不同预处理对西藏固沙草种子萌发特性及幼苗生长的影响

(西藏农牧学院，西藏 林芝 860000)

种子萌发是植物生活史的初始阶段，对植物的生存具有重要意义，野生牧草种子萌发更是天然草地生产力以及繁育牧草新品种的基础[1]。西藏地处青藏高原，平均海拔在4 000 m以上，有着“世界屋脊”和地球“第三极”之称，具有低温、干旱、辐射强烈等不利于植物生长的环境因子，在自然状态下植物种子萌发率低[2-3]。禾本科(Poaceae)固沙草属(OrinusHitchcock)植物现记载6个物种，均分布在青藏高原，西藏固沙草是其中之一，为西藏特有野生优质牧草，是在西藏极端沙地环境下生长的关键植物类群，多为西藏高寒草原和草甸的重要组成成分，是维持高寒地区生态平衡的重要植物种群之一[4-5]。固沙草属植物具有发达的根系，可以在沙地等极端环境下生长，具有重要的生态价值[6]。此外，该属植物营养价值较高，是畜牧业上的重要牧草，具有较高的饲用价值，然而该属植物在自然状态下种子萌发率及结实率低，对其种质资源的开发利用造成一定的困难[7]。所以探究提高西藏固沙草种子萌发的方法，对研究该属植物种子休眠机制与人工驯化具有重要的意义。目前，对西藏固沙草的研究多为分类鉴定方面[6]，关于提高种子萌发率方面的研究报道未曾见到。本试验采用3种常见的种子预处理方法处理西藏固沙草种子，探求各处理对种子萌发指数及幼苗生长的影响，旨在探寻合理的西藏固沙草种子预处理方法，提高其发芽质量，为西藏固沙草种质资源的开发利用及人工繁育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料于2017年9月采自西藏那曲巴青县(31°43′657″N，93°09′104″E，海拔4 678 m)，种子风干后在4 ℃冰箱内贮藏保存。试验前在室温条件下进行预试验，测得供试材料平均发芽率为41.23%。

1.2 试验方法

采用纸上发芽法。

设置3种不同浓度和时间的KMnO4、H2O2、CuSO4溶液处理(见表1)。挑选颗粒饱满、大小一致的种子，用1%的NaClO消毒10 min，之后用蒸馏水冲洗干净，待自然晾干后，置于铺有2层虑纸的培养皿内，在人工气候箱中培养。设置光照12 h，温度为25 ℃；黑暗12 h，温度为20 ℃，全天湿度为75%。每处理50粒种子，3次重复，以蒸馏水浸种12 h为对照。

种子放入人工气候箱24 h后开始每天观察记录种子发芽数，以胚根达到种子长度的1/2作为发芽的标志，第3天统计发芽势，第7天测定种子发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗芽长与根长。

发芽率(%)=(n/N)×100%，其中n为最终正常发芽的种子数，N为试供种子数[8]；

发芽势(%)=(发芽高峰期种子的发芽数/供试种子总数)×100%[9]；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，Gt为第t日的出苗数；Dt为相应出苗天数[10]；

活力指数=胚芽长度×发芽指数[11-12]。

胚根和胚芽长的测定：从每个不同处理的培养皿内随机取20个正常生长的幼苗测量胚芽和胚根的长度，不够20株的全部都测。

表1 不同处理方法

1.3 数据处理

采用DPS 6.0统计分析软件进行方差分析，样本间的差异显著性用Duncans检验，用Origin 2017软件作图。

2 结果与分析

2.1 KMnO4对种子萌发和幼苗生长的影响

由表2可以看出，各浓度的KMnO4溶液对西藏固沙草种子浸种一定时间，可以促进其种子萌发。在0.1%浓度处理时，各发芽指数随着浸种时间的增加而增加，而在0.3%和0.5%浓度处理下，各发芽指数随着浸种时间的增加而先升高后下降。其中用0.1% KMnO4溶液浸种3 h时西藏固沙草的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数达到最大值，分别为62.67%、51.10%、17.54和77.16，分别比对照显著增加了20.00%、19.1%、7.32和42.42，由此可见，0.1% KMnO4溶液处理3 h，可以显著促进西藏固沙草种子萌发。

