聚乙二醇引发处理对水曲柳种子在高温下萌发的影响1)

闫月 卢艳 崔程程 张鹏

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

种子休眠是高等植物中普遍存在的一种自然属性[1-2]，而次生休眠是种子遇到不适宜的外界环境诱导所致[3]。近年来，全球气候变化较为异常，极端环境条件的经常出现致使植物种子容易产生次生休眠，导致种子无法达到预期的萌发效果，从而降低产量，这给农林生产带来减产和经济损失等问题。水曲柳(Fraxinusmandshurica)为我国北方重要的造林树种之一，目前生产中主要繁育方式仍为种子繁殖。水曲柳种子具有深度休眠的特性，需催芽处理解除休眠后才可萌发；但解除休眠的水曲柳种子，在较高温度条件下萌发超过3 d会进入次生休眠(热休眠)，此时将进入次生休眠的种子置于适宜萌发条件(10 ℃)下却不能萌发，需要打破次生休眠才能萌发[4-5]。所以在播种前对水曲柳种子进行必要的处理，防止其因高温诱导进入次生休眠是十分必要的。

引发处理是一种常见的促进种子萌发的处理方式[6-7]，聚乙二醇(PEG)溶液作为一种常见的液体引发剂，能够提高种子发芽率，增强种子抗逆性[8-11]。引发处理与渗透处理的区别，在于种子经过渗透处理后经历了回干过程。目前已有研究表明，PEG渗透处理可以对水曲柳种子的热休眠产生抑制作用[12]，但关于PEG溶液引发处理是否对水曲柳种子萌发有影响尚未见报道。本文以解除初生休眠水曲柳种子为材料，在不同引发温度下经不同质量分数PEG溶液引发处理不同时间的种子，分析不同PEG引发处理对水曲柳种子高温下萌发、热休眠诱导的影响。旨在为水曲柳种子适宜引发条件的确定、深入研究种子热休眠调控的生理机制提供参考。

1 材料与方法

试验用种子于2016年10月份采自吉林省露水河林业局水曲柳成年母树。种子经12周暖温(18 ℃)裸(无基质)层积后，转入低温(5 ℃)条件下裸层积10周，解除初生休眠；以解除初生休眠的水曲柳种子作为试验材料。

PEG溶液的配制与引发处理：将PEG 6000与蒸馏水按照比例分别配置质量分数为0(无PEG，溶液为蒸馏水)、5%、25%、50%的PEG溶液。将解除初生休眠的水曲柳种子分别在10、25 ℃的条件下，使用上述质量分数的PEG溶液分别进行1、3、7 d的浸泡处理，到达设置时间后的种子用蒸馏水冲洗清除表面溶液，将种子置于室温黑暗条件下回干48 h。

种子萌发试验：种子在室温黑暗条件下用蒸馏水浸泡复水48 h，用质量分数为0.5%的高锰酸钾溶液消毒30 min后，用清水冲洗至水清后进行萌发试验；种子在高温(25 ℃)培养7 d后，转移到10 ℃萌发30 d。种子置于底部铺有两层滤纸的直径为9 cm塑料培养皿中，在黑暗条件下进行萌发；每个处理设置4个重复，每个重复25粒种子，每天观察记录种子萌发情况，当胚根突出种皮2 mm以上时即认为种子萌发。试验结束后，计算种子的发芽率、发芽指数、平均发芽时间，计算公式：发芽率=(发芽种子数量/供试种子数量)×100%、发芽指数=∑(nt/t)、平均发芽时间=∑(nt×t)/∑nt。式中：t为发芽时间；nt为与t相对应的每日发芽种子数。

数据处理：使用Microsoft Excel 2016软件对数据进行整理；数据分析使用SPSS 18.0软件，使用最小显著性差异法(LSD法)进行多重比较，由于发芽率为百分数，分析时先对数据进行反正弦平方根转换后再进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 种子经10 ℃和不同PEG引发处理后在高温时的萌发表现

由表1可见：经10 ℃(低温)引发处理，引发处理时间、引发处理时间和PEG质量分数的交互作用对高温下种子发芽率影响极显著(P<0.01)，但PEG质量分数对高温下种子发芽率影响不显著(P>0.05)。由表2可见：随着引发处理时间的延长，水曲柳种子发芽率呈上升趋势。种子经过短时间(1 d)引发处理后，蒸馏水引发处理种子发芽率最高(39.0%)，与低质量分数(5%)、中等质量分数(25%)PEG引发处理种子发芽率差异不显著，但是显著高于高质量分数(50%)PEG引发处理种子发芽率(14.0%)；种子经过中等时间(3 d)引发处理后，高质量分数(50%)PEG引发处理种子发芽率最高(55.0%)，与其他处理间差异不显著；种子经过长时间(7 d)引发处理后，低质量分数(5%)PEG引发处理，种子发芽率(29.0%)明显低于中高质量分数(25%、50%)PEG引发处理种子的发芽率(54.0%、57.0%)，与蒸馏水引发种子发芽率(44.0%)差异不显著。

