低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子发芽特性的影响

刘金海，王 琰，徐 翠，蒋金娟，罗富成，王鹤桦

(1.云南农业大学动物科技学院，昆明 650201；2.信阳职业技术学院，河南 信阳 464000)

纳罗克非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)于1974年从澳大利亚引入中国，四十多年的推广栽培表明，该草是南方热带、亚热带以及暖温带地区人工草地建植、草山改良和公路护坡、水库护堤的骨干草种[1-7]。该植物生态适应广、生长迅速、草质好、生长年限长、抗逆性强、耐重牧，抽穗期茎叶柔软，适口性好，反刍家畜喜食[8-9]。但纳罗克非洲狗尾草种子休眠程度深。目前，国内外关于非洲狗尾草的研究主要集中在栽培管理、饲草生产、抗逆性、放牧利用、种子生产、种性恢复、提高发芽率等方面[10]。关于破除纳罗克非洲狗尾草种子休眠技术的研究近年来有较大进展，罗富成等[7]提出，GA3溶液浸种是提高其发芽率可行的方法；赤霉素和聚乙二醇(PEG)处理，不仅可显著提高纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率，而且还对幼苗芽长、根长、幼苗长势有明显的促进作用[11]；罗富成等[12]研究表明，机械处理、硝酸钾(KNO3)溶液浸种、硫酸溶液腐蚀种壳以及盐酸溶液浸种均可不同程度破除纳罗克非洲狗尾草种子的休眠；稀土化合物——硝酸镧[La(NO3)3]溶液浸种也能显著提高其种子发芽率[13]。

种子萌发主要受内部自身因素和外部环境因素的互相作用[14-15]，内部因素主要包括：种子的遗传特性、种子寿命、种子成熟与否，外部环境因素包括：土壤、空气、水分、光照、温度、湿度等，其中温度在种子萌发过程中起着关键作用[16]。杜锦华等[17]研究表明，温度对紫花苜蓿种子萌发具有显著的影响；温度还与其它因子交互作用从而影响种子的萌发[18-20]，而有关温度对纳罗克非洲狗尾草种子萌发影响的研究较少。因此，本研究以纳罗克非洲狗尾草种子为对象，通过低温处理和变温处理技术，寻求有效破除纳罗克非洲狗尾草种子休眠的最佳技术方案，以期为纳罗克非洲狗尾草生产提供理论依据，促进纳罗克非洲狗尾草产业可持续发展。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为云南省永德县永康镇鸭塘村(24°09′35.03″N，99°23′1.17″E)人工草地成熟期收获的纳罗克非洲狗尾草种子，种子风干后，用种子重力分离机分离去杂、清选后备用[21-22]。

1.2 试验方法

1.2.1种子生活力检测

随机取种子100粒，3次重复，采用TTC图像法[23]测定种子生活力。

1.2.2种子处理

试验前，用1.5%硫酸铜溶液浸种消毒10 min[22]，风干备用。处理方法：1) 取适量备用种子于烧杯中，置于4 ℃冰箱，分别于1、3、5 d和7 d取出做发芽试验，分别标记为4-1、4-3、4-5和4-7，每个处理3个重复，每个重复100粒种子；2) 取适量备用种子于烧杯中，一部分干燥，一部分吸湿处理(加入与种子质量相等的蒸馏水并充分晃动混合均匀)，分别置于4 ℃冰箱16 h后再转入25 ℃恒温培养箱8 h，交替重复变温3 d和5 d后，取出做发芽试验，干燥变温处理分别标记为D-16-8-3和D-16-8-5，吸湿变温处理分别标记为M-16-8-3和M-16-8-5，每个处理3个重复，每个重复100粒种子；3) 取适量备用种子于烧杯中，一部分干燥，一部分吸湿处理，分别置于4 ℃冰箱12 h后，再转入25 ℃培养箱培养12 h，交替重复变温处理3 d和5 d[24]，取出进行发芽试验，干燥变温处理分别标记为D-12-12-3和D-12-12-5)，吸湿变温处理分别标记为M-12-12-3和M-12-12-5，每个处理3个重复，每个重复100粒种子；4) 随机取300粒备用种子，3个重复，每个重复100粒，用作对照(ck)。

