木薯种子诱导萌发因子关联分析

韦祖生+杨秀娟+付海天+田益农

摘要：对3种木薯杂交种子进行催芽、幼苗参数分析及不同因子主体效应分析。结果表明，（1）木薯杂交种子水选率排序为SC5>ELE-1>SC124，可以反映不同品种木薯种子的优劣程度；（2）4种处理方法对木薯种子催芽、生长影响的试验中，试剂浸种处理、水浸种处理的发芽率、株高、叶片数极显著或显著高于其他处理，试剂处理的发芽时间极显著或显著少于其他处理；（3）品种、处理因子对木薯杂交种子发芽率、发芽时间、幼苗株高和叶片数大都具有极显著效应；（4）品种和处理间交互因子对木薯杂交种子发芽率、发芽时间均具有极显著效应；（6）不同年份因子对木薯杂交种子的各指标参数均无显著效应。通过探讨不同主体因子对木薯种子萌发的效应，为杂交育种、种质创新利用提供了理论基础。

关键词：木薯；杂交种子；萌发；关联分析

中图分类号： S184；S533.01 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0089-05

收稿日期：2017-02-13

基金项目：广西自然科学基金（编号：2014GXNSFBA118128）；广西科学研究与技术开发计划（编号：14123006-33）；国家木薯产业技术体系（编号：CARS-13-15-gxtyn）；农业部农垦局南亚办（编号：14-15RZZY-33）。

作者简介：韦祖生（1981—），男，广西贵港人，硕士，高级农艺员，主要从事作物种质评价和遗传育种研究。Tel：（0771）2539060；E-mail：weizusheng137@sohu.com。

通信作者：田益农，高级农艺师，主要从事木薯育种与栽培研究。Tel：（0771）2539060；E-mail：gxcassava@126.com。 作物杂交种子是农业中重要的生产资料之一，种子数量和质量在很大程度上决定农业研究的发展水平。作物品种携带的优良遗传信息是否表达以及能否获得高产都与种子萌发有关。作物种子休眠程度与种子内起促进作用和起抑制作用的激素之间的比例密切相关，基因和激素之间存在相互作用，激素对种子的萌发具有促进或抑制作用[1-2]。玉米种子的休眠是几种激素综合作用的结果[3-4]。外源激素能提高距瓣尾囊草种子发芽率，缩短发芽时间[5]。用适当浓度的吲哚-3-乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、6-氨苄基腺嘌呤（6-BA）、GGR、赤霉素（GA3）和水杨酸等对川牛膝、杜仲、盐穗木、甜瓜、刨花楠、早熟禾草、紫羊茅和多年生黑麦草等进行浸种处理，可以提高种子的萌发率，增加萌发的初始种子数，缩短萌发时间，保证幼苗的整齐性[6-10]。

GA3被认为是一类重要的双萜类植物生长调节激素，对种子萌发起到破除休眠、软化种胚周围的组织、克服种皮机械限制、促进种胚的生长、提高种子活力的作用。相关研究报道，用GA3对樟子松、沙米、苦瓜、盐步秋茄、暴马丁香、薰衣草、克氏针茅、棉花等种子进行处理，能快速打破休眠，均具有显著促进种子萌发和幼苗生长的作用[11-19]。

木薯（Manihot esculenta Crantz）是全球三大重要薯类作物之一，是全球粮食安全的重要保障，以及重要的热带/亚热带淀粉经济作物[20-21]。木薯是基因高度杂合体，虽然在其分子辅助育种技术领域取得了突破[22-24]，但是在广泛的育种实践应用中仍然存在较大的困难。因此，“开放式自然-杂交結实”育种模式仍然是木薯种质改良的有效技术手段。由于木薯杂交育种结实周期长（一般需要9～12个月），且种子具有硬实、萌发时间长、萌发率低、整齐度差、数量大、变异多等特点，使得种质资源有效利用面临着很大的困难。相关研究发现，外源激素法已经成为种子休眠和萌发急速调控机制、调节幼苗生长的重要手段，并在多个物种中得到广泛利用；破除种子硬实的方法主要集中于种皮破损或改善种皮的渗透作用，通过适当浓度植物激素浸种处理，其作用机制在于能够改善种皮渗透性，打破休眠，促使种子提前萌发，并对种子的生理、代谢具有积极影响[25-26]。

本研究分析木薯种子在不同处理下对其萌发及幼苗生长的影响，并进行关联性分析，以期提高对木薯种质资源创新利用的水平。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究选择3份木薯种质（SC5、SC124和ELE-1）作为母本材料，分别在2013、2014、2015年的3—4月种植于广西壮族自治区亚热带作物研究所木薯研究试验基地，进行开放式自然杂交结实试验；并于当年的12月至次年的1月收获木薯果实后，自然晾晒干燥、收集种子，将种子密封于样品瓶中，用硅胶干燥皿保存。本研究在广西亚热带作物研究所木薯研究试验基地和重点实验室开展。