表110℃引发后不同处理条件对水曲柳种子在高温时发芽能力指标影响的方差分析

变异来源P值发芽率发芽指数平均发芽时间引发处理时间00.0010.005PEG质量分数0.1520.0400.046引发处理时间×PEG质量分数0.0050.0040.836

由表1可见：经10 ℃(低温)引发处理，引发处理时间、引发处理时间和PEG质量分数的交互作用对高温下种子发芽指数影响极显著(P<0.01)，PEG质量分数对高温下种子发芽指数影响显著(P<0.05)。由表2可见：随着引发处理时间的延长，水曲柳种子发芽指数呈上升趋势。种子经短时间(1 d)引发处理后，蒸馏水引发后的种子发芽指数最高(0.72)，显著高于高质量分数(50%)PEG溶液引发后的种子发芽指数，与中低质量分数(25%、5%)PEG溶液处理差异不显著；种子经中等时间(3 d)引发处理后，各质量分数PEG溶液引发后的种子发芽指数无显著差异；种子经长时间(7 d)引发处理后，高质量分数(50%)PEG溶液引发后的种子发芽指数，显著高于除中等质量分数外的其他两种处理后的种子发芽指数。

由表1可见：经10 ℃(低温)引发处理，引发处理时间和PEG质量分数的交互作用对高温下种子平均发芽时间影响不显著(P>0.05)，但引发处理时间对高温下种子平均发芽时间影响极显著(P<0.01)、PEG质量分数对高温下种子平均发芽时间影响显著(P<0.05)。由表2可见：随着引发处理时间的延长，水曲柳种子平均发芽时间呈现上升趋势。种子经短时间(1 d)引发处理后，平均发芽时间(14.55 d)明显低于经中等和长时间(3、7 d)引发处理后的种子平均发芽时间(15.89、16.65 d)；高质量分数(50%)PEG引发处理后的种子平均发芽时间的平均值(14.47 d)，显著低于低质量分数(5%)、中等质量分数(25%)PEG引发处理后的种子平均发芽时间的平均值(16.26、16.30 d)。

2.2 种子经25 ℃和不同PEG引发处理后在高温时的萌发表现

由表3可见：经25 ℃引发处理，引发处理时间和PEG质量分数交互作用对高温时种子发芽率影响不显著(P>0.05)，但引发处理时间对高温时种子发芽率影响极显著(P<0.01)、PEG质量分数对高温时种子发芽率影响显著(P<0.05)。由表4可见：随着引发时间的延长，种子发芽率呈现上升趋势。种子经短时间(1 d)引发处理后，种子发芽率平均值(22.5%)明显低于经中等和长时间(3、7 d)引发后的种子发芽率平均值(36.8%、39.5%)；中等质量分数(25%)PEG引发后的种子发芽率平均值(41.3%)显著高于蒸馏水与低质量分数(5%)PEG引发后的种子发芽率平均值(27.0%、29.0%)，与高质量分数PEG引发后种子发芽率平均值(34.3%)差异不显著。

表210℃引发后的水曲柳种子在高温时的发芽能力指标状态

引发处理时间/dPEG质量分数/%发芽率/%发芽指数平均发芽时间/d1 0(39.0±7.5)abc(0.72±0.15)bc (14.15±0.55)bc5(22.0±2.6)cd(0.43±0.10)cd(14.72±1.19)abc25(32.0±7.1)bc(0.53±0.11)cd(15.63±0.57)abc50(14.0±7.6)d(0.27±0.14)d(13.69±0.24)c30(39.0±7.7)abc(0.69±0.16)bc(15.65±0.78)abc5(42.0±3.5)abc(0.67±0.05)bc(16.65±0.73)ab25(39.0±2.5)abc(0.63±0.04)bcd(16.35±0.50)abc50(55.0±3.4)a(0.99±0.08)ab(14.90±0.65)abc70(44.0±7.7)ab(0.73±0.13)bc(17.47±0.93)a5(29.0±7.0)bc(0.45±0.06)cd(17.40±1.69)a25(54.0±7.4)a(0.97±0.15)ab(16.91±0.98)ab50(57.0±4.7)a(1.10±0.12)a(14.80±0.63)abc

注：表中数值为“均值±标准误差”；同列不同小写字母表示不同处理间发芽能力指标差异显著(P<0.05)。

由表3可见：经25 ℃引发处理，引发处理时间、PEG质量分数以及引发处理时间和PEG质量分数交互作用对高温时种子发芽指数影响均不显著(P>0.05)。

由表3可见：经25 ℃引发处理，引发处理时间和PEG质量分数交互作用对高温时种子平均发芽时间影响显著(P<0.05)，引发处理时间对高温时种子平均发芽时间影响极显著(P<0.01)，但PEG质量分数对高温时种子发芽时间影响不显著(P>0.05)。由表4可见：随着引发时间的延长，种子的平均发芽时间呈现上升趋势。种子经过短时间(1 d)引发处理后，低质量分数(5%)PEG引发的种子发芽时间显著高于其他质量分数处理；种子经过中等时间(3 d)引发处理后，中等质量分数(25%)PEG引发的种子平均发芽时间(18.80 d)明显低于蒸馏水引发的种子平均发芽时间(22.00 d)，但与低质量分数、高质量分数PEG引发的种子平均发芽时间(21.11、19.59 d)差异不显著；种子经长时间(7 d)引发处理后，各质量分数PEG引发的种子平均发芽时间差异不显著。