1.2.3发芽试验

按照GB/T 2930.1-2001《牧草种子检验规程》[25]，以芽长超过种长的50%作为发芽标准[26]；第10天和第21天分别计算发芽势和发芽率[27]。发芽结束后(第21天)，参照王琰等[22]的方法测幼苗根长和芽长。并将幼苗干燥后称其干重，计算种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数[28-29]。

1.3 数据处理

用Excel 2010软件进行数据整理及作图，用SPSS 22.0软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 种子生活力

种子经TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑)染色后，在立体显微镜下观测(图1)，检测到纳罗克非洲狗尾草种子种胚被完全染色的种子占86%，说明种子的生活力为86%。

2.2 低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子发芽率的影响

低温处理(4-1、4-3、4-5和4-7)，干燥变温处理(D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5)，吸湿变温处理(M-16-8-3、M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5)几种处理方法均能在一定程度上提高纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率(图2)，其中D-12-12-5的发芽率最高，为70.67%，是ck的2.44倍，差异显著(p<0.05)。低温4 ℃处理1、3、5 d和7 d，随着处理时间的延长发芽率不断增高(图2)，第7天的发芽率为50.33%，是ck的1.74倍，差异显著(p<0.05)。干燥种子处理D-12-12-3和D-12-12-5发芽率分别为56.67%和70.67%，吸湿种子处理M-12-12-3和M-12-12-5的发芽率分别为43%和45.67%，随着处理天数延长发芽率相应增加，并且干燥种子发芽率与吸湿种子发芽率相比较差异显著(p<0.05)；干燥种子处理D-16-8-3和D-16-8-5的发芽率分别为47%和55.67%，吸湿种子处理M-16-8-3和M-16-8-5的发芽率分别为32%和34%，随着处理天数延长发芽率也相应增加，并且干燥种子发芽率与吸湿种子发芽率相比较差异显著(p<0.05)。由此可见，在对应变温处理和时间变化处理条件下，干燥种子的发芽率高于吸湿种子的发芽率。综上可知，干燥种子D-12-12-5处理方法最好，发芽率最高，对纳罗克非洲狗尾草种子的破眠效果显著(p<0.05)。

2.3 低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子发芽势的影响

随着处理时间的延长，低温处理4-1、4-3、4-5和4-7的种子的发芽势不断增高(图3)，且4-7的发芽势最大，为40.33%，是ck的1.48倍，差异显著(p<0.05)。干燥变温处理D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5种子发芽势都显著高于ck的发芽势(p<0.05)，其中，D-12-12-5处理种子发芽势最高，为59%，是ck的2.16倍，差异显著(p<0.05)；吸湿变温处理M-16-8-3、M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5中，M-12-12-5的发芽势最高，为39.67%，是ck的1.45倍，与ck比较差异显著(p<0.05)；干燥、吸湿变温处理5 d的种子发芽势高于对应干燥、吸湿变温处理3 d的。综上可知，D-12-12-5处理种子发芽势最高。

2.4 低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子发芽指数的影响

随着低温处理(4-1、4-3、4-5和4-7)时间的延长，纳罗克非洲狗尾草种子的发芽指数不断提高(图4)，且4-5和4-7的发芽指数与ck相比，差异显著(p<0.05)，其中4-7的发芽指数最高，为6.92，是ck的1.66倍；干燥变温处理D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5的发芽指数(分别为7.73、10.98、8.64、13.17)与ck相比，差异显著(p<0.05 )，分别是ck的1.86、2.64、2.08、3.17倍；吸湿变温处理M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5的发芽指数显著高于ck(p<0.05)；干燥、吸湿种子置于4 ℃冰箱12 h后再转入25 ℃培养箱12 h，重复变温5 d的发芽指数高于对应处理3 d的发芽指数；干燥、吸湿种子置于4 ℃冰箱16 h后再转入25 ℃培养箱培养8 h，重复变温5 d的发芽指数高于对应处理3 d的发芽指数；综上可知，D-12-12-5处理种子的发芽指数最高，为13.17，是ck的3.17倍，差异显著(p<0.05)。

