西蘭花種子萌發(fā)對溫度響應(yīng)研究初探

朱良其，劉　君，黑銀秀，徐志福，劉　燦，何道根，李　冬

（1.臺州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 臺州 317000；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江 杭州 310021）

西蘭花種子萌發(fā)對溫度響應(yīng)研究初探

朱良其1，劉君1，黑銀秀1，徐志福2*，劉燦1，何道根1，李冬2

（1.臺州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 臺州 317000；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江 杭州 310021）

溫度是影響種子萌發(fā)最重要的因素之一，研究不同溫度下種子萌發(fā)規(guī)律對于工廠化育苗具有重要意義。本試驗(yàn)以西蘭花種子為材料，在4～38℃范圍內(nèi)設(shè)置8個(gè)溫度處理，通過不同時(shí)段觀察種子萌發(fā)情況，計(jì)算種子不同萌發(fā)率對應(yīng)的萌發(fā)時(shí)間，及種子初始萌發(fā)到萌發(fā)完成所需時(shí)間即萌發(fā)歷時(shí)。累計(jì)萌發(fā)率、萌發(fā)時(shí)間和萌發(fā)歷時(shí)的結(jié)果表明，在20～32℃時(shí)，西蘭花種子萌發(fā)最早、萌發(fā)率最高、萌發(fā)歷時(shí)最短，因而確定該溫度范圍為西蘭花種子最適萌發(fā)溫度。

西蘭花；溫度；萌發(fā)時(shí)間；萌發(fā)歷時(shí)；工廠化育苗

文獻(xiàn)著錄格式：朱良其，劉君，黑銀秀，等.西蘭花種子萌發(fā)對溫度響應(yīng)研究初探 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：1963-1967.

種子是多數(shù)農(nóng)作物的收獲器官，更是繁殖器官，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料，對作物種子習(xí)性的研究一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)［1］。傳統(tǒng)上農(nóng)作物種子一般都會把萌發(fā)率作為基本指標(biāo)予以標(biāo)注。但是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對種子萌發(fā)重視程度不夠，如農(nóng)學(xué)上的萌發(fā)往往指種苗出土，包括種子萌發(fā)和伸長過程。而隨著工廠化育苗的推廣，對種子萌發(fā)規(guī)律提出更多的要求，如種子從開始萌發(fā)到全部萌發(fā)所需時(shí)長在一定程度上決定了種子萌發(fā)整齊度和幼苗整齊度，對工廠化育苗和銷售更有意義。影響種子萌發(fā)的環(huán)境因子很多，溫度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中影響種子萌發(fā)最重要的因子［2-3］，也是研究最多的因子之一，在工廠化育苗中，不同的溫度會導(dǎo)致不同的能耗，進(jìn)而影響成本，因此確定西蘭花種子萌發(fā)過程中最適溫度條件尤為重要。

臺州市一直是西蘭花重要生產(chǎn)地區(qū)，近年來種植面積占浙江省種植面積的3/5以上，占全國種植面積的1/4［4-6］，已是全國規(guī)模最大的冬春西蘭花生產(chǎn)基地，形成了浙江東部的一個(gè)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶，其中臨海被稱為 “中國西蘭花之鄉(xiāng)”。西蘭花已成為臺州市重要的出口創(chuàng)匯蔬菜之一［7］，臺州西蘭花產(chǎn)業(yè)的形成主要是規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、市場化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果，產(chǎn)品具有季節(jié)性、安全性、優(yōu)質(zhì)性的特點(diǎn)和優(yōu)勢。由于臺州地區(qū)西蘭花種植面積集中，經(jīng)濟(jì)效益較高，且工廠化育苗和機(jī)械化栽培具備產(chǎn)量和品質(zhì)優(yōu)勢［6，8］，目前西蘭花工廠化育苗已經(jīng)有較大面積的推廣應(yīng)用［7］。工廠化育苗首先需要對種子進(jìn)行催芽，溫度控制是技術(shù)關(guān)鍵。程來斌等［9］采用25℃進(jìn)行催芽，顏敏嫻等［6］采用25～28℃進(jìn)行催芽，周建榮［10］采用 28℃進(jìn)行催芽，周昌宇等［8］則采用白天22～24℃、夜間12～15℃進(jìn)行管理。在工廠化育苗中溫度差異會帶來能耗和成本的差異，尚未見不同溫度對西蘭花出苗影響的相關(guān)報(bào)道。研究不同溫度對種子萌發(fā)的影響既有植物學(xué)研究意義，也符合工廠化育苗需求。本文以西蘭花為研究對象，設(shè)置不同的溫度梯度，研究溫度對西蘭花種子萌發(fā)過程的影響，提出西蘭花種子萌發(fā)最適溫度指標(biāo)，為大規(guī)模開展西蘭花工廠化育苗提供支持和參考。

