芒颖大麦草种子休眠类型及破除方法的初步研究

赵傲雪，张晓娟，刘慧慧，曾彦军，3

(1.兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020； 2.兰州大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000；3.草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州 730020)



芒颖大麦草种子休眠类型及破除方法的初步研究

赵傲雪1，张晓娟2，刘慧慧1，曾彦军1，3

(1.兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020； 2.兰州大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000；3.草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰州 730020)

以采集于甘肃省临泽县境内的芒颖大麦草(Hordeumjubatum)种子为材料，测定了种子的休眠率，并研究了去除种柄、预先冷冻、预先干热、硝酸钾(KNO3)、赤霉素(GA3)、蒸馏水浸种和开水浸种7种处理方法破除休眠的效果。结果显示，参试种子的休眠率为73%～77%。预先冷冻、预先干热、KNO3、GA3和蒸馏水浸种均能显著降低参试种子的休眠率(P<0.05)，但以预先冷冻和GA3溶液预湿发芽床两种处理的效果为最好。预先冷冻和GA3处理后种子的萌发率和萌发指数达到最大值，分别为92%、89%和39.80、42.99;平均萌发时间为最小值，分别为2.43和3.10 d。去除种柄和开水浸种均未能有效破除种子休眠(P>0.05)。综上分析认为，参试种子休眠属于轻度生理休眠。

芒颖大麦草；种子休眠；休眠破除；萌发

芒颖大麦草(Hordeumjubatum)是禾本科大麦草属越年生草本植物，原产北美及欧亚大陆的寒温带，在我国可能为逸生种[1]。芒颖大麦草为盐生植物[2-4]，具有抗寒特性[5]，叶片和根部能积累较高含量的盐分从而降低土壤的盐分浓度[6]。春夏季节芒颖大麦草草质柔软是放牧家畜的优质饲草，晚秋季节种子的尖锐芒颖会伤害家畜的口鼻、眼睛和皮肤而成为有害杂草[7]。

芒颖大麦草以种子繁殖，种子具有柔软细长的芒颖极易借助风力或动物实现远距离传播[7]，具有较强的生物入侵能力。芒颖大麦草具有很好的观赏价值，常被当作观赏植物来种植，但它也是潜在的作物污染源[8]。值得注意的是，近年来我国境内多地相继报道了芒颖大麦草的分布，目前芒颖大麦草在我国已分布于辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、山东和甘肃等省(区)[9-14]。有些学者已将芒颖大麦草作为优秀的观赏草品种，或者作为优良的菱镁矿粉尘污染区生态恢复植物种加以研究和推广[5,15]。

资料显示，芒颖大麦草种子具有春季和秋季两个萌发季节，种子萌发受夏季高温和大于1%的盐分浓度的抑制，种子萌发需要黑暗条件[4,6,16]。芒颖大麦草种子具有休眠特性，能够形成持久土壤种子库[16-17]。贮藏温度显著影响种子萌发率，预先冷冻处理能增强种子萌发对盐分和温度的响应[2]。但是，对于芒颖大麦草种子休眠类型及人工破除休眠方法的研究还未见报道，给栽培利用和种子萌发试验造成一定困难，是一个值得研究的问题。

本研究以采集于甘肃省张掖市临泽县境内的芒颖大麦草种子为试验材料，测定适宜温度条件下种子的休眠率，观察去除种柄、预先冷冻、预先干热、硝酸钾(KNO3)溶液、赤霉素(GA3)溶液、蒸馏水浸种和开水浸种处理7种方法对种子休眠破除的效果，目的在于明确生长于我国西北干旱区芒颖大麦草种子的休眠特性，确定人工破除休眠的有效方法，为栽培利用和制定种子发芽试验方法提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采种地自然概况

试验材料为2015年7月下旬采集于甘肃省张掖市临泽县境内的芒颖大麦草种子。具体采集地点为张掖丹霞国家地质公园内，为自然生长植物，呈片状或丛状沿山沟洪水流经的山谷分布。采集时种穗已处于完熟期，种子已开始自然脱落。种子样品系多株采集的混合样品，用纸袋包装。收获的种子带回实验室在室温条件下(温度在20～25 ℃，相对湿度在15%～35%)存放，试验开始前种子已贮存了5个月。

