酸和赤霉素處理對3種薹草種子萌發(fā)特征的影響

袁繼紅，王銀柳，林友興，盛連喜，王　平

(1.東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護(hù)濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點(diǎn)實驗室，吉林 長春 130117；2.中國科學(xué)院熱帶森林生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實驗室(西雙版納熱帶植物園)，云南 勐侖 666303)

酸和赤霉素處理對3種薹草種子萌發(fā)特征的影響

袁繼紅1，王銀柳1，林友興2，盛連喜1，王平1

(1.東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護(hù)濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點(diǎn)實驗室，吉林 長春 130117；2.中國科學(xué)院熱帶森林生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實驗室(西雙版納熱帶植物園)，云南 勐侖 666303)

[摘要]為探討酸和赤霉素對打破種子休眠、提高種子萌發(fā)率的作用，確定薹草的最適萌發(fā)條件，以小星穗薹草(Carex angustior)、單穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)為對象，研究了酸和赤霉素處理對種子萌發(fā)的影響.結(jié)果表明：酸和赤霉素處理及其交互作用可顯著影響3種薹草種子的萌發(fā)特征，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發(fā)的影響大于濃度的影響.小星穗薹草種子、單穗薹草種子和沼薹草種子的最適萌發(fā)條件分別是酸浸泡3 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d、酸浸泡25 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d和酸浸泡20 min 后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d.

[關(guān)鍵詞]酸處理；赤霉素處理；種子萌發(fā)

莎草科薹草屬植物種類繁多，主要分布在溫帶[1].北方泥炭沼澤薹草屬植物，因環(huán)境的特異性，其植物群落的維持主要以無性繁殖為主，種子休眠現(xiàn)象十分明顯[2].隨著全球氣候變化以及人類對泥炭沼澤的開發(fā)利用，使原有的泥炭沼澤群落出現(xiàn)了不同程度的退化，薹草屬植物的無性繁殖能力因此受到較大影響[3]，并最終影響其群落結(jié)構(gòu)和功能.因此，如何應(yīng)用種子快速恢復(fù)種群是近年來退化濕地群落修復(fù)和重建的熱點(diǎn)[4].然而由于薹草屬種子存在很強(qiáng)的休眠特征，萌發(fā)率極低，使該屬植物的進(jìn)一步開發(fā)利用受到限制[5-6].因此，研究探索打破薹草種子休眠、提高其萌發(fā)率對退化濕地群落恢復(fù)重建的生產(chǎn)實踐和基礎(chǔ)理論研究都具有重要意義.為此，本文以長白山區(qū)泥炭沼澤群落常見的3種薹草：小星穗薹草(Carex angustior)、單穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)為研究對象，探討了酸和赤霉素處理對薹草種子萌發(fā)特征的影響.

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省通化市輝南縣金川鎮(zhèn)的金川泥炭沼澤(42°20′56.7″N，126°22′12.6″E)，該區(qū)域位于吉林省長白山北麓龍崗山脈中段，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔613～619 m，年均溫3.3℃，年降水量853 mm.小星穗薹草在該區(qū)域中分布零散，分布面積較大，主要位于塔頭上；單穗薹草和沼薹草主要呈斑塊狀分布，分布的區(qū)域一般較濕.本研究中的3種供試薹草種子于2014年6—8月采集于該研究區(qū)，所有實驗種子經(jīng)清選、去除雜質(zhì)和空癟粒后裝入布袋置于室內(nèi)風(fēng)干備用.

1.2研究方法

1.2.1濃硫酸浸泡處理

利用98%硫酸浸泡種子是為了軟化種皮，從而打破種子休眠[7].由于不同薹草種子種皮的堅硬程度不一，因此在正式進(jìn)行實驗之前，首先確定不同薹草適用的濃硫酸浸泡時間.用98%硫酸浸泡3種薹草種子，每隔0.5 min撈出部分種子用清水洗凈，放入裝有無菌水的小燒杯中，觀察種子是否存在下沉現(xiàn)象.以開始出現(xiàn)下沉?xí)r的硫酸浸泡時間作為浸泡的最短時間，以大部分種子出現(xiàn)下沉?xí)r的浸泡時間作為硫酸浸泡的最長時間，在最短和最長時間之間取一個中間值.通過上述方法，我們分別確定了3種薹草種子硫酸浸泡的時間處理分別為：小星穗薹草(0，1，3，5 min)；單穗薹草(0，10，25，40 min)；沼薹草(0，20，30，40 min).

