4種柱花草種子發(fā)育研究

張 瑜， 嚴琳玲， 羅小燕， 白昌軍

（中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所（農業(yè)部熱帶作物種質資源利用重點開放實驗）， 海南 儋州571737）

柱花草屬（Stylosanthes SW.）為多年生豆科植物，廣泛分布于世界熱帶、亞熱帶地區(qū)。柱花草性喜濕熱，耐酸瘦土，抗炭疽病，適生于我國熱帶、南亞熱帶地區(qū)，柱花草產量高，枝葉營養(yǎng)豐富，干物質粗蛋白含量為15%～16%，同時含有多種氨基酸，是畜禽的優(yōu)良飼料。柱花草根系發(fā)達并具有生物固氮能力，可固氮225～300kg／667m2，是幼齡果園和熱帶經濟林的理想綠肥作物，對防止雨水沖刷、保持水土、改良和培肥土壤、促進果樹、林木生長發(fā)育具有顯著作用［1－8］。中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所在20世紀80年代從國外引進的柱花草種質，并從中選育出了一批優(yōu)良的豆科牧草新品種，在海南、廣東、廣西等省區(qū)的推廣面積約26.7萬hm2。目前，關于柱花草的研究主要集中于植株形態(tài)、高產栽培技術、種子生產技術、品質、抗性、品種選育、飼料開發(fā)以及遺傳多樣性研究等幾個方面［9－15］，對種子萌發(fā)的研究主要集中在抵抗外界不良環(huán)境的脅迫和提高種子萌發(fā)率方面，對種子的發(fā)育過程很少涉及，因此了解柱花草種子發(fā)育過程對生產和選育優(yōu)異種質有實際意義。本試驗對4種柱花草的種子發(fā)育過程進行觀測，細化種子的發(fā)芽，為今后研究柱花草種子相關特性和發(fā)育機理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用柱花草種子采于中國熱帶農業(yè)科學院海南儋州院區(qū)牧草基地，分別為：熱研2號柱花草（Stylosanthes guianensis SW.cv.Reyan No.2）、維 拉諾有鉤柱花草（Stylosanthes hamata （L.）Taub.cv.Verano）、西卡柱花草（Stylosanthes scabra Vog cv.Seca）、馬弓型柱花草（Stylosanthes hippocampoides Fine stem stylo）。4種柱花草種子的千粒重分別為2.70，1.85，1.95g 和 2.14g。

1.2 主要試驗儀器

數顯游標卡尺（上海首豐精密儀器有限公司，500系列）、奧林巴斯SZX16體視顯微鏡［奧林巴斯株式會社，SZX 16（物鏡 SDF PLAPO 2XPFC和1XPF）］、DP 72數碼成像系統(tǒng)（奧林巴斯株式會社，DP 72）。

1.3 方 法

各選取50粒飽滿健康、大小一致的種子進行發(fā)芽試驗，設4個重復。播種前用80℃熱水浸泡20～30 min后取出冷卻，將處理后的種子播種于鋪有2層濾紙（相對濕度60%～80%）的培養(yǎng)皿中，放入培養(yǎng)箱（25℃，濕度為80%～90%）中進行發(fā)芽，每隔2d噴1次水保持濾紙的濕潤［16］。

1.4 形態(tài)觀測

分別于發(fā)芽的第1、2、3、4、5、6、7天取樣觀察并測量，至第8天結束。每次選擇10株長勢均勻的幼苗，進行胚芽和胚根長度的測量，取平均值。每次觀測時挑出腐爛霉變的種子丟掉。

1.5 數據處理

試驗數據分別用 Excel 2003和SAS 9.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 4種柱花草種子發(fā)育過程

種子發(fā)育是指種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態(tài)發(fā)生過程，包括萌動期和發(fā)芽期。種子萌動期通常到種子露白為止，種子萌動后胚根突破種皮種子開始發(fā)芽，進入發(fā)芽期［16］。從發(fā)芽開始到第7天，子葉中所貯藏的物質已被完全吸收，柱花草種子生長成為新的幼苗。本試驗中4種柱花草種子發(fā)育過程中形態(tài)變化過程基本相同，但存在明顯差異。

圖1 熱研2號柱花草種子萌發(fā)過程

2.1.1 熱研2號柱花草種子發(fā)育過程

熱研2號柱花草在種胚長（0.3±0.03）cm 時停止生長，胚根突破種皮，種子開始露白，種子由胚生長過渡成為幼芽生長。當幼芽生長到（5.71±0.07）cm時子葉展開，在發(fā)芽第6天，幼芽長（6.75±0.06）cm 時長出須根，第7天胚芽伸出（圖1）。

2.1.2 維拉諾有鉤柱花草種子發(fā)育過程

維拉諾有鉤柱花草在種胚長（0.2±0.04）cm 時停止生長，種子開始露白。在發(fā)芽第3天，幼芽長（3.22±0.06）cm 時長出須根。當幼芽生長到（4.16±0.14）cm時子葉展開，到第5天胚芽伸出（圖2）。

