引發(fā)處理對柳枝稷種子萌發(fā)及幼苗生長特性的影響

陳大立， 李 凡， 周景樂， 思娟娟， 朱健祥， 何學(xué)青

（西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院， 陜西 楊凌712100）

柳枝稷（Panicum virgatumL.）屬禾本科（Gramineae）黍?qū)伲≒anicum），是一種多年生C4草本植物，其根系發(fā)達(dá)，耐貧瘠和干旱，具有廣泛的適應(yīng)性。該植物種植成本低，生長迅速，是國際上公認(rèn)的最適合作為生物燃料的能源植物。對其合理開發(fā)利用可有效改善土壤生態(tài)功能，緩解田地貧瘠和沙化現(xiàn)象［1－2］。

種子引發(fā)也稱“滲透調(diào)節(jié)”，最早由 Heydecker等［3］提出，是一項控制種子緩慢吸水和逐步回干的種子處理技術(shù)［4］。其主要目的在于提高種子迅速、整齊出苗能力及幼苗的抗逆性［5］。常用的引發(fā)技術(shù)有液體引發(fā)、水引發(fā)、膜引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)及生物引發(fā)等方法［6］。目前，國內(nèi)外對液體引發(fā)及水引發(fā)的研究較多［7］，PEG、CuSO4和CaCl2·2H2O等種子引發(fā)劑已在許多植物種類上成功應(yīng)用，例如胡蘿卜（Daucus carota）、黃 瓜 （Cucumis sativus）、洋 蔥 （Allium cepa）、辣椒（Capsicum annuum）、番茄（Lycopersicon esculentum）和西瓜（Citrullus lanatus）等種子。然而，對牧草種子的引發(fā)研究僅處于起步階段，主要見于紫花苜蓿（Medicago sativa）［8］、玉米（Zea mays）［9］、高 粱 （Chinese sorghum ）［10］和 菊 苣 （Cichorium intybus）［11］等，而對于能源草柳枝稷的引發(fā)技術(shù)的應(yīng)用鮮有報道，為此，本試驗在特定條件下對柳枝稷種子進(jìn)行引發(fā)處理，比較不同引發(fā)處理下的引發(fā)效果，以期為柳枝稷的大面積栽培利用提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試柳枝稷種子品種為“Alamo”，由中國科學(xué)院水土保持研究所提供，收獲于2012年，試驗所用試劑為聚乙二醇 （PEG－6000），硝酸鉀 （KNO3），硫酸銅（CuSO4），二水氯化鈣（CaCl2·2H2O）。

1.2 試驗方法

1.2.1 引發(fā)處理

隨機(jī)選取大小色澤一致、均勻度飽滿、種皮完好無缺的柳枝稷種子若干粒，各取350粒并用蒸餾水，5%、10%PEG，3%、5%KNO3，5%、10%CuSO4，5%、10%CaCl2·2H2O等溶液在25℃黑暗條件下浸種24h后，用蒸餾水清洗且用濾紙吸干水分，處理完成后，置于室溫條件下回干48h，待用。以未引發(fā)的種子作為對照。

1.2.2 種子發(fā)芽

采用紙上發(fā)芽法，將不同處理的種子置于墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿放入100粒種子，3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于25℃（光照8h，黑暗16h）條件的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天定時定量補(bǔ)加蒸餾水，使其保持濕潤，以“露白”為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日統(tǒng)計發(fā)芽，試驗持續(xù)14d，并在發(fā)芽試驗?zāi)┢诮y(tǒng)計正常幼苗數(shù)，不正常幼苗數(shù)，新鮮未發(fā)芽種子數(shù)和死種子數(shù)。

發(fā)芽勢（%）＝前7d發(fā)芽種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽率（%）＝發(fā)芽種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；每日發(fā)芽速度（%／d）＝100×［∑（n／D）／100］，n為每天發(fā)芽種子數(shù)，D為對應(yīng)天數(shù)。

1.2.3 根長、苗長、葉面積和根部及幼苗干重、鮮重的測定

發(fā)芽試驗結(jié)束后，每個培養(yǎng)皿隨機(jī)選取5株幼苗植株，用干凈的濾紙輕輕吸干表面水分，用直尺測定幼苗的根長與苗長；用葉面積儀（Yaxin－1241）測量幼苗葉面積；在天平上稱重分別測量幼苗及根部鮮重，置于80℃下烘干2h，再分別測定其干重。

