浸种温度和光照时间对披碱草种子萌发的影响

罗 阳， 蔺伟虎， 田 沛

(兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室/兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室兰州大学草地农业科技学院， 兰州 730020)

披碱草(ElymusdahuricusTurcz.)是禾本科(Poaceae)披碱草属(Elymus)多年生、旱中生禾草[1]，主要分布在我国北方大部分地区，为我国披碱草属中分布最广泛的种[2]，是草甸草原的重要组成部分，也是维持高寒地区生态平衡的重要植物之一[3]。披碱草具有耐寒、耐旱、耐盐碱等优点[4]，有重要的栽培价值[5]，是我国北方地区建立人工草地的重要禾本科牧草之一[6]，在植被恢复、防风固沙、护坡等方面有重要作用[7]，在生态保护和生态恢复方面扮演着重要角色[8]。因此，开展披碱草种质资源的研究对我国畜牧业的发展以及生态恢复建设具有重要意义。

种子是农业生产的基础。种子萌发是植物生活史中最重要且最敏感的过程之一，直接关系到幼苗的存活率和生长情况，并影响植物分布、种群恢复和生物多样性水平[9-11]。种子萌发不仅需要内部条件，还需要适宜的外部条件，如光照、温度、种子大小、化感作用等[12-15]。温度通过改变种子内部酶的活性使种皮破裂，进而提高种子的透水透气能力，从而促进种子萌发[16]；光作为一种刺激信号分子，通过解除种子休眠来诱导其萌发[17-18]。种子萌发过程极易受人为、病虫害和环境胁迫等因素的影响[19-22]，因此对种子进行前处理也是促进其萌发的有效方法之一。1973年Heydecker等[23]首次提出种子浸种方法可以用来解决种子萌发缓慢等问题。浸种不仅可以提高种子的发芽率，还可以提高种子萌发过程中抵抗逆境条件的能力，促进种子在逆境中萌发[24]。国内外有关禾本科牧草浸种处理的报道很多，而对披碱草种子的研究很少。相关研究表明，种子播种前经太阳光照射，可使种子迅速通过后熟，改变种皮透性，使休眠下的种子很快恢复，提高种子发芽率[25]。目前这项种子处理技术的研究应用主要集中于豆科牧草以及作物种子[26-28]，并且以太阳光照射种子为主，试验发现，用人工光源代替太阳光照射种子也具有相同作用[29]。因此，本研究以披碱草种子为实验材料，分别探究不同浸种温度及不同光照时间发芽前处理对披碱草种子萌发的影响，了解披碱草种子萌发的适宜条件，对披碱草种质资源的开发和利用具有重要作用。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试的披碱草种子于2017年购自百绿国际草业有限公司，4 ℃保存于兰州大学草地农业科技学院草地保护研究所冰箱备用。

1.2 试验方法

1.2.1浸种处理

设置5 ℃、15 ℃、25 ℃(常温)、35 ℃、45 ℃、55 ℃和65 ℃等7种浸种温度处理。挑选籽粒饱满、大小均匀且无病虫害的成熟种子1 050粒，分7份用脱脂纱布包好，每份150粒，分别置于盛有5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃和65 ℃蒸馏水的烧杯中，于水浴锅中恒温水浴1 h。

1.2.2光照处理

设置0 d、1 d、2 d、3 d、4 d和5 d等6种光照时间处理。挑选籽粒饱满、大小均匀且无病虫害的成熟种子900粒，置于铺有2层滤纸直径为9 cm的培养皿中，每皿150粒，先放置一皿种子在光照培养箱(温度(25±0.5)℃，光照强度5 000 lx)中处理，每隔24 h添加一皿，5 d后全部取出，以不照光种子为对照处理。

1.2.3发芽试验

将上述处理好的种子经75%的乙醇浸泡1 min，1%的NaClO浸泡2 min后，用无菌水冲洗3～4次，洗掉种子表面的药液，晾干后分别置于垫有双层灭菌滤纸、直径为9 cm的培养皿中，每皿50粒种子，每个培养皿中加入5.8 mL无菌水，称取培养皿的原始重量，做好标记，每个处理设置3个重复[5,30]。将培养皿置于光照培养箱(温度(25±0.5)℃，光周期为光16 h/暗8 h，光照强度5 000 lx)中进行培养。自培养之日起，每天同一时间观察种子发芽及腐烂情况，及时清理污染发霉的种子，并根据培养皿失水情况补充无菌水。补水量以保持滤纸湿润即可。每天记录发芽粒数(以胚芽突破种皮1 mm为发芽标准)，第7天测定种子的发芽势，14 d后试验结束[31]，统计计算种子发芽率等指标。

