层积处理对野慈姑种子萌发的影响

刘 英， 赵长山， 范丹丹， 何付丽， 曹 扬

(东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨 150030)

野慈姑(SagittariatrifoliaLinn.)别称狭叶慈姑、三脚剪、水芋等，属泽泻科慈姑属，为慈姑的变种，是1种多年沼生草本植物，分布于中国东北、华北、西北、华东、华南、西南等地，为稻田常见杂草，近几年来在东北地区发生猖獗。种子萌发的前提是种子成熟且具有生活力。一些植物种子分化成熟后，在适宜的环境条件下能立即萌发。但有一些植物的种子，即使外界条件非常优越，也不能及时萌发，必须经过一定时期后才能萌发，种子的这一性质称为休眠。任何种子都有休眠期，只是长短不同。有些植物种子成熟后随即可以萌发，也就是休眠期极短，如水稻、小麦、杨、柳等植物，这些植物的种子离开母体时才是真正成熟了，完全具备萌发的内在条件，只要外界条件适宜，它们就可以萌发；而人参、松树、苜蓿等植物的种子，必须经过一定时期的休眠才能萌发。

种子休眠是指在一定的时间内，具有活力的种子(或者萌发单位)在任何正常的物理环境因子(温度、光照/黑暗等)的组合下不能完成萌发的现象[1-5]。种子休眠是种子对环境产生的一种生物学适应性，导致种子休眠的因素是复杂的，种子无法正常萌发的原因很多，既有内因又有外因，对植物而言，既有利又有弊[6-7]。种子休眠的类型，可分为内源休眠和外源休眠两大类[8]。在此基础上，Nikolaeva 根据休眠发生的机理，休眠分为生理休眠、形态休眠、形态生理休眠、物理休眠、综合休眠、化学休眠、机械休眠7大类。层积处理是一种古老而有效的打破种子休眠的方法[9-13]，而低温层积是生产上广泛使用的一种种子处理方法，尤其是对一些有生理休眠的种子来说是最有效的一种方法[14]。目前，关于种子休眠的研究已经取得很大的进展，但是仍被认为是种子生物学中了解最少的现象之一[15]。为此，研究种子休眠的原因，寻找有效解除种子休眠的方法具有重要的现实意义[16]。本研究对野慈姑种子进行了室温层积处理、2 ℃低温层积处理，同时与经过自然越冬的种子进行比较，以期探究并了解其对野慈姑种子萌发的影响，为今后的科学研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与器材

种子材料为野慈姑种子，于2012年采于黑龙江省尚志市。试验器材主要有：恒温培养箱、冰箱、培养皿、滤纸、盆钵。

1.2 试验方法

低温层积处理：将野慈姑种子放入带有滤纸的培养皿中，然后浇水保湿，再分别放入2 ℃的冰箱中，层积5、10、15、20、25、30、35、40、45、60、90 d。

室温层积处理：将野慈姑种子放入带有滤纸的培养皿中，然后浇水保湿，再分别放入(20±1) ℃的室内，层积5、10、15、20、25、30、35、40、45、60、90 d。

自然越冬处理：模拟水田条件，将野慈姑种子埋入盆钵中(将盆钵埋入地下)，于翌年春季取出。

将上述处理的种子用蒸馏水冲洗干净后，采用培养皿滤纸法进行发芽试验，每皿100粒种子，放于单层湿润滤纸的培养皿中，每处理重复3次，然后将培养皿放入(25±1) ℃的恒温培养箱中培养，种子发芽时调查每天的发芽数，计算种子发芽势和发芽率，相关计算公式如下：

式中：Gpt为达到高峰日时的种子发芽量，粒；N为供测种子总数，粒。

式中：n为正常发芽粒数，粒；N为供测种子总数，粒。

1.3 数据统计与处理

用Excel软件录入原始数据，制作图表；试验数据用DPS软件(企业版)进行单因素方差分析和Duncan’s新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 低温层积与室温层积处理对野慈姑种子发芽的影响

试验7 d后野慈姑种子发芽量不再变化，因此采用试验7 d的试验数据计算种子发芽率，试验结果见表1。由表1可以看出，低温层积处理对野慈姑种子发芽率影响显著：处理5、10 d，种子能够发芽，但发芽率很低；处理15 d时，种子发芽率有明显的提高；处理15～60 d，种子发芽率提高幅度减缓，说明延长处理时间能够提高种子的发芽率；处理 35 d 时，种子发芽率可达83.00%，极显著高于处理5～25 d的种子发芽率，而与处理40～90 d的种子发芽率无显著差异，说明处理35 d时的种子发芽率已经达到低温层积处理种子发芽的较高水平；处理 60 d 与处理90 d的种子发芽率没有差异，说明达到一定的层积时间后，延长处理时间对提高种子发芽率无显著作用。

由表1还可以看出，室温层积处理不能提高野慈姑种子的萌发率。处理25 d之前，野慈姑种子均没有发芽；处理30 d时，才有个别野慈姑种子萌发；处理35～90 d，虽然种子发芽率显著高于处理30 d种子，但种子发芽率很低，处理90 d时发芽率也只有4%。由此可以说明，室温层积处理不适合作为提高野慈姑种子萌发率的处理方法。