1.2.2赤霉素處理

將經(jīng)過不同浸泡處理的種子用200，400 mg/L的赤霉素分別浸泡1 d和3 d，以無赤霉素浸泡作為對照，設(shè)計5種赤霉素處理：0(無赤霉素浸泡)；1(200 mg/L赤霉素浸泡1 d)；2(200 mg/L赤霉素浸泡3 d)；3(400 mg/L赤霉素浸泡1 d)；4(400 mg/L赤霉素浸泡3 d).

1.2.3發(fā)芽實驗

參照楊光(2009)[8]的方法進(jìn)行種子萌發(fā)實驗.將所有處理種子在萌發(fā)前用0.1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒10 min，然后用無菌水反復(fù)沖洗.將清洗干凈的種子均勻放置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每種處理3次重復(fù)，每次50粒種子[9].將培養(yǎng)皿放入GXZ植物光照生長箱中，萌發(fā)條件設(shè)置為光照12 h/12 h，溫度25℃/15℃.每天19：00記錄種子萌發(fā)情況，并用無菌水濕潤濾紙及時清理發(fā)霉和已經(jīng)萌發(fā)的種子.種子突破種皮記為萌發(fā)，實驗持續(xù)60 d沒有萌發(fā)或萌發(fā)后持續(xù)20 d無種子萌發(fā)視為種子萌發(fā)實驗結(jié)束[10].

1.3數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析

依據(jù)下列公式計算種子萌發(fā)指標(biāo)：

累計萌發(fā)率(G)：萌發(fā)結(jié)束后萌發(fā)種子數(shù)占種子總數(shù)的百分比[11].

起始萌發(fā)時間(t0)：從播種到第1粒種子萌發(fā)所需的天數(shù)[11].

萌發(fā)持續(xù)時間(td)：從開始萌發(fā)到萌發(fā)結(jié)束所需的天數(shù)[12].

萌發(fā)速度(S)[13]：

S =[N1+(N2-N1)/2+(N3-N2)/3+…+(Nn-Nn-1)/n]，

式中Nn表示第n天萌發(fā)種子的數(shù)量.

萌發(fā)齊性(T10～90，germination uniformity)：達(dá)到10%累計萌發(fā)率與達(dá)到90%累計萌發(fā)率之間所需的天數(shù)[14]，天數(shù)越小萌發(fā)越齊.

采用SPSS17.0軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，Excel 2010軟件制圖.采用平方根、反正弦或倒數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以使數(shù)據(jù)滿足方差分析對正態(tài)分布和方差齊性的要求.以多因素方差分析法(univariate)比較酸和赤霉素處理對種子萌發(fā)特征的影響.若赤霉素處理對種子萌發(fā)特征具有顯著影響，則在每個酸處理下分析赤霉素質(zhì)量濃度(200 mg/L和400 mg/L)和浸泡時間(1 d和3 d)對種子萌發(fā)特征的影響.

2結(jié)果分析

2.1累計萌發(fā)率

多因素方差分析的結(jié)果表明，僅酸處理對小星穗薹草種子的萌發(fā)率存在顯著影響；而酸和赤霉素處理及兩者的交互作用對單穗薹草和沼薹草均存在顯著影響(見表1).

不同處理下小星穗薹草的累計萌發(fā)率維持在30%～94%.未處理種子的萌發(fā)率為62.67%±8.67%，最高萌發(fā)率出現(xiàn)在酸浸泡3 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d的處理中.酸浸泡3 min后顯著提高種子萌發(fā)率，但浸泡5 min后種子萌發(fā)率顯著低于對照(見圖1A).

不同處理下單穗薹草的萌發(fā)率維持在4%～68%.未處理種子的萌發(fā)率為17.33%±3.53%，萌發(fā)率在酸浸泡25 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d時最高.三種酸浸泡處理均顯著提高了種子萌發(fā)率，大部分的赤霉素處理也顯著提高了種子萌發(fā)率(見圖1B).

