溫度和光照對(duì)不同預(yù)處理野生甘草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

馬海鴿, 蔣 齊,, 王占軍, 劉 華, 何建龍

(1.寧夏大學(xué) 西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750021;2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠化治理研究所, 銀川 750002)

溫度和光照對(duì)不同預(yù)處理野生甘草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

馬海鴿1, 蔣 齊1,2, 王占軍2, 劉 華2, 何建龍2

(1.寧夏大學(xué) 西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750021;2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠化治理研究所, 銀川 750002)

為確定甘草種子萌發(fā)和幼苗生長的最佳溫度和光照條件，利用生化培養(yǎng)箱研究了不同溫度和光照條件對(duì)濃硫酸預(yù)處理、清水預(yù)處理的野生烏拉爾甘草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明：(1) 濃硫酸預(yù)處理能夠顯著提高甘草種子發(fā)芽率，且發(fā)芽更整齊；(2) 甘草種子從10～40℃都可以發(fā)芽，但過低或過高的溫度會(huì)延緩甘草種子的發(fā)芽進(jìn)程且抑制幼苗生長，烏拉爾甘草出芽和幼苗生長最適宜的溫度是20～30℃；(3) 清水預(yù)處理的種子適宜在光照10 h/d條件下萌發(fā)，濃硫酸預(yù)處理能夠降低甘草種子萌發(fā)對(duì)光的依賴性，全黑暗條件能夠促進(jìn)甘草幼苗胚根和胚軸的生長。野生烏拉爾甘草種子適宜在20～30℃、光照10 h/d條件下萌發(fā)，20℃最適宜甘草幼苗胚根生長，30℃最適宜胚軸生長

溫度; 光照; 烏拉爾甘草; 種子萌發(fā); 幼苗生長

烏拉爾甘草(Glycyrrhizauralensis)為豆科(Leguminosae)甘草屬(Glycyrrhiza)多年生草本植物[1]，國家二類保護(hù)植物，以根及根莖入藥，是國家重點(diǎn)?？厮幉腫2]。隨著以甘草為原料的中藥保健品、中成藥的不斷開發(fā)利用以及在化妝品、食品、煙草等行業(yè)的拓展，國內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)甘草的需求量大增，使甘草野生資源急劇下降[3]。自然狀態(tài)下野生甘草種子硬實(shí)率高，萌發(fā)率很低，主要原因是種子表皮內(nèi)增厚的柵欄狀細(xì)胞縱向排列成行且很緊密，其內(nèi)側(cè)為一列厚壁的柱狀細(xì)胞，造成種皮致密，透水、透氣性差，提高發(fā)芽率的主要措施是打破種皮限制[4]。光照和溫度對(duì)種子萌發(fā)和幼苗建立都具有重要影響[5-6]，適宜的光照和溫度是種子萌發(fā)和幼苗建立及生長的重要條件。溫度過高或過低都可能引起種子休眠或抑制種子萌發(fā)及幼苗生長[7-13]。關(guān)于溫度和光照對(duì)野生甘草種子萌發(fā)的影響研究甚少[14]，本實(shí)驗(yàn)研究光照和溫度對(duì)不同預(yù)處理野生烏拉爾甘草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，確定甘草種子萌發(fā)和幼苗生長的最佳溫度和光照條件，以期為野生烏拉爾甘草種質(zhì)資源的保護(hù)和利用及人工栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)用甘草種子來源于寧夏鹽池縣王樂井鄉(xiāng)狼洞溝野生甘草采種基地。王樂井鄉(xiāng)狼洞溝海拔1 548 m，位于東經(jīng)106°54′48.69″，北緯37°50′41.39″，屬于典型的大陸性氣候，干旱少雨，風(fēng)大沙多，植被稀少，年降雨量250 mm左右，主要集中在7—9月3個(gè)月，蒸發(fā)量在2 179.8 mm，年平均氣溫在8.5℃，大于10℃的積溫2 944℃，年平均風(fēng)速2.6 m/s，大風(fēng)天數(shù)為15～20 d，絕對(duì)無霜期128 d。

1.2 種子萌發(fā)

精選種粒飽滿程度一致、顏色淡綠的野生烏拉爾甘草種子分成兩組，第一組經(jīng)98%濃硫酸浸潤2 h后用蒸餾水沖洗數(shù)遍至中性，第二組用清水浸潤2 h備用。經(jīng)測(cè)定本實(shí)驗(yàn)所用野生甘草種子硬實(shí)率[15]為86%。

1.2.1 溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響 設(shè)置10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，40℃共6個(gè)恒溫，6個(gè)水平，選取野生甘草種子50粒置于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每組6個(gè)重復(fù)，置于生化培養(yǎng)箱中光照為10 h/d培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為4 000 lx，每天補(bǔ)充水分以防干燥。