图1结果表明，在不同浓度时间KMnO4溶液处理下，西藏固沙草种子胚根、胚芽生长也不同。在0.3% KMnO4溶液处理1 h，芽长达到最大值(4.74 cm)，比对照增加了1.31 cm，增加显著；0.1%和0.3% KMnO4处理对根长具有显著的促进作用，其中0.3% KMnO4溶液处理 1 h,根长达到最大值(4.63 cm)，比对照显著增加了1.5 cm，而0.5% KMnO4溶液处理下，西藏固沙草幼苗根长显著低于对照，说明高浓度的KMnO4对西藏固沙草根的生长具有一定的抑制作用。由此表明，一定浓度的KMnO4溶液处理对西藏固沙草幼苗的生长具有一定的促进作用，但是0.5% KMnO4则对西藏固沙草的根长具有抑制作用。

表2 KMnO4溶液不同浓度和时间预处理固沙草种子的发芽结果

注:表中同一指标不同字母表示差异显著 (p<0.05) ,相同字母表示差异不显著(p>0.05)。下同。

表3 H2O2溶液不同浓度和时间预处理固沙草种子的发芽结果

图1 不同浓度时间KMnO4溶液预处理对西藏固沙草幼苗生长的影响

2.2 H2O2对种子萌发和幼苗生长的影响

表3结果表明，随着过氧化氢浓度的增加，西藏固沙草的发芽率、发芽指数、发芽势和活力指数先增加后减小，在5%H2O2浓度处理下，各发芽指标随着浸种时间的增加而逐渐增大，且在浸种0.75 h时达到最大值，分别为55.33%、15.69、51.33%和53.72，相比对照显著增加了12.66%、5.47、19.33%和18.98。在10%和20%H2O2浓度处理下，各发芽指标随着浸种时间的增加而逐渐降低，而且20% H2O2处理0.75 h，各发芽指标相比对照有所下降，说明在高浓度H2O2处理下，浸种时间达到0.75 h则会对西藏固沙草的种子萌发产生一定的抑制作用，说明此浓度下浸种时间不适宜过长。

从图2可以看出，在低浓度(5%)处理下，H2O2溶液对西藏固沙草根长和芽长具有一定的促进作用，其中在5% H2O2溶液处理 0.75 h，其根长达到最大值(4.49 cm)；5% H2O2溶液处理 0.5 h，其芽长达到最大值(3.74 cm)。在10%和20% H2O2溶液处理下，其根长和芽长显著低于对照，说明高浓度的H2O2溶液不利于西藏固沙草幼苗的生长，而且在高浓度下，随着浸种时间的增加，其对西藏固沙草幼苗生长的抑制作用越明显。

表4 CuSO4溶液不同浓度时间预处理固沙草种子的发芽结果

图2 不同浓度时间H2O2溶液预处理对西藏固沙草幼苗生长的影响

2.3 CuSO4对种子萌发和幼苗生长的影响

表4结果表明，不同浓度CuSO4溶液浸种对西藏固沙草种子各发芽指标产生不同的影响结果：随着CuSO4溶液浸种时间的增加，0.5% CuSO4溶液可以不同程度的提高西藏固沙草的各发芽指标，浸种1 h效果最好，其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均达到最大值，分别为49.67%、38.00%、13.01和43.24，比对照分别增加了7.00%、6.00%、2.79和8.50；1%和1.5% CuSO4溶液处理下，其各发芽指标相比对照有所下降，而且随着浸种时间的增加，下降得越明显。由此可以看出，0.5% CuSO4溶液可以促进西藏固沙草种子萌发，而高浓度的CuSO4溶液不利于种子萌发，具有一定的抑制作用。

从图3可以看出，随着CuSO4溶液浓度和处理时间的增加，西藏固沙草根长和芽长逐渐减小，根长均显著低于对照；1.5% CuSO4溶液处理 3 h，其根长和芽长出现最小值(0.13 cm和1.4 cm)，显著低于对照3.03 cm和2.03 cm，说明CuSO4溶液对西藏固沙草幼苗的生长具有显著的抑制作用，而且对根生长的抑制程度要明显大于对芽生长的抑制程度。

