紫花苜蓿種子水引發(fā)條件的優(yōu)化

閔丹丹，范 燕，郭正剛，胡小文

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

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紫花苜蓿種子水引發(fā)條件的優(yōu)化

閔丹丹，范 燕，郭正剛，胡小文

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：出苗與建植難是限制紫花苜蓿(Medicago sativa)在黃土高原干旱雨養(yǎng)區(qū)栽培利用的一個(gè)重要因素。種子引發(fā)技術(shù)可促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)、提高種子活力、增強(qiáng)幼苗抗性，從而提高幼苗建植率。基于此，本研究以隴東苜蓿為材料，探討了種子引發(fā)溫度(10、15、20 ℃)、引發(fā)時(shí)間(12、24、36、48 h)以及加水量(原始種子質(zhì)量的90%、120%、150%)對(duì)種子引發(fā)效果的影響。結(jié)果表明，在多數(shù)條件下引發(fā)能顯著提高苜蓿種子的萌發(fā)速率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，但對(duì)種子最終萌發(fā)率沒(méi)有影響。當(dāng)引發(fā)加水量為種子初始重的90%、引發(fā)溫度為10 ℃、引發(fā)時(shí)間為36 h時(shí)種子的活力指數(shù)最高，可作為紫花苜蓿種子引發(fā)的最適條件。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿；水引發(fā)；回干；種子萌發(fā)

紫花苜蓿(Medicagosativa),多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，素有“牧草之王”的美譽(yù)[1]，為我國(guó)栽培面積最廣的牧草。近年來(lái)，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需要，苜蓿已成為發(fā)展經(jīng)濟(jì)、退耕還林還草的首選物種。然而，由于苜蓿主要種植在水分虧缺與鹽堿化相對(duì)嚴(yán)重的北方地區(qū)，出苗與建植難已成為影響苜蓿栽培利用的一個(gè)重要因素。

種子引發(fā)是一項(xiàng)通過(guò)控制種子緩慢吸水，提前啟動(dòng)種子萌發(fā)生理過(guò)程的播前處理技術(shù)，不但可以打破種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),增加幼苗抗逆性，增強(qiáng)種子活力，提高幼苗建植率，還可以在一定程度上提高作物產(chǎn)量[2-7]，因而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。目前普遍用于種子引發(fā)處理的技術(shù)包括液體引發(fā)、固體基質(zhì)引發(fā)、水引發(fā)、生物引發(fā)和膜引發(fā)等[8]。如紫花苜蓿種子經(jīng)聚乙二醇(PEG)引發(fā)后，萌發(fā)速率與活力指數(shù)顯著提高[7]；經(jīng)沙引發(fā)后，萌發(fā)期的抗鹽性顯著增加[9]；經(jīng)水引發(fā)后，萌發(fā)速率與萌發(fā)一致性等得到明顯改善。鄧蓉和張定紅[10]認(rèn)為水引發(fā)比PEG引發(fā)更能提高苜蓿幼苗的莖長(zhǎng)，促進(jìn)生長(zhǎng)，有利于提早收獲，而且在無(wú)土栽培的最終生產(chǎn)總量上水引發(fā)和PEG引發(fā)沒(méi)有差異。因此相比液體引發(fā)和基質(zhì)引發(fā)，水引發(fā)具有成本低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注[9]。劉慧霞和王彥榮[11]就紫花苜蓿種子水引發(fā)的溫度、加水量、引發(fā)的適宜時(shí)長(zhǎng)等開(kāi)展了較為系統(tǒng)的研究，為紫花苜蓿種子引發(fā)條件的選擇提供了有益參考。但在該研究中，作者有關(guān)引發(fā)條件的選擇是基于最適條件下引發(fā)后未回干種子而進(jìn)行的?？紤]到引發(fā)因?yàn)樘崆皢?dòng)了種子萌發(fā)的生理過(guò)程而加速種子萌發(fā)；而未回干種子相比干種子含水量已達(dá)一定程度，吸脹時(shí)間較短，也會(huì)提高種子的萌發(fā)速率，這在一定程度上混淆了引發(fā)所產(chǎn)生的生理效應(yīng)與提前吸脹對(duì)種子萌發(fā)的作用，從而可能高估了引發(fā)的效果。另一方面，在實(shí)際操作中，尤其是引發(fā)作為一種商業(yè)化種子播前處理技術(shù)時(shí)，處理后的種子從種子公司到農(nóng)戶再到田間播種，存在時(shí)間差，即引發(fā)后的種子通常不會(huì)直接用于播種。因而，對(duì)紫花苜蓿引發(fā)回干后的種子進(jìn)行引發(fā)條件的評(píng)價(jià)與優(yōu)化具有必要性。

