王 娜, 張中華, 寧蓉春, 周華坤, 徐文華

(1.中國科學院西北高原生物研究所, 青海省寒區(qū)恢復生態(tài)學重點實驗室, 西寧 810008;2.中國科學院大學, 北京 100049)

莎草科是青藏高原地區(qū)的優(yōu)勢科,分布廣、數(shù)量多,部分種類是高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的建群種,也是天然草地資源中飼用價值較高、家畜喜食、耐牧性極強的一類優(yōu)良牧草,其良好生長對維持青藏高原的生態(tài)平衡具有重要作用。而且莎草科多數(shù)植物具有適應性強、返青早、生長期長、根莖發(fā)達、耐踐踏的優(yōu)良特性,對于開發(fā)理想的草坪草種具有重要的潛在價值[1]。

高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱,對人類干擾和氣候變化極其敏感。這一特殊環(huán)境下的群落演替、植被恢復已成為生態(tài)學的研究重點。植物的繁殖更新擴散是群落演替、植被恢復過程中非常關鍵的一步,種子植物是地球上綠色植物群落的主體,而種子是種子植物的重要延存器官,種子活力的保持和成功萌發(fā)決定著整個植物種群的繁衍和生存,對其產(chǎn)量有著直接的影響,可能改變自然生態(tài)系統(tǒng)的演替方向和人類農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)實踐方式。因此,探索種子的萌發(fā)過程和機制具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟意義[2]。

種子萌發(fā)是一個受基因遺傳和外界環(huán)境因素調(diào)控的復雜生理過程。從干種子吸水開始,直到胚根突出種子覆蓋層結束,此過程中水、空氣、溫度和光都是必需的。種子休眠是植物在長期進化過程中形成的一種抵抗不良環(huán)境的特性[3],是種子萌發(fā)的最大阻礙。種子休眠的原因大致可以分為兩種,一種是由內(nèi)源因素(胚本身的因素)引起的,如胚形態(tài)發(fā)育不完全、生理上未成熟、存在抑制萌發(fā)的物質(zhì)或缺少萌發(fā)必須的激素等[4],可通過變溫處理、激素處理、低溫層積處理等解除休眠[5];另一種是由外源因素(種殼的限制)引起的,如種殼的不透氣不透水性、種殼機械阻礙及種殼中存在的萌發(fā)抑制物等,可通過機械處理、化學藥劑處理、溫度處理等來解除休眠[6]。人為打破種子休眠是種子培育中的一個重要環(huán)節(jié)[7]。目前打破種子休眠的外界因素包括外源脫落酸、赤霉素、乙烯等植物生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控及溫度、光照等環(huán)境條件[8]。其中植物生長調(diào)節(jié)劑是一種人工合成或篩選的具有類似植物激素化學結構和生理活性的物質(zhì)[9]。采用植物生長調(diào)節(jié)劑浸種是提高種子萌發(fā)率、培育壯苗的一種簡單易行的有效方法。植物生長調(diào)節(jié)劑浸種,可促使休眠種子中存在的抑制萌發(fā)物質(zhì)(如脫落酸)鈍化或失效、改變種子的新陳代謝及提高種子部分酶活性[10-11]。植物生長調(diào)節(jié)劑浸種,有利于種子的吸水萌發(fā),從而促進種子胚的發(fā)育和種子發(fā)芽,調(diào)控種子的萌發(fā)[11]。目前已有較多關于植物生長調(diào)節(jié)劑浸種處理對植物種子萌發(fā)和生長發(fā)育有促進作用的研究且都取得了良好效果[8,13-18]。