此外还可以看出，在层积相同时间条件下，低温层积处理对野慈姑种子萌发的影响远大于室温层积处理，并且随着处理时间的延长，这种影响差距越来越大，由此可以说明低温层积处理较室温层积处理更有利于提高野慈姑种子的发芽率。

2.2 室温、低温层积处理与自然越冬对野慈姑种子发芽势的影响

经层积处理的野慈姑种子，于发芽试验3 d后种子的发芽量达到高峰，因此采用试验3 d的数据计算种子发芽势，部分试验结果见表2。

由表2可以看出，室温层积处理过的野慈姑种子无论是发芽势还是发芽率均极显著低于低温层积处理与自然越冬的种子，说明室温层积处理对野慈姑种子发芽无显著影响。

表1 低温和室温层积对野慈姑种子萌发的影响

表2 不同层积处理方式对野慈姑种子发芽势、发芽率的影响

此外还可以看出，低温层积处理15 d，野慈姑种子发芽势和发芽率显著低于低温层积处理35 d、90 d、自然越冬的种子发芽势和发芽率，虽然此时野慈姑种子的发芽率只有62.00%，但处理15 d的野慈姑种子在发芽试验前3 d种子的发芽量占种子总发芽量的97.31%，即能够解除休眠进而萌发的种子基本都在发芽试验的前3 d萌发，种子发芽很整齐；低温层积处理35、90 d，野慈姑种子发芽势、发芽率与自然越冬种子发芽势、发芽率之间差异不著性，说明当层积处理达到35 d时，种子发芽整齐度和总发芽量已经与经过自然越冬的种子水平相同；低温层积处理35、90 d的野慈姑种子在发芽试验前3 d的种子发芽量分别占其种子总发芽量的97.59%、98.85%，此时低温层积处理35、90 d的野慈姑种子不仅发芽率高，发芽也很整齐；自然越冬的野慈姑种子中在发芽试验前3 d的种子发芽量占其种子总发芽量的98.46%，种子发芽很整齐；室温层积处理、低温层积处理和自然越冬的野慈姑种子中在发芽试验结束时能够解除休眠进而萌发的种子基本都在发芽试验的前3 d萌发，说明野慈姑种子不仅发芽很整齐，且发芽整齐度没有因为处理方式的不同而发生变化。

3 结论与讨论

低温层积处理能够显著提高野慈姑种子的发芽率，促进种子萌发。种子发芽势和发芽率是2个不同的概念，一般发芽率高的种子，说明种子有生命力，而发芽势高的种子，在出苗时种子活性强度高，出苗整齐且健壮，抵抗自然灾害能力强。在农业生产中，为了确保农作物一次播种保全苗，获得较高的产量和经济效益，使用种子时除了要选择发芽率高的种子，必须同时检验种子发芽势[17-18]。

根据国家规定的一些作物(如小麦、水稻、玉米、大豆等)种子质量标准，种子发芽率一般不得低于85%，而2 ℃层积处理35 d时，野慈姑种子发芽率为83.00%，与层积处理90 d时 86.67%的发芽率和自然越冬时86.33%的发芽率无显著差异，此时野慈姑种子发芽率已经达到相关标准，且种子发芽整齐。因此，在以野慈姑种子为萌发材料的盆栽试验中，可将野慈姑种子层积35 d后进行播种；虽然低温层积15 d的野慈姑种子发芽力、生命力都不如低温层积35 d的种子，但此时的种子发芽整齐，若时间紧迫，可以用层积15 d的种子盆栽播种，并通过增加种子播种量的方法达到试验需要的出苗株数，以节省时间。

长时间低温层积的野慈姑种子(处理90 d)，种子发芽力、生命力依然与经过自然越冬的种子水平相同，在以野慈姑种子为萌发材料进行盆栽试验时，此类种子不必舍弃，仍可使用；一些常做室内外盆栽试验的科研院所，可以将野慈姑种子长期保存在低温层积条件下，为后续试验备用，但是野慈姑种子发芽力、生命力保持在低温处理最高水平，或与种子自然越冬发芽水平相同的层积时间范围，超过此时间范围后种子生命力、发芽力的变化趋势等还有待进一步研究。

试验中还发现，无论是低温层积处理还是经过自然越冬的野慈姑种子发芽率都无法达到或接近100%，其原因一方面可能是种胚发育成熟后受不可抗力影响，造成生命活力丧失；另一方面可能不是因为种子丧失了生命活力，而是由于层积过程中种子未同步解除休眠所导致。杨玲等研究花秋种子萌发的影响因素时也发现过同样问题[19]。

层积处理可以促使胚形态发育成熟，抑制物质降解，提高一些酶的活力[9-13]，而低温层积处理后种子的种皮被软化，种子的透水通气性增加，使种子胚萌发所需的酶、激素、可溶代谢物质以及其他化合物达到足够的水平[20]，这些生理上的变化使得种子逐渐由休眠态转向萌发状态，满足胚萌发需要的内部条件，当遇到适宜环境时，胚乳分解，胚根突破种皮，进而使得种子萌发[21]。据此推断，低温层积处理有助于野慈姑种子解除休眠，促进种子萌发，提高种子发芽率，与程忠生等研究的低温层积是一种有效解除种子生理休眠的试验结果[14]、瞿辉等研究的低温层积对北美鹅掌楸种子发芽影响显著(处理时间过短，不能有效解除种子休眠，种子发芽率低，延长一定低温处理时间能提高种子发芽率)的结果[22]相同。

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