2.1.3 西卡柱花草種子發(fā)育過程

西卡柱花草在種胚長（0.2±0.07）cm 時停止生長，胚根突破種皮。當幼芽生長到（4.00±0.09）cm 時子葉展開胚軸伸長。生長到第4天，幼芽長（5.0 4±0.13）cm時，胚芽伸出，至發(fā)芽結束也未觀察到有須根出現，須根可以提高植株吸收水分和養(yǎng)分的效率（圖3）。

2.1.4 馬弓形柱花草種子發(fā)育過程

馬弓形柱花草在種胚長（0.2±0.02）cm 時停止生長，種子開始露白，當幼芽生長到（3.22±0.09）cm 時子葉展開。在發(fā)芽第6天，幼芽長（4.61±0.06）cm 時長出須根，胚芽伸出（圖4）。

2.2 4種柱花草種子萌發(fā)過程中的幼芽長（包括胚根）比較

隨著發(fā)芽時間的增加，幼芽長也在持續(xù)增加，但生長幅度不相同。在萌動前期，萌發(fā)速度最快的是熱研2號柱花草和馬弓形柱花草，生長幅度均達到了250%；在發(fā)芽后期，種子萌發(fā)速度減緩，其中熱研2號柱花草種子的生長幅度最高，達到100%。從萌發(fā)開始到第7天，幼芽生長幅度最高為西卡柱花草，生長幅度最低的是維拉諾有鉤柱花草。由此可以得出，在萌發(fā)前期熱研2號柱花草、有鉤柱花草和馬弓形柱花草種子的胚乳中貯藏的營養(yǎng)物質大量降解，加快幼芽發(fā)育，而西卡柱花草的生長加速則在萌發(fā)后期，持續(xù)時間較長。

在種子萌發(fā)前期（第1～3天）幼芽生長最快的為西卡柱花草；在萌發(fā)中期（第3～5天）幼芽生長減緩，其中熱研2號柱花草的幼芽增長較快；在萌發(fā)后期（第5～7天）幼芽生長略有增加，西卡柱花草幼芽增長最多。在整個萌發(fā)階段，馬弓形柱花草的幼芽生長量最少，發(fā)育最慢。

圖2 維拉諾有鉤柱花草種子萌發(fā)過程

圖4 馬弓形柱花草種子萌發(fā)過程

表1 種子不同萌發(fā)時期的幼芽長度的方差分析

在4種柱花草種子萌發(fā)期間，幼芽生長存在差異（見表1）。在種子萌發(fā)的第1天，4個品種的幼芽長差異不顯著；在種子萌發(fā)的第2天，除馬弓形柱花草外，其余3種柱花草的幼芽長差異不顯著；到萌發(fā)的第3天，熱研2號柱花草和西卡柱花草的幼芽長差異不顯著，較有鉤柱花草和馬弓形柱花草差異顯著；到萌發(fā)第4天，有鉤柱花草和馬弓形柱花草差異不顯著，較其它2種柱花草差異顯著；到萌發(fā)第5天，熱研2號柱花草和西卡柱花草幼芽長差異不顯著，較有鉤柱花草和馬弓形柱花草差異顯著；在發(fā)芽的第6天和第7天，4個品種柱花草的幼芽長差異顯著。

圖5 4種柱花草種子萌發(fā)過程中幼芽長比較

3 結 論

4個品種的柱花草從種子萌發(fā)開始到第7天，幼芽生長幅度最高為西卡柱花草，生長幅度最低是有鉤柱花草，萌發(fā)速度最快是熱研2號柱花草。在整個萌發(fā)階段，馬弓形柱花草幼芽生長量最少，發(fā)育最慢。在萌發(fā)初期，4個品種的幼芽生長差異不顯著，到萌發(fā)后期，幼芽長差異顯著。

4 討 論

目前國內對種子萌發(fā)過程中的形態(tài)變化研究主要集中在蘭科石斛屬植物和大戟科木薯屬植物上。崔秋華等對齒瓣石斛的種子進行研究，對種子萌發(fā)中的形態(tài)發(fā)育過程進行觀察，為齒瓣石斛種子的無菌萌發(fā)提供選擇依據［17］。陸柳英等對廣西3個木薯品種（系）果實、種子和胚生長發(fā)育情況進行初步調查研究，開展幼胚離體培養(yǎng)技術研究，為廣西木薯雜交育種提供理論參考和技術支撐［18］。對柱花草種子的研究主要是探尋提高柱花草種子的萌發(fā)、抵抗外界不良環(huán)境的脅迫等方面［19－21］，對柱花草種子發(fā)育和萌發(fā)的形態(tài)變化研究鮮見報道。本試驗中僅涉及了種子發(fā)育過程中幼芽的外部形態(tài)變化和種間差異研究，今后可增加解剖觀察，完善種子發(fā)育研究。

