不同处理方式对沙枣种子萌发的影响研究

陈建新， 李 明， 王 娟， 吕艳娥， 赵金娜， 张骞丰， 程 丹， 吕晋慧

(1.山西农业大学林学院， 山西 晋中 030801； 2.山西省涔山国有林管理局， 山西 忻州 034000)

沙枣(ElaeagnusangustifoliaL.)又名七里香、香柳、刺柳等，是胡颓子科(Elaeagnaceae)胡颓子属(Elaeagnus)落叶小乔木，具有抗风、耐盐碱的特性，是造林地区的先锋树种，主要分布于新疆、甘肃、宁夏、内蒙古等省区，有少量分布在华北北部和东北西部等地[1-2]。近年来研究发现，沙枣不仅抗逆性强，还可向土壤中释放大量氮素，从而提高土壤肥力，改善盐碱地的养分平衡[3-4]。除生态价值外，沙枣含有多种营养成分,如蛋白质、脂肪、糖类及氨基酸等[5-6]，既是药物材料，又是优质蛋白粉和牲畜饲料的来源。沙枣虽然在生态保护及功能食品等方面具有重要作用，但这一优良资源在林业中却没有得到有效利用，究其原因，主要与优良品种选育工作滞后、种苗严重不足和对优良种质资源的重视程度不够等有关系，但关键因子是种苗繁殖。沙枣繁殖困难，扦插嫁接成活率低，种子发芽率低[7]，因此探讨沙枣种子萌发，对沙枣育苗以及改善林分结构，促进当地经济发展具有重要意义。影响种子萌发的条件主要有环境因素(温度、光照、水分)和种子自身因素[8]，前人研究通过激素[9]、化学试剂[10]、热激[11]等方式处理种子，能够打破种子休眠，促进燕麦、构树、山毛豆等种子萌发及幼苗的生长。一般打破休眠的重要因子是萌发温度，由于不同植物的种子形态结构多样，种子萌发所需的温度条件差异较大，如15 ℃是东北延胡索种子萌发的最适温度[12]，无芒隐子草的最适温度是33 ℃[13]。激素也是促进种子萌发的常用物质，一般有GA3、IBA等。适宜的激素浓度能够促进种子萌发，但不同物种的种子对不同激素浓度的响应不同，且浓度与时间对种子萌发存在交互作用。唐实玉等[14]认为，200 mg/L GA3浸泡色木槭种子24 h发芽率最高；王玄等[15]发现，150 mg/L GA3处理金莲花种子4 d与350 mg/L GA3处理2 d均可有效解除其休眠；此外GA3还能缓解深播胁迫[16]、盐胁迫[17]等不良条件对种子造成的影响。热激也会对种子萌发产生作用，谷会岩等[18]认为，80 ℃热激5 min能够提高红皮云杉种子的发芽率，章子松对热激比较敏感，80 ℃以上高温显著降低其种子发芽率；王继玥等[19]认为，热激能够促进不同品种黄秋葵种子的萌发，发芽率与发芽势随热激温度与时间的增加而降低。目前对于沙枣繁殖的研究，大多学者仅以某一影响因子作为切入点进行研究，较少进行系统研究[20]，因此探讨沙枣种子的萌发对提高繁殖具有重要意义。沙枣本身具有休眠期长的特性，一般情况下，需要经过90 d的低温处理[21-22]即层积沙藏种子才能萌发。然而GA3、热激等处理因素能否促进沙枣种子萌发目前未见报道。本试验从培养温度、GA3浓度、热激处理三方面开展沙枣种子的萌发试验，并筛选最佳处理方式，为后期沙枣育苗、繁殖、推广提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

沙枣种子购于宁夏绿地草业科技公司，种源来自甘肃省定西市的成熟果实，处理后的种子千粒重为170.39 g，种子平均长1.23 cm，平均宽0.50 cm，种皮黄褐色带有褐色斑纹，GA3购买于Solarbio。

1.2 种子处理

果实用自来水浸泡后去除果皮，种子用自来水清洗晾干备用。种子用2%的高锰酸钾消毒1 h后，进行温度、热激、GA3等处理。

培养温度处理：消毒后的种子在150 mg/L GA3溶液中浸泡1 d，蒸馏水洗净后，分别播种于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃温度环境下。