目前對莎草科植物種子的萌發(fā)技術研究存在較大的不足,而關于赤霉素(GA3)、乙烯利(ETH)、玉米素(ZT)、褪黑素(MLT)、氟啶酮(FL)等植物生長調(diào)節(jié)劑浸種處理以及植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積處理對莎草科植物種子萌發(fā)的影響也鮮有報道。因此,本研究以莎草科四種植物種子為材料,采用植物生長調(diào)節(jié)劑以及植物生長調(diào)節(jié)劑與冷層積相結合的方法處理莎草科植物種子,研究不同生長調(diào)節(jié)劑對莎草科植物種子休眠的影響。旨在找出解除莎草科植物種子休眠的最佳方法,以期為開發(fā)莎草科部分種質(zhì)資源及青藏高原退化高寒草地的植被恢復開發(fā)適宜生態(tài)草種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試草種青藏薹草(Carexmoorcroftii) (以下簡稱QZ)、帕米爾薹草(Carexpamirensis) (以下簡稱PME)、華扁穗草(Blysmussinocompressus) (以下簡稱HB)、紅棕薹草(CarexprzewalskiiEqorova) (以下簡稱HZ)的種子采集于青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站(青海省海北藏族自治州門源回族自治縣境內(nèi))。采集時間為2021年8—9月,種子置于干燥的室溫環(huán)境中,定期翻晾以保持適宜溫度。

基于前期的種子試驗,本研究所用試劑為赤霉素(HPLC,>96%)、褪黑素(AR,98%)、氟啶酮(FL,≥97%)、乙烯利(HPLC,>90%)、玉米素(UP)、戊二醛固定液(4%)、磷酸緩沖液(0.2 M,pH值為3.5)、丙酮(AR,99.5%)、乙酸異戊酯(AR,99%,2.5 L),試劑均購于麥克林試劑網(wǎng)。

1.2 方 法

1.2.1種子萌發(fā)試驗

萌發(fā)試驗開始于2022年3月,選取直徑為9 cm的圓形玻璃培養(yǎng)皿,培養(yǎng)皿底部放置2層用無菌蒸餾水潤濕的濾紙作為發(fā)芽床,將經(jīng)過不同處理的種子輕放于發(fā)芽床上,每個處理設置3個重復(3個培養(yǎng)皿,每個培養(yǎng)皿50粒種子)。加蓋后放置在培養(yǎng)箱里,培養(yǎng)條件設置為變溫15 ℃/25 ℃,黑暗12 h/光照12 h。試驗期間保持濾紙濕潤,每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)。以露白為種子發(fā)芽的標準。計算各種子的發(fā)芽率、萌發(fā)時滯天數(shù)。

萌發(fā)時滯:指從發(fā)芽試驗開始到第1粒種子萌發(fā)所用時間;

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

1.2.2模擬自然條件下種子萌發(fā)的處理

根據(jù)種子采集地的氣溫模擬自然條件下種子的萌發(fā)條件,設置對照組(ck)種子萌發(fā)培養(yǎng)的條件為:變溫15 ℃/25 ℃,黑暗12 h/光照12 h,黑暗條件下溫度設置為15 ℃,光照條件下的溫度設置為25 ℃。

1.2.3植物生長調(diào)節(jié)劑浸種處理對種子萌發(fā)的影響

植物生長調(diào)節(jié)劑處理采用 100 μmol/L的GA3[15,19-21]分別浸種12 h、48 h、72 h;60 μmol/L的FL[20,22]分別浸種30 min、1 h、3 h;100 μmol/L[22-23]的MLT分別浸種6 h、36 h、72 h;100 μmol/L的ETH[24]分別浸種6 h、36 h、72 h;4 mg/L的ZT[25]分別浸種24 h、48 h、72 h。植物生長調(diào)節(jié)劑濃度選擇的依據(jù)是歷年莎草科或其他單子葉植物種子萌發(fā)研究中選擇較多、較適宜的濃度。

上述經(jīng)植物生長調(diào)節(jié)劑處理后的種子都用無菌蒸餾水反復沖洗后,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。溫度設置變溫15 ℃/25 ℃,光照為12 h/12 h(黑暗/光照),白天光照定期更換濾紙,及時處理發(fā)霉的種子。對照為同溫度下不經(jīng)任何處理的種子,每個處理3個重復,每個重復50粒種子,每天統(tǒng)計萌發(fā)個數(shù),持續(xù)30 d。