1.3 测定指标

分别计算每种处理的种子发芽率、发芽势、发芽指数等指标，公式如下[32-34]：

发芽率(%)=(n/N)×100%，式中：n为最终达到的正常发芽粒数，N为供试种子数；

发芽势(%)=(规定日期内正常发芽的种子数/供试种子数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为第t天的发芽数，Dt为相应的发芽天数。

1.4 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2010软件对实验数据进行处理，并用IMB SPSS Statistics 25.0统计分析软件对所得数据在95%水平上进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，绘图采用Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 不同温度蒸馏水浸种对披碱草种子萌发的影响

披碱草种子经不同温度蒸馏水浸种的发芽率随温度的升高呈先降低后上升再降低的变化趋势。7个温度蒸馏水浸种处理后的种子均可发芽，发芽率依次为89.33%、75.33%、68.67%、74.67%、97.33%、79.33%和65.33%，其中45 ℃条件下发芽率最高，且显著高于其他处理(p<0.05)；在65 ℃条件下，种子发芽率显著低于其他温度处理(p<0.05)；5 ℃处理下种子的发芽率显著低于45 ℃处理，但显著高于其他处理(p<0.05)；15 ℃和55 ℃处理后的发芽率显著低于5 ℃和45 ℃处理，但显著高于65 ℃处理(p<0.05)；而25 ℃和35 ℃处理与15 ℃和55 ℃处理和65 ℃处理间均无显著差异(p>0.05)(图1)。

注：小写字母代表不同温度浸种处理下的差异显著(p<0.05)。下同。

披碱草的发芽势受浸种温度影响的变化趋势与发芽率一致。7个浸种温度(5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃、65 ℃)处理，披碱草种子的发芽势依次为55.33%、46.67%、48.67%、52.00%、62.00%、45.34%和46.67%，在45 ℃条件下发芽势最高，其次为5 ℃处理，两处理间发芽势无显著性差异(p>0.05)，但均显著高于其他温度处理(p<0.05)；浸种温度为35 ℃时，种子发芽势显著高于15 ℃、55 ℃和65 ℃处理(p<0.05)，但与5 ℃和15 ℃处理间差异不显著(p>0.05)；25 ℃处理下的发芽势显著低于45 ℃处理(p<0.05)，但与其他处理间均无显著差异(p>0.05)；15 ℃、55 ℃和65 ℃处理间无显著性差异(p>0.05)，其中温度为65 ℃时，种子发芽势有最小值，且显著低于5 ℃、35 ℃和45 ℃处理(p<0.05)(图2)。

图2 不同浸种温度处理对披碱草种子发芽势的影响

不同温度浸种处理下，披碱草种子的发芽指数也存在差异。在45 ℃条件下种子的发芽指数(33.71)显著高于其他温度处理(p<0.05)；其次为5 ℃条件下种子的发芽指数(23.86)，且与其他温度处理时种子的发芽指数有显著性差异(p<0.05)；当浸种温度为15 ℃、25 ℃、35 ℃、55 ℃和65 ℃时,种子的发芽指数均显著低于5 ℃和45 ℃处理(p<0.05)，但以上各处理间差异不显著(p>0.05)，其中在15 ℃处理下，种子的发芽指数最小(21.93)(图3)。

图3 不同浸种温度处理对披碱草种子发芽指数的影响

2.2 不同光照时间对披碱草种子萌发的影响

披碱草种子的发芽率随光照时间的增加呈先升高后降低的变化趋势。光照3 d条件下，披碱草种子的发芽率达最大值(98%)，显著高于对照和其他光照处理下的发芽率(p<0.05)；光照1 d、2 d和4 d处理以及对照处理条件下，种子发芽率显著低于3 d处理，但显著高于5 d处理(p<0.05)；当光照时间为5 d时种子的发芽率最低，且与对照及其他光照处理下的发芽率有显著性差异(p<0.05)(图4)。

注：小写字母代表不同光照时间处理下的差异显著(p<0.05)。下同。

不同光照时间预处理下，披碱草种子的发芽势变化也不尽相同。光照时间为3 d时，种子的发芽势达最大值(60.5%)，与光照4 d条件下的种子发芽势无显著性差异(p>0.05)，显著高于对照及其他光照处理下的发芽势(p<0.05)；光照4 d处理下发芽势显著高于光照1 d、5 d和对照处理(p<0.05)，但与光照2 d和光照4 d处理的种子发芽势差异不显著(p>0.05)；在光照2 d处理下，种子发芽势显著低于光照3 d处理(p<0.05)，与光照4 d处理的发芽势无显著性差异(p>0.05)，但显著高于对照以及其他光照处理下的发芽势(p<0.05)；光照1 d、5 d以及对照处理间种子发芽势无显著性差异(p>0.05)，但均显著低于光照2 d、3 d和5 d处理(p<0.05)，其中光照1 d处理下种子的发芽势最低(43%)(图5)。