热激处理：种子消毒后，分别置于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃的100 mL蒸馏水中，自然冷却至室温并浸泡1 d，洗净后播种，置于培养箱中，培养温度25 ℃。

GA3处理：消毒后的种子分别用0 mg/L(ck)、50 mg/L、150 mg/L、250 mg/L、350 mg/L的GA3溶液浸泡1 d、2 d、3 d，然后用蒸馏水洗净，置于25 ℃培养箱中。

1.3 种子萌发试验

种子置于垫有一层滤纸的培养皿中(直径=90 mm)，每培养皿30粒种子，5次重复，置于恒温恒湿箱(宁波乐电，HWS-300)中培养。当胚根突破种皮即视为种子萌发，第3天统计发芽势，连续3 d无种子萌发则视为试验结束。

发芽率(%)=(正常发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽势(%)=(第3天正常发芽种子数/供试种子数)×100%。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 13.0软件进行方差分析，采用Duncan法进行多重比较,用Microsoft Excel进行数据整理计算，Sigma Plot软件绘图，所得结果用平均值±标准差(SD)表示。

2 结果与分析

2.1 培养温度对种子萌发的影响

随温度升高发芽率、发芽势呈先升后降的趋势，温度显著影响沙枣种子的发芽率和发芽势(p<0.05)。20 ℃环境下，发芽率最高，为81.00%；其次是25 ℃处理，发芽率为75.67%；15～25 ℃之间发芽率差异不显著，35 ℃发芽率最低，比20 ℃条件下低30.00%，二者之间差异显著(p<0.05)。25 ℃条件下发芽势最高，为59.67%，其次是30 ℃，发芽势为45.00%，二者之间差异不显著，15 ℃条件下发芽势最低，为8.50%，比25 ℃条件下低51.17%，二者之间差异显著(p<0.05)(表1)。低温推迟萌发，发芽不整齐，高温促进萌发，缩短发芽周期。15 ℃与20 ℃条件下沙枣种子萌发高峰期出现在第9～10天，平均发芽周期延长，25～35 ℃条件下萌发高峰期出现在第4天，比15 ℃与20 ℃条件下平均短3～4 d，发芽高峰提前5～6 d。其中25 ℃处理在第4天单日平均发芽数最高，30 ℃与35 ℃单日平均发芽数明显低于25 ℃，35 ℃处理下种子萌发后期死亡现象严重、幼苗发育不良(图1)。综上，高温能缩短发芽周期，促进种子提前萌发，但是发芽率低；低温不利于沙枣萌发。

图1 不同温度对沙枣每日发芽数量的影响Fig.1 Effect of different temperatures on daily germination numbers of Elaeagnus angustifolia L.

2.2 热激对沙枣种子萌发的影响

随着热激温度的升高，发芽率、发芽势呈现先升后降的趋势。热激显著影响沙枣种子萌发(p<0.05)，高温抑制沙枣种子萌发。30 ℃条件下发芽率最高，为84.80%，100 ℃发芽率最低，为58.08%，二者之间差异显著(p<0.05)。发芽率从大到小的热激处理温度依次为30 ℃、50 ℃、40 ℃、60 ℃、20 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃，发芽率依次为84.8%、81.4%、72.8%、69.2%、62.8%、62.6%、62%、60%、58.8%。50 ℃条件下发芽势最高，100 ℃条件下发芽势最低，二者之间差异显著(p<0.05)，发芽势从大到小的热激处理温度依次为50 ℃、20 ℃、60 ℃、30 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃，发芽势依次为55.8%、48.0%、47.2%、46.8%、45.6%、42%、34.2%、28.6%、17.4%，说明70 ℃以上热激处理抑制沙枣种子萌发，但60 ℃、70 ℃热激处理下，幼苗生长发育较快，率先出现种皮脱除现象(图2)，70 ℃以上高温处理下，种子萌发后期根尖枯死严重，20～30 ℃低温处理下种子后期发霉严重。

图2 不同温度对沙枣种子萌发的影响Fig.2 Effects of different temperatures on seed germination of Elaeagnus angustifolia L.

表2 GA3对沙枣种子发芽率的影响Table 2 Effects of GA3 on seed germination rate of Elaeagnus angustifolia L.