1.2.4植物生長調(diào)節(jié)劑浸種+冷層積復合處理對種子萌發(fā)的影響

上述經(jīng)植物生長調(diào)節(jié)劑100 μmol/L的GA3浸種12 h、60 μmol/L的FL浸種30 min、100 μmol/L的MLT浸種6 h、100 μmol/L的ETH浸種6 h、4 mg/L的ZT浸種24 h處理后的種子用無菌蒸餾水反復沖洗后,置于4 ℃ 冰箱中層積1個月,每隔5 d翻動檢查一次,沖洗一次,保持種子濕潤,然后放置于與植物生長調(diào)節(jié)劑處理相同的條件下進行萌發(fā)培養(yǎng)。

選擇上述植物生長調(diào)節(jié)劑浸種時間最短的處理再加冷層積處理,考察植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積復合處理對種子萌發(fā)的影響。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)在R語言(Version 4.1.1,R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)統(tǒng)計軟件中進行分析。分析前對所有數(shù)據(jù)均進行正態(tài)分布Shapiro-Wilk檢驗和levene方差齊性檢驗, 對非正態(tài)分布或方差不齊的數(shù)據(jù)進行反正弦平方根轉換;若轉換后仍不能通過正態(tài)檢驗,則對數(shù)據(jù)進行kruskal非參數(shù)檢驗和Behrens-Fisher事后多重比較;若符合正態(tài)分布則對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One way ANOVA),以Tukey’s HSD法檢驗處理間的差異顯著性(α=0.05)。用R語言rcorr函數(shù)分析萌發(fā)率和萌發(fā)時滯之間的spearman相關系數(shù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)以平均值±標準誤差(mean±SE)表示。采用Origin軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 五種植物生長調(diào)節(jié)劑處理對不同種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響

通過分析植物生長調(diào)節(jié)劑對四種種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯影響的顯著性(表1、表2),發(fā)現(xiàn)本實驗的處理僅對HB、HZ、PME種子的萌發(fā)率產(chǎn)生了顯著影響(p<0.05);對萌發(fā)時滯而言,僅HZ、PME種子對植物生長調(diào)節(jié)劑具有顯著的響應(p<0.05)。對萌發(fā)率和萌發(fā)時滯兩者的相關性進行分析,發(fā)現(xiàn)四種種子萌發(fā)率與萌發(fā)時滯的相關性均為負相關,且沒有達到顯著相關,其中HB種子萌發(fā)率、萌發(fā)時滯的相關性指數(shù)是-0.13;HZ種子萌發(fā)率、萌發(fā)時滯的相關性指數(shù)是-0.43;PME種子萌發(fā)率、萌發(fā)時滯的相關性指數(shù)是-0.29;QZ種子萌發(fā)率、萌發(fā)時滯的相關性指數(shù)是-0.04。

表1 植物生長調(diào)節(jié)劑處理對種子萌發(fā)率的影響Table 1 Effect of plant growth regulator treatment on seed germination rate

表2 植物生長調(diào)節(jié)劑處理對種子萌發(fā)時滯的影響Table 2 Effect of plant growth regulator treatment on seed germination delay

2.2 五種植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對HB種子萌發(fā)的影響

在植物生長調(diào)節(jié)劑GA3處理條件下,HB種子萌發(fā)率最高的處理是G 1+L處理,G 1+L處理下,第5～14天是快速萌發(fā)階段(圖1),G 1+L處理的萌發(fā)率為62.67%,比對照組(52.67%)提高了18.99%,與對照組相比差異不顯著(圖2 A)。G 2和G 2+L處理后HB種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組的萌發(fā)時滯(10 d)提前了5 d (圖2 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑FL處理條件下,HB種子萌發(fā)率最高的處理是F 1+L處理,F 1+L處理下,第3～16天是快速萌發(fā)階段 (圖1),由圖2 A可知,F 1+L處理后HB種子的萌發(fā)率達到了86.00%,比對照組提高了63.28%,差異達顯著水平。F 1+L處理后HB種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了7 d (圖2 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ETH處理條件下,E 1、E 2、E 3和E 1+L處理后HB種子的萌發(fā)率均顯著低于對照組的萌發(fā)率(52.67%)(圖2 A),相對來說E 1+L聯(lián)合處理的萌發(fā)率比E 1、E 2、E 3單獨處理的萌發(fā)率高,E 1+L處理下,第9～15天是快速萌發(fā)階段。E 3處理后HB種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了6 d (圖2 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑MLT處理條件下,萌發(fā)率最高的處理是M 1+L處理,萌發(fā)率為55.33%,比對照組(52.67%)僅提高了5.07% (圖2 A),M 1+L處理下,第7～14天是快速萌發(fā)階段。同時,M 1+L處理后HB種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了5 d (圖2 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ZT處理條件下,Z 1、Z 2、Z 3和Z 1+L處理后HB種子的萌發(fā)率均顯著低于對照組(52.67%)。Z 1+L綜合處理的萌發(fā)率為32.00%,比對照組降低了39.23%,但顯著高于Z 1、Z 2和Z 3單獨處理后的萌發(fā)率 (圖2 A)。Z 1+L處理下,第8～13天是快速萌發(fā)階段。Z 3和Z 1+L處理后HB種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了6 d (圖2 B)。