1.2.2 光照對(duì)種子萌發(fā)的影響 設(shè)置全光照(L)、光照10 h/d(L-D)、全黑暗(D)三個(gè)水平，選取野生甘草種子50粒置于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每組6個(gè)重復(fù)，置于生化培養(yǎng)箱中25℃恒溫條件下進(jìn)行種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，每天補(bǔ)充水分以防干燥。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

從種子置床之日起，每天定時(shí)觀察記錄，胚根露出種皮時(shí)記錄為發(fā)芽種子，第14天結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)。第7天在第一組中每處理選取30株幼苗測(cè)量胚根長和胚軸長，并計(jì)算種子萌發(fā)指標(biāo)。其中，發(fā)芽率(GR)=供試種子發(fā)芽粒數(shù)/供試種子總數(shù)×100%，發(fā)芽勢(shì)(GP)=第3天種子發(fā)芽粒數(shù)(一般以最初1/3d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)計(jì))/供試種子總數(shù)×100%，萌發(fā)指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為第t天的發(fā)芽粒數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)[16-19]，活力指數(shù)(VI)=平均胚根長度×GI[2,20]，相對(duì)光萌發(fā)率(RLG)=全光照下萌發(fā)率Gl/(全光照下發(fā)芽率Gl+全黑暗下發(fā)芽率Gd)，RLG在0(越接近0，表示種子傾向于在低光照或黑暗條件下達(dá)到較大的萌發(fā)率)到1(越接近1，表示種子傾向于在高光照條件下達(dá)到較大的萌發(fā)率)[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)Excel表格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制圖，應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析。在進(jìn)行多重比較之前進(jìn)行方差齊次性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)野生甘草種子萌發(fā)的影響

溫度對(duì)野生甘草種子萌發(fā)的影響十分明顯，硫酸預(yù)處理可以極大地提高野生甘草種子在不同溫度下的萌發(fā)率(圖1)。6個(gè)溫度梯度中，除10℃以外，硫酸預(yù)處理的甘草種子均在第3～5天達(dá)到發(fā)芽最高峰，15～30℃處理在第5～6天趨于穩(wěn)定，40℃處理在第10天后趨于穩(wěn)定(圖1A)。清水預(yù)處理的甘草種子在10℃處理下沒有明顯的發(fā)芽高峰期，15～25℃處理在第8～10天達(dá)到高峰，30℃處理第5～6天達(dá)到高峰期隨后變得緩慢，各處理在12～14天基本趨于穩(wěn)定(圖1B)。

圖1 不同溫度下野生甘草種子的萌發(fā)進(jìn)程

經(jīng)過硫酸預(yù)處理后，甘草種子的發(fā)芽勢(shì)在25℃時(shí)達(dá)到最高(94.00%±1.26%)，20℃，30℃之間差異不顯著(P>0.05，下同)，但都顯著低于25℃(P<0.05，下同)，15℃，40℃，10℃依次顯著降低(圖2A)。發(fā)芽率在15℃時(shí)達(dá)到最高(95.33%±1.03%)，與25℃差異不顯著，顯著高于其他處理，10℃，20℃，30℃之間無顯著差異，40℃時(shí)顯著降低(65.67%±2.94%)(圖2B)。萌發(fā)指數(shù)在25℃時(shí)最高(24.83±1.84)，隨溫度上升和下降而顯著降低(圖2C)。活力指數(shù)在20℃時(shí)達(dá)到最高(580.02±29.03)，其次為30℃，25℃，15℃，各處理之間差異顯著，10℃時(shí)最低(12.05±0.84) (圖2D)。經(jīng)過清水預(yù)處理后，甘草種子的發(fā)芽勢(shì)在30℃達(dá)到最高(9.00±2.00%)，25℃、40℃時(shí)略有降低，但差異不顯著，隨溫度繼續(xù)下降，發(fā)芽勢(shì)逐漸降低且差異顯著(圖2A)。發(fā)芽率在30℃時(shí)最高(24.33%±1.15%)，25℃，20℃時(shí)略有降低但差異不顯著，15℃，40℃顯著降低，10℃時(shí)最低(9.33%±0.58%)(圖2B)。萌發(fā)指數(shù)在30℃時(shí)最高(6.68±0.71)，25℃時(shí)略有降低但差異不顯著，40℃，20℃，15℃，10℃萌發(fā)指數(shù)依次下降且顯著低于25℃(圖2C)?；盍χ笖?shù)在25℃時(shí)達(dá)到最高(92.12±7.84)，30℃時(shí)略有降低但差異不顯著，20℃時(shí)略低于30℃但差異不顯著，15℃，10℃，40℃活力指數(shù)依次下降卻顯著低于20℃(圖2D)。

圖2 不同溫度下野生甘草種子的萌發(fā)