1.2.4 幼苗葉綠素含量和電導(dǎo)率的測定

幼苗葉綠素含量參考張志良等［12］的方法，電導(dǎo)率值采用電導(dǎo)儀法［13］測定。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均用Excel 2007錄入并作圖，采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan’s法對均值作多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子發(fā)芽勢與發(fā)芽率的影響

不同引發(fā)處理對柳枝稷種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率的影響如圖1所示。CuSO4處理組的發(fā)芽勢較對照顯著降低（p＜0.05），隨CuSO4溶液濃度的升高，發(fā)芽勢降低，其中10%CuSO4處理后的發(fā)芽勢僅為0.67%。其余處理較對照均無顯著差異（p＞0.05）；H2O處理組的發(fā)芽勢最高，為90%。不同引發(fā)處理對發(fā)芽率的影響與發(fā)芽勢呈相似趨勢，其中水引發(fā)處理后對發(fā)芽率影響效果最好，發(fā)芽率可達(dá)93%，而10%CuSO4處理后發(fā)芽率最低，僅為11%。

圖1 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

2.2 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子每日發(fā)芽速度的影響

如圖2所示，與對照組相比，H2O引發(fā)處理顯著促進(jìn)柳枝稷種子的每日發(fā)芽速度，由對照的17%提高至51%；CuSO4引發(fā)處理嚴(yán)重抑制每日發(fā)芽速度，且濃度越高抑制作用越明顯；其它各處理與對照相比，對柳枝稷種子每日發(fā)芽速度的影響差異不顯著。

圖2 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子每日發(fā)芽速度的影響

2.3 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子最終發(fā)芽的影響

由表1可知，通過不同引發(fā)處理，CuSO4處理組效果最差，基本無正常幼苗，其中5%CuSO4處理組的不正常幼苗高達(dá)52.67%，10%CuSO4處理組的休眠種子數(shù)高達(dá)89%，剩余各處理組與對照組各方面都無顯著差異。而且H2O處理組的效果最好，其無不正常幼苗，正常幼苗較對照組高，休眠種子和死種子都較對照偏低。

2.4 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子幼苗生長的影響

由表2可知，不同引發(fā)處理與對照組相比，都抑制了其幼苗根長的生長，尤其是用CuSO4進(jìn)行引發(fā)處理后，其幼苗基本無根；根鮮重、苗長也存在同樣的影響，各處理組之間無顯著差異；根干重也無明顯差異，基本一致；除用10%CuSO4處理的種子對苗鮮重、苗干重、葉寬有抑制作用外，其余各處理與對照之間無顯著差異；對于葉面積，除用CuSO4處理過的種子對葉面積有明顯抑制外，其余各處理與對照之間無顯著差異，且CuSO4濃度越高抑制越明顯。

2.5 不同引發(fā)處理對柳枝稷幼苗葉綠素含量和膜透性的影響

不同引發(fā)處理對柳枝稷幼苗葉綠素含量和膜透性的影響見表3。H2O，5%PEG和5%CaCl2·2H2O引發(fā)處理后，葉片的葉綠素含量均較對照有所提高，但與對照相比差異不顯著；用3%KNO3，10%PEG，5%CuSO4，10%CaCl2·2H2O處理后其比值低于對照，但與對照相比無顯著差異。CaCl2·2H2O，H2O和PEG處理后與對照相比幼苗絕對電導(dǎo)率無顯著差異，除10%CuSO4處理外，不同濃度的KNO3和CuSO4處理后幼苗電導(dǎo)率較對照顯著提高，其中5%CuSO4處理后影響最大，幼苗電導(dǎo)率達(dá)到434.43μS／（cm·g）。

表1 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子最終發(fā)芽的影響

3 討 論

本試驗結(jié)果表明，不同溶液的引發(fā)處理和相同溶液的不同濃度引發(fā)處理對柳枝稷種子的萌發(fā)影響各異。試驗中用CuSO4處理后，其發(fā)芽情況與幼苗生長與對照相比，有明顯抑制作用，而且濃度越大，抑制作用越明顯，這與杜錦等［14］研究結(jié)果相似。用水處理后，與對照相比，可顯著促進(jìn)其發(fā)芽，而絕對電導(dǎo)率無顯著影響；用KNO3處理組引發(fā)后，柳枝稷的每日發(fā)芽速度也較對照有所提高，且3%KNO3作用效果強(qiáng)于5%KNO3，但作用效果不是很明顯；其余幾種處理對發(fā)芽率和發(fā)芽速度無明顯影響；因此，相比之下H2O引發(fā)處理是最好的選擇，不僅操作簡單，成本低廉，而且作用效果也最顯著。