1　材料與方法

1.1材料

萌發(fā)實(shí)驗(yàn)在臺州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室人工氣候箱 （寧波賽福實(shí)驗(yàn)儀器有限公司，PRX-350C）內(nèi)進(jìn)行，材料為臺州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的西蘭花晚熟品種臺綠1號和早熟品種臺綠2號。

1.2處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)8個(gè)不同的溫度處理，分別為：4，10，16，20，24，28，32和38℃，其中4℃在冰箱中進(jìn)行，其他均在人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子。將種子均勻放在直徑為9 cm的玻璃培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿底部墊有兩層濾紙，不定期加水保持濾紙濕潤，并加蓋保濕，將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱進(jìn)行試驗(yàn)。種子萌發(fā)在黑暗條件下進(jìn)行，即光照強(qiáng)度設(shè)置為0，濕度控制在80%。

實(shí)驗(yàn)開始后每隔4 h觀測種子萌發(fā)情況，以胚根為種子1/2長作為萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查記錄每個(gè)處理的種子萌發(fā)個(gè)數(shù)，并將己萌發(fā)的種子移除 （圖1）。48 h（2 d）后大部分種子已萌發(fā)完畢，因此改為每隔8 h觀測記錄一次，96 h（4 d）后每隔24 h觀測記錄一次。

圖1　西蘭花種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)場景的布置

1.3分析方法

對不同處理每次觀測獲取的3次重復(fù)進(jìn)行平均，得到平均萌發(fā)個(gè)數(shù)，計(jì)算得到累積萌發(fā)率。對任意一種溫度梯度進(jìn)行處理，根據(jù)不同觀測時(shí)間所對應(yīng)的累積萌發(fā)率曲線，通過3次樣條插值 （樣條插值在Matlab中采用Sp line函數(shù)進(jìn)行）可以求得任意累積萌發(fā)率所對應(yīng)的時(shí)間。根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)為累積萌發(fā)率為10%時(shí)，表明種子已經(jīng)開始萌發(fā)，累積萌發(fā)率為90%時(shí)，表明種子萌發(fā)完成，不同萌發(fā)率對應(yīng)的觀測時(shí)間定義為該萌發(fā)率的萌發(fā)時(shí)間。而10%的萌發(fā)時(shí)間和90%的萌發(fā)時(shí)間之間的差值表征為該溫度梯度種子萌發(fā)所需要經(jīng)歷的時(shí)間，定義為萌發(fā)歷時(shí)。本文采用單因素方差分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，并采用Duncan法 （新復(fù)極差檢驗(yàn)法）進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1萌發(fā)個(gè)數(shù)和累積萌發(fā)率

西蘭花種子在各溫度條件下萌發(fā)有一定的差異，萌發(fā)個(gè)數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。臺綠1號和臺綠2號兩個(gè)品種，在溫度較高和溫度較低情況下，萌發(fā)時(shí)間均有一定的延遲，10℃處理下在60 h開始萌發(fā)，而4℃處理分別在190 h和140 h才開始萌發(fā) （圖2）。另外從圖2可以看出，20～32℃處理下種子在處理后十幾小時(shí)就已開始萌發(fā)，發(fā)芽時(shí)間要早于其他處理。

