高湿对破除休眠农田狗尾草种子萌发及幼苗胚芽鞘生长的影响

(新疆大学生命科学与技术学院， 乌鲁木齐 830046)

高湿对破除休眠农田狗尾草种子萌发及幼苗胚芽鞘生长的影响

李玉环
(新疆大学生命科学与技术学院， 乌鲁木齐 830046)

以破除休眠的狗尾草种子为材料，研究7个老化时间、相对湿度(20%、30%、50%、60%、80%)人工胁迫处理对种子萌发及幼苗胚芽鞘生长的影响。结果表明，在80%湿度条件，胁迫7、9、11、13 d的种子萌发率逐渐降至0，表明增加胁迫时间抑制种子萌发。在80%湿度下胁迫4种时间的狗尾草种子萌发率变异系数、死亡率和休眠逐渐增高，胚根和胚芽鞘的长度均低于对照，表明种子出苗整齐程度和诱导进入次生休眠受高湿条件的影响，80%湿度为种子萌发力衰退的临界湿度环境。

湿度； 休眠； 变异系数、休眠率、胚芽鞘

土壤湿度是影响种子萌发的重要因素[1]，高湿化土壤严重抑制种子萌发及幼苗生长发育，阻碍农牧业生产和农牧民收入的增加，研究高湿对种子的影响是预防土壤湿度造成植物减产的有效措施的第一步[2-4]。种子是植物重要的繁殖材料，在萌发和出苗期间的活性和表现水平是衡量种子活力的重要指标之一[5]，也是认识物种对生境适应性和选择萌发策略的主要方面之一。了解不同湿度对种子发芽的影响，为制定合理种植策略奠定基础[6]。

狗尾草(Setariaviridis)为禾本科狗尾草属1年生草本植物，广泛分布于世界温带地区,适应性较强。可应用在生态恢复、公路护坡、防止水土流失等方面[7-8]。狗尾草具有较强的抗旱和耐水淹，对环境的适应力强、休眠性高[9]。对狗尾草休眠特性有较多的研究[10-12]，但对破除休眠后种子的萌发条件的研究很少报道。为了研究不同湿度和胁迫时间长短对破除休眠的狗尾草种子萌发成苗的影响，探索破除休眠的狗尾草种子在不同湿度的萌发表现，本实验模拟自然环境中不同湿度条件和持续时间对种子进行处理并观察其萌发特性，以期为农田水淹生境下植物多样性维持等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选择狗尾草为实验材料，种子于2012年采自新疆伊犁霍城县休耕当年的水稻田，采集方法为每株植物间距离不小于3 m，植株数不少于100。伊犁霍城县位于44°06′～44°18′ N，80°48′～81°58′ E之间。海拔650～1 100 m。属于温带半干旱气候，无霜期165 d，年均气温9.1 ℃，年均降水219 mm。所采集的种子自然风干，清理后在-20 ℃冰箱中贮藏。

1.2 破除休眠方法

采用水埋方法。在试验开始之前，单粒分拣，去除虫蛀、空粒种子。每50粒种子1组包于滤纸袋中，置于直径为4 cm试管中，保证种子被水埋深为6 cm。将装有水埋种子的试管置于4 ℃冰箱中保持4周，4周后取出种子，置于23 ℃实验室环境下风干和缓冲1周，均为黑暗环境。预实验结果表明，水埋处理后种子萌发率达95%，表明狗尾草种子已破除休眠。

1.3 种子处理

实验在黑暗条件下、温度为45 ℃的人工气候箱内进行，持续15 d。设置湿度分别为：20%、30%、50%、60%和80%，每个湿度下种子的老化时间分别为1，3，5，7，9，11 d和13 d共7个处理，对照不经过湿度处理。每处理3次重复，每重复50粒种子。

1.4 萌发实验

实验于2013年10月18日开始，共计4周。将种子置于垫有2层滤纸的90 mm的培养皿，每皿加入5 mL 1%赤霉素溶液，萌发期间及时补充蒸馏水，以保证种子萌发所需水分。发芽温度为15 ℃/25 ℃，12 h光照/12 h黑暗条件下进行萌发。每天统计萌发情况，以肉眼看到白色的幼根为标准判断种子是否萌发。以3个重复中有1粒种子萌发即为该处理的发芽始期，连续12 d不再有种子发芽为发芽结束期。将已萌发的种子置于相同环境下进行生长，7 d后测定其胚根长和胚芽鞘长。统计种子初始萌发天数、萌发率、胚根和胚芽鞘长。