圖2 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對HB種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響Fig.2 Effects of different plant growth regulators and soaking time on HB seed germination rate and germination delay

注:ck為對照組;G 1為0.4 g/L的GA3溶液浸種12 h;G 2為0.4 g/L的GA3溶液浸種72 h;G 3為0.4 g/L的GA3溶液浸種96 h;E 1為14.45 mg/L的ETH溶液浸種6 h;E 2為14.45 mg/L的ETH溶液浸種36 h;E 3為14.45 mg/L的ETH溶液浸種72 h;Z 1為4 mg/L的ZT溶液浸種24 h;Z 2為4 mg/L的ZT溶液浸種48 h;Z 3為4 mg/L的ZT溶液浸種72 h;M 1為100 μmol/L的MLT溶液浸種6 h;M 2為100 μmol/L的MLT溶液浸種60 h;M 3為100 μmol/L的MLT溶液浸種84 h;F 1為60 μmol/L的FL溶液浸種30 min;F 2為60 μmol/L的FL溶液浸種1 h;F 3為60 μmol/L的FL溶液浸種3 h;G 1+L為0.4 g/L的GA3溶液浸種12 h處理+冷層積處理30 d;E 1+L為14.45 mg/L的ETH溶液浸種6 h處理+冷層積處理30 d;Z 1+L為4 mg/L的ZT溶液浸種24 h處理+冷層積處理30 d;M 1+L為100 μmol/L的MLT溶液浸種6 h處理+冷層積處理30 d;F 1+L為60 μmol/L的FL溶液浸種30 min處理+冷層積處理30 d。下同。圖1 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間下 HB種子的累計萌發(fā)曲線Fig.1 Cumulative germination curve of HB seeds under different plant growth regulators and different soaking time

HB種子在不同的植物生長調(diào)節(jié)劑和浸種時間處理下,萌發(fā)過程不一致。由圖1可知,萌發(fā)速率最快、累計發(fā)芽數(shù)最高的實驗處理是F 1+L,在第4天就有3粒種子萌發(fā),到實驗結束有43粒種子萌發(fā),其次是G 1+L和M 1+L。F 1+L、G 1+L和M 1+L處理后HB種子的萌發(fā)速率和累計發(fā)芽數(shù)均高于對照組。其余處理條件下,HB種子的萌發(fā)速率和最終累計發(fā)芽數(shù)均低于對照組。在統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)期間,前15 d內(nèi),Z 3和E 1+L處理下萌發(fā)速率高于對照組,但最終累計發(fā)芽數(shù)低于對照。由圖2 A可以看出,對于HB種子來說,所有植物生長調(diào)節(jié)劑處理+冷層積處理后的萌發(fā)率均顯著高于僅用植物生長調(diào)節(jié)劑處理后的萌發(fā)率。其中處理F 1+L萌發(fā)率最高,達到86.00%,顯著高于對照組的52.67%。不同植物生長調(diào)節(jié)劑、不同浸種時間及植物生長調(diào)節(jié)劑處理+冷層積處理對HB種子萌發(fā)時滯的影響并沒有顯著差異,其中萌發(fā)時滯天數(shù)最低的處理是F 1+L,為3 d (圖2 B)。

