滇產(chǎn)納羅克非洲狗尾草種子種殼透性及種胚休眠性研究

羅富成，彭 健，段新慧，許文花，何 超，張亞當(dāng)，范素汝，郭鳳根

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，云南 昆明 650201）

納羅克非洲狗尾草（Setariasphacelatacv.Narok）于1974年從澳大利亞引入中國(guó)廣西、廣東、江西等地試種，生長(zhǎng)良好；1983年，中澳合作開(kāi)展云南牲畜與草地改良項(xiàng)目，再次從澳大利亞引入［1］。推廣應(yīng)用表明，納羅克非洲狗尾草是南方熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區(qū)草山改良、人工草地建設(shè)和高速公路護(hù)坡、水庫(kù)護(hù)堤的骨干草種［2－7］。目前種子已國(guó)產(chǎn)化，但在大面積生產(chǎn)條件下，其種子產(chǎn)量只有45.0～60.0kg／hm2，發(fā)芽率在10%［8］，休眠程度深［9］，嚴(yán)重制約了優(yōu)良牧草的推廣利用。盡管?chē)?guó)內(nèi)曾圍繞納羅克非洲狗尾草“種子生產(chǎn)關(guān)鍵”技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展了一系列研究［10，11］，使其種性在一定程度上得到了復(fù)壯［11］，種子產(chǎn)量在小區(qū)試驗(yàn)條件下達(dá)到了326.4kg／hm2［10］，并提出了多項(xiàng)行之有效的栽培管理措施和收種技術(shù)，但種子休眠的原因尚不清楚。以云南自產(chǎn)納羅克非洲狗尾草種子為試驗(yàn)材料，通過(guò)機(jī)械處理去除稃片、擦破種皮、去除種殼，觀測(cè)處理前后種子吸水率、呼吸強(qiáng)度的變化及種胚（含胚乳）的萌發(fā)特性，檢驗(yàn)種殼對(duì)種子萌發(fā)的影響，判斷種胚的休眠性，為納羅克非洲狗尾草種子休眠機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為云南省自產(chǎn)納羅克非洲狗尾草種子，2013年秋在成熟期收獲于昆明市黑龍?zhí)对颇限r(nóng)業(yè)大學(xué)草學(xué)基地。種子凈度為36.8%，發(fā)芽率為26%。收獲后，立即將雜質(zhì)，包括空癟種子完全清除，用1.5%硫酸銅溶液浸泡消毒10min，晾干，于室內(nèi)自然貯藏，備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子處理 從消毒后的種子中隨機(jī)抽取2份材料，一份用于種殼透性測(cè)定，處理措施包括用大頭針擦破種皮，徒手搓去稃片，搓去稃片后再擦破種皮，獲得帶稃片擦破種皮種子、去除稃片種子（即裸種子）、擦破種皮的裸種子；另一份經(jīng)徒手搓去稃片后，再用磨砂紙完全磨去種皮，然后挑選種胚（帶胚乳）完好的材料用于檢測(cè)種胚的萌發(fā)性。

1.2.2 種子透水性測(cè)定 取帶稃片的完整種子為對(duì)照（CK）、帶稃片擦破種皮種子、裸種子、擦破種皮的裸種子各0.1g（精確到萬(wàn)分之一），分別置于不同的燒杯中，加入蒸餾水，在室溫下浸泡0、4、8、12、24、28、32、36h，取出后用濾紙吸干表面水分，然后，迅速用分析天平稱(chēng)重。毎處理重復(fù)4次。根據(jù)種子吸水前后的重量變化計(jì)算種子的即時(shí)吸水率，種子開(kāi)始萌動(dòng)時(shí)的吸水率視為該種子的標(biāo)準(zhǔn)吸水率［12］。計(jì)算公式［13］：

