野生木黄耆种子休眠解除与萌发研究

李晓梅，赵晓英

(1.山东省潍坊第七中学，山东 潍坊 261021；2.新疆师范大学生命科学学院，新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室，新疆 乌鲁木齐 830054)

种子萌发是植物生活史的一个关键环节，是种群更新和植被构建的基础。种子萌发对温度、水分等生态因子的响应反映了其适应局地环境的机制[1]。有活力的种子在适宜条件下不萌发的现象叫种子休眠，冷荒漠地区96%的灌木种子具休眠特性[2]。种子休眠是种子植物长期适应原产地生长环境所形成的遗传特性。从生态学角度来说，休眠是调节种子在最佳时间萌发，避免在不利条件下萌发或之后幼苗面临不利条件的一种机制。因为一种植物如果只依靠种子进行种群的繁殖更新，那么该植物在某一地域的持久性则取决于种子的萌发和幼苗建成。由于种皮(有时也包括果皮)不透水而造成的休眠为物理休眠，具物理休眠的种子也称硬实种子[3]。物理休眠在豆科植物中最为普遍。解除物理休眠的方法主要有物理的、化学的和生物的方法。物理方法主要通过机械、低温、高温、干湿交错、电离辐射、超声波和高压等方法处理种子；化学方法主要通过酸蚀处理、碱液浸泡，还有其他一些化学物质处理也可以促进硬实种子的吸胀萌发[3]。

种子的物理休眠及解除会随贮藏时间的变化而变化[4, 5]。随着贮藏时间的延长，有些植物种子的物理休眠得以解除，但种子也会产生不同程度的劣变, 最终会导致种子活力下降[6，7]。有关膜荚黄耆(Astragalusmembranaceus)及其变种蒙古黄耆(A.membranaceusvar.mongholicus)[8-13]、草木樨状黄耆(A.melilotoide)[14]种子休眠和解除的研究已有报道。贮藏后种子休眠的解除因种而异，花棒(Hedysarumscorparium)贮藏9个月后硬实率未发生显著变化[15]，砂生槐(Sophoramoorcroftiana)贮藏1年后硬实率减少了86%[16]，刺叶锦鸡儿(Caraganaacanthophylla)贮藏1年、6年、8年的种子萌发率分别比成熟鲜种子的提高了13%、27%和24%，可见部分种子休眠在贮藏中得以解除，但时间过长萌发率反而下降[17]。

木黄耆为豆科黄耆属灌木，是黄耆属为数不多的木本植物之一，生长于石质山坡、常见于小蓬(Nanophytonerinaceum)荒漠草地[18]，是良好的饲用植物，也是潜在的植被恢复先锋植物。本文拟探讨影响野生木黄耆种子萌发的温度和水分条件、种子休眠比率、不同处理对种子休眠的解除效果及短期干贮藏和长期干贮藏对其种子休眠解除的作用。研究有助于深入探讨该植物在种子阶段的适应机制，为退化荒漠草地的修复提供依据。

1 材料与方法

种子采集：木黄耆果实于2007年6月采自乌鲁木齐市鲤鱼山，采集后置于室内通风处晾干，选取健康饱满的种子备用。从成熟健康的种子中随机选取100粒称质量，8个重复，称质量选用万分之一天平，计算种子的千粒质量。

解除休眠处理：2007年11月，将木黄耆种子分2组：放于100 mm的培养皿中湿润滤纸上，每组50粒，各3次重复。在 5 ℃下层积处理12周[19]后，将种子从5 ℃移至2.2所述的温度进行萌发试验；同时将木黄耆种子埋于其原生境10 cm深的土壤中，待翌年3月将种子取回移至2.2所述进行萌发试验。2007年12月，将木黄耆种子用砂纸擦破种皮后置于4个变温进行萌发试验。

贮藏：将晾干1周的成熟鲜种子装入磨口玻璃瓶中，室温下贮藏。分别将鲜种子、贮藏4个月、贮藏10年的种子进行萌发。

萌发试验：将种子置于100 mm的培养皿中，每组50粒，各3个重复，在光照培养箱(MGC-250)中进行萌发。培养箱温度为15/5 ℃、20/10 ℃、25/15 ℃及30/20 ℃(昼12 h/夜12 h)，这4个温度接近木黄耆原生境生长季的月平均最高/最低温度，光照强度为8 000 lx。通过每天在培育皿内滤纸上加水，保持滤纸湿润。萌发过程以长出2 mm胚根视为萌发，每天检测1次，并将已萌发的种子捡出。试验结束后，对未萌发的种子用TTC法检测生活力。萌发率为萌发种子占有生活力种子的百分率[19]。试验持续30d。