本研究結果表明,用60 μmol/L的FL溶液浸種30 min處理+冷層積處理30 d萌發(fā)率和萌發(fā)速率最高,萌發(fā)率最高為86.00%,且萌發(fā)時滯最短,為3 d。因此,F 1+L處理是打破HB種子休眠的理想方法。

2.3 五種植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對HZ種子萌發(fā)的影響

在植物生長調(diào)節(jié)劑GA3處理條件下,HZ種子萌發(fā)率最高的處理是G 2處理。G 2處理下,第9～19天是快速萌發(fā)階段(圖3)。G 2和G 1+L處理后,HZ種子的萌發(fā)率均顯著高于對照組 (30.67%),G 2處理的萌發(fā)率最高,為51.33%,比ck提高了67.36% (圖4 A)。G 2處理后HZ種子萌發(fā)時滯時間最短,比對照提前了9 d(圖4 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑FL處理條件下,HZ種子萌發(fā)率最高的處理是F 3,F 3處理下,第10～15天是快速萌發(fā)階段(圖3),F 3處理的HZ種子的萌發(fā)率達48.67%,比對照組提高了58.69%,差異顯著(圖4 A)。F 1+L處理后HZ種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了6 d(圖4 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ETH處理條件下,HZ種子萌發(fā)率最高的處理是E 2處理,E 2處理下,第9～16天是快速萌發(fā)階段(圖3),E 2處理HZ種子的萌發(fā)率為45.33%,比對照組提高了47.80%,差異不顯著(圖4 A)。E 3處理后HZ種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了11 d (圖4 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑MLT處理條件下,HZ種子萌發(fā)率最高的處理是M 2處理,M 2處理下,第9～15天是快速萌發(fā)階段(圖3),M 2處理的萌發(fā)率為46.67%,比對照組提高了52.16%,與對照組相比沒有顯著性差異 (圖4 A)。M 3處理后HZ種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了9 d (圖4 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ZT處理條件下,HZ種子萌發(fā)率最高的處理是Z 1+L處理,Z 1+L處理下,第7～13天是快速萌發(fā)階段(圖1)。Z 1+L處理的萌發(fā)率為56.67%,比對照組顯著性提高了84.77%(圖4 A)。Z 1+L處理后萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了8 d(圖4 B)。

圖3 不同種類植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間下HZ種子的累計萌發(fā)曲線Fig.3 Cumulative germination curves of HZ seeds under different plant growth regulators and different soaking time

圖4 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對HZ種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響Fig.4 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on seed germination rate and germination delay of HZ

不同種類植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對于HZ種子萌發(fā)過程的影響并沒有顯著性差異。由圖3可以看出,多數(shù)處理下HZ種子的最早萌發(fā)時間在第6天左右,其中萌發(fā)速率最快、累計發(fā)芽數(shù)最高的實驗處理是Z 1+L,萌發(fā)率最低的是G 1處理,除M 1、E 1和G 1三種處理外的大部分植物生長調(diào)節(jié)劑處理后HZ種子的萌發(fā)速率和累計發(fā)芽數(shù)高于對照組。通過圖4可以看出,不同處理下HZ種子萌發(fā)率差異不大。只有處理G 2、F 3、G 1+L、Z 1+L的萌發(fā)率顯著高于對照組的萌發(fā)率;其中Z 1+L處理下HZ種子萌發(fā)率最高,為56.67%,G 1處理下HZ種子萌發(fā)率最低為10.67%,顯著低于對照組種子的萌發(fā)率。植物生長調(diào)節(jié)劑處理+冷層積處理與單獨的植物生長調(diào)節(jié)劑處理相比并沒有顯著提高HZ種子的萌發(fā)率。萌發(fā)時滯最短是E 3處理,僅3 d,萌發(fā)時滯最長是G 1+L,為20 d。結合萌發(fā)率可以看出,萌發(fā)時滯最短的處理萌發(fā)率并不是最高,萌發(fā)時滯與萌發(fā)率之間沒有明顯的線性關系。

本研究結果表明,提高HZ種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率最好的處理是Z 1+L,即4 mg/L的ZT溶液浸種24 h處理+冷層積處理30 d,萌發(fā)率最高,為56.67%;降低HZ種子萌發(fā)時滯最好的處理是E 3,即14.45 mg/L的ETH溶液浸種72 h,萌發(fā)時滯最短,為3 d。