種子吸水率（%）＝（W2－W1）／W1×100%式中：W2為種子吸水后重量；W1為種子吸水前重量。1.2.3 種子透氣性測(cè)定 取帶稃片的完整種子為對(duì)照（CK）、帶稃片擦破種皮種子各0.2g（精確到萬(wàn)分之一），在室溫下用蒸餾水浸泡0、6、12、24、36、48、60h后，用美國(guó)LICOR公司生產(chǎn)的LI－6400光合作用儀測(cè)定呼吸強(qiáng)度，待其數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄，每個(gè)處理4次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)記錄3次數(shù)據(jù)。比較擦破種皮前后種子呼吸強(qiáng)度的變化，確定種皮透氣性的高低。按儀器說(shuō)明書(shū)，呼吸強(qiáng)度的計(jì)算公式：

式中：RI為種子的呼吸強(qiáng)度，μmol／（g·min）；R（CO2）為 參 比 室 二 氧 化 碳 濃 度，μmol CO2／mol；S（CO2）為樣品室二氧化碳濃度 μmol CO2／mol；R（H2O）為參比室水濃度，mmol H2O／mol；S（H2O）為樣品室水濃度，mmol H2O／mol；flow為氣體流進(jìn)樣室的流速，μmol／s；W為樣品重量g。

1.2.4 種胚萌發(fā)性測(cè)定 以離體種胚（含胚乳）為研究對(duì)象，以完整種子為對(duì)照（CK），于人工氣候箱內(nèi)在MS培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，4次重復(fù)，每重復(fù)100粒。箱內(nèi)相對(duì)濕度為70%，溫度為（30±1）℃，24h光照。第7d和14d分別統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。發(fā)芽結(jié)束后，將幼苗置于105℃的烘箱中殺青15min，然后在80℃的烘箱中干燥24h［8］，稱(chēng)其干重，并計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)［14］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)整理和作圖用Excel完成，統(tǒng)計(jì)分析用Spss 17.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 納羅克非洲狗尾草種子的透水性

隨浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，帶稃片的完整種子（CK）、帶稃片擦破種皮種子、裸種子和擦破種皮的裸種子，吸水速率的變化趨勢(shì)相同（圖1）。吸水初期，各處理種子的即時(shí)吸水率均快速上升，浸種32h后，吸水趨于穩(wěn)定，接近飽和狀態(tài)，此時(shí)種子逐漸開(kāi)始萌動(dòng)，吸水率不再增加，但均顯著（P＜0.01）高于浸種初期（0～12h）。無(wú)論是否擦破種皮，只要帶稃片，種子吸水率均保持在55.0%，去稃片后種子吸水率則均停留在30.5%，前者較后者高24.5%；不僅如此，在種子整個(gè)吸水過(guò)程中，帶稃片種子的即時(shí)吸水率均遠(yuǎn)大于去稃片種子。究其原因，是由于納羅克非洲狗尾草種子具有能充分吸水、半張開(kāi)、比重較大的附屬物——稃片所致（圖2）；此外，無(wú)論是否去除稃片，只要擦破種皮，種子的吸水速度明顯加快，說(shuō)明擦破種皮可改善種子的透水性。這一點(diǎn)可由其致密而堅(jiān)硬的種殼結(jié)構(gòu)加以佐證（圖2、3）。

