)車草種子在低溫下的休眠。

低溫層積可軟化種殼，在層積過程中使種子內(nèi)部的生理指標(biāo)發(fā)生變化，使生理不成熟種子變成生理成熟狀態(tài)，進入待萌發(fā)狀態(tài)[18]。低溫層積可打破很多莎草科植物種子的生理休眠，如矮苔草(Carexhumilis)、披針葉苔草(C.lanceolata)、嵩草(Kobresiamyosuroides)、苔草(Carexduriuscula)等[18,23]。本研究也表明，低溫層積可顯著提高風(fēng)車草種子的萌發(fā)率，僅層積2個月便可解除休眠，提高萌發(fā)率達78%。然而本研究發(fā)現(xiàn)，低溫層積6個月后，風(fēng)車草種子的萌發(fā)率有一定下降，這可能是由于風(fēng)車草屬于淺度生理休眠，長時間的低溫會誘導(dǎo)其進入二次休眠，從而降低種子萌發(fā)率，這與王彥榮等[24]對駱駝蒿(Peganumnigellastrum)種子的研究結(jié)果一致。

3.3 光照、水分脅迫和人工老化對風(fēng)車草種子萌發(fā)的影響

光照對種子萌發(fā)的影響由多個因素共同決定[25]，對于有些種子，光照是萌發(fā)的必要環(huán)境因子，光照可促進種子萌發(fā)，如光照可顯著促進有斑百合(L.concolorSalisb. var.pulchellum)、川百合(L.davidiiDuchartre)和毛百合(Liliumdauricum)的萌發(fā)[14]；對某些植物種子的萌發(fā)沒有顯著影響，如梭梭(Haloxylonammodendron)種子無論有沒有光照都會萌發(fā)，萌發(fā)率不存在顯著性差異[26]；有的甚至具有一定的抑制作用，如檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)在光照條件下的萌發(fā)率和萌發(fā)速率顯著低于黑暗條件下的萌發(fā)率和萌發(fā)速率[25]。本研究結(jié)果表明，風(fēng)車草在黑暗條件下只在15 ℃/25 ℃、15 ℃/30 ℃和20 ℃/30 ℃時萌發(fā)，且萌發(fā)率顯著低于光照條件下的萌發(fā)率，說明風(fēng)車草屬于萌發(fā)喜光性植物，播種時適宜淺播。

水分是一切生命活動所必需的，也是種子萌發(fā)的基礎(chǔ)，種子必須在充足水分條件下才能吸脹萌發(fā)[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)車草在10% PEG脅迫后的種子萌發(fā)率已顯著低于對照，說明風(fēng)車草在種子萌發(fā)期的抗旱性較弱，這可能是由于風(fēng)車草多生長于河流邊緣的沼澤或濕地等水分充足的環(huán)境中，長期的生存環(huán)境導(dǎo)致其種子萌發(fā)時需要保證充足的水分。

一般來說，種子活力最大的時候也就是種子生理成熟的時候，之后活力不斷下降，直至種子死亡，這種隨貯藏時間的增加而發(fā)生的不可逆的過程稱為種子老化[27]；種子活力的高低又代表著種子經(jīng)長時間儲藏后的耐儲藏性[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)車草在老化24 h后其萌發(fā)率便顯著下降，老化192 h后萌發(fā)率僅為25%，表明風(fēng)車草種子的抗老化能力較弱，也預(yù)示其可能屬于短暫土壤種子庫，其種子活力在土壤種子庫中具體能持續(xù)多久，還需進一步研究。

4 結(jié) 論

1) 風(fēng)車草種子具有淺度生理休眠。

2) 變溫、赤霉素、氟啶酮、褪黑素和低溫層積處理均可有效破除其種子休眠。

3) 風(fēng)車草種子最適萌發(fā)溫度為20 ℃/35 ℃或25 ℃/35 ℃，風(fēng)車草為萌發(fā)喜光性植物，適宜淺播。

4) 風(fēng)車草種子萌發(fā)期的抗旱性和種子抗老化能力較弱，播種時需保證充足的水分。