表1 狗尾草种子萌发率与湿度间关系

处理时间(d)湿度(%)ck2030506080萌发率(%)173±11ab67±18b87±9a85±3ab73±5ab81±8ab373±11a77±11a88±6a81±6a86±11a83±6a573±11a82±9a79±21a88±7a87±6a72±13a773±11a73±14b89±5a81±8a92±3a65±11b973±11a65±17b84±2a92±2a90±2a17±5c1173±11ab58±22b63±25b93±3a77±2b20±9c1373±11ab67±6b64±19b94±2a74±7b0±0c

注：表中不同字母表示同行数据间具有显著差异(plt;0.05)。

表2 初始萌发时间及萌发率变异系数与老化湿度的关系

老化时间(d)ck135791113湿度(%)20%Stg44444431CV(%)16271191077630%Stg444434351611122762403050%Stg44444434CV(%)164881023260%Stg45444545CV(%)167137423980%Stg444566100CV(%)1697181727440

萌发率(%)=n/N(式中：n为萌发种子数，N为供试种子数)。

初始萌发天数为3次重复中第1粒种子萌发所需时间(d)。

1.5 种子活力测定

萌发结束后，统计未萌发种子中腐烂种子数。对未萌发的种子用1%TTC染色24 h后检验种子活力。如果胚被染成红色，则表明种子有活力。腐烂种子和没有活力种子均被认为是死亡种子。统计休眠率、死亡率及萌发率的变异系数(CV)。

休眠率(%)=染色种子数/供试种子总数×100%。

1.6 数据处理

使用SPSS统计分析软件进行描述性统计和方差分析。用平均值±标准差(M±SD)表示种子萌发描述性统计数据，以单因素方差(One-way ANOVA)和最小差异显著法(LSD)分析不同胁迫时间种子萌发的差异。

2 结果与分析

2.1 湿度对狗尾草种子萌发的影响

2.1.1 对萌发率的影响

由统计结果可知，随湿度的增加，7，9，11 d和13 d 4个处理时间下，狗尾草种子萌发率呈先增加后升高再降低的趋势；处理湿度20%的萌发率比对照下降，处理7 d和处理9 d的萌发率先下降，萌发率与对照间表现出显著差异；湿度为50%时，处理5，9，11 d和处理13 d达到最大萌发率后呈现下降状态，分别为88%、92%、93%、94%；在80%的湿度下，5，7，9，11 d和13 d萌发率下降幅度最大，处理7，9，11 d和处理13 d的种子与对照呈现显著差异；在处理1，3 d和处理5 d时间下，随着湿度的增加与对照的萌发率不显著，表明狗尾草种子在此处理时间下，萌发种子百分率受处理时间的影响在短时间内不显著，在长时间高湿环境下如7，9，11 d和13 d时，湿度80%萌发率与对照呈显著差异，表明长时间胁迫下，高湿度80%对种子萌发有显著抑制的影响(表1)。

2.1.2 对种子初始萌发时间和最终萌发率的影响

由表2可知，延长胁迫时间对30%、50%和60%湿度的种子初始萌发时间影响不大，均表现为第4天观察到种子萌发；对20%和80% 2个水平下初始萌发时间有较大的变化；80%湿度从第5天起表现出延后萌发即随胁迫时间延长，种子萌发的时间推后趋势；而20%湿度处理下表现出提前萌发。处理湿度为20%的种子，在处理1，3，5，7 d和处理9 d后初始萌发时间均为第4天，对处理11 d和处理13 d的种子则分别提前到第3天和第1天；对80%湿度、处理11 d的种子，初始萌发时间则延后至第10天(表2)。

由表2可知，未经高湿处理的狗尾草种子萌发率变异系数为16%，表明种子的萌发过程不整齐，萌发持续的时间跨度较大。随着胁迫时间增加，50%和60%湿度下种子萌发均比对照整齐和集中。30%和80%湿度下，在较长时间(11 d)处理后种子萌发均趋于极不整齐，与对照相比、萌发率变异系数分别增大了24%和28%。20%湿度下，胁迫时间延长种的子萌发持续的时间尺度变小。