圖1 納羅克非洲狗尾草種子吸水率Fig.1 The change of water absorption on＇Narok＇seeds

圖2 納羅克非洲狗尾草種子電鏡掃描圖Fig.2 ‘Narok’seed SEM image

圖3 納羅克非洲狗尾草種子體視顯微圖Fig.3 ‘Narok’seed stereo microscope image

2.2 納羅克非洲狗尾草種子的透氣性

浸種時(shí)間為0h（即干種子）時(shí)，CK與擦破種皮種子的呼吸強(qiáng)度分別為 0.044 3μmol／（g·min）和0.227 4μmol／（g·min），后者是前者的5.1倍，擦破種皮可顯著提高種子透氣性（P＜0.01）。從種子浸泡、吸水膨脹過(guò)程來(lái)看，浸泡初期（0～6h），擦破種皮種子的呼吸強(qiáng)度顯著高于完整種子（P＜0.01），之后，二者的呼吸強(qiáng)度具有一致的變化趨勢(shì)，即隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，呼吸強(qiáng)度逐步提高，至36h后逐漸開(kāi)始下降，接近60h達(dá)到同一呼吸水平（圖4）。呼吸強(qiáng)度的下降與此時(shí)體內(nèi)積累的CO2濃度有關(guān)。整個(gè)吸脹過(guò)程，擦破種皮種子的呼吸強(qiáng)度均高于完整種子，說(shuō)明擦破種皮可增強(qiáng)種子透性，從而促進(jìn)種子呼吸。浸種36h，完整種子和擦破種皮種子的呼吸強(qiáng)度達(dá)到最高值，分別為0.416 7μmol／（g·min）和0.402 1μmol／（g·min），是浸種前的1.83倍和9.07倍。浸種，尤其是擦破種皮后再浸種，對(duì)促進(jìn)種子呼吸的效果十分顯著（P＜0.01）。

圖4 不同浸種時(shí)間納羅克非洲狗尾草種子的呼吸強(qiáng)度Fig.4 The Change of respiratory on Setaria sphacelata cv.‘Narok’seeds

2.3 納羅克非洲狗尾草離體種胚的萌發(fā)性

2.3.1 離體種胚發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率 納羅克非洲狗尾草離體種胚與完整種子（CK）的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步遞增，最后穩(wěn)定在一定水平上（圖5，6）。離體種胚和完整種子均存在休眠現(xiàn)象。

種子收獲時(shí)（貯藏0d），離體種胚的發(fā)芽勢(shì)與完整種子無(wú)差異（P＞0.05），發(fā)芽率已有差異（P＜0.05）；貯藏30～150d，其發(fā)芽勢(shì)較完整種子有顯著差異；貯藏0～180d，其發(fā)芽率均高于完整種子。種殼限制了種子的萌發(fā)。

從貯藏時(shí)間對(duì)材料本身的影響來(lái)看，貯藏30d后，離體種胚的發(fā)芽勢(shì)為40%，發(fā)芽率為49%，與種子收獲時(shí)差異極顯著（P＜0.01），休眠的種胚已開(kāi)始萌動(dòng)，至120d前后發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率分別穩(wěn)定在60%和70%，分別是種子收獲時(shí)的2.8倍和1.7倍，種胚休眠已基本解除。貯藏60d后，對(duì)照——完整種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率分別達(dá)到36%和44%，較種子收獲時(shí)均有顯著提高（P＜0.01），同時(shí)隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)種殼對(duì)種胚的束縛已逐漸削弱，至210d前后已完全失去其負(fù)面影響，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率分別穩(wěn)定在67%和74%，分別是種子收獲時(shí)的3.0倍和2.8倍。

2.3.2 離體種胚的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù) 隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，離體種胚及完整種子（CK）的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)（表1）。離體種胚貯藏至60d，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)遞增變緩，指標(biāo)值較前期有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），此時(shí)種胚休眠多已釋放；貯藏至150d活力指數(shù)、貯藏至180d發(fā)芽指數(shù)分別達(dá)到最大值（P＜0.05），說(shuō)明種胚休眠已完全解除。完整種子貯藏180d，活力指數(shù)遞增變緩，貯藏至210d，發(fā)芽指數(shù)遞增減緩，兩指標(biāo)較前期均有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），此時(shí)種子的綜合休眠已基本解除。

種子收獲時(shí)（貯藏0d），離體種胚的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較完整種子（CK）均無(wú)差異（P＞0.05）。此時(shí)，影響種子萌發(fā)的主要原因并非種殼的束縛，而是種胚的不成熟。貯藏30～180d，離體種胚的發(fā)芽指數(shù)、貯藏30～150d離體種胚的活力指數(shù)均顯著大于完整種子（P＜0.05），之后無(wú)差異（P＞0.05）。說(shuō)明此段時(shí)間，種殼對(duì)種子萌發(fā)也同樣具有顯著的抑制作用。之后的各個(gè)貯藏時(shí)期，離體種胚的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較完整種子均無(wú)顯著差異（P＞0.05），并穩(wěn)定在一定水平上（表1）。

