溫度對柳枝稷種子萌發(fā)的影響

珊 丹，劉艷萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧區(qū)水利科學研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

溫度對柳枝稷種子萌發(fā)的影響

珊 丹，劉艷萍，邢恩德，岳征文

(水利部 牧區(qū)水利科學研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

柳枝稷；種子萌發(fā)；測定指標；種子活力；溫度條件

柳枝稷是一種優(yōu)良的纖維素類草本能源植物，具有優(yōu)良的牧草特性及水土保持功能，同時又被認為是一種理想的可再生替代能源植物。為研究不同溫度處理下柳枝稷種子的萌發(fā)特性，利用主成分分析法對發(fā)芽總數(shù)、發(fā)芽率、峰值、日平均發(fā)芽率、發(fā)芽系數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽干重和活力指數(shù)8個種子活力測定指標進行了篩選，結(jié)果表明：發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重3個測定指標能夠較真實、全面地反映柳枝稷種子活力水平，可作為種子萌發(fā)的測定指標；柳枝稷3個品種種子的適宜萌發(fā)溫度為35 ℃，在發(fā)芽水平上，品種Bay Canada的種子品質(zhì)要高于Alamo、Common。

生物質(zhì)能源被認為是一種理想的可再生替代能源，草本能源植物作為重要的生物質(zhì)資源，成為目前世界各國研究的熱點。柳枝稷(PanicumvirgatumL.)屬禾本科黍?qū)俣嗄晟鷧采鶦4型高大禾草，是一種優(yōu)良的纖維素類草本能源植物。柳枝稷原產(chǎn)于中美洲和北美洲，其生物量高，根系發(fā)達，具有優(yōu)良牧草特性及水土保持功能。柳枝稷的細胞壁可被消化為糖類，并經(jīng)過發(fā)酵生成乙醇，因此柳枝稷成為纖維質(zhì)資源的熱門原料[1]。20世紀80年代，美國能源部就已開始將柳枝稷作為生物能源植物進行相關(guān)的研究與嘗試，以緩解石油壓力，減少CO2氣體排放，并刺激農(nóng)業(yè)經(jīng)濟[2]。我國西部地區(qū)氣候干燥、降雨量少、水資源短缺，選擇抗逆性強、生產(chǎn)性能好的牧草品種是保障干旱半干旱地區(qū)植被恢復重建、建設(shè)生態(tài)文明的關(guān)鍵。因此，在我國西部地區(qū)開展柳枝稷等禾本科能源草的育種、栽培、管理技術(shù)研究，不僅能為當?shù)厮亮魇е卫硖峁┬碌闹参锲贩N，而且為今后利用草本能源植物生產(chǎn)生物柴油，作為煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)能源的替代品提供了大量原材料，為水土保持植物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了新思路。

目前，我國柳枝稷的大面積種植主要集中在陜西的楊凌、定邊和寧夏的固原等地區(qū)。2008年以后北京市農(nóng)林科學院開展了北京郊區(qū)邊際土地種植柳枝稷的試驗研究，種植面積約115 hm2[3]。但是，目前在自然條件相對惡劣的內(nèi)蒙古西部地區(qū)柳枝稷的相關(guān)研究仍是空白。本試驗著重研究不同溫度條件下的柳枝稷種子萌發(fā)和幼苗生產(chǎn)特性，以期為柳枝稷在內(nèi)蒙古西部地區(qū)的引種栽培提供科學依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 研究材料

供試柳枝稷3個品種分別為Alamo(A)、Bay Canada(B)、Common(C)，其中Alamo和Bay Canada種子來自北京市農(nóng)林科學院，Common來自全球種子公司(Global Seed Company LLC)。種子萌發(fā)試驗于2013年4—6月在實驗室內(nèi)進行，種子名稱、來源和采集時間見表1。