注：同一指標(biāo)不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(LSD)。下同。

2.2 光照對(duì)野生甘草種子萌發(fā)的影響

光照對(duì)野生甘草種子萌發(fā)有明顯的影響，硫酸預(yù)處理可以極大地提高甘草種子在不同光照條件下的萌發(fā)率(圖3)。三種光照條件下，經(jīng)過硫酸預(yù)處理的甘草種子在第3到4天均達(dá)到發(fā)芽最高峰，在第5～6天達(dá)到穩(wěn)定。清水預(yù)處理的甘草種子發(fā)芽率在實(shí)驗(yàn)期內(nèi)沒有明顯的高峰期，在第10～12天基本趨于穩(wěn)定。

圖3 不同光照下野生甘草種子的萌發(fā)進(jìn)程

經(jīng)過濃硫酸預(yù)處理后，甘草種子在不同的光照條件下發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)無顯著性差異(圖4A，B，C)?；盍χ笖?shù)在全黑暗處理下最高(788.65±29.23)，比全光照和光照10 h/d處理高257.91和472.79，各處理間差異顯著(圖4D)。經(jīng)過清水預(yù)處理后，光照10 h/d處理的甘草種子發(fā)芽勢(shì)最高(8.33%±0.58%)，顯著高于全黑暗處理，與全光照處理之間無顯著差異(圖4A)。全光照和光照10 h/d處理之間發(fā)芽率無顯著差異，但均顯著高于全黑暗處理，光照10 h/d條件下最高(21.33%±3.51%)(圖4B)。萌發(fā)指數(shù)在光照10 h/d條件下最高(6.35±0.548)，顯著高于全黑暗處理(圖4C)。活力指數(shù)在光照10 h/d條件下最高(22.10±3.64)，顯著高于全光照和全黑暗處理(圖4D)。清水預(yù)處理的甘草種子相對(duì)光萌發(fā)率為0.6，硫酸預(yù)處理的種子相對(duì)光萌發(fā)率為0.5。

圖4 不同光照下野生甘草種子的萌發(fā)

2.3溫度和光照對(duì)野生甘草幼苗生長的影響

光照10 h/d條件下，不同溫度處理對(duì)甘草幼苗生長有顯著影響。胚根在20℃時(shí)最長(31.66±2.25 mm)，其次為25℃，30℃，15℃，40℃，10℃，差異顯著，10℃時(shí)最短(2.29±0.29 mm)且與40℃之間無顯著差異(圖5A)；胚軸在30℃時(shí)最長(12.93±1.32 mm)，顯著高于其他處理，其次為20℃，25℃之間無顯著差異，15℃時(shí)顯著降低，10℃，40℃時(shí)胚軸幾乎不能生長(圖5B)。

圖5 不同溫度、光照下野生甘草幼苗的生長

25℃條件下，不同光照處理對(duì)甘草幼苗的生長有顯著影響。胚根在全黑暗處理下最長(30.91±3.49 mm)，其次為全光照處理(23.05±2.38 mm)，光照10 h/d處理下最低(15.54 ±3.21 mm)，各處理間差異顯著(圖5C)；胚軸在全黑暗處理下最高(33.65±2.18 mm)，顯著高于其他處理，全光照與光照10 h/d處理之間無顯著差異(圖5D)。

3 結(jié)論與討論

濃硫酸是一種強(qiáng)氧化劑，浸種后能夠強(qiáng)烈腐蝕種皮，使種胚吸水，透氣性增加，從而提高種子的發(fā)芽率。與清水處理相比，經(jīng)過濃硫酸預(yù)處理的野生甘草種子發(fā)芽率有顯著的提高，光照10 h/d、25℃條件下經(jīng)過濃硫酸處理的種子發(fā)芽率(95%)比清水處理(21%)提高了4.5倍，且發(fā)芽更整齊，基本在第3～5天達(dá)到高峰期。

溫度是種子萌發(fā)的一個(gè)重要影響因素，適宜的溫度可以促進(jìn)種子萌發(fā)，溫度過低或過高會(huì)明顯影響萌發(fā)[22]。本研究表明，野生烏拉爾甘草種子的發(fā)芽溫度范圍較廣，10～40℃都可以發(fā)芽，但過低(<15℃)或過高(40℃)的溫度會(huì)延緩甘草種子的發(fā)芽進(jìn)程，種子雖然能萌發(fā)，但是其活力指數(shù)還是會(huì)受到影響，40℃高溫下甚至出現(xiàn)了種子腐爛的現(xiàn)象。植物種子發(fā)芽過程中，存在最佳發(fā)芽溫度，有些種子的最佳發(fā)芽溫度是一個(gè)定值[23-24]，而有些種子的最適發(fā)芽溫度是一個(gè)固定的溫度范圍[25-26]。本研究結(jié)果表明，烏拉爾甘草出芽最適宜的溫度是20～30℃，這與譚勇等的研究結(jié)果基本一致[14]。在此溫度范圍內(nèi)，無論有無經(jīng)過預(yù)處理，甘草種子都能夠萌發(fā)，發(fā)芽相對(duì)整齊，且能保證較高的活力指數(shù)，也適合其胚根、胚軸的生長，過高或過低的溫度甚至導(dǎo)致甘草幼苗胚軸不能生長。