全世界柱花草約有50種，在熱帶豆科牧草生產中占有重要地位。本試驗選取了4種具有熱區(qū)代表性的柱花草為研究對象。熱研2號柱花草為匍匐或半匍匐型，小葉具短絨毛；有鉤柱花草直立莖的高度可達1.0 m；西卡柱花草株高達1.5m，小葉兩面被毛，帶粘性；馬弓形柱花草植株較矮小。4個品種在植株外觀和生長指標上的不同，可能和最初種子發(fā)育差異有關系，本試驗的研究結果在幼芽的形態(tài)變化上得到證實，但不能作為劃分種間的依據，需要對發(fā)育過程中營養(yǎng)物質代謝進行研究去驗證。

［1］蔣昌順.我國對柱花草屬不同種的研究與利用［J］.熱帶作物研究，1995（3）：64－70.

［2］Zhai HaiRui，Zhou HanLin，Yang JinSong，et al.Cai Identication and Characteristics of Lactic Acid Bacteria Isolated from Stylosanthes guianensis sw［J］.Advanced Materials Research，2011：361－363，701.

［3］黃冬芬，王朋，文稀，等.4份柱花草耐鋁脅迫的差異［J］.熱帶作物學報，2012（1）：15－19.

［4］Yuan Xuejun，Liao Li，Liu Guodao，et al.Plant regeneration system from cotyledons derived calluses cultures of Stylosanthes guianensis cv.Reyan 2［J］.African Journal of Biotechnology，2011，56：11 919－11 924.

［5］張宣宣，黃佑誼，邱質華，等.柱花草生產、加工與開發(fā)利用技術研究［J］.熱帶農業(yè)工程，2011（1）：4－7.

［6］龍會英，何華玄，張德，等.干熱河谷退化山地柱花草品種（系）比較試驗［J］.草業(yè)學報，2011（6）：230－236.

［7］唐燕瓊，李瑞梅，符少萍，等.柱花草種質植物學特征比較分析［J］.江西農業(yè)大學學報，2011（4）：629－635.

［8］Liu G D，Phaikaew C，Stur W W.Status of Stylosanthes development in other countries.II.Stylosanthes development and utilisation in China and south－east Asia［J］.Tropical Grasslands，1997，31：460－466.

［9］郇樹乾，白昌軍，王志勇，等.不同添加劑對熱研二號柱花草青貯品質的影響［J］.廣東農業(yè)科學，2011（16）：82－84.

［10］張勁松，劉國道，郭振飛.柱花草編碼CP 12蛋白的cDNA克隆及其序列分析［J］.熱帶作物學報，2011（6）：1 102－1 105.

［11］白昌軍，劉國道，王東勁，等.高產抗病圭亞那柱花草綜合性狀評價［J］.熱帶作物學報，2004（02）：87－94.

［12］任莉，易克賢，陳河龍，等.熱帶豆科牧草柱花草對泌乳奶牛產奶性能的影響［J］.飼料工業(yè)，2011（13）：54－57.

［13］白昌軍，劉國道，陳志權，等.熱研20號太空柱花草選育研究報告［J］.熱帶作物學報，2011，32（01）：33－41.

［14］黃耿磊，黃冬芬，劉國道，等.鎘脅迫對3個品種圭亞那柱花草鎘積累和礦質養(yǎng)分吸收的影響［J］.熱帶作物學報，2011（4）：598－602.

［15］Liu Q，Zhang J，Shi S，et al.The effects of wilting and storage temperatures on the fermentation quality and aerobic stability of stylo silage［J］.Anim Sci J，2011，82：549－553.

［16］傅家瑞.種子生理學（第一版）［M］.北京：科學出版社，1985.

［17］崔秋華，孫永玉，李昆，等.齒瓣石斛種子保存和萌發(fā)形態(tài)發(fā)育過程研究［J］.江西農業(yè)大學學報，2012，34（3）：533－536.

［18］陸柳英，曾文丹，謝向譽，等.廣西木薯胚發(fā)育調查及幼胚離體培養(yǎng)［J］.南方農業(yè)學報，2014，45（9）：1 539－1 544.

［19］韋錦益，姚娜，賴志強，等.干旱脅迫下柱花草種子的萌發(fā)特性［J］.南方農業(yè)學報，2014，44（12）：1 977－1 980.

［20］嚴琳玲，張瑜，白昌軍.酸性條件下柱花草屬種子萌芽對鋁脅迫的響應［J］.廣東農業(yè)科學，2014（20）：41－45.

［21］張瑩，劉金祥，張德罡.赤霉素對柱花草種子萌發(fā)的影響［J］.草原與草坪，2013，33（2）：21－25.