种子采集地临泽县位于甘肃省西部、河西走廊中段，地理位置99°51′-100°30′ E，38°57′-39°42′ N。该区域处于欧亚大陆腹地，属大陆性荒漠草原气候。气候干燥，降水稀少，蒸发量大，多风。气候特征是四季分明，光照充足，太阳辐射强。年均气温7.6 ℃，年均无霜期176 d，年均降水量121.5 mm，年均蒸发量2 337.6 mm[18]。

1.2 研究方法

1.2.1 种子物理特性测定

种子大小测定：从供试种子样品中随机抽取种子30粒，用游标卡尺(广陆牌电子数显卡尺SF 2000，精确度0.01 mm)测定每一粒种子的长度和宽度，然后计算种子长度和宽度的平均值。

千粒重：依据国家标准《牧草种子检验规程》[19]规定的方法，从供试种子样品中随机抽取100粒种子，共8次重复，使用电子天平分别称量每一重复种子的重量(精确至0.001 g)。计算方差、标准差及变异系数。芒颖大麦草为带稃壳的种子，当变异系数不超过6.0时，根据8个重复的测定值，换算出种子千粒重。

1.2.2 种子休眠测定与萌发试验 根据Baskin和Baskin[20]有关种子休眠的定义，种子休眠是指有生活力的种子在适宜种子萌发的条件下在一定的时间内(一般3～4周)不能萌发的现象。目前一般采用种子萌发试验测定植物种子的休眠特性。

在本研究的萌发试验中，发芽床采用塑料培养盒(115 mm×115 mm)纸上法，温度采用25 ℃恒温、黑暗条件下培养。每一处理设4次重复，每重复50粒种子。试验开始时根据处理要求采用6 mL蒸馏水或不同处理溶液湿润滤纸，用塑料薄膜包裹培育盒以防止水分快速蒸发。试验期间每两天记录种子萌发数、检查发芽床湿润情况，及时补充蒸馏水以保持发芽床湿润。以胚根露出种皮长度≥3 mm为种子萌发判别标准。萌发试验进行20 d。萌发试验结束时，对未萌发的种子按照《国际种子检验规程》[21]描述的方法，将紧致新鲜的和腐烂死亡的种子分别记录为新鲜未发芽种子和死种子。计算每一重复参试种子的萌发率、新鲜未发芽种子率、死种子率、萌发指数(GI)和平均萌发时间(MGT)。

GI=∑(Gt/Dt).

式中:Dt为萌发天数，Gt为相对应于萌发天数Dt的当天萌发种子数。

MGT=(∑ni·ti)/N.

式中:ti为从试验开始时算起的萌发天数，ni为ti天的种子萌发数量，N为试验结束时萌发的种子总数。

1.2.3 种子预处理 本研究共设置去除种柄、预先冷冻、预先干热、KNO3溶液、GA3溶液、蒸馏水浸种、开水浸种共7个处理，并以不做任何处理的种子为对照。各处理的具体方法如下。

去除种柄：去除芒颖后，将附着于颖果上的种子柄去掉。

预先冷冻：将种子(带柄，以下同)播种于事先湿润好的滤纸上，置于5 ℃的温度条件下冷冻7 d。

预先干热：将种子装入纸袋中，置于温度为35 ℃、相对湿度为15%左右、空气循环良好的培养箱内干热7 d。

KNO3溶液：萌发试验开始时，用浓度为0.2% KNO3溶液湿润发芽床。

GA3溶液：萌发试验开始时，用浓度为0.05% GA3溶液湿润发芽床。

蒸馏水浸种：将种子浸于20 mL蒸馏水中，20 ℃条件下浸泡48 h。

开水浸种：将种子浸于20 mL开水(温度为95.2 ℃)中，室温(20～25 ℃)条件下自然冷却3 h。

1.2.4 数据统计与分析 采用Excel 2010进行数据整理与制图，SPSS 13.0软件进行数据分析。种子大小与千粒重仅计算了平均值与标准差。种子萌发各项参数不仅计算了平均值与标准差，还进行了方差分析(One-way ANOVA)和多重比较(Duncan)以检验各处理相同参数平均值间的差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 种子大小与千粒重

经测定参试芒颖大麦草种子的平均长度为6.04 mm，变幅在4.13～8.22 mm；种子宽度为1.13 mm，变幅在 0.98～1.54 mm。种子千粒重为1.42 g。