基于此，本研究以隴東黃土高原區(qū)苜蓿主栽品種隴東苜蓿種子為材料，探討加水量、引發(fā)時(shí)間與引發(fā)溫度對(duì)引發(fā)回干后紫花苜蓿種子萌發(fā)特性的影響，以期為優(yōu)化紫花苜蓿種子引發(fā)技術(shù)提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

隴東紫花苜蓿種子來(lái)源于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，初始發(fā)芽率為65%、硬實(shí)率35%、種子含水量為7.05%，試驗(yàn)前置于密封塑料袋中，4 ℃冷庫(kù)貯藏。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1引發(fā)方法將8 g種子置入250 mL帶蓋塑料瓶中(蓋上具小孔)，分別加入7.2、9.6和12 mL蒸餾水，立即搖晃以使種子與水分均勻接觸，而后將瓶子置于10、15和20 ℃恒溫培養(yǎng)箱中分別引發(fā)12、24、36和48 h。引發(fā)期間，每2 h將塑料瓶取出，輕輕搖晃，以確保種子均勻吸水。每引發(fā)處理3個(gè)重復(fù)。引發(fā)結(jié)束后，將引發(fā)種子倒出，平鋪置濾紙上，室內(nèi)(18～23 ℃，RH 30%～45%)回干48 h直至種子含水量到初始含水量(7%)后用于萌發(fā)試驗(yàn)。

1.2.2萌發(fā)試驗(yàn)在10 ℃(與春季播種時(shí)節(jié)土壤平均溫度接近)條件下對(duì)不同引發(fā)處理回干后的種子進(jìn)行萌發(fā)率測(cè)定。采用紙上萌發(fā)法，將種子擺放于置有兩張濕潤(rùn)濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中(直徑11 cm)，12 h/12 h光照/黑暗條件下培養(yǎng)，3次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子。以未引發(fā)種子作為對(duì)照。試驗(yàn)期間根據(jù)萌發(fā)速率，每8、16或24 h統(tǒng)計(jì)一次，共持續(xù)14 d，以胚根突出種皮2 mm視為萌發(fā)。第7天測(cè)定根長(zhǎng)苗長(zhǎng)，每重復(fù)測(cè)定10粒種子，計(jì)算其均值。第14天統(tǒng)計(jì)正常苗、不正常苗、死種子、新鮮種子及硬實(shí)種子數(shù)。

1.3測(cè)定指標(biāo)

最終萌發(fā)率=發(fā)芽終期全部正常種苗數(shù)/(供試種子數(shù)-硬實(shí)種子數(shù))×100%；種子活力指數(shù)=(根長(zhǎng)+苗長(zhǎng))/T50。

表1　隴東紫花苜蓿種子水引發(fā)條件及編號(hào)

注：“T10、T15、T20”表示引發(fā)溫度為10 ℃、15 ℃、20 ℃；“W90、W120、W150”表示加水量為種子初始質(zhì)量的90%、120%、150%；“D12、D24、D36、D48”表示引發(fā)時(shí)間為12、24、36、48 h。

Note: “T10, T15, T20” indicates seeds priming at 10 ℃, 15 ℃, 20 ℃, respectively; “W90, W120, W150” indicates water addition of 90%, 120%, 150%, respectively original seed weight; “D12, D24, D36, D48” indicates priming time of 12, 24, 36, 48 h, respectively.