表1 供試種子來源

1.2 研究方法

在不同溫度條件下，對所選柳枝稷3個品種的種子按照《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 發(fā)芽試驗》(GB/T 3543.4—1995)[4]進行萌發(fā)試驗。每個品種設(shè)3個重復，每個重復50粒種子。在培養(yǎng)皿上鋪吸水紙，用蒸餾水保持濕潤。試驗開始前，將培養(yǎng)皿放置在培養(yǎng)箱內(nèi)24 h以達到設(shè)定溫度。每個培養(yǎng)皿內(nèi)放置50粒種子，每批試驗品種與重復成隨機區(qū)組排列。發(fā)芽天數(shù)自裝有種子的培養(yǎng)皿移入培養(yǎng)箱內(nèi)24 h后算起，逐日統(tǒng)計種子發(fā)芽個數(shù)直到第7天。發(fā)芽過程中所加的補充蒸發(fā)溶液均為蒸餾水。第7天測種子發(fā)芽的生長勢,即將3個重復的胚芽集中在一起，在60 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥12 h后稱量胚芽干重。

(1)常規(guī)萌發(fā)測定。不作任何處理，直接在常規(guī)溫度(20～30 ℃)下萌發(fā)。

(2)不同溫度下萌發(fā)測定。不作任何處理，將3種草種分別置于15、20、25、30、35 ℃的5個恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗完成后，統(tǒng)計日發(fā)芽數(shù)、發(fā)芽總數(shù)(TG)，并計算種子發(fā)芽率(G)、峰值(PV)、日平均發(fā)芽率(MDG)、發(fā)芽系數(shù)(CG)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、胚芽干重(S)和活力指數(shù)(VI)[5]。計算公式分別為

G=(發(fā)芽總數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%

(1)

PV=Gpt/Dpt

(2)

MDG=G/Gd×100%

(3)

CG=100(A1+A2+A3+…+An)/

(A1t1+A2t2+A3t3+…+Antn)

(4)

GI=A1/t1+A2/t2+A3/t3+…+An/tn

(5)

VI=GI·S

(6)

式中：G為種子發(fā)芽率；Gpt為達到高峰日時的發(fā)芽量；Dpt為達到高峰值的天數(shù)；PV為峰值；Gd表示總發(fā)芽天數(shù)；MDG為日平均發(fā)芽率；CG為發(fā)芽系數(shù)；A1，A2，A3，…，An為逐日發(fā)芽量；t1，t2，t3，…，tn為與逐日發(fā)芽量對應的發(fā)芽天數(shù)；GI為發(fā)芽指數(shù)；VI為活力指數(shù)；S為胚芽干重。

用Excel 2003整理觀察記錄，利用統(tǒng)計軟件SPSS 17.0進行主成分分析和顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子萌發(fā)各項指標相關(guān)性分析

柳枝稷種子在不同溫度下的萌發(fā)情況見表2，測定指標包括發(fā)芽總數(shù)、發(fā)芽率、峰值、日平均發(fā)芽率、發(fā)芽系數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽干重和活力指數(shù)。對8項種子萌發(fā)指標進行相關(guān)性分析(表3)，結(jié)果表明，發(fā)芽總數(shù)與發(fā)芽率、日平均發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚芽干重4個萌發(fā)指標成極顯著正相關(guān)，與峰值、發(fā)芽系數(shù)、活力指數(shù)成顯著正相關(guān)。

表2 不同溫度下柳枝稷種子萌發(fā)指標

表3 種子萌發(fā)各項指標間的相關(guān)系數(shù)

2.2 種子萌發(fā)可靠性指標篩選

本試驗測定的8個指標均與柳枝稷種子萌發(fā)特性有關(guān)，研究種子萌發(fā)時如上述指標均測定并計算，會增加試驗的工作量，而且過程繁瑣、易出錯。為使種子萌發(fā)試驗結(jié)果準確、工序簡便，同時所選指標具有代表性，簡化萌發(fā)測定指標是較好的途徑[6]。因此，可利用主成分分析法對與種子萌發(fā)相關(guān)的8個指標進行可靠性指標篩選，篩選出3～4個具有代表性的指標，作為柳枝稷種子萌發(fā)的測定指標。分析結(jié)果見表4。