光照也是影響種子萌發(fā)的一個(gè)重要因素，它可以刺激或抑制某些種子萌發(fā)[27]。本實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過濃硫酸預(yù)處理的甘草種子萌發(fā)受光照變化的影響較小，只有活力指數(shù)在全黑暗條件下最高，這主要是由于全黑暗條件下幼苗地下部分(胚根)生長比在有光照的條件下好；清水預(yù)處理的種子萌發(fā)受光照變化影響較大，全黑暗處理對(duì)甘草種子發(fā)芽有抑制作用，而光照對(duì)甘草種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，這也是自然狀態(tài)下野生甘草發(fā)芽率低的一個(gè)重要原因。相對(duì)光萌發(fā)率的計(jì)算表明清水預(yù)處理的種子傾向于在高光照條件下達(dá)到較大的發(fā)芽率，而硫酸預(yù)處理能夠降低甘草種子對(duì)光的依賴性，這可能是因?yàn)楣鈱?duì)種子萌發(fā)的影響主要是作為一種刺激信號(hào)，打破種子的休眠，而不是作為一種能量物質(zhì)直接參與[28]，而硫酸預(yù)處理的主要作用也是破除種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響，經(jīng)過硫酸預(yù)處理后種子對(duì)光照打破休眠的要求降低，從而降低了種子萌發(fā)對(duì)光的依賴性。

綜上所述，野生烏拉爾甘草種子適宜在20～30℃、光照10 h/d條件下萌發(fā)，硫酸預(yù)處理可以顯著提高其發(fā)芽率并降低其對(duì)光的依賴性，在人工種植時(shí)可以作為參考確定種子播種的最佳時(shí)間，以提高種子發(fā)芽率，降低種子用量和生產(chǎn)成本。20℃最適宜甘草幼苗胚根生長，30℃最適宜胚軸生長，全黑暗條件有利于甘草胚根和胚軸生長，人工栽培時(shí)可以此作為選擇依據(jù)。該研究主要從不同恒定溫度和光照時(shí)間對(duì)野生甘草種子萌發(fā)和幼苗生長進(jìn)行了探討，而有關(guān)于溫度和光照對(duì)甘草種子萌發(fā)的影響有待于進(jìn)一步研究，例如從變溫條件、光照強(qiáng)度、光質(zhì)等方面進(jìn)行研究，從而為野生甘草的資源保護(hù)和利用提供更全面的理論依據(jù)。

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MA Hai-ge1, JIANG Qi1,2, WANG Zhan-jun2, LIU Hua2, HE Jian-long2

(1.KeyLabforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwesternChinaofMinistryofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.DesertInstituteofAcademyofAgricultureandForestrySciencesofNingxia,Yichuan750002,China)

In order to determine the best temperature and light conditions forGlycyrrhizauralensisseed germination and seedling growth, the effects of different light and temperature conditions on the germination ofGlycyrrhizauralensisseed under the pretreatment of concentrated sulfuric acid and water were analyzed in the biochemical incubator. The results indicated that: (1) the pretreatment of concentrated sulfuric acid significantly increased the germination rate and made the germination nearly keep in the same time; (2) the germination temperature forGlycyrrhizauralensisseed was 10～40℃, but it would inhibit seed germination and seedling growth when the temperature was too high or too low, the optimum temperature was 20～30℃; (3) seed under pretreatment of water was readily germinated when the light was given for 10 h/d, and pretreatment of concentrated sulfuric acid can reduce seed dependence on light, full dark can accelerate the growth of seedling radicle and hypocotyl. The suitable germination condition ofGlycyrrhizauralensisseed was 20～30℃, lighting 10 h/d, 20℃ was suitable for seedling′s radicle, while 30℃ was favorable for the hypocotyl.

temperature; light;Glycyrrhizauralensis; seed germination; seedling growth

2013-12-05

：2013-12-19

寧夏科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“甘草種子繁育及提高種子成苗率研究”(2012zzs49);國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAI05B01)

馬海鴿(1988—),女(回族),寧夏銀川人,碩士研究生。主要從事退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)方面的研究。E-mail:383121712@qq.com

蔣齊(1965—),男,寧夏銀川人,研究員,主要從事資源與環(huán)境方面的研究。E-mail:ycjqnx@163.com

S567.7+1

：A

：1005-3409(2014)05-0225-05