参考相关研究，本研究所用主要试剂、基质与仪器：（1）浓度为600.00 mg/L的GA3溶液；（2）培养基质（V细沙 ∶ V黑炭土 ∶ V黏土=7 ∶ 2 ∶ 1），用70.00%甲基托布津可湿性粉剂 1 000 倍液进行喷雾消毒，含水量保持65.00%～7000%，备用；培养温度设为25.00～32.00 ℃；（3）ddH2O；（4）培养容器（培养皿、培养杯）[7，11-13，16，19]。

1.2 方法

参考李开绵等研究[27]，进行如下试验处理和数据采集。

1.2.1 试验处理 种子筛选方式为水选（seed screening by water specific）：分别随机选取木薯种子（每个品种100粒）进行水选试验，将木薯种子倒入ddH2O中，把沉于水下的种子与浮于水面的种子分离、筛选，3次重复。

种子播种方式：（1）无任何处理（without any treatment，编号T1），直接将木薯种子播种在培养基质中，每个品种随机选取30粒，3次重复；（2）水选种处理（water specific gravity selection，编号T2），将水选后的木薯种子直接播种在培养基质中；（3）水浸种处理（water soaking treatment，编号T3），将水选后的木薯种子置于ddH2O中浸泡36.00 h后，播种在培养基质中；（4）试剂浸种处理（reagent soaking treatment，编号T4），将水选后的木薯种子置于600.00mg/L赤霉素中浸泡36.00 h后，播种在培养基质中，其中（2）（3）（4）试验处理每个品种选取10粒，3次重复。endprint

1.2.2 数据采集 （1）水选率=沉淀水底种子数/供试种子总数×100%；（2）种子发芽率=发芽种子数/供试种子总数×100%；（3）种子发芽时间：种子播种后至发现第1粒萌芽种子所间隔的时间；（4）种子吸水率=（浸泡种子质量-种子干质量）/种子干质量×100%；（5）对处理（F1）、品种（F2）和年份（F3）等不同因子变量及其之间的交互作用进行主体间效应分析。

1.3 数据分析

研究数据基于SPSS 19.0、SAS 9.0（Duncans analysis，α=0.01、0.05）进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 木薯种子筛选与诱导发芽培养

通过对木薯种子水选率结果（图1）进行分析可知，3个不同种质的种子水选率平均值分别为50.45%（SC5）、3056%（ELE-1）和21.00%（SC124），SC5种子水选率极显著高于SC124、ELE-1；ELE-1种子水选率显著高于SC124；而在2014年SC124、ELE-1种子水选率差异不显著。这就说明SC5为母本的杂交种子极显著地优于SC124、ELE-1，可以反映木薯杂交种子的优劣程度，从而可为杂交亲本选择提供参考，提高育种效率。

木薯种子种皮厚，硬实现象明显，透气/透水性差，具有明显的机械障碍作用，是制约种子萌发的主要影响因素。含水量是种子萌发的重要因子[28-29]，木薯种子在室温（25.00～3200 ℃）下，浸种时间>36.00 h处理的吸水量达到种子本身干质量的70.00%～80.00%时，就能开始萌发。为了保证种子在催芽过程中所必需的水分，催芽时要给播种基质加入保湿物如细沙或炭土。湿沙的含水量以≥75.00%饱和含水量为宜；如用炭土作湿润载体，含水率可达饱和程度。要注意的是，吸水过多反而对种子不利，从而妨碍种子呼吸。

通过筛选和培养试验，获得了木薯杂交种子萌发过程及实生幼苗（图2、图3）。

2.2 木薯种子萌发与实生幼苗参数分析

2.2.1 种子诱导发芽率和发芽时间比较分析 用4种处理

方法对3个不同种质的木薯种子播种诱导发芽率、发芽时间进行分析。由图4-a可知，T1～T4處理发芽率平均值分别为8.15%、25.56%、40.33%、75.56%（SC5）；4.44%、1556%、2667%、41.11%（SC124）；5.19%、18.89%、2667%、3778%（ELE-1），相同材料不同处理方法间的诱导发芽率呈极显著或显著差异。GA3处理诱导发芽率比无任何处理的种子发芽率均有极大地提高，分别提高了827.12%（SC5）、82590%（SC124）、627.94%（ELE-1）；GA3处理对3个木薯种子的萌芽率均有极显著提高作用，提高率为3259%～67.41%。