图5 不同光照时间对披碱草种子发芽势的影响

不同光照时间处理披碱草种子后，种子的发芽指数随光照时间的增加呈先升高后下降的趋势。光照3 d条件下，披碱草种子的发芽指数达最大值(37.73)，显著高于对照及其他光照处理下的发芽指数(p<0.05)；对照处理的种子发芽指数最小(图6)，除光照3 d外，其余处理无显著差异(p<0.05)。

图6 不同光照时间对披碱草种子发芽指数的影响

3 讨 论

浸种是农业生产中运用较多的种子处理方法之一，不仅能促进胚细胞活性恢复，又能够起到种子消毒的效果。不同种子所需的最适浸种温度不同。野黎(Eriochloavillosa)种子在80 ℃清水浸种处理下发芽率最高[35]；10 ℃低温预处理苏丹草(Sorghumsudanense)种子6 d可有效打破种子休眠，提高发芽率[36]；沙生针茅(Stipaglareosa)种子经30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃及70 ℃清水处理，其中60 ℃浸种种子萌发率显著提高[37]。已有研究指出，温水浸种可以软化种皮、增加种皮透性，因此适宜温度的温水浸种有利于种子萌发[38]。此外，冷水浸种法也是打破种子休眠，提高发芽率的有效方法[39]。本研究结果表明，45 ℃温水浸种处理下披碱草种子的发芽率、发芽势和发芽指数最高，且显著高于25 ℃浸种，这与王宁等[40]对节节麦(Aegilopstauschii)种子的研究结果一致，说明45 ℃温水浸种，更容易软化披碱草种子，提高发芽质量。5 ℃低温处理下披碱草种子的发芽率仅次于45 ℃处理，且该温度的种子的发芽质量也显著高于正常温度处理，说明低温处理也可以提高披碱草种子的发芽质量，这与易津等[41]对羊草(Leymuschinensis)种子的研究结果相似，这主要是由于适当的低温处理可以有效地增加种皮的透性，促进种子内部诸如赤霉素等的合成，以及降低ABA含量，有利于种子萌发。这些结果说明，适宜温度的冷水和温水浸种效果较常温清水更好，而冷水浸种和温水浸种相比，温水浸种提高种子萌发率的效果更佳，因此披碱草种子更适宜采用45 ℃温水浸种处理，以提高其萌发率，后期可从浸种时间方面进一步研究。本研究中，当浸种温度达45 ℃以上时，随着温度的升高，种子的发芽率、发芽势和发芽指数均呈下降趋势，65 ℃披碱草种子发芽率显著低于25 ℃和45 ℃浸种，说明热水浸种并不适合用于提高披碱草种子的发芽率，这与苏晓敏等[42]对百喜草(Paspalumnotatum)的研究结果相似，这可能是由于种子已进入吸水膨胀期，较高的水温浸泡伤害种胚，造成部分种子死亡，从而导致种子发芽率、发芽势和发芽指数的下降。

光也是影响种子萌发的重要因素之一[43]。光照处理植物种子，可以促进种子后熟，提高种子发芽率和生活力，加快生长发育进程，特别是对成熟度较差和贮藏期间吸湿回潮的种子，效果更明显[44-45]。纳罗克非洲狗尾草(Setariaviridis)种子晒种5 d可使其发芽率提高16.5%～86%[46]；播前对红豆草(Onobrychisviciaefolia)种子晒种可促进种子后熟，提高种子发芽率[47]。本实验采用不同光照时间对披碱草种子前处理，结果表明，光照可显著提高碱草种子的发芽率、发芽势和发芽指数，其中光照3 d处理的种子发芽质量显著高于对照处理，说明光照3 d处理对披碱草种子萌发效果最好，这可能是因为光照3 d处理种子可有效促进种子后熟和酶的活动，降低种子含水量，从而增强种子的吸水能力，也可能是种皮通透性改变，种子内部形成可溶性物质，排除了体内的二氧化碳。随着光照时间的增加，种子的发芽质量呈显著增加后再下降的趋势，这可能是因为光照时间大于3 d处理，种子脱水量高于最适值，从而破坏种子的内部结构，影响种子萌发[48]。

4 结 论

通过对披碱草种子浸种和光照处理，得出以下结论：浸种和光照前处理披碱草种子对种子的萌发均有影响，不同浸种温度和不同光照时间对种子萌发的影响不同。披碱草种子萌发的最适浸种温度为45 ℃。45 ℃处理下种子的发芽率、发芽势和发芽指数均最高。光照处理对披碱草种子的萌发具有显著性的作用，不同光照时间对种子萌发的影响不同，光照3 d处理种子的各项指标均达最大值，且与对照相比萌发率显著提高。因此，45 ℃温水浸种或光照3 d对披碱草种子萌发的效果最佳，可作为披碱草种子播种预处理技术推广应用。