数据处理：利用SPSS22.0统计分析软件对所测数据进行处理分析，用单因素方差分析法在95%水平上检验种子的萌发率，差异显著性检验时数据做反正弦转换[19]。试验结果以平均值(Mean)±标准误(SE)表示。

2 结果与分析

木黄耆种子的千粒质量为3.089 5 g。由图1可知，成熟鲜种子在15/5 ℃、20/10 ℃、25/15 ℃及30/20 ℃(昼12 h/夜12 h)4个温度的萌发率分别为26%、27%、34%、56%。

2.1 不同处理方法对种子萌发的影响

在同一变温下，擦破种皮处理的种子萌发率最高(P<0.05)，均超过97%。除25/15 ℃变湿外，5 ℃下低温层积与原生境土壤中层积的萌发率差异不显著(见图1)。经两种方式层积处理的种子萌发率均比未处理的低(P<0.05)。

图1 不同处理方法对种子萌发的影响(平均值±标准误)

2.2 干贮藏对萌发的影响

由图2可知，不同贮藏时间的种子在设置的3个变温条件下的萌发率均没有显著性差异。在20/10 ℃和25/15 ℃两个变温条件下干贮藏4个月与10年的种子萌发率没有显著性差异，鲜种子与贮藏4个月的种子萌发率也没有显著性差异。在3个变温条件下贮藏10年的种子均比鲜种子的萌发率低(P<0.05)。

图2 干贮藏不同时间后种子的萌发率(平均值±标准误)

3 结论与讨论

本研究中，木黄耆种子在15/5 ℃到30/20 ℃的昼夜变温范围内均可萌发，最适温度下的萌发率为54.7%，即成熟鲜种子有45.3%的种子存在休眠，这与蒙古黄耆[11-13]的种子休眠率相近。擦破种皮后，除15/5 ℃变湿外，其他三个较高温度下的萌发率均达到100%，说明木黄耆种子为物理休眠，即硬实。物理休眠在豆科植物中普遍存在，有利于种子活力的保持。如在室温下保存的大豆硬实种子保存4年萌发率仍在90%以上，而非硬实种子2年左右的时间即失去生活力[20]； 硬实还能保证种子在成熟、收获以后的不同时期内，由于环境条件(低温、变温、土壤湿度变化和微生物活动等)的作用改变种皮透性，使不同的个体逐渐萌发[21]，确保其在适宜条件下有个别种子成功萌发和建苗。低温层积和土壤中埋放只能解除一小部分种子的休眠。在自然环境中，木黄耆的硬实种子在土壤中可能经历砾石擦破种皮以及土壤温度和湿度变化，从而解除休眠。

种子的自然寿命是不同的，即使同种同属的也不尽相同[22]。刺叶锦鸡儿[17]的种子随着贮藏时间的延长，种子的萌发率越来越高，干贮藏能解除部分种子物理休眠，草原锦鸡儿(C.pumila)[17]种子的萌发不受贮藏时间的影响，紫花苜蓿(Medicagosativa)、黄花苜蓿(M.falcata)[4]的种子随着贮藏时间延长萌发率先升高又降低。木黄耆种子经干贮藏10年后的萌发率显著低于鲜种子的萌发率，这与砂生槐[16]、串叶松香草(Silphiumperfoliatum)[4]的结果相似，这可能与木黄耆种皮的特殊结构有关，干贮藏提高种子休眠率的机理还有待于进一步的研究。在20/10 ℃和25/15 ℃这两个温度条件下，贮藏4个月和10年种子的萌发率差异不显著，证实了木黄耆种子的寿命很长，使其可以进入持久种子库，为种群更新提供保障。种子保持长时间休眠是植物对不确定降水和不可预测环境的一种适应[23]。

综上所述，木黄耆成熟鲜种子在四个温度下均可萌发，适宜温度下的硬实率高达44%。擦破种皮解除休眠的效果最好，低温层积和原生境埋放种子的萌发率比鲜种子显著降低，不能解除种子的休眠。短期干