圖5 納羅克非洲狗尾草離體種胚的發(fā)芽勢(shì)Fig.5 The germination potential of embryo in vitro of‘Narok’seeds

圖6 納羅克非洲狗尾草離體胚的發(fā)芽率Fig.6 The germination rat of embryo in vitro of‘Narok’seeds

表1 不同貯藏時(shí)間納羅克非洲狗尾草離體種胚的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)Table1 The change of different storage time for embryo of‘Narok’seeds on germination index and vigor index

綜上所述，納羅克非洲狗尾草種子的休眠屬于綜合休眠，除種殼阻礙種子萌發(fā)外，種胚（含胚乳）也會(huì)引起種子休眠。在種子貯藏60d后，休眠的種胚多數(shù)已開(kāi)始自然釋放休眠，至180d，種胚休眠已完全解除；在種子貯藏210d后，種殼基本失去對(duì)種子萌發(fā)的阻礙作用。因此，納羅克非洲狗尾草種子休眠期210d。

3 討論

（1）由于納羅克非洲狗尾草種子具有能充分吸水、半張開(kāi)、比重較大的附屬物稃片，無(wú)論是否擦破種皮，帶稃片種子的吸水率較去稃片種子高24.5%；無(wú)論是否去除稃片，只要擦破種皮，均可改善種子透水性，種子吸水速度明顯加快，這些特性都與熱帶牧草木質(zhì)化程度高有關(guān)，這與溫帶牧草［15］稍有不同。擦破種皮后，納羅克非洲狗尾草干種子的呼吸強(qiáng)度較擦破種皮前提高4.1倍；無(wú)論是否擦破種皮，浸種時(shí)間（36h）均能顯著提高種子的呼吸強(qiáng)度（P＜0.01）。說(shuō)明種子稃片及致密的種皮阻礙了種子內(nèi)外氣體交換，而吸水膨脹能夠改善種子內(nèi)外氣體交換狀況。說(shuō)明納羅克非洲狗尾草的種殼（含種皮）是引起種子休眠的一個(gè)重要原因。

（2）在種子收獲后不同的貯藏階段（0～240d），離體種胚和完整種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步遞增，最后穩(wěn)定在一定水平上。說(shuō)明離體種胚和完整種子均存在休眠現(xiàn)象。種子發(fā)芽指數(shù)是對(duì)發(fā)芽率的細(xì)化和深化，它放大了種子活力特征，使優(yōu)劣種子的差異加大［16］，評(píng)判結(jié)果更可靠。種子收獲時(shí)（貯藏0d），離體種胚的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較完整種子（CK）均無(wú)差異（P＞0.05），說(shuō)明此時(shí)影響種子萌發(fā)的主要原因除種殼障礙外，尚存在著種胚休眠。離體種胚貯藏至60d，發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)遞增同時(shí)變緩，指標(biāo)值較前期有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），說(shuō)明此時(shí)種胚休眠多已開(kāi)始釋放，這與曹幫華等［17］對(duì)銀杏種子、張恩和等［18］對(duì)野生羌活種子的研究結(jié)果一致；貯藏30～180d，離體種胚的發(fā)芽指數(shù)、貯藏30～150d離體種胚的活力指數(shù)均顯著大于完整種子（P＜0.05），之后無(wú)差異（P＞0.05）。說(shuō)明此時(shí)種殼對(duì)種子萌發(fā)仍然存在顯著的抑制作用，這與馮毓琴等［19］對(duì)苜蓿、王永春等［20］對(duì)肥皂草的研究結(jié)果一致。之后的各個(gè)貯藏時(shí)期，離體種胚的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較完整種子均無(wú)顯著差異（P＞0.05），并穩(wěn)定在一定水平上，說(shuō)明此時(shí)種子綜合休眠已基本解除。但種胚（帶胚乳）引起種子休眠的具體原因有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）納羅克非洲狗尾草的種殼（含種皮）有阻礙種子吸收水分、進(jìn)行氣體交換的負(fù)面作用，是引起種子休眠的重要原因之一，種胚（含胚乳）也具有休眠特性，其種子休眠屬于綜合休眠。

