垂穗披堿草種子的萌發(fā)適宜溫度及溫度閾值

曾 霞,王彥榮,胡小文

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

垂穗披堿草(Elymusnutans)是禾本科(Gramineae)小麥族(Triticeae)披堿草屬(Elymus)多年生根莖疏叢型草本植物，廣泛分布于我國(guó)內(nèi)蒙古、河北、陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆、四川和西藏等省(區(qū))，擁有麥類作物所缺乏的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、抗蟲、抗旱、耐鹽堿等優(yōu)良基因，是麥類作物的野生近緣種遺傳資源，具有重要的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值[1]。其在花期前是質(zhì)地柔軟、無(wú)刺毛、剛毛、無(wú)異味的優(yōu)質(zhì)牧草[2-3]，抗旱和抗寒能力強(qiáng)、適口性好，可用于建植栽培草地和放牧草地，是高寒地區(qū)退化草地補(bǔ)播和改良用主要草種。近年來，隨著國(guó)家“西部大開發(fā)”、“退耕還草”和“生態(tài)補(bǔ)償”等政策的有效實(shí)施，優(yōu)質(zhì)牧草種子的需求量越來越大。但我國(guó)牧草檢驗(yàn)規(guī)程中披堿草屬草種子的檢驗(yàn)方法只有老芒麥(E.sibiricus)和披堿草(E.dahuricus)的，尚無(wú)垂穗披堿草的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。目前，垂穗披堿草的種子產(chǎn)量、生產(chǎn)性能、耐鹽性及放牧利用等方面的研究有報(bào)道[4-12]，但關(guān)于其適宜萌發(fā)溫度和檢驗(yàn)方法的研究鮮見報(bào)道。為此，本研究對(duì)采集的不同垂穗披堿草種質(zhì)材料進(jìn)行種子萌發(fā)對(duì)溫度響應(yīng)的試驗(yàn)，旨在探討垂穗披堿草種子的適宜萌發(fā)溫度和萌發(fā)溫度閾值，為種子檢驗(yàn)和田間栽培利用提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 供試的垂穗披堿草種子于2008年9月采收自甘肅和青海兩地，采集地的海拔、溫度、降水量等信息見表1。種子均成熟飽滿，風(fēng)干后置于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院種子冷庫(kù)(4 ℃)保存待用。發(fā)芽試驗(yàn)于2009年4-8月在農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(蘭州)進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)方法 試驗(yàn)設(shè)5、10、15、20、25、30、35和40 ℃ 8個(gè)恒溫處理，依據(jù)國(guó)家《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》[13]的相關(guān)規(guī)定，對(duì)供試材料進(jìn)行不同溫度條件下的萌發(fā)試驗(yàn)。發(fā)芽率測(cè)定采用紙上發(fā)芽法，每溫度處理50粒種子，4次重復(fù)。將種子分別置于設(shè)定的各溫度條件下在培養(yǎng)箱發(fā)芽，每隔12 h統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，以胚根長(zhǎng)度超過2 mm視為發(fā)芽，連續(xù)4 d沒有新的發(fā)芽種子后計(jì)算最終發(fā)芽率。發(fā)芽指數(shù)(GI)參照畢辛華[14]的方法計(jì)算,即:

GI=∑GT/DT。

式中,GT為第T天發(fā)芽數(shù)，DT為天數(shù)。

1.3種子萌發(fā)的溫度模型 采用種子萌發(fā)速率與平均溫度(T，℃)模型[15-16](1/tg=k+mT)計(jì)算垂穗披堿草的最低臨界溫度(Tb)、最適宜萌發(fā)溫度(To)和最高臨界溫度(Tc)；1/tg為累計(jì)萌發(fā)率達(dá)g%時(shí)所需時(shí)間(天數(shù))的倒數(shù)，T為萌發(fā)設(shè)定的溫度，k和m是常數(shù)。方程和橫坐標(biāo)的交點(diǎn)就是萌發(fā)的Tb和Tc，兩條線的交點(diǎn)是To，Tb、To和Tc被稱為種子萌發(fā)的溫度三基點(diǎn)。

表1 供試垂穗披堿草種子的來源及其相關(guān)信息

1.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì) 所有數(shù)據(jù)均用Microsoft Office 2003 Excel錄入并作圖，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行最小極差法(LSD)多重比較。

2 結(jié)果

2.1垂穗披堿草種子在不同溫度下的發(fā)芽率和發(fā)芽速度 發(fā)芽率隨處理溫度的升高，所有種質(zhì)表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，先升高后降低，但各指標(biāo)間存在一定的差異。其中，15、20、25和30 ℃溫度處理的發(fā)芽率顯著高于其他溫度處理(P<0.05)，且這幾個(gè)溫度間無(wú)顯著差異(P>0.05)，平均發(fā)芽率達(dá)95.62%；發(fā)芽指數(shù)也呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，在20、25和30 ℃溫度處理時(shí)最高，且這幾個(gè)溫度間無(wú)顯著差異(P>0.05)，平均發(fā)芽指數(shù)達(dá)到17.95，其他溫度條件下因種質(zhì)不同而存在一定差異(表2)。

供試垂穗披堿草各個(gè)種質(zhì)之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，按其平均值做出種子發(fā)芽動(dòng)態(tài)圖(圖1)。

表2 不同溫度下垂穗披堿草的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)

圖1 在不同溫度下供試垂穗披堿草種質(zhì)的平均發(fā)芽動(dòng)態(tài)