從累積萌發(fā)率更容易看出高溫和低溫處理具有萌發(fā)延后性。供試的兩個(gè)品種，在20～32℃累計(jì)萌發(fā)率都較高，且萌發(fā)速率最快。臺綠1號在16～32℃處理下最終萌發(fā)率均在90%以上，臺綠2號在16～32℃處理下最終萌發(fā)率均在86%以上，但是臺綠2號的累積萌發(fā)率在不同溫度下有較大的差異，38℃處理下累積萌發(fā)率最低，不足40% （圖3）。

2.2萌發(fā)時(shí)間

90%萌發(fā)率所代表的萌發(fā)時(shí)長，即催芽處理所需要的時(shí)間，會直接影響工廠化育苗的能耗和成本。根據(jù)插值處理，可以得到種子任意萌發(fā)率所對應(yīng)的時(shí)刻。本試驗(yàn)以10%，50%和90%萌發(fā)率對應(yīng)的萌發(fā)時(shí)間為例進(jìn)行研究 （圖4），結(jié)果表明，在任意溫度處理下，2個(gè)品種到達(dá)同一萌發(fā)率所需要的時(shí)長相對誤差較小，其中臺綠2號在10℃處理下誤差較大。隨著處理溫度升高，總體上萌發(fā)時(shí)間先變短后變長，20～32℃處理種子萌發(fā)所需要的時(shí)間最短。臺綠1號在38℃處理下萌發(fā)率達(dá)到10%時(shí)的萌發(fā)時(shí)間為 （26.47±1.50）h，顯著大于32℃時(shí)所需要的時(shí)間 （16.50±0.87）h；但是臺綠2號在38℃和32℃下的萌發(fā)時(shí)間差異不顯著，分別是 （12.83±0.80）h和 （133.33±4.16）h。但是38℃處理下2個(gè)品種50%萌發(fā)率，尤其是90%萌發(fā)率所對應(yīng)的萌發(fā)時(shí)間，均顯著高于32℃處理下的萌發(fā)時(shí)間，其中臺綠1號90%的萌發(fā)時(shí)間分別為 （22.93±1.85）h和 （48.33±0.58）h。

圖2　不同溫度處理下西蘭花種子萌芽頻率隨時(shí)間變化

圖3　不同溫度處理下西蘭花種子累積萌發(fā)率隨時(shí)間變化

圖4　不同溫度處理下西蘭花種子萌發(fā)時(shí)間變化情況

2.3萌發(fā)歷時(shí)

從圖5看出，萌發(fā)歷時(shí)在一定程度上反映了種子萌發(fā)整齊度的問題，對于機(jī)械化栽培非常重要。隨著處理溫度從低到高，兩個(gè)品種萌發(fā)歷時(shí)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。4℃處理萌發(fā)歷時(shí)最長，約為60 h，而20～32℃萌發(fā)歷時(shí)為10 h左右。臺綠1號萌發(fā)歷時(shí)比臺綠2號短。臺綠1號不同處理萌發(fā)歷時(shí)大小依次為4℃＞38℃＞16℃＞10℃＞28℃＞20℃＞24℃＞32℃，其中20～32℃范圍內(nèi)各處理間萌發(fā)歷時(shí)差異不顯著 （圖4）。臺綠2號萌發(fā)歷時(shí)大小依次為4℃＞10℃＞38℃＞16℃＞20℃＞28℃＞24℃＞32℃，其中24～32℃范圍內(nèi)各處理間萌發(fā)歷時(shí)差異不顯著。

圖5　不同溫度處理下西蘭花種子的萌發(fā)歷時(shí)

3　討論與展望

在傳統(tǒng)種植中，尤其是直播情況下，萌發(fā)率低，影響出苗率，即使最終補(bǔ)齊，補(bǔ)苗也會在一定 程度上影響后期生長。對于特定品種，如果產(chǎn)量高、品質(zhì)好，對于萌發(fā)率的要求也許可以適度降 低，但是同樣會增加育苗成本，而工廠化育苗在一定程度上能夠解決這個(gè)問題。