2.4 五種植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對PME種子萌發(fā)的影響

在植物生長調(diào)節(jié)劑GA3處理條件下,PME種子萌發(fā)率最高的處理是G 1+L,G 1+L處理下,第10～22天是快速萌發(fā)階段(圖5),G 1+L處理的萌發(fā)率為54.00%,比對照組(41.33%) 提高了30.65%,與對照組相比差異不顯著(圖6 A),G 2處理后PME種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了4 d(圖6 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑FL處理條件下,PME種子萌發(fā)率最高的處理是F 1+L處理,F 1+L處理下,第11～25天是快速萌發(fā)階段(圖5)。F 1+L處理的萌發(fā)率為62.00%,比對照組(41.33%)顯著性提高了50.01%(圖6 A),F 3處理后PME種子的萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了8 d(圖6 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ETH處理條件下,PME種子萌發(fā)率最高的處理是E 3,E 3處理下,第15天和第18天是快速萌發(fā)階段(圖5),萌發(fā)率為39.33%,比對照組降低了4.84%,與對照組相比沒有顯著性差異(圖6 A)。E 1+L處理后PME種子的萌發(fā)時滯最短,比對照組提前了4 d(圖6 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑MLT處理條件下,PME種子萌發(fā)率最高的處理是M 1+L處理,M 1+L處理下,第18～26天是快速萌發(fā)階段(圖5),M 1+L處理的萌發(fā)率為36.00%,比對照組降低了12.89%,與對照組相比沒有顯著性差異(圖6 A)。M 2處理后萌發(fā)時滯時間最短,比對照組提前了4 d (圖6 B)。在植物生長調(diào)節(jié)劑ZT處理條件下,PME種子萌發(fā)率最高的處理是Z 1+L處理,Z 1+L處理下,第10～22天是快速萌發(fā)階段(圖5),Z 1+L處理的萌發(fā)率為71.33%,比對照組顯著性提高了72.60% (圖6 A)。Z 3處理后萌發(fā)時滯時間最短,比對照組的萌發(fā)時滯 (14 d) 提前了13 d (圖6 B)。

圖5 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間下PME種子的累計萌發(fā)曲線Fig.5 Cumulative germination curves of PME seeds under different plant growth regulators and different soaking time

圖6 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對PME種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響Fig.6 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on germination rate and germination delay of PME seeds

萌發(fā)速率和累計發(fā)芽數(shù)比對照組明顯提高的處理是Z 1+L、F 1+L、G 1+L,其中萌發(fā)速率最快、累計發(fā)芽數(shù)最高的實驗處理是Z 1+L,從第10天開始萌發(fā),累計平均發(fā)芽數(shù)有35.67粒;萌發(fā)速率最低、累計發(fā)芽數(shù)最低的實驗處理是M 1,從第19天開始萌發(fā),累計發(fā)芽數(shù)平均僅18粒 (圖5)。萌發(fā)率顯著高于對照組的處理是Z 1+L和F 1+L,分別為62.00%和71.33%;萌發(fā)率最低的處理是M 3,僅為34.00%,顯著低于對照組的萌發(fā)率 (圖6 A)。萌發(fā)時滯最短的處理是Z 3,僅為1 d (圖6 B)。本研究結果表明,提高PME種子萌發(fā)速率和萌發(fā)率的最佳處理是Z 1+L,即4 mg/L的ZT溶液浸種24 h處理+冷層積處理30 d,萌發(fā)率最高為62.00%;降低PME種子萌發(fā)時滯最好的處理是Z 3,即4 mg/L的ZT溶液浸種72 h,萌發(fā)時滯最短,僅1 d。