在5 ℃溫度處理時(shí)，種子第19天開始正常發(fā)芽，第20天達(dá)到發(fā)芽高峰，最終發(fā)芽率為72%；在10 ℃溫度處理時(shí)，種子在第13天開始正常發(fā)芽，到第14天達(dá)到發(fā)芽高峰；在15 ℃溫度處理時(shí)，種子在第2天開始正常發(fā)芽，第3天達(dá)到發(fā)芽高峰；而在20、25、30和35 ℃ 4個(gè)溫度下，種子在第1天開始萌發(fā)，第2天達(dá)到發(fā)芽高峰，最終發(fā)芽率在95%左右。但隨著溫度的繼續(xù)增加，種子的最終萌發(fā)率與萌發(fā)速率迅速下降，如35 ℃下最終發(fā)芽率僅為73%，40 ℃下均不萌發(fā)(圖1)。

2.2垂穗披堿草種子的萌發(fā)溫度閾值 5和10 ℃低溫下的發(fā)芽率與采集地的海拔、年均溫、年降水量之間無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系(P>0.05)，各個(gè)采集地種子在5 ℃的發(fā)芽率和10 ℃的發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，采集地的海拔和年均溫之間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)(表3)。

不同垂穗披堿草種質(zhì)的萌發(fā)溫度三基點(diǎn)Tb、To和Tc間無(wú)顯著差異(P>0.05)，Tb在3.8～4.7 ℃，To在22.6～24.5 ℃，而Tc在38.0～38.2 ℃(表4)。

表3 低溫處理下的發(fā)芽率與采集地因素的相關(guān)性

表4 8份垂穗披堿草種質(zhì)的萌發(fā)溫度三基點(diǎn) ℃

由于8個(gè)種質(zhì)的萌發(fā)溫度三基點(diǎn)無(wú)顯著差異(P>0.05)，用其平均值做出溫度對(duì)垂穗披堿草萌發(fā)速率的影響(圖2)。其中，種子的萌發(fā)速率在5～25 ℃時(shí)與溫度呈極顯著的直線正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)r=0.966 6，兩者關(guān)系可以用方程y1=0.039 3x1-0.161 8表示；種子的萌發(fā)速率在25～40 ℃時(shí)與溫度極顯著的直線負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)r=0.935 1，兩者關(guān)系可以用方程y2=-0.052 1x2+1.987 8表示。根據(jù)萌發(fā)速率(1/t50)和溫度之間的關(guān)系確定萌發(fā)溫度三基點(diǎn)(圖2)，得到垂穗披堿草的Tb為4 ℃，To為24 ℃，Tc為38 ℃。

圖2 溫度對(duì)垂穗披堿草萌發(fā)速率的影響

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是一個(gè)非?；钴S的生理生化過程，是在一系列酶的參與下進(jìn)行的，而酶的催化與溫度有密切關(guān)系[17]，因此，適溫時(shí)種子才能表現(xiàn)最高的發(fā)芽率和發(fā)芽速率。蔣小軍和文向多[18]對(duì)蓖麻(Ricinuscommunis)的研究發(fā)現(xiàn)，35 ℃高溫降低了發(fā)芽率，提早了發(fā)芽時(shí)間。該結(jié)論在玉米(Zeamays)[19]、長(zhǎng)鞭紅景天(Rhodiolafastigiata)[20]和多種禾本科牧草種子[21]中得到了證實(shí)，本研究也得到了類似結(jié)果。不同植物種子萌發(fā)特性不同[22]，且同一物種不同種群的種子萌發(fā)行為也具有較大變異[23]。多數(shù)植物種子在10 ℃以下萌發(fā)不啟動(dòng)或啟動(dòng)極為緩慢，因此，常將10 ℃作為種子的臨界萌發(fā)溫度，也有將10 ℃作為種子受冷害的溫度[24]。本研究中，垂穗披堿草種子在5和10 ℃下具有70%左右的發(fā)芽率，表明垂穗披堿草種子萌發(fā)較能耐受低溫。而在溫度為5～35 ℃時(shí)，種子均能萌發(fā)，可見其具有較寬的萌發(fā)溫幅，這也可能是其能廣泛分布的原因之一。

大量研究表明，植物種子的萌發(fā)速率在萌發(fā)的最低臨界溫度至最適溫度之間與溫度呈極顯著的直線正相關(guān)，在萌發(fā)的最適溫度到最高臨界溫度之間與溫度極顯著的直線負(fù)相關(guān)，可表示為下列方程式：1/tg=k+mT，萌發(fā)速率為0時(shí)，-k/m就是萌發(fā)最低臨界溫度值，對(duì)于一個(gè)種批或者一個(gè)物種來說萌發(fā)最低臨界溫度是一個(gè)定值[15-16,25]，該結(jié)論在本試驗(yàn)中也得到證實(shí)，與檞果(Quercusrobur)[26]，無(wú)芒隱子草(Cleistogenessongorica)、多裂駱駝蓬(Peganummultisectum)和霧冰藜(Bassiadasyphylla)[27]研究一致，且通過計(jì)算得出它的Tb、To、Tc值分別為4、24和38 ℃，而黃文達(dá)等[28]研究的無(wú)芒隱子草的Tb、To、Tc分別為6、23和43 ℃，多裂駱駝蓬分別為21、34和48 ℃，霧濱黎分別為3、21和42 ℃。由此可見，不同物種的萌發(fā)溫度的閾值是不同的，這與Labouriau[15]和Dahal等[16]的研究結(jié)論相同。

根據(jù)本研究結(jié)果，建議垂穗披堿草種子的適宜萌發(fā)溫度為20、25和30 ℃恒溫，初次和末次的適宜統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別為第3天和第11天，本研究可為國(guó)家牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽試驗(yàn)(GB/T2930.4-2001)的修訂提供關(guān)于垂穗披堿草種子的發(fā)芽方法依據(jù)。

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