溫度是影響種子萌發(fā)最重要的因素之一，種子萌發(fā)最適溫度是工廠化育苗成功的關(guān)鍵技術(shù)，研究 不同溫度下種子萌發(fā)規(guī)律對于工廠化育苗具有重要意義。本試驗(yàn)中，西蘭花2個(gè)品種在16～32℃處 理時(shí)萌發(fā)初始時(shí)間基本一致，而20～32℃處理時(shí)萌發(fā)時(shí)長基本一致，且20～32℃處理累計(jì)萌發(fā)率 較高，因此可以確定20～32℃是西蘭花品種臺綠1號和臺綠2號的最適萌發(fā)溫度，這與以往的研 究［6-10］中采用的溫度基本接近。

不同的催芽溫度萌發(fā)早晚和萌發(fā)歷時(shí)會有差異，實(shí)際操作時(shí)可以根據(jù)外界條件在最適溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 選擇，降低育苗成本。種苗公司可以根據(jù)市場需求適當(dāng)調(diào)整催芽溫度、改變萌發(fā)時(shí)間，以便更合理的安排 種植進(jìn)度，最終調(diào)整西蘭花上市時(shí)間，增加效益。

今后的研究工作可以采用溫度模型［11-12］，進(jìn)而建立種子萌發(fā)模型，可以進(jìn)一步和西蘭花幼苗生長模型［13］以及田間種植生長模型相結(jié)合［14］，建立全生育期的模型，對于西蘭花整個(gè)生長過程進(jìn)行數(shù)字化管理。

［1］ 劉志民，蔣德明，高紅英，等.植物生活史繁殖對策與干擾的關(guān)系 ［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（3）：418-422.

［2］ Baskin C C，Baskin J M.Germination ecophysiology of herbaceous plant species in a temperate region［J］.American Journal of Batany，1988（75）：286-305.

［3］ A lvarado V，Bradford K J.A hydrothermal time model explains the cardinal temperatures for seed germ ination［J］.Plant，Cell and Environment，2002，25：1061-1069.

［4］ El-Keblawy A，A l-Rawai A.Effects of salinity，temperatu re and light on germination of invasive Prosopis juliflora（Sw.）D. C［J］.Journal of Arid Environments，2005，61：555-565.

［5］ 屈為棟，何道根，蘇英京.臺州市西蘭花產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展對策［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）：1062-1065.

［6］ 顏敏嫻，林珍飛，王中楨.西蘭花機(jī)械化栽培技術(shù)的試驗(yàn)研究 ［J］.現(xiàn)代農(nóng)機(jī)，2013（3）：26-28.

［7］ 董荷玲，王皓.臺州西蘭花穴盤育苗技術(shù) ［J］.蔬菜，2014（7）：44-46.

［8］ 周昌宇，於維維，葉厚林，等.西蘭花工廠化育苗特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù) ［J］.長江蔬菜，2010（19）：28-29.

［9］ 程來斌，金炳勝，馬強(qiáng)，等.西蘭花工廠化穴盤育苗技術(shù)［J］.西北園藝，2003（7）：20-21.

［10］ 周建榮.西蘭花育苗標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程 ［J］.寧夏農(nóng)林科技，2011（1）：92.

［11］ Ekstam B，Johannesson R，Milberg P.The effect of light and number of diurnal temperature fluctuations on germ ination of Phragm ites australis［J］.Seed Science Research，1999，9：165-170.

［12］ Markus B.The role of temperature in the regulation of dormancy and germination of two related summer-annual mudflat species ［J］.Aquatic Botany，2004，79：15-32.

［13］ 劉偉明，汪恩國，何道根，等.西蘭花穴盤育苗幼苗生長動態(tài)及其數(shù)學(xué)模型研究［J］.農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2012（2）：46-53.

［14］ Olesen JE，Grevsen K.A simulation model of climate effects on plant productivity and variability in cauliflower（Brassica oleracea L.botrytis）［J］.Scien tia Horticulturae，2000（83）：83-107.

（責(zé)任編輯：張 韻）

S 635.3

A

0528-9017（2015）12-1963-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151216

2015-06-30

臺州市科技項(xiàng)目 （131zd04）；浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 （2013e10037）；浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院地合作項(xiàng)目 （tyd-001-3）

朱良其 （1967-），男，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)科研與管理工作。

徐志福 （1964-），男，副研究員，從事系統(tǒng)模擬與數(shù)字農(nóng)業(yè)相關(guān)研究工作。E-mail：zhifux868@163.com。