其中，1/T50為萌發(fā)速率，即種子萌發(fā)率達(dá)到最終萌發(fā)率50%所需的時(shí)間的倒數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析，LSD法比較處理與對(duì)照的均值，Excel 2007制作圖表。

2結(jié)果

水引發(fā)對(duì)隴東苜蓿種子最終萌發(fā)率沒(méi)有顯著影響(圖1)，但普遍能夠縮短種子最終萌發(fā)率達(dá)到50%的時(shí)間(T50)，提高萌發(fā)速率，并促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)(圖2、3)。27個(gè)引發(fā)處理中有11個(gè)處理顯著提高了隴東苜蓿種子的萌發(fā)速率(P<0.05)(圖 2)，其中有12個(gè)處理顯著增加了幼苗長(zhǎng)(圖 3)，18個(gè)處理顯著提高了種子的活力指數(shù)(P<0.05)(圖4)。根據(jù)27個(gè)處理及對(duì)照的活力指數(shù)比較，篩選出最適合隴東苜蓿種子水引發(fā)的條件為“T10+W90+D36”，即引發(fā)溫度為10 ℃,加水量為90%,引發(fā)時(shí)間為36 h (圖4)。經(jīng)這一條件引發(fā)處理后，相比對(duì)照，其萌發(fā)率達(dá)50%的時(shí)間縮短了36%，苗長(zhǎng)增加了45%，活力指數(shù)增加了114%。

在10 ℃引發(fā)時(shí)同一加水量條件下隨著引發(fā)時(shí)間的增加，活力指數(shù)呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在36 h達(dá)到最大。在15 ℃引發(fā)時(shí)同一加水量條件下隨著引發(fā)時(shí)間的增加，活力指數(shù)呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，在24 h達(dá)到最大。在20 ℃引發(fā)時(shí)同一加水量條件下隨著引發(fā)時(shí)間的增加，活力指數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)(圖 4)。

3討論

引發(fā)的主要原理是使種子在控制條件下緩慢吸水，為萌發(fā)提前進(jìn)行生理準(zhǔn)備。因而，有效控制吸水，使其在吸脹過(guò)程中免受傷害是引發(fā)成功的關(guān)鍵。引發(fā)期間種子的吸水速率可通過(guò)引發(fā)的溫度和引發(fā)基質(zhì)的水勢(shì)(加水量)來(lái)進(jìn)行控制[12-13]。如適當(dāng)?shù)蜏乜捎行Ы档头N子的吸水速率，而通過(guò)分批定量加水或者將種子置于不同水勢(shì)的滲透液(如聚乙二醇)也可不同程度地控制種子的吸水速率[6,10]。與此一致，本研究發(fā)現(xiàn)，最適引發(fā)條件下的引發(fā)溫度為10 ℃，加水量為90%,這可能與其較慢的吸水速率有關(guān)。

圖1　不同水引發(fā)處理后隴東苜蓿種子的最終萌發(fā)率

注:圖中柱子表示各處理均值。實(shí)線表示對(duì)照均值，虛線表示對(duì)照均值在0.05水平的置信區(qū)間。下圖同。

Note: The columns within legend indicate the mean value of seeds with different hydropriming treatments, the solid line indicates the mean value of control, and the dashed lines indicate their confidence zone at 0.05 level. The same below.

圖2　水引發(fā)處理后隴東苜蓿種子最終萌發(fā)速率達(dá)50%(T50)的時(shí)間

圖3　水引發(fā)處理后隴東苜蓿種子的幼苗長(zhǎng)

圖4　水引發(fā)處理后隴東苜蓿種子的的活力指數(shù)

