不同貯藏條件下龍葵種子的季節(jié)性休眠特性

馬子晴　黃紅娟　黃兆峰等

關(guān)鍵詞 龍葵；休眠周期；種子；萌發(fā)；季節(jié)溫度

中圖分類號：S 451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16688/j.zwbh 2022389

龍葵Solanum nigrum L.是茄科茄屬一年生闊葉雜草，廣泛分布于世界上大多數(shù)國家和地區(qū)，目前已成為我國棉花、玉米和大豆田的重要惡性雜草[1-2]。龍葵除了在生長過程中與棉花爭奪營養(yǎng)物質(zhì)和生長空間外，其黑色漿果還會(huì)在棉花機(jī)采時(shí)破裂，嚴(yán)重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)[3-4]。在棉田現(xiàn)有的雜草防控體系中，化學(xué)防控是田間最常用的方法，但由于單一除草劑的連年使用以及膜下滴灌栽培技術(shù)的推廣，龍葵在新疆棉田的發(fā)生數(shù)量逐年增加，危害程度不斷上升，有效控制龍葵的發(fā)生對作物安全生產(chǎn)有重要意義[5]。

龍葵種子具有休眠特性，導(dǎo)致種子萌發(fā)不齊和萌發(fā)延遲多年，生產(chǎn)上難以精準(zhǔn)高效防控。影響龍葵種子休眠和萌發(fā)的因素很多，包括溫度、水分、光照和土壤鹽分等，在水分條件適宜的情況下，其休眠很大程度上取決于環(huán)境溫度的變化[6]。龍葵種子在一定溫度范圍內(nèi)才能萌發(fā)，Ma等[7]利用積溫模型預(yù)測發(fā)現(xiàn)，采自新疆的龍葵種子萌發(fā)溫度范圍在5.4～38.6℃之間，最適溫度為30℃，高于35℃萌發(fā)率降低。當(dāng)環(huán)境條件不理想時(shí)，龍葵種子通常會(huì)休眠，其休眠時(shí)機(jī)與溫度變化有關(guān)[8]。Taab等[3]研究發(fā)現(xiàn)，龍葵種子在夏季高溫時(shí)休眠程度加深，秋季、冬季和早春時(shí)期的低溫使休眠程度降低，呈現(xiàn)出季節(jié)性的休眠規(guī)律。然而，龍葵種子休眠與季節(jié)溫度變化有何聯(lián)系？不同溫度條件下休眠行為有何差異？相關(guān)研究尚未見報(bào)道。

明確龍葵種子在不同溫度變化模式下的休眠規(guī)律對其發(fā)生時(shí)間和危害程度預(yù)測具有重要意義。本研究通過對室內(nèi)和室外貯藏條件下的龍葵種子的萌發(fā)行為進(jìn)行研究，分析龍葵種子休眠水平的季節(jié)性變化以及對環(huán)境溫度的響應(yīng)規(guī)律，旨在為龍葵的發(fā)生預(yù)測和基于萌發(fā)調(diào)控的防控策略的制定提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

龍葵種子2019年采自新疆巴音郭楞蒙古自治州和碩縣（87°04′E，42°15′N），編號為XJ2142。將野外采集成熟的黑紫色果實(shí)搗碎，取出種子，用水清洗干凈后晾干，裝入離心管在室溫條件下密封保存。

1.2種子貯藏及萌發(fā)處理

將大小均勻、顏色一致、籽粒飽滿的龍葵種子，每300粒裝入一個(gè)茶包，共準(zhǔn)備72包，分為2組（36包×2），分別在室內(nèi)和室外貯藏。室外貯藏的茶包埋在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所（40°01′N，116°17′E）空地土壤深度5 cm處，室內(nèi)貯藏的茶包置于室溫（25±3）℃條件下的貯藏室中，同時(shí)將溫度自動(dòng)記錄儀（MicroLite USB Temperature data Logger LITE5032，以色列Fourtec-Fourier Tech-nologies公司）放置在室內(nèi)和室外茶包同一位置記錄環(huán)境溫度。為防止室內(nèi)外水分對種子和溫度記錄儀的影響，所有茶包和溫度記錄儀均統(tǒng)一放人雙層10#封口袋（340mm×24 mm）中。種子于2020年9月20日埋藏，隨后每月20日定期取樣，每處理每次取1個(gè)茶包，連續(xù)取樣至2022年3月20日。將種子用無菌水沖洗干凈，去除腐爛老化的種子，然后每40粒均勻擺放于鋪有兩層濾紙、直徑9 cm的一次性培養(yǎng)皿中，加入5 mL無菌水，纏上封口膜，放人智能人工氣候培養(yǎng)箱（寧波江南儀器廠）中培養(yǎng)，每處理3次重復(fù)。培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為恒溫30℃，光周期為L∥D=12 h∥12 h，相對濕度50%。根據(jù)培養(yǎng)皿失水情況適當(dāng)補(bǔ)充無菌水，使龍葵種子處于濕潤狀態(tài)。