2.1.3 对种子活力的影响

破除休眠的狗尾草种子在萌发过程中将出现萌发、二次休眠和死亡3种情况。从图1可知，随湿度逐渐增加，7种胁迫时间下破除休眠的狗尾草种子休眠率均出现先增长后下降再升高的趋势，死亡率则呈增加趋势。在各个胁迫时间，破除休眠的狗尾草种子均在20%湿度下与对照相比先增长(除胁迫13 d种子)；50%湿度下，种子的休眠率达到最低(除老化1 d种子)；种子的休眠率在80%湿度环境达到最高。长时间胁迫的种子在低湿度下休眠均会缓慢上升，短时间胁迫的种子会在低湿度下促进萌发。破除休眠的种子在高湿处理下死亡的变化规律与休眠无关，随湿度增加种子均表现为休眠。例如在休眠率达到最低时，休眠率为3%；而死亡率最高为3%。

图1 老化湿度对狗尾草种子命运的影响

图2 老化湿度对狗尾草胚根长度和胚芽鞘长度的影响

2.2 湿度对破除休眠的狗尾草幼苗胚根和胚芽鞘生长的影响

由统计分析结果(图2)可知，80%湿度对各胁迫时间条件下，破出休眠的狗尾草种子胚根生长都产生了明显影响，表现为胚根生长缓慢，最高生长速度为9.8 mm/d，最低生长速度为0 mm/d。长时间处理会完全抑制胚根的生长，适宜的时间处理会减缓对胚根生长的抑制，例如80%湿度条件处理13 d，胚根生长速度为0 mm/d；胁迫5 d胚根的生长速度为9.8 mm/d，对照仅为11 mm/d。80%湿度对各个胁迫时间的胚芽鞘生长均会表现明显的抑制。

3 讨 论

种子的萌发除了本身的活力这一内在因素外，还需要温度、水分等外在因素。水分过低或过高都不利于种子活力的保存，低湿(32%～53%)可以较长时间保持种子活力，但长期储存也会降低种子活力[13]。总之，种子只有在最适宜的湿度和处理时间的外在环境中发芽率才会最高，初始发芽天数也会较稳定。本试验发现狗尾草对环境的适应力很强。高湿胁迫过程中在低于7 d的各个湿度的胁迫均不会对种子萌发有显著的抑制，只有达到高湿80%和胁迫超过7 d的环境，对种子的萌发才会有显著的抑制作用。说明破除休眠的狗尾草种子有较强的萌发力，对胁迫湿度和时间有一定的抵抗能力，同时也了解到80%湿度为种子萌发力衰退的临界湿度环境。

种子在不适合萌发的环境中会进入二次休眠[14]。对具有休眠特征的种子萌发研究表明，人工干燥水稻种子由于人为因素会导致高水分的种子陷入二次休眠[15]。根据本试验结果，在胁迫湿度为80%时，胁迫1 d种子的休眠率比对照高，但胁迫3 d种子的休眠率会降低，之后会随着胁迫时间的增加而增加。种子在80%湿度处理下，处理9 d以后种子的休眠率显著高于其他湿度和时间组合。由休眠率和死亡率的比例观察发现，种子在高湿胁迫后均会进入二次休眠，因此，狗尾草种子种植时，防止萌发湿度达到80%和胁迫时间超过9 d。

胚芽鞘可保护幼嫩子叶露出地面并抵御不良环境胁迫，它的长短影响作物初期的生长状况[16]。对胚芽鞘的分析表明，水胁迫下小麦胚芽鞘生长的速度降低[16]。不同胁迫时间，80%湿度的种子胚根和胚芽鞘的长度均低于对照。湿度导致破除休眠的狗尾草种子过度消耗，80%湿度是种子萌发力衰退的临界湿度。

总之，湿度和胁迫时间是影响破除的狗尾草种子萌发的重要生态因子。破除休眠的狗尾草种子萌发对湿度和胁迫时间具有一定的忍耐范围，在适宜的范围内对种子的萌发影响不显著(pgt;0.05)，超过这个范围则会抑制种子的萌发。这个结果与王强等[17]的研究结果一致。因此，育苗过程中必须协调好湿度和处理时间的平衡关系，控制好了就会提高种子发芽率和种子的出苗的整齐度，控制不好则会严重影响种子的萌发。本研究采用的是模拟湿度的方法，只考虑了湿度对种子萌发特性的影响，和实际的种植湿度还有较大的差距。对于狗尾草能否在破除休眠后在高湿条件长期存活，还需进一步的研究。

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The Effects on Germination and Seedling Coleoptile Growth ofSetariaviridisof Relieve Dormancy under High Humidity

LIYuhuan

2016-12-27

李玉环(1989—)，女，在读硕士研究生，研究方向：生物化学。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.05.101

S 451

A

1001-4705(2017)05-0101-04