表4 主成分特征值與累積貢獻率

主成分的特征值和貢獻率是選擇主成分的依據(jù)，從表4中可以看出，通過主成分分析提取的前2個主成分的累積貢獻率為95.25%，大于統(tǒng)計學貢獻率標準(85%)，已經(jīng)充分反映了原始信息量，說明這2個因子可以作為主因子。第一主成分特征值為6.133，貢獻率為76.65%，第二主成分特征值為1.487，貢獻率為18.59%。根據(jù)前2個主成分，由特征向量給出的第一、第二主成分方程分別為

Prin1=0.820X1+0.822X2+0.867X3+0.821X4+

0.907X5+0.937X6+ 0.899X7+0.893X8

Prin2=0.571X1+0.569X2+0.368X3+0.570X4+

0.381X5+0.281X6+ 0.165X7+0.355X8

式中：X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8分別為發(fā)芽總數(shù)、發(fā)芽率、峰值、日平均發(fā)芽率、發(fā)芽系數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽干重和活力指數(shù)。

第一主成分的貢獻率為76.65%，由表5可知，在第一主成分中，絕對值較大的指標有：發(fā)芽指數(shù)(0.937)、發(fā)芽系數(shù)(0.907)、胚芽干重(0.899)。這些特征向量反映的是種子活力，種子活力決定種子和種子批在發(fā)芽和出苗期間的活性強度，是種子特征的綜合表現(xiàn)，種子活力因子值越大，說明種子活力水平越高。第二主成分的貢獻率為18.59%，由表5可知，在第二主成分中，絕對值較大的指標有：發(fā)芽總數(shù)(0.571)、日平均發(fā)芽率(0.570)、發(fā)芽率(0.569)。這些特征向量反映的是種子生活力，種子生活力是種子發(fā)芽的潛在能力或種子胚具有的生命力，而具有生活力的種子雖然能萌發(fā)但不一定能形成正常幼苗。

表5 主成分特征向量計算結(jié)果

由主成分分析結(jié)果可知，發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重3個指標可作為柳枝稷種子萌發(fā)的測定指標，這樣既簡化了萌發(fā)測定工序又確保了測定的準確性。種子活力指數(shù)是通過發(fā)芽指數(shù)和胚芽干重延伸出來的，綜合了發(fā)芽指數(shù)和胚芽干重的內(nèi)容，因此，這3個指標已經(jīng)完全可以說明柳枝稷種子的萌發(fā)特性和活力水平。

2.3 不同溫度對種子萌發(fā)的影響

分析不同溫度條件下柳枝稷種子萌發(fā)情況(圖1)發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重均隨著溫度升高而增加，在35 ℃條件下3個品種柳枝稷種子萌發(fā)活力最高。通過顯著性差異分析，在35 ℃恒溫時，柳枝稷種子萌發(fā)的三項萌發(fā)指標顯著高于其他溫度條件下的(常規(guī)溫度、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃)(P<0.05)，可見35 ℃是柳枝稷種子萌發(fā)的最適溫度。對比柳枝稷3個品種Alamo、Bay Canada、Common，在各個溫度條件下Bay Canada的各項萌發(fā)指標(發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重)均高于Alamo、Common，說明在發(fā)芽水平上，3種柳枝稷種子中，Bay Canada品種的種子品質(zhì)最高。