由图4-b可见，T1～T4处理诱导发芽时间平均值分别为15.33、16.67、10.67、767 d（SC5）；14.67、16.00、10.67、767 d（SC124）；15.33、15.00、11.00、8.67 d（ELE-1）；相同材料在不同处理方法间的诱导发芽时间呈极显著或显著差异。GA3处理的木薯种子诱导发芽时间比无任何处理的发芽时间均极大地缩短6～7 d。

2.2.2 实生幼苗株高和叶片数比较分析 对3个处理方法、3个不同种质的木薯种子实生幼苗（2周）株高、叶片数进行分析。由图4-c可知，SC5和SC124种子水浸泡处理和无处理的幼苗高度差异极显著，GA3处理和其他处理的幼苗株高差异极显著；GA3处理（ELE-1）和其他处理的幼苗株高差异极显著。GA3处理的木薯种子实生幼苗生长高度增高 434～6.28 cm，可见GA3对各品种幼苗生长均具有促进作用。

由图4-d可见，SC124种子水浸泡处理和无处理的实生幼苗叶片数差异显著，GA3处理和其他处理的幼苗叶片数差异极显著；GA3处理SC5、ELE-1和其他处理的幼苗叶片数差异极显著。GA3处理使木薯种子实生幼苗叶片数增加 2～4张，可见GA3对各品种幼苗叶片数增长均具有促进作用。

根据分析可见，GA3浸泡处理可以促进木薯种子诱导萌发、胚芽、胚根、叶片生长，进而提高株系生长速度和抗性、耐性。

2.3 影响木薯种子萌发及幼苗生长的不同因子主体间效应分析

通过对自变量数据（发芽率、发芽时间、株高和叶片数）-因子变量（F1、F2和F3）及它们之间的交互效应的检验分析可知，（1）F1对种子发芽率、发芽时间、株高和叶片数的效应极显著，不同处理方法对木薯种子的诱导萌发和生长有影响；（2）F2对种子发芽率、发芽时间、株高的影响效应极显

著，而对叶片数的影响效应不显著；（3）F3对种子发芽率、发芽时间的影响效应均不显著，说明本试验不同年份间的取样水平差异不显著，符合取样要求；（4）F1×F2对种子发芽率和发芽时间的交互效应极显著，而对株高和叶片数的交互效应则不显著；（5）F1×F3、F2×F3、F1×F2×F3对种子发芽率、发芽时间的交互效应均不显著（表1）。

由此说明，影响木薯种子萌发和幼苗生长的主要因子是F1，次要因子是F2，2个因子的交互效应对其也有显著影响。本研究结果与相关研究报道相符[30-31]。

3 结论与讨论

本研究通过水选率（水比重法）筛选木薯种子，符合根据成熟种子的净度、千粒质量、含水量、硬实率等来评价种子质量的原则[32]；此外发现，SC5为母本的杂交种子质量显著优于其他材料，可以优先选择SC5作为母本育种材料。

种子活力形成于种子发育的脱水阶段，不仅仅是个简单的失水过程，脱水与萌发存在一些相同的基因表达和代谢特征。相关研究表明，种子胚乳由淀粉、糊粉粒构成，赤霉素能诱导大部分的基因产生必需的淀粉酶、蛋白水解酶和葡聚糖酶等，在水解酶的活化下，种子代谢恢复，胚根突破胚乳和种皮等外围包被组织完成萌发[33-34]。同时，ABA/GA3的阈值范围调控种子休眠与萌发，且ABA、GA3彼此抑制对方的合成与分解代谢基因。endprint

木薯种子催芽过程中，浸泡处理可软化种皮，使种子吸水膨胀，有利于酶的活动，促进贮藏物质的水解，打破种子休眠，从而进行一系列的物质转化活动，呼吸作用较活跃。在催芽过程中要使种子能得到所需氧气并能排出二氧化碳，防止缺氧、霉变。

GA3是一种植物生长调节剂[35-36]，它能诱导水解酶的产生，使种子中的贮藏物质从大分子分解为小分子，易于被胚利用。在本研究中，GA3（600.00 mg/L）试剂处理和水处理的发芽率、株高、叶片数基本表现为极显著/显著高于其他处理，从而极显著/显著缩短了发芽时间，在促进木薯种子的萌发和幼苗的生长等方面表现出很好的效果。

种子诱导萌发的过程是个复杂的代谢过程。本研究认为，影响木薯种子萌发生长的因子是不同处理方法、不同品种种子及其交互效应，它们均表现出极显著的影响，但是，温度、水分、通气条件和时间的长短等[32]也应该是影响木薯种子萌发的因素。

因此，系统、深入研究影响木薯种子萌发的内外因子，特别是细胞内激素水平变化与种子萌发的关系，探明种子休眠和萌发的机制，以及在萌发过程中基因的顺序活化与表达，对于提高种子活力、萌芽率具有重要意义。

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