物質(zhì)積累、葉面積變化是反映植株幼苗生長的重要指標(biāo)。本試驗結(jié)果表明，不同引發(fā)處理對柳枝稷種子幼苗生長都有不同程度的促進(jìn)或抑制作用，水、KNO3處理對種子無顯著抑制作用，且水處理有顯著的促進(jìn)作用；而CuSO4處理后對其苗長、根長的影響最嚴(yán)重，而且濃度越大，抑制作用越明顯，這可能是因為Cu離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，導(dǎo)致種子活力下降，從而影響幼苗生長，這與孫權(quán)等［15］研究結(jié)果相似。葉綠素含量是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量與葉片光合作用密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，用適宜濃度的H2O、PEG和CaCl2·2H2O引發(fā)處理后，柳枝稷幼苗葉片的葉綠素含量較對照提高。因此，適當(dāng)引發(fā)處理可增加柳枝稷幼苗葉片的光合作用，從而提高生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

表2 不同引發(fā)處理對柳枝稷種子幼苗生長的影響

表3 不同引發(fā)處理對柳枝稷幼苗葉綠素含量和電導(dǎo)率的影響

細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境交換信息的屏障，細(xì)胞膜透勢的變化是反應(yīng)細(xì)胞膜受傷害程度的一個重要指標(biāo)［14］。本試驗結(jié)果表明，除CuSO4處理外，其他引發(fā)處理對幼苗膜透性無顯著性影響，其中經(jīng)5%CuSO4引發(fā)處理后，柳枝稷幼苗絕對電導(dǎo)率值較對照有顯著變化，說明該濃度引發(fā)處理后，柳枝稷幼苗細(xì)胞膜受損程度最大。

種子引發(fā)研究已有30年的歷史，無論在機(jī)理還是在方法上都取得了重要成果。本研究發(fā)現(xiàn)，在幾種處理方法中，H2O引發(fā)操作簡單，成本低廉，并且安全環(huán)保和容易推廣，引發(fā)處理效果最好，而CuSO4處理效果最差，不宜用作柳枝稷種子引發(fā)處理。

［1］李改蓮，王遠(yuǎn)紅，楊繼濤，等.中國生物質(zhì)能的利用狀況及展望［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，38（1）：100－104.

［2］馬永清，郝志強(qiáng)，熊邵俊，等.我國柳枝稷規(guī)模化種植現(xiàn)狀與前景［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，17（6）：133－137.

［3］Heydecker W.Germination of an idea：the priming of seeds［D］.University of Nottingham School of Agriculture Report，1973／1974，50－67.

［4］Heydecker W，Coolbear P.Seed treatments for improved performance－survey and attempted prognosis［J］.Seed Science and Technology，1977，5：353－425.

［5］馬多結(jié)吉，王永超.種子引發(fā)技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.種子，2013，32（12）：43－46.

［6］Demir I，Oztokat C.Effect of salt priming on germination and seedling growth at low temperatures in watermelon seeds during development［J］.Seed Science and Technology，2003，31：765－770.

［7］阮松林，薛慶中.植物的種子引發(fā)［J］.植物生理學(xué)通訊，2002，38（2）：198－202.

［8］王彥榮，張建全，劉慧霞，等.PEG引發(fā)紫花苜蓿和沙打旺種子的生理生態(tài)效應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報，2004，24（3）：403－408.

［9］王芳，阿布都熱西提，蘆葦華，等.引發(fā)對甜玉米種子發(fā)芽和幼苗生長的影響［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，32（2）：37－40.

［10］馬金虎，楊文秀，郭數(shù)進(jìn)，等.種子引發(fā)對鹽脅迫下高粱種子幼苗抗氧化酶系統(tǒng)的影響［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，30（1）：29－32.

［11］劉彥文，李明，姚東偉.引發(fā)對萵苣種子萌發(fā)及減輕其高溫休眠的影響［J］.種子，2010，29（10）：54－56.

［12］張志良，翟偉菁，李小方.植物生理學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［13］李合生.植物生理生化實(shí)驗原理和技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［14］杜錦，肖萌，郝娜娜，等.不同藥劑引發(fā)對干旱脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［J］.種子，2014，33（11）：43－46.

［15］孫權(quán)，何振立，楊肖娥，等.銅對小白菜的毒性效應(yīng)及其生態(tài)健康指標(biāo)［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2007，13（2）：324－330.