圖1 不同溫度條件下柳枝稷種子的萌發(fā)特性

3 討 論

在種子發(fā)芽所需生態(tài)條件中，溫度是極為重要的因素之一。種子萌發(fā)對溫度范圍有一定的要求，低于某個溫度或高于某個溫度時，種子均不能夠正常萌發(fā)。因此，種子萌發(fā)有最低、最適和最高三個基點溫度，低溫時溫度對胚活性物質(zhì)的代謝起主導作用，高溫時溫度對胚活性物質(zhì)變性起主導作用，適溫時兩者協(xié)調(diào)，結(jié)果表現(xiàn)出最高生長量[7]。一般來說，植物種不同，種子最適萌發(fā)溫度不同。柳枝稷是禾本科黍?qū)俣嗄晟鷧采鶦4植物，本試驗中柳枝稷種子的最適宜萌發(fā)溫度為35 ℃。根據(jù)其他研究結(jié)果，在內(nèi)蒙古西部地區(qū)比較適宜種植的禾本科植物中，披堿草(Elymusdahuricus)種子萌發(fā)最適溫度為25 ℃[8]，老芒麥(Elymussibiricus)種子萌發(fā)最適溫度為20/30 ℃變溫[9]，蒙古冰草(Agropyroncristatum)種子萌發(fā)最適溫度為20/30 ℃[6]，緣毛雀麥(Bromusciliatus)種子萌發(fā)最適溫度為20/30 ℃變溫[10]。與這些禾本科植物相比，柳枝稷種子的最適宜萌發(fā)溫度較高，這可能與供試材料來源地的降水或土壤水分有關(guān)。另一方面，即使同一植物種，最適萌發(fā)溫度也會因產(chǎn)地等因素而不盡相同。例如，張樹新等觀察采集于內(nèi)蒙古吉蘭泰地區(qū)的梭梭(Halaxylonammodendron)種子最適萌發(fā)溫度為25 ℃，甚至在60 ℃仍有64%的萌發(fā)率，而產(chǎn)于西北新疆吐魯番盆地吐魯番沙漠植物園的梭梭種子最適萌發(fā)溫度僅為10 ℃[11]。因此，對于自然條件相對惡劣的內(nèi)蒙古西部地區(qū)，柳枝稷引種繁育成功的關(guān)鍵是選擇適宜的品種，同時，播種時機也是柳枝稷能正常生長發(fā)育的主要限制因素之一。

4 結(jié) 論

(1)利用主成分分析法對發(fā)芽總數(shù)、發(fā)芽率、峰值、日平均發(fā)芽率、發(fā)芽系數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽干重和活力指數(shù)8個種子活力測定指標進行篩選的結(jié)果表明，發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重3個測定指標能夠較真實、全面地反映柳枝稷種子活力水平，可作為種子萌發(fā)的測定指標。

(2)柳枝稷3個品種種子在常規(guī)溫度(20～30 ℃)和15、20、25、30、35 ℃溫度處理下，最適宜的萌發(fā)溫度為35 ℃。

(3)對比柳枝稷3個品種Alamo、Bay Canada、Common的種子發(fā)芽情況，品種Bay Canada種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽系數(shù)、胚芽干重均高于Alamo和Common，3個品種中Bay Canada種子發(fā)芽活力最強。

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(責任編輯 徐素霞)

岑鞏縣積極探索水土保持信息化建設(shè)

按照《全國水土保持信息化規(guī)劃(2013—2020年)》的要求，岑鞏縣水土保持站著力履行工作職責。一是負責岑鞏縣水土保持數(shù)據(jù)存儲環(huán)境建設(shè)，加大自動化觀測設(shè)施設(shè)備應用；建立區(qū)域抽樣調(diào)查樣點，配備野外數(shù)據(jù)采集和遙感數(shù)據(jù)處理設(shè)備。二是負責更新水土保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。另外，岑鞏縣將逐步建立生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持數(shù)據(jù)庫，盡早建設(shè)水土保持監(jiān)測站點，同時做好國家水土保持重點工程項目管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入及管理。下一步，岑鞏縣將積極探索縣級水土保持信息化建設(shè)渠道，積極搭建可研平臺，爭取與水土保持科研院所建立合作關(guān)系，建設(shè)岑鞏縣水土保持信息系統(tǒng)，著力提升水土保持信息化水平。

袁仕健(貴州省岑鞏縣水務(wù)局)

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201301049)；國家自然科學基金青年科學基金項目(31400482)

S543.9

A

1000-0941(2015)10-0047-04

珊丹(1978—)，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古赤峰市人，工程師，博士，從事草地生態(tài)與水土保持研究。

2015-03-20