图3 不同浓度时间CuSO4溶液预处理对西藏固沙草幼苗生长的影响

3 讨 论

3.1 KMnO4溶液对种子萌发和幼苗生长的影响

高锰酸钾作为常用的消毒剂之一，具有极强的杀菌能力[13]。在本试验中，各浓度的KMnO4溶液在一定时间的浸种处理下，均可以提高西藏固沙草种子活力，促进种子萌发，而且0.1%和0.3%浓度的KMnO4溶液浸种也有益于其幼苗的生长。这可能是因为KMnO4溶液具有良好的消毒能力，也可能是因为高锰酸钾溶于水后能放出原子态氧，可提高水溶液中氧的浓度[14]。另外钾、锰是植物生长过程中不可缺少的营养元素，浸种后钾离子和锰离子可以活化种子体内的酶系统，从而促进种子萌发及幼苗的早期生长[13]。郑蔚虹等在高锰酸钾浸种对沙棘种子萌发及幼苗生长的影响的试验中发现，KMnO4溶液可以提高沙棘种子的活力[14]；彭建等研究发现,KMnO4溶液可以提高非洲狗尾草种子的萌发率[15]；庄正等在对杉木种子的预处理试验中发现，适当浓度的KMnO4溶液对杉木种子各发芽指标具有良好的促进效果，而且在浓度为0.1%时效果最佳[16]，本研究结果与之一致。

3.2 H2O2对种子萌发和幼苗生长的影响

过氧化氢作为一种强氧化剂，具有较强的消毒杀菌能力，因此也是种子常用的消毒剂之一[16]。在本试验中，适当浓度的H2O2溶液可以不同程度的提高西藏固沙草各发芽指标，提高种子萌发率，并且5%浓度的H2O2溶液对西藏固沙草幼苗的生长也有一定的促进作用，这与庄正[16]等的研究结果相符；另外，赵东兴等研究发现，H2O2溶液浸种可以显著促进马槟榔种子萌发和幼苗生长[17]；姜美杰等在华重楼种子预处理对其萌发特性的影响的研究中发现，H2O2溶液浸种可以显著提高华重楼种子的萌发率；杨传杰等[19]则认为其作用机理和高锰酸钾相似，一方面H2O2作为常见的种子消毒剂，具有良好的消毒作用，可以降低种子的霉变率，另一方面，H2O2对种子包膜的氧化作用促进了有机物质充分吸水，在一定程度上满足了种子萌发的条件。

3.3 CuSO4对种子萌发和幼苗生长的影响

铜元素是植物生长所需的微量元素之一，适当铜元素还能降低真菌和霉菌对植物的危害程度[20]。在本试验中，随着CuSO4溶液浓度的增加，西藏固沙草各发芽指标呈现出逐渐下降的趋势，浓度达到1%后，显著低于对照。对于幼苗的生长来说，幼苗对硫酸铜更加敏感，在本试验处理的浓度范围内都表现出抑制作用。高小宽等在不同浓度硫酸铜处理对牧草生长的影响的研究中发现，硫酸铜溶液对3种牧草种子胚根和胚芽的生长具有抑制作用[21]，本试验结果与之相一致。原因可能是因为铜是一次性利用元素，根部吸收铜后很难转移，故主要集中在植物根部，进而抑制根系的生长[21]。另外过量施用铜元素会使植物体内产生活性氧，致使植物遭受氧化胁迫，进而对植物生长产生一定的抑制作用[21]。因此在选择用CuSO4溶液预处理西藏固沙草种子时，浓度不宜过高，浸种时间不宜过长。

4 结 论

不同浓度KMnO4溶液对西藏固沙草种子进行不同时间的浸种处理，对其种子萌发和幼苗生长具有不同影响，各处理对种子萌发均有不同程度的促进作用，0.1%和0.5%浓度KMnO4浸种也有益于幼苗的生长，浓度达到0.5%时，对西藏固沙草幼苗的生长具有一定抑制作用。由此可见，高浓度的KMnO4不利于西藏固沙草的生长，且浸种时间不宜过长。

随着H2O2溶液浓度和浸种时间的增加，西藏固沙草各发芽指标呈现出先升高后下降的趋势，当浓度达到20%时，随着浸种时间的增加逐渐变为抑制作用。因此在使用H2O2溶液对西藏固沙草种子进行浸种处理时，选择5%浓度浸种0.75 h为宜，浓度不宜过高，以避免对种子造成伤害。

CuSO4溶液对各发芽指标的影响呈现出逐渐降低的趋势，而且对西藏固沙草种子根长、芽长都具有抑制效果，因此在选择用CuSO4溶液预处理西藏固沙草种子时，选择0.5%浓度浸种1 h为宜。