2.5 低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子活力指数的影响

D-12-12-5处理种子的活力指数最高，为0.014(图5)，是ck的3.5倍，差异显著(p<0.05)。低温处理4-1、4-3、4-5以及4-7种子的活力指数虽高于ck，但差异不显著；干燥变温处理D-16-8-5、D-12-12-3以及D-12-12-5的活力指数分别为0.009 5、0.009 9和0.014，显著高于ck(p<0.05)；吸湿变温处理M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5的活力指数分别为0.004 6、0.005 3和0.007 3，高于ck，但差异不显著；干燥、吸湿变温处理5 d的种子发芽势高于对应干燥、吸湿变温处理3 d的种子发芽势，差异显著(p<0.05)。

2.6 低温与变温对纳罗克非洲狗尾草种子根长、芽长的影响

低温与变温处理在一定程度上提高了纳罗克非洲狗尾草种子的根长、芽长(表1)。低温处理(4-1)、干燥种子变温处理(D-12-12-5)以及吸湿种子变温处理(M-12-12-5)纳罗克非洲狗尾草种子的根长分别为4.1 cm、3.64 cm和3.64 cm，是ck的3.57倍、3.17倍和3.17倍，差异显著(p<0.05)。干燥种子变温处理(D-12-12-5)的芽长最长，为3.503 cm，是ck的2.13倍，差异显著(p<0.05)。

表1 低温与变温处理后纳罗克非洲狗尾草种子根长、芽长的变化Table 1 Effects of low temperature and variable temperature treatment on root length and bud length of S.sphacelata seeds

3 讨 论

变温处理可有效提高植物种子(如烟草、黄瓜和番茄等)的发芽率[24]，但利用变温处理纳罗克非洲狗尾草种子的研究较少。变温锻炼是种子引发时采用高低温度交替处理的过程[30]。变温处理分为吸湿种子变温和干燥种子变温2种，变温处理可有效提高种子的束缚水、增加原生质的粘度和持水量[31-32]，从而促进种子的萌发[33]。

对于本研究而言，干燥种子变温处理后纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率，各项活力指标以及芽长、根长明显高于吸湿种子变温处理，这与孙蕾等[24]的研究结果一致。干燥种子变温处理(D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5)中，D-12-12-5处理(4 ℃12 h-25 ℃12 h交替重复变温处理5 d)的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和芽长都最高，分别为70.67%、59%、13.17、0.014和3.503 cm，分别是ck的2.44、2.16、3.17倍和3.5倍。D-12-12-3和D-12-12-5的发芽率、各项活力指标以及根长和芽长都在一定程度上高于相对应的D-16-8-3和D-16-8-5的各指标。结果说明4 ℃12 h，25 ℃12 h交替重复变温处理效果要优于4 ℃16 h，25 ℃8 h交替重复变温的处理效果，并随着变温处理时间延长效果相应增加。

低温处理(4-1、4-3、4-5和4-7)中，随着时间的延长，纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率和各项活力指标都不断提高，这与张影等[34]的研究结果一致。其中4 ℃冰箱处理7 d纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数分别为50.33%、40.33%、6.92、0.006 7，分别是ck的1.25、1.48、1.66、1.52倍。

4 结 论

低温处理(4-1、4-3、4-5和4-7)随着处理时间的延长，纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率和各项活力指标都不断提高，说明低温处理能在一定程度打破纳罗克非洲狗尾草种子的休眠。

对于干燥和吸湿两类种子，各变温处理均能显著提高纳罗克非洲狗尾草种子的发芽率、各项活力指标、根长以及芽长，能显著促进纳罗克非洲狗尾草种子的萌发，干燥种子的萌发效果要优于吸湿种子，并且4 ℃12 h，25 ℃12 h交替重复变温处理效果要优于4 ℃16 h，25 ℃8 h交替重复变温的处理效果，并随着变温处理时间延长效果相应增加。

综上，处理D-12-12-5是有效破除纳罗克非洲狗尾草种子休眠的最佳技术方案，种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和芽长都最高，分别为70.67%、59%、13.17、0.014和3.503 cm，分别是ck的2.44、2.16、3.17倍和3.5倍。