2.2 种子萌发率

在恒温25 ℃，黑暗条件下培养22 d，对照组芒颖大麦草种子萌发率和新鲜未萌发种子率分别为26%和73.25%，死种子率很低(表1)。与对照组相比，去除种柄处理未能提高种子萌发率。预先冷冻、预先干热、KNO3、GA3和蒸馏水浸种5种处理均显著提高了种子的萌发率(P<0.05)。其中，以预先冷冻和GA3两种处理的效果最好，萌发率分别达到了92.25%和98.00%。KNO3和预先干热处理提高种子萌发率，但分别仍有10.25%和20.50%的新鲜种子未萌发，且预先干热处理增加了死种子率。蒸馏水浸种显著提高种子萌发率，但也显著增加了死种子率(P<0.05)。与对照组相比，开水浸种处理未能显著提高种子萌发率(P>0.05)。

表1 不同处理方法对参试芒颖大麦草种子萌发率、新鲜未萌发种子率和死种子率的影响Table 1 Effects of different treatments on percentages of germinated，fresh non-germinated and dead seeds tested of Hordeum jubatum

注：培养条件为恒温25 ℃黑暗条件。同列不同小写字母表示同一测定指标不同处理间差异显著(P<0.05，N=4)。表2同。

Note: Seeds were incubated under 25 ℃ without light. Different lower case letters within the same column indicate significant difference among different treatments at 0.05 level (N=4). The same in Table 2.

从种子萌发的进程看(图1)，种子经过预先冷冻、GA3、预先干热、KNO3和蒸馏水浸种处理后，培养至2 d时即可萌发，且以预先冷冻处理当天的萌发率最高。对照和开水浸种处理组在2 d时未见种子萌发。数据分析结果显示，预先冷冻处理组种子在培养2 d时的萌发率与之后的最高萌发率之间无显著差异(P>0.05，N=4)。GA3、预先干热和开水浸种处理组种子4 d时的萌发率与其最终萌发率无显著差异(P>0.05，N=4)，KNO3、蒸馏水浸种组和对照组种子在6 d时的萌发率与其最终萌发率无显著差异(P>0.05，N=4)。

2.3 萌发指数和平均萌发时间

种子萌发指数以预先冷冻和GA3两个处理组为最高，预先干热和KNO3处理组次之，之后为蒸馏水浸种处理，对照、去除种柄和开水浸种处理的数值最低，显著低于其它处理(P<0.05)(表2)。种子平均萌发时间以预先冷冻、GA3和预先干热3个处理组为短，KNO3、蒸馏水浸种和去除种柄3个处理次之，开水浸种组为最长，显著长于除对照外的其它处理(P<0.05)。

图1 不同处理后芒颖大麦草种子在恒温25 ℃黑暗条件下培养的萌发进程Fig.1 Changes over time in percentage germination after different treatments forHordeum jubatum seeds incubated at 25 ℃ darkness for a period of 20 days

注：不同小写字母表示不同处理不同培养时间之间差异显著(P<0.05)。

Note:Different lower case letters for the same treatment indicate significant difference among different incubation time at 0.05 level.

3 讨论

据文献报道，生长于北美大陆的芒颖大麦草种子具有休眠特性，能够形成持久土壤种子库[16-17]。本研究结果显示，收获于我国西北干旱区临泽县境内的芒颖大麦草种子，在适宜萌发的条件下培养20 d仍然有73%～77%的种子不能萌发。值得注意的是，参试种子收获后已经在室温条件下存放了5个月的时间。室温干燥条件下贮存这么长的时间其种子仍然具有这么高的休眠率，这就成为播种前必须解决的技术问题。当然，芒颖大麦草种子的休眠特性及其破除机理对干旱、多变的气候环境应具有生态适应意义。

表2 不同处理方法对参试芒颖大麦草种子萌发 指数(GI)和平均萌发时间(MGT)的影响Table 2 Effect of different treatments on germination index (GI) and mean germination time (MGT) of seeds tested of Hordeum jubatum