2.5 五種植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對QZ種子萌發(fā)的影響

實驗中QZ種子難以萌發(fā),Z 1+L處理下,QZ種子萌發(fā)種子數(shù)最多,但是平均僅有1.7粒,有許多處理中QZ種子沒有萌發(fā),各植物生長調(diào)節(jié)劑處理下的QZ萌發(fā)過程沒有顯著差異 (圖7)。從萌發(fā)率中也可以看出 (圖8 A),相比于對照,植物生長調(diào)節(jié)劑處理能提高QZ種子的萌發(fā)率,整體來看,所有植物生長調(diào)節(jié)劑處理中的QZ種子萌發(fā)率均不高于5%,而且植物生長調(diào)節(jié)劑處理+冷層積處理并沒有比單獨的試劑處理顯著增加萌發(fā)率,萌發(fā)率最高的是Z 1+L、F 1+L和E 3處理。QZ種子的萌發(fā)時滯比較長,均在10 d以上,部分處理甚至在實驗結束時才開始萌發(fā),所有處理之間萌發(fā)時滯沒有顯著差異 (圖8 B)。

圖7 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間下QZ種子的累計萌發(fā)曲線Fig.7 Cumulative germination curves of QZ seeds under different plant growth regulators and different soaking time

圖8 不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對QZ種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響Fig.8 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on germination rate and germination delay of QZ seeds

3 討 論

3.1 五種植物生長調(diào)節(jié)劑處理對四種莎草種子萌發(fā)的影響

GA3是一類四環(huán)二萜類化合物,能取代一些種子對低溫后熟的需求,對植物生長起到調(diào)節(jié)作用,使用GA3處理種子能使細胞分裂分化而促進種子胚的發(fā)育和促進種子解除休眠發(fā)芽,從而提高發(fā)芽率[8,26-30];GA3廣泛應用于解除種子的休眠,尤其對解除種子的生理性休眠效果更好[31]。有關GA3促進植物種子萌發(fā)的報道很多,李欣勇[22]研究發(fā)現(xiàn),GA3能破除球穗扁莎種子的休眠,顯著提高其萌發(fā)率。另外,GA3在黃瓜[32]、石生茶藨[33]、紫果型黑蕊獼猴桃[34]、酸棗[35]等多種植物的種子萌發(fā)中都具有不同程度的促進作用,這對提高植物的產(chǎn)量具有重要的價值和實際意義。本研究發(fā)現(xiàn),GA3對四種莎草科植物種子的影響存在物種特異性,其中HB和PME種子在GA3處理后萌發(fā)率下降,HZ和QZ在GA3處理后萌發(fā)率上升,而且不同的GA3濃度對于種子萌發(fā)的影響并沒有呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。

ETH對ABA信號的轉導起拮抗作用,適宜濃度的ETH能夠打破種子休眠,促進種子萌發(fā),4 000 mg/L與5 000 mg/L ETH浸種都可以極顯著提高黃瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(p<0.01)[36];150 mg/L ETH浸種能顯著提高苦瓜[37]和美女櫻種子[38]的發(fā)芽率(p<0.01)。本研究結果表明,ETH處理不能提高HB和PME種子的萌發(fā)率,但能降低HB種子的萌發(fā)時滯;ETH處理能提高HZ和QZ種子的萌發(fā)率,并能顯著降低HZ種子的萌發(fā)時滯。

CTK可解除因ABA抑制造成的休眠[39],比如同時存在GA和ABA,則GA誘導萌發(fā)的作用就會受到抑制,而GA、ABA、CTK同時存在,則CTK能起到解除這種抑制作用而使萌發(fā)成為可能,所以CTK僅在ABA存在時才是必需的[40]。ZT是植物體內(nèi)天然存在的一種天然細胞分裂素。本研究結果表明,ZT處理能提高HZ、QZ種子的萌發(fā)率,并能降低HZ、PME種子的萌發(fā)時滯。

FL是一種脫落酸抑制劑,可破除因ABA存在抑制種子萌發(fā)而產(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[41]。如FL可顯著促進肉蓯蓉(Cistanchedeserticola)種子萌發(fā)[42]。本研究表明,FL處理能提高HB、HZ及QZ種子的萌發(fā)率并降低HB、HZ種子的萌發(fā)時滯,不能提高PME種子的萌發(fā)率,但能降低PME種子的萌發(fā)時滯。