（2）在納羅克非洲狗尾草種子收獲后不同的貯藏階段（0～240d），離體種胚和完整種子的活力指標(biāo)均隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步遞增，最后穩(wěn)定在一定水平上。在種子貯藏后60d，種胚休眠多數(shù)已開(kāi)始釋放；貯藏至180d，已釋放完畢。種殼在種子貯藏210d已基本失去對(duì)種子萌發(fā)的束縛作用，納羅克非洲狗尾草種子的休眠期至少為210d。

［1］ 鄧菊芬，馬興躍，尹俊，等.混合選擇對(duì)納羅克非洲狗尾草草種性復(fù)壯的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2008，25（1）：43－46.

［2］ 陳寶書(shū).牧草飼料作物栽培學(xué)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2001：386－387.

［3］ 崔閣英，鄧菊芬，尹俊.納羅克非洲狗尾草及種收獲時(shí)間的研究［J］.草業(yè)與畜牧，2009（1）：11－14.

［4］ 楊衛(wèi)良，張賢，張紅映，等.非洲狗尾草遺傳分化調(diào)查［J］.草業(yè)與畜牧，2006（9）：20－22.

［5］ 袁福錦，奎嘉祥，謝有標(biāo)，等.云南南亞熱帶多雨區(qū)引進(jìn)禾本科牧草的適應(yīng)性及評(píng)價(jià)［J］.草原與草坪，2011，31（5）：60－64.

［6］ 袁福錦，徐馳，楊雪梅，等.云南暖溫帶不同季節(jié)飼草混播組合篩選及養(yǎng)分測(cè)定［J］.草原與草坪，2005（6）：23－26.

［7］ 羅富成，蔣德蕓，唐忠華.提高納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽率的研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2001，18（1）：25－27.

［8］ 羅富成，段新慧，彭健，等.納羅克非洲狗尾草種子休眠人工破除方法［J］.草業(yè)科學(xué)，2014（2）：256－263.

［9］ 鄧菊芬，張美艷.應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論評(píng)價(jià)納羅克非洲狗尾草種子生產(chǎn)的田間栽培技術(shù)［J］.草原與草坪，2009（1）：27－32.

［10］ 鄧菊芬，尹俊，張美艷，等.納羅克非洲狗尾草種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.草業(yè)與畜牧，2010（5）：1－6.

［11］ 鄧菊芬，馬興躍，尹俊，等.混合選擇對(duì)納羅克非洲狗尾草草種性復(fù)壯的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2008，25（1）：43－46.

［12］ 羅富成，畢玉芬，黃必志.草業(yè)科學(xué)實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書(shū)［M］.昆明：云南科技出版社，2008：19.

［13］ 張永清，顧振新，張穎，等.豆芽生產(chǎn)中大豆浸泡條件與吸水率和發(fā)芽率的關(guān)系研究［J］.食品研究與開(kāi)發(fā)，2007，28（11）：26－29.

［14］ 邢妍妍.玉米種子活力形成及休眠機(jī)理研究［D］.泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［15］ 何學(xué)青，胡小文，王彥榮.羊草種子休眠機(jī)制及破除方法研究［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2010（1）：120－125.

［16］ 張迄博，楊璇，譚茜.中性筆芯殘留物對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響［J］.發(fā)明與創(chuàng)新，2013（7）：23－25.

［17］ 曹幫華，蔡春菊.銀杏種子后熟生理與內(nèi)源激素變化的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2006，42（2）：32－37.

［18］ 張恩和，陳小莉，方子森，等.野生羌活種子休眠機(jī)理及破除休眠技術(shù)研究［J］.草地學(xué)報(bào)，2007，15（1）：509－514.

［19］ 馮毓琴，曹致中.天藍(lán)苜蓿種子休眠特性的研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2003，20（1）：20－23.

［20］ 王永春，羅錚，曲超，等.肥皂草種子的休眠和萌發(fā)特性初探［J］.植物生理學(xué)通訊，2007，43（3）：491－493.