根据Baskin和Baskin的种子休眠分类系统[20]，种子休眠分为生理休眠、形态休眠和物理休眠3种基本形式。本研究中曾经对发芽试验结束时对照组的新鲜未萌发种子逐一进行了解剖鉴定，鉴定结果为所有新鲜未萌发种子的胚发育充分且均处于吸胀状态(结果未列出)，表明芒颖大麦草种子不应属于形态休眠和物理休眠，应该属于生理休眠。种子生理休眠的原因主要包括生理后熟和包被种胚的构造组织(如胚乳、种皮、果皮等)及其内含物的抑制作用[22]。一般情况下，具有生理休眠的种子在经历外源赤霉素、低温层积、热层积、干燥贮藏、划破、浸种以及冲洗等方法处理后能够部分或大部分地得以解除[22-25]。而且，依据休眠种子对以上各种处理的响应程度，可将生理休眠划分为深度、中度和轻度休眠3个水平。本研究中，参试种子休眠对外源激素GA3、预先冷冻、预先干热、KNO3及浸种均具有明显的反应，根据这一特征判断芒颖大麦草种子的休眠应归属于轻度生理休眠。

种子采集过程中观察到，芒颖大麦草种子自然脱离时往往带有种柄。本研究结果显示，去除种柄后未能改善种子的萌发，表明对于芒颖大麦草来说种柄不是影响种子休眠的因素之一。尽管预先冷冻、预先干热、KNO3、GA3和蒸馏水浸种均可显著地解除芒颖大麦草种子的休眠，但通过综合比较种子萌发率、萌发进程、GI和MGT，可以看出预先冷冻和GA3溶液预湿发芽床两种处理的效果最好，休眠率由对照组的74%分别降低到了8%和2%，发芽率最高值为98%。经过这两种方法处理后，种子的萌发率和GI均达到最大、MGT最短，种子死亡率没有增加。与这两种处理相比，预先干热处理的萌发率和GI均较低、KNO3处理的MGT较长、蒸馏水浸种的GI和MGT均较差。因此，似可认为，预先冷冻和GA3溶液预湿发芽床两种处理可以用做种子播种前和发芽试验的预处理方法。

4 结论

参试芒颖大麦草种子具有较高的休眠率，且休眠类型为轻度生理性休眠。预先冷冻和0.05% GA3溶液预湿发芽床均可作为种子播种前和发芽试验的预处理方法。

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(责任编辑 武艳培)

Primary investigation on seed dormancy and dormancy breaking ofHordeumjubatum

Zhao Ao-xue1, Zhang Xiao-juan2Liu Hui-hui1, Zeng Yan-jun1,3

(1.College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China；2.School of Public Health, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China；3.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, Lanzhou 730020, China)

Seed dormancy and the effects of seven treatments including removing seed stalk, pre-chilling, pre-heating, potassium nitrate (KNO3), gibberellic acid (GA3), soaking in distilled water and soaking in boiled water on breaking seed dormancy ofHordeumjubatumcollected in Linze County, Gansu Province, China were investigated. The results showed that the dormancy percentages of tested seeds were 73%～77%. Treatments of pre-chilling, pre-heating, KNO3, GA3and soaking in distilled water significantly improved (P<0.05) germination of tested seeds and pre-chilling and GA3treatments had the best effects. After pre-chilling and GA3treatments, seed germination percentage and germination index reached highest which were 92%, 89% and 42.99, 39.80, respectively, mean germination time were the shortest which were 2.43 and 3.10 d, respectively. Both treatments of removing seed stalk and soaking in boiled water did not improve seed germination anyways. The tested seeds had non-deep physiological dormancy.

Hordeumjubatum; seed dormancy; dormancy breaking; germination

Zeng Yan-jun E-mai:zengyj@lzu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0362

2016-07-07 接受日期：2016-08-30

兰州大学2016年“本科教学工程”国家级大学生创新创业训练计划(201610730006)

赵傲雪(1994-)，女，内蒙古呼伦贝尔人，在读本科生，主要研究方向为草类植物种质资源创新与利用。E-mail：zhaoaox13@163.com

曾彦军(1964-)，男，甘肃景泰人，副教授，博士，主要从事植物种子生物学研究。E-mail：zengyj@lzu.edu.cn

S543+.901;Q945.35

A

1001-0629(2016)11-2248-06*

赵傲雪,张晓娟,刘慧慧,曾彦军.芒颖大麦草种子休眠类型及破除方法的初步研究.草业科学,2016,33(11)：2248-2253.

Zhao A X,Zhang X J,Liu H H,Zeng Y J.Primary investigation on seed dormancy and dormancy breaking ofHordeumjubatum.Pratacultural Science，2016,33(11)：2248-2253.