一般認(rèn)為，15～20 ℃是大多數(shù)物種較為適宜的引發(fā)溫度。溫度過(guò)低引發(fā)效率會(huì)普遍下降，甚至?xí)绊懸l(fā)后種子的萌發(fā)，而溫度過(guò)高則容易導(dǎo)致種子霉變[14]。Hardgree[12]對(duì)5種禾草的研究表明，在種子萌發(fā)的最適溫度下進(jìn)行引發(fā)處理效果最好。但也有研究認(rèn)為，隨引發(fā)溫度的降低，種子吸水速率下降，可有效避免種子因吸水過(guò)快而產(chǎn)生的傷害，因而低溫引發(fā)效果較好[16-18]。如在控制加水條件下，紫花苜蓿適宜的引發(fā)溫度為5 ℃[11]。但值得注意的是，過(guò)低的引發(fā)溫度易引起吸脹冷害，導(dǎo)致種子活力下降甚至死亡，如瓜爾豆(Cyamopsistetragonoloba)10 ℃浸種處理后萌發(fā)率僅為2%[19]。也有研究發(fā)現(xiàn)，引發(fā)溫度對(duì)種子的引發(fā)效果無(wú)顯著影響[20]。這表明溫度對(duì)于種子引發(fā)效果的影響因素較為復(fù)雜。如較低的引發(fā)溫度在一定程度上有助于種子休眠的釋放，而較高的溫度有可能誘導(dǎo)種子產(chǎn)生休眠等。在用無(wú)機(jī)鹽引發(fā)西瓜種子時(shí)溫度對(duì)于萌發(fā)率、出苗率以及萌發(fā)或出苗率達(dá)50%所需的時(shí)間無(wú)明顯影響[20]。與此一致，本研究也發(fā)現(xiàn)，不管在什么溫度條件下進(jìn)行引發(fā)，都有可能促進(jìn)或抑制種子的萌發(fā)，其關(guān)鍵在于多個(gè)因子的組合如引發(fā)時(shí)間與引發(fā)溫度的組合。如在本研究中，較低的引發(fā)溫度需要較長(zhǎng)時(shí)間的引發(fā)方能取得較為理想的引發(fā)效果，而在較高溫度上，長(zhǎng)時(shí)間的引發(fā)不僅無(wú)助于種子質(zhì)量的提升，甚至?xí)p害種子的活力，如20 ℃引發(fā)36 h(數(shù)據(jù)未顯示)。

引發(fā)時(shí)間是決定引發(fā)效果的關(guān)鍵因素之一，其通常與引發(fā)的溫度、引發(fā)溶液的水勢(shì)密切相關(guān)[15]。如在本研究中，達(dá)到最適引發(fā)效果的持續(xù)時(shí)間隨引發(fā)溫度的降低而升高。此外，針對(duì)不同的種子，其引發(fā)的最適時(shí)間也不同。如黑麥草(Loliumperenne)種子水引發(fā)10 d的效果最佳[21]；用30% PEG溶液引發(fā)沙打旺(Astragalusadsurgens)種子48 h的引發(fā)效果最好，時(shí)間太短使引發(fā)效果不顯著，而過(guò)長(zhǎng)則出現(xiàn)了負(fù)效應(yīng)[22]。與此一致，本研究中隴東苜蓿種子在10 ℃、加水量為90%的條件下水引發(fā)的最佳時(shí)間為36 h，過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的引發(fā)都未見(jiàn)有明顯的引發(fā)效果。

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(責(zé)任編輯武艷培)

Optimization of seed hydropriming conditions forMedicagosativa

Min Dan-dan, Fan Yan, Guo Zheng-gang, Hu Xiao-wen

(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems, College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou 730020, China)

Abstract:Failure of seedling establishment is one of the main reason limiting cultivation of Medicago sativa in arid rain-fed region of Loess Plateau. Seed priming has been proven to be an effective method for enhancing stress tolerance of seeds at the germination stage; and consequently increased seedling establishment. This study determined the optimal conditions for hydropriming of M. sativa cv. “Longdong” by manipulating priming temperature (10, 15, 20 ℃), duration (12, 24, 36, 48 h) and water addition (90%, 120%, 150% seed weight). The results showed that most priming treatments could significantly increased germination rate and seedling growth, but showed no effect on final germination percentage. The optimal response to hydropriming was achieved at 10 ℃ for 36 h with 90% water of original seed weight.

Key words:Medicago sativa: hydropriming; redry; seed germination

Corresponding author:Hu Xiao-wenE-mail:huxw@lzu.edu.cn

中圖分類號(hào)：S816;S541+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-0629(2016)4-0669-05*

通信作者：胡小文(1980-)，男，湖南洞口人，教授，博士，主要從事草類植物種子與種質(zhì)資源研究。E-mail:huxw@lzu.edu.cn

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201403048-3)；甘肅省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(2013GS05907)

收稿日期：2015-06-02接受日期：2015-09-09

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0306

閔丹丹，范燕，郭正剛，胡小文.紫花苜蓿種子水引發(fā)條件的優(yōu)化.草業(yè)科學(xué),2016,33(4)：669-673.

Min D D,Fan Y,Guo Z G,Hu X W.Optimization of seed hydropriming conditions forMedicagosativa.Pratacultural Science，2016,33(4)：669-673.

第一作者：閔丹丹(1991-)，女，陜西洛南人，在讀碩士生，主要從事草類植物種子研究。E-mail: mindd13@lzu.edu.cn