2.3 GA3对沙枣种子萌发的影响

由表3、图5可知，GA3处理对沙枣种子发芽势和发芽率有显著影响(p<0.05)。50 mg/L GA3处理2 d沙枣发芽率最高，为83.2%，其次是50 mg/L GA3处理3 d、1 d，发芽率分别为76.2%、72.6%，三个处理之间发芽率差异不显著，其中50 mg/L GA3处理2 d沙枣发芽率显著高于其他GA3处理和对照。150 mg/L与250 mg/L处理的发芽率高于ck，350 mg/L处理2 d与3 d发芽率显著低于对照。50 mg/L GA3处理2 d沙枣发芽势最高，为69.4%，其次是50 mg/L GA3处理3 d，250 mg/L处理2 d、3 d，150 mg/L处理3 d，发芽势分别为63.6%、62.0%、59.45、58.1%，五个处理之间发芽势差异不显著，其中50 mg/L GA3处理2 d沙枣发芽势显著高于其他GA3处理和对照。

图3 热激对沙枣种子发芽率、发芽势的影响Fig.3 Effects of heat shock on seed germination rate and seed potential of Elaeagnus angustifolia L.

图4 热激对沙枣种子萌发的影响Fig.4 Effects of heat shock on seed germination ofElaeagnus angustifolia L.

图5 GA3对沙枣种子发芽势的影响 Fig.5 Effects of GA3 on seed germination potential of Elaeagnus angustifolia L.

表3 GA3对沙枣种子发芽势、发芽率的影响 Table 3 Effects of GA3 on seed germination potential and seed germination rate of Elaeagnus angustifolia L.

对照与50 mg/L处理下，随时间延长沙枣种子发芽率与发芽势呈先升后降的趋势，以处理2 d效果最佳，150 mg/L与250 mg/L处理的发芽率与发芽势变化趋势随时间延长变化不明显，350 mg/L的发芽率与发芽势随时间延长呈降低趋势，350 mg/L的发芽率与发芽势都是1 d最佳，说明低浓度下随浸泡时间延长发芽率先升后降，高浓度下随时间延长发芽率呈下降趋势。

图6 GA3对沙枣种子根长的影响Fig.6 Effects of GA3 on seed root length of Elaeagnus angustifolia L.

相同处理时间下，随GA3浓度增加发芽率呈降低趋势。 浸泡1 d处理下，GA3处理沙枣种子发芽率大于对照；浸泡2 d、3 d处理下，350 mg/L GA3处理沙枣种子发芽率显著低于对照，其他GA3处理沙枣种子发芽率大于对照。相同处理时间下，GA3处理下沙枣种子发芽势大于对照，随GA3浓度增加发芽势呈降低趋势。浸泡1 d处理下250 mg/L处理发芽势最高，与50 mg/L处理发芽势差异不显著；浸泡2 d处理下，50 mg/L处理发芽势显著高于其他处理；浸泡3 d处理下，50 mg/L处理发芽势最高，与150 mg/L处理和250 mg/L处理发芽势差异不显著。

方差分析表明，沙枣种子用不同浓度GA3浸泡不同时间后，发芽率存在极显著差异(p<0.01)，发芽势在不同时间处理下存在显著差异(p<0.05)，不同浓度处理下差异不显著。浓度与时间的交互作用达到显著水平(p<0.05)，说明50 mg/L的GA3浸泡沙枣种子2 d能够起到催芽效果(表3)。

GA3浸泡种子对胚根的发育有一定影响，所有GA3处理的根长都大于ck，50 mg/L的GA3浸泡沙枣种子3 d处理下，根长最长。在0～250 mg/L浓度下，同浓度处理，浸泡3 d的根长大于2 d与1 d,350 mg/L处理中2 d的根长最长，其次是1 d、3 d；相同处理时间，随GA3浓度增加，所有时间处理的根长都表现为先升高后降低趋势,其中2 d与3 d处理在50 mg/L浓度下根长最长，1 d处理在250 mg/L浓度下根长最长。说明增大浓度可以减少浸泡时间，但是1 d处理在250 mg/L浓度下根长小于2 d与3 d处理在50 mg/L浓度下的根长。