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MLT能提高黃瓜對低溫與干旱的抗性[43-44],促進 NaCl 脅迫下狼尾草的萌發(fā)勢和萌發(fā)率[45]。李欣勇[22]研究發(fā)現(xiàn),FL和MLT均可破除碎米莎草在低溫下的休眠,顯著提高其萌發(fā)率,MLT可提高碎米莎草種胚的生長能力,增強種子保護性酶活,從而解除其在低溫下的休眠。本研究發(fā)現(xiàn),MLT處理能提高HZ、QZ種子的萌發(fā)率,并降低HB、HZ及PME種子的萌發(fā)時滯。

同一植物生長調(diào)節(jié)劑浸種不同時間對種子萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響不同,例如使用適量GA3以后會誘導α-淀粉酶的產(chǎn)生,促使細胞分裂,新陳代謝加速,進而使種子萌發(fā);GA3過量(浸泡時間過長)則會抑制種子萌發(fā),這是因為過量的GA3可能破壞了細胞結構。還有使用適量的ETH會活化細胞的某種酶,促使細胞分裂,使種子萌發(fā),過量的ETH則會破壞細胞結構[46],這在本研究中體現(xiàn)在不同的物種種子對GA3和ETH濃度梯度有不同的響應。同一植物生長調(diào)節(jié)劑同一浸種時間對不同種子的萌發(fā)率和萌發(fā)時滯的影響也不同,產(chǎn)生差異的原因可能與種皮特性有關,不同種子具有不同的種皮結構和厚度,其吸水能力不同[47],還有可能是不同種子內(nèi)源ABA和GA3的含量不同所致[38],產(chǎn)生差異的根本原因還有待進一步深入研究。在本研究中使用的五種植物生長調(diào)節(jié)劑對QZ種子發(fā)芽的影響并不明顯,可能與QZ種子本身對其不敏感或者QZ屬于深度生理休眠有關,需要進一步研究。

3.2 植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積復合處理對種子萌發(fā)的影響

通常認為冷層積可軟化種殼,在層積過程中使種子內(nèi)部的生理指標發(fā)生變化,使種子生理成熟,進入待萌發(fā)狀態(tài)[43]。本研究發(fā)現(xiàn),對于HB種子萌發(fā)來說,植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積綜合處理后的萌發(fā)效果(萌發(fā)率、萌發(fā)速率和萌發(fā)時滯)明顯好于僅用植物生長調(diào)節(jié)劑處理和對照組的萌發(fā)效果;對于PME種子萌發(fā),大部分植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積綜合處理比單獨使用植物生長調(diào)節(jié)劑的萌發(fā)效果好;但是與單獨的植物生長調(diào)節(jié)劑處理相比,植物生長調(diào)節(jié)劑處理+冷層積處理并沒有顯著提高HZ和QZ種子的萌發(fā)率。

4 結 論

本試驗以青海四種莎草科當年生種子為試驗材料,研究不同植物生長調(diào)節(jié)劑及不同浸種時間對四種莎草科植物種子萌發(fā)特性的影響。結果表明,四種種子發(fā)芽率與發(fā)芽時滯的相關性均為負相關,F 1+L處理下,HB種子萌發(fā)率、萌發(fā)速率最高且萌發(fā)時滯最短,其中萌發(fā)率最高為86%,萌發(fā)時滯最短為3 d;HZ種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率最高的處理是Z 1+L,為56.67%,萌發(fā)時滯最短的處理是E 3,為3 d;PME種子萌發(fā)率最高的處理是F 1+L,為71.33%,萌發(fā)時滯最短的處理是Z 3,為1 d;實驗中QZ種子比較難萌發(fā),本實驗的幾種試劑處理中Z 1+L處理下QZ種子萌發(fā)數(shù)最多,但是平均僅有1.7粒的種子萌發(fā)。本研究發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律是:對于自然狀態(tài)易萌發(fā)種子,植物生長調(diào)節(jié)劑對其萌發(fā)是負面效應,而植物生長調(diào)節(jié)劑+冷層積復合處理之后可以提升其萌發(fā)率;對于自然狀態(tài)下不易萌發(fā)的種子,植物生長調(diào)節(jié)劑可以促進其萌發(fā)過程,而冷層積的影響并不大。