1.3試驗(yàn)調(diào)查及數(shù)據(jù)處理

龍葵種子萌發(fā)處理后，從第1天開始連續(xù)10 d每天定時(shí)調(diào)查各培養(yǎng)皿的種子萌發(fā)數(shù)量，以胚根伸出種皮≥1 mm視為種子萌發(fā)。萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)的計(jì)算公式如下：

萌發(fā)率（G）=（G/G）×100%，式中G代表萌發(fā)期間（10d內(nèi)）正常萌發(fā)種子數(shù)，G為供試種子總數(shù)。

萌發(fā)勢（G）=（4d內(nèi)萌發(fā)種子數(shù)／供試種子總數(shù)）×100%。

萌發(fā)指數(shù)（GD=∑（G/D），式中G代表t日的種子萌發(fā)數(shù)，D代表萌發(fā)日數(shù)。

使用Excel 2019錄入數(shù)據(jù)，OriginPro 2018作圖。利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，樣本間的差異顯著性用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)，顯著性水平為0.05。

2結(jié)果與分析

2.1龍葵種子萌發(fā)率的季節(jié)性變化

萌發(fā)率可以反映種子的萌發(fā)水平和休眠程度。從秋季10月到第二年5月春季末期，室外土壤平均溫度較低，貯藏的龍葵種子萌發(fā)率均在95%以上，其中12月至翌年2月的種子萌發(fā)率可達(dá)100%（圖1）。夏季室外土壤溫度不斷上升，從6月開始，龍葵種子萌發(fā)率逐漸下降，9月達(dá)到最低值（25.4%）。期間7月到8月的土壤溫度達(dá)到了全年溫度的最高值（34.4℃），短時(shí)高溫可能誘導(dǎo)龍葵種子進(jìn)入熱休眠。下一周期從10月開始至次年1月，土壤溫度不斷下降，龍葵種子萌發(fā)率恢復(fù)到95%以上的水平，次年2月和3月的萌發(fā)率略有下降，分別為93.8%和88.3%。置于室內(nèi)室溫條件下的龍葵種子，由于所處環(huán)境溫度較為恒定（在20～250C之間），其萌發(fā)率整體變化較小，在20%～50%之間。

2.2龍葵種子萌發(fā)勢的季節(jié)性變化

萌發(fā)勢反映了種子的萌發(fā)速度，龍葵種子萌發(fā)勢總體與萌發(fā)率的變化趨勢基本一致（圖2）。貯藏在室外的龍葵種子萌發(fā)速度較快，通常浸種培養(yǎng)2d內(nèi)開始萌發(fā)，大部分種子在第4天完成萌發(fā)。春末夏初的6月以后，隨著土壤溫度不斷上升，龍葵種子的萌發(fā)勢逐漸下降，到9月降到最低，僅為20.8%，顯著低于其他月份。相比較而言，放置在室內(nèi)室溫條件下的龍葵種子萌發(fā)勢普遍較低，種子在浸種培養(yǎng)的第3天開始萌發(fā)，到第7～8天才陸續(xù)完成萌發(fā)，萌發(fā)勢在4.2%～32.5%之間。

2.3龍葵種子萌發(fā)指數(shù)的季節(jié)性變化

萌發(fā)指數(shù)可以反映種子萌發(fā)的整齊度和種子的活力。貯藏在室外的龍葵種子萌發(fā)指數(shù)在秋冬季的10月至翌年2月維持在較高水平，在26.2～34.1之間。初春3月以后萌發(fā)指數(shù)顯著下降，在春季和夏季的3月-8月維持在13.5～19.8之間（圖3）。到初秋9月，萌發(fā)指數(shù)進(jìn)一步降低，達(dá)到最低值2.8。隨后10月和11月萌發(fā)指數(shù)開始恢復(fù)，分別為29.2和33.9。室內(nèi)室溫條件下龍葵種子萌發(fā)指數(shù)一直維持在較低水平，在2.2～6.1之間。

3結(jié)論與討論

土壤中的種子會(huì)通過感知和整合環(huán)境信號來不斷調(diào)整休眠狀態(tài)，溫度是影響種子休眠程度的主要因素[9-15]。種子在土壤中通常難以感知日照時(shí)間的長短，但可以感知隨季節(jié)緩慢變化的溫度高低，從而確定季節(jié)周期和休眠程度，調(diào)整其萌發(fā)出苗的最佳時(shí)間[16-17]。本研究表明，埋藏于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所室外自然條件下的龍葵種子具有季節(jié)性休眠規(guī)律，冬季和春季相對較低的溫度可以解除龍葵種子休眠，夏季較高的溫度則誘導(dǎo)種子進(jìn)入休眠。龍葵種子在室外貯藏的10月至翌年2月期間，隨著土壤溫度逐漸下降并達(dá)到0℃以下，龍葵種子萌發(fā)率接近100%，表明持續(xù)低溫可能降低了龍葵種子的休眠程度。這一結(jié)果與Andersson等[8]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)在8周的低溫層積處理后，龍葵種子休眠逐漸被打破，其萌發(fā)率可以達(dá)到70%以上。另外，龍葵種子經(jīng)歷低溫后，其萌發(fā)速度也維持在較高水平，據(jù)觀察，每年12月份取樣的種子24 h內(nèi)便開始萌發(fā)，萌發(fā)勢可達(dá)98%以上。