表325℃引发后不同处理条件对水曲柳种子在高温时发芽能力指标影响的方差分析

变异来源P值发芽率发芽指数平均发芽时间引发处理时间00.1000PEG质量分数0.0270.2980.070引发处理时间×PEG质量分数0.1490.6160.043

表425℃引发后的水曲柳种子在高温时的发芽能力指标状态

引发处理时间/dPEG质量分数/%发芽率/%发芽指数平均发芽时间/d1 0(25.0±3.0)de 0.43±0.06(15.09±0.91)e 5(24.0±7.7)de0.34±0.11(18.41±0.37)d25(25.0±3.4)de0.45±0.04(14.46±0.95)e50(16.0±3.7)e0.28±0.06(14.44±0.38)e30(31.0±5.0)bcde0.39±0.07(22.00±1.02)abc5(35.0±4.7)abcd0.48±0.11(21.11±1.37)bcd25(51.0±8.2)a0.72±0.08(18.80±0.84)d50(41.0±6.8)abcd0.56±0.12(19.59±0.90)cd70(25.0±6.8)de0.42±0.13(22.05±1.07)abc5(28.0±6.3)cde0.45±0.21(23.72±1.18)ab25(48.0±7.3)ab0.52±0.06(24.42±0.94)a50(46.0±4.2)abc0.56±0.09(23.67±0.93)ab

注：表中数值为“均值±标准误差”；同列不同小写字母表示不同处理间发芽能力指标差异显著(P<0.05)。

3 讨论与结论

PEG溶液作为一种常见的引发剂，对种子的作用主要体现在提高种子活力、增强种子抗逆性、提高种子发芽率、提高种子发芽指数、缩短种子发芽时间[8-11]；但PEG引发过程中，引发温度、引发时间及PEG质量分数的变化，往往会对引发结果产生极大的影响[13]。本研究发现，经10 ℃引发处理后种子的萌发表现，优于25 ℃引发处理后的种子萌发表现，且除25 ℃引发处理后，引发处理时间和PEG质量分数的变化对水曲柳种子的发芽指数无显著影响外，引发处理时间和PEG质量分数均单独或同时对种子的其他发芽能力指标有显著的影响，说明不同质量分数的PEG引发处理对水曲柳种子高温时萌发的作用效果不同。这与朱灿灿等在使用PEG溶液对油松种子进行的引发研究[14]、朱迎树等对老化的大麦种子进行的引发研究[15]等结果相似。研究表明，在不发生引发吸胀冷害的前提下，种子经较低温度引发后的生理条件，应优于较高温度引发后的种子[16-17]。本研究中经10 ℃引发处理后种子的萌发表现，优于25 ℃引发处理后的种子萌发表现，此结果也肯定了种子经较低温度引发后的萌发能力优于较高温度引发后的种子萌发能力这一观点。

解除休眠的水曲柳种子，在较高温度时萌发超过3 d会将进入次生休眠(热休眠)，此时将进入次生休眠的种子置于适宜的萌发温度(10 ℃)时则不能萌发[4-5]。本研究发现，在25 ℃进行萌发试验时，各引发处理种子的发芽率、发芽指数比不引发种子均有所提高。10 ℃引发处理，中等时间(3 d)和长时间(7 d)引发处理时，种子发芽率优于短时间(1 d)引发后的种子发芽率、高质量分数PEG(50%)作为引发溶液能获得较好效果；25 ℃引发处理，使用中等质量分数PEG(25%)溶液对种子进行中等时间(3 d)的引发处理，可以显著提高发芽率，但延长了种子的平均发芽时间，说明PEG引发处理能够减弱高温时水曲柳种子热休眠的诱导。这与其他关于引发对种子在胁迫生境下萌发的研究结果相似[18-22]。

综上所述，不同质量分数的PEG引发处理，对水曲柳种子高温时萌发的作用效果不同；10 ℃引发处理的各处理种子萌发能力，普遍好于25 ℃引发处理的种子萌发能力。PEG引发处理能减弱高温时水曲柳种子热休眠的诱导，其中：25 ℃引发处理，使用中等质量分数(25%)的PEG溶液对种子进行中等时间(3 d)的引发处理，可以显著提高发芽率，但延长了种子的平均发芽时间；10 ℃引发处理，使用高质量分数(50%)的PEG溶液对种子进行中等时间(3 d)或长时间(7 d)的引发处理，可以在不延长平均发芽时间的情况下，显著提高其发芽率与发芽指数，有效阻止种子进入热休眠。