3 讨 论

种子休眠是长期适应环境选择的结果，种子萌发受内部信号与外部环境双重信号控制[23]。环境中影响种子萌发的初始条件是温度,一定温度范围内，种子的发芽率会随着温度升高呈现上升趋势，但是温度过高会迫使酶活性和细胞膜透性发生改变，从而抑制种子的萌发[24]。不同植物之间的发芽温度差别很大，红柄白鹃梅在15 ℃条件下萌发效果最佳[25]，徐来仙等[26]在研究5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃等环境条件对羽扇豆萌发的影响时，发现5～15 ℃低温萌发效果最好，其中10 ℃条件发芽率最高；毛冬青种子萌发的所需温度条件比较苛刻，25 ℃是其萌发温度[27]。沙枣萌发温度范围较宽，15～35 ℃种子都能萌发，随温度的升高，沙枣种子的发芽率、发芽势先升高后降低，其中20 ℃发芽率最高，25 ℃发芽势最高。低温延长发芽周期，高温缩短发芽周期，综合分析认为，25 ℃萌发效果最佳。

影响种子萌发的自身因素主要有胚的成熟度、内源激素及种皮。目前认为高温是自然打破种皮的主要因素，高温会破坏种子的不透膜，促进种子吸水萌发。蒋克研等[28]发现，80 ℃热激5 min能显著提高毛赤杨的发芽率，120 ℃处理5 min，其发芽率显著下降[28]，巴丽娜等[29]研究认为，70～110 ℃热激抑制大青杨种子萌发。可见不同植物间对热激存在较大差异。本试验中30 ℃热激的发芽率最高，50 ℃热激发芽势最高，70 ℃以上热激处理沙枣种子发芽率、发芽势均显著下降，80 ℃以上热激处理，种子萌发后期根尖干枯死亡(见图4)。Webster等[30]研究认为，种皮因受热破裂减少阻碍，使得生长能力较弱的胚也能萌发，热激还能促成种子中调控种子萌发的蛋白质重新合成，促进萌发。沙枣种子种皮坚硬，经过不同水温处理，种皮开裂透性增加，而且温度越高开裂程度越大，沙枣种子最高发芽率与种皮脱除所需热激温度不一致，紫斑牡丹种子具有上下胚轴双重休眠的特性[31]，沙枣种子是否具有这种特性还需后续试验验证；福建与连云港的构树种子在光照条件下发芽率显著提高，但胚根生长受到抑制，构树种子萌发与生长对环境的要求不同[10]。沙枣种子萌发与生长所需条件是否一致，还需后续试验验证。

赤霉素通过对胚乳的软化，促进水解酶的表达，降低胚根尖的机械阻力，从而促进萌发[32]。外施GA3能够影响种子内部体内信号传导与激素水平，内部激素水平影响激素的应答，调节信号传导，从而影响种子的萌发、生长及发育[33]。不同植物材料对赤霉素的敏感程度不同，一般呈现低促高抑的现象，刘孝欣等[9]用GA3对燕麦种子的处理中发现，超过200 mg/L对燕麦种子萌发产生抑制作用， 50 mg/L与150 mg/L能够促进种子萌发。贾鑫等[34]认为，400 mg/L GA3处理适合多叶棘豆种子萌发；在辣椒种子萌发的研究中，30 mg/L GA3处理既能提高辣椒种子萌发率又能促进根系前期的生活力[35]。本试验中50 mg/L的GA3处理下，沙枣种子的发芽率与发芽势最高，同时还能促进根的发育，这与处理其他植物种子的效果一致，促进根的生长是GA3能够促进细胞分裂的缘故[36]。卢精林等[37]研究发现，新疆大果沙枣种子用100 mg/L GA3处理最好。本试验结果与之存在差异，是由于两个试验种源不同，操作方法不同。本试验还发现，增大浓度可以减小处理时间，但是低浓度长时间对根长发育好于高浓度短时间的处理效果。GA3处理种子，不仅能够提高其发芽质量，还能促进根的生长，幼苗的发育，提高了种子综合价值及性能。

4 结 论

培养温度、GA3和热激处理显著影响沙枣种子的发芽率与发芽势，沙枣种子萌发最适温度为25 ℃，50 mg/L GA3浸泡2 d能够提高其发芽率与发芽势，同时还能促进根长的生长发育，30～50 ℃的热激也能促进沙枣萌发。