種子貯藏的第二年3月-5月，隨著土壤溫度的逐漸升高，龍葵種子萌發(fā)率略有降低但差異不顯著，但6月和7月土壤溫度進(jìn)一步上升，龍葵種子萌發(fā)率顯著降低。已有研究表明，龍葵種子萌發(fā)的最適溫度范圍在25～30℃，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，萌發(fā)率開始降低[7]。我們推測，在某一溫度閾值以上的持續(xù)高溫可能會(huì)誘導(dǎo)龍葵種子進(jìn)入熱休眠?；?月至9月間土壤的溫度情況，32℃左右的溫度可能是使龍葵種子從非休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾菝郀顟B(tài)的臨界溫度。6月份本研究中種子室外貯藏點(diǎn)土壤最高溫度可達(dá)32℃以上，高溫的持續(xù)累積使部分龍葵種子進(jìn)入熱休眠，導(dǎo)致種子萌發(fā)率降低；7月份以后，32℃以上的土壤高溫持續(xù)時(shí)間增加，導(dǎo)致更多龍葵種子進(jìn)入熱休眠，其萌發(fā)率進(jìn)一步下降。雖然8月和9月土壤平均溫度不斷降低，但由于仍存在種子熱休眠溫度閾值以上的高溫時(shí)段，高溫累積效應(yīng)使熱休眠程度加深，導(dǎo)致龍葵種子在9月達(dá)到休眠高峰，此時(shí)種子萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)均出現(xiàn)最低值。

種子休眠可通過低溫處理來解除，休眠和非休眠狀態(tài)之間的切換會(huì)因季節(jié)溫度的變化而呈周期性的變化[18-20]。每年10月初以后，室外種子貯藏點(diǎn)土壤溫度進(jìn)一步下降，平均溫度10℃左右，當(dāng)溫度降至解除熱休眠所需的某個(gè)低溫閾值時(shí)，龍葵種子的休眠被解除，逐漸恢復(fù)高萌發(fā)率?？傮w來看，龍葵種子的萌發(fā)水平在秋末至夏初的較長時(shí)間內(nèi)均較高，只是在夏末秋初存在一個(gè)短時(shí)間的休眠高峰，年際間種子休眠的解除和誘導(dǎo)呈現(xiàn)周期性的變化規(guī)律。前人研究表明，種子休眠的周期性變化受季節(jié)性溫度節(jié)律的調(diào)節(jié)，休眠的誘導(dǎo)和解除過程可能同時(shí)存在[21-23]。如果環(huán)境條件不利于萌發(fā)，非休眠種子可能會(huì)重新進(jìn)入休眠狀態(tài)[22]。雖然溫度是影響種子休眠的重要環(huán)境因子，但與室內(nèi)貯藏的種子相比，室外貯藏的龍葵種子還受到土壤水分、pH和鹽分的影響，其季節(jié)性休眠規(guī)律可能是這些因子綜合作用的結(jié)果。環(huán)境單因子或多因子互作對種子季節(jié)性休眠的影響機(jī)制尚需進(jìn)一步深入研究。

溫度可能是驅(qū)動(dòng)龍葵種子休眠季節(jié)性周期變化的重要環(huán)境信號。龍葵種子休眠的誘導(dǎo)主要發(fā)生在每年的7月—9月，當(dāng)環(huán)境溫度超過32℃時(shí)種子萌發(fā)率逐漸下降，部分種子逐漸由非休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾菝郀顟B(tài)，經(jīng)歷低溫會(huì)使其解除休眠。這種周期性休眠模式是秋冬季節(jié)的低溫解除龍葵種子休眠和夏季的高溫誘導(dǎo)種子休眠共同作用的結(jié)果。掌握種子的周期性休眠規(guī)律是準(zhǔn)確預(yù)測雜草出苗時(shí)間的重要基礎(chǔ)，其中溫度是一個(gè)關(guān)鍵、可靠的判斷依據(jù)。在龍葵出苗的前一個(gè)季節(jié)，土壤低溫會(huì)解除種子休眠，隨后夏季的高溫會(huì)誘導(dǎo)種子進(jìn)入熱休眠，從而避免種子在不利環(huán)境下萌發(fā)。本研究結(jié)果可為草害的萌發(fā)預(yù)測和基于萌發(fā)調(diào)控的綠色防控策略的制訂提供依據(jù)。