沼薹草的萌發(fā)率很低，僅0%～20%.酸浸泡20 min后400 mg/L赤霉素浸泡1 d時該物種的種子萌發(fā)率最高.未進(jìn)行酸浸泡處理的種子均不萌發(fā)，即累計萌發(fā)率為0(圖1C未列出數(shù)據(jù)值).赤霉素浸泡處理顯著提高了種子萌發(fā)率，且在不同酸處理條件下各個赤霉素處理水平的作用效果不同(見圖1C).雖然酸浸泡處理和赤霉素處理顯著提高了沼薹草的種子萌發(fā)率，但因萌發(fā)率仍然較低，因此不對該物種的其他萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行計算分析.

表1　不同處理對3種薹草萌發(fā)特征指標(biāo)的影響的方差分析表

注：**表示P<0.01，*表示P<0.05.

圖中橫線為對照種子的平均萌發(fā)率.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.2萌發(fā)時間

酸處理和赤霉素處理均顯著縮短了小星穗薹草和單穗薹草的初始萌發(fā)時間，促進(jìn)了種子快速萌發(fā)，且對單穗薹草的促進(jìn)作用更大(見表1及圖2A，B).

酸和赤霉素處理顯著縮短了小星穗薹草的萌發(fā)持續(xù)時間，并且酸處理的影響遠(yuǎn)高于赤霉素的影響，兩者存在顯著的交互作用(見表1及圖2C).無論是酸處理還是赤霉素處理對單穗薹草的萌發(fā)持續(xù)時間均無影響(見表1及圖2D).

2.3萌發(fā)速度

酸和赤霉素處理以及二者的交互作用顯著影響小星穗薹草的萌發(fā)速度；酸和赤霉素處理可顯著影響單穗薹草的萌發(fā)速度，但其交互作用影響不顯著(見表1).與未處理種子相比，小星穗薹草種子僅在400 mg/L赤霉素中浸泡1 d，或僅用濃硫酸浸泡1～3 min即可顯著提高萌發(fā)速度(見圖3A).對于單穗薹草，酸處理后用200 mg/L或400 mg/L的赤霉素浸泡1 d后即可顯著提高其萌發(fā)速率(見圖3B).

圖中橫線為對照種子的平均值.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

圖中橫線為對照種子的平均萌發(fā)速度.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.4萌發(fā)齊性

酸處理對小星穗薹草和單穗薹草的萌發(fā)齊性具有顯著影響，赤霉素作用效果不明顯(見表1).與未處理種子相比，濃硫酸處理1或3 min均顯著縮短了大部分種子的萌發(fā)時間，提高了其萌發(fā)齊性(見圖4A).酸浸泡和赤霉素浸泡處理對單穗薹草的萌發(fā)齊性的影響不大(見圖4B).

圖中橫線為對照種子的平均值.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.5赤霉素濃度和浸泡時間對種子萌發(fā)特征的影響

上述結(jié)果表明，赤霉素處理對種子萌發(fā)的某些特征具有顯著影響；但赤霉素濃度和浸泡時間對種子萌發(fā)的影響作用有差異(見表2).赤霉素濃度對3種薹草種子萌發(fā)特征的影響不大，但赤霉素浸泡時間對3種薹草種子萌發(fā)特征具有較大影響.

表2　赤霉素濃度和浸泡時間處理對3種薹草萌發(fā)特征指標(biāo)的影響的方差分析表

3討論

3.1酸處理對種子萌發(fā)特征的影響

本文的研究結(jié)果表明，酸處理顯著提高了3種薹草的種子萌發(fā)率，這與王芳等人(2013)[15]的研究結(jié)果一致，強(qiáng)酸具有去除抑制物、軟化種皮等作用，顯著提高了薹草種子的萌發(fā)率.酸處理不僅顯著提高薹草種子的萌發(fā)率，還促使種子發(fā)芽迅速且整齊，[7]表現(xiàn)為酸處理種子的起始萌發(fā)時間提前、萌發(fā)持續(xù)時間顯著縮短，萌發(fā)速度顯著上升.

小星穗薹草未處理種子的萌發(fā)率較高，表明該物種種子的休眠較弱，酸浸泡處理仍可顯著提高其種子萌發(fā)率；但酸浸泡的時間不可過長，否則會降低種子萌發(fā)率[16].小星穗薹草經(jīng)過酸浸泡處理之后其萌發(fā)起始時間提前、萌發(fā)持續(xù)時間縮短、萌發(fā)速度提高且萌發(fā)更均勻.

單穗薹草未處理種子的萌發(fā)率較低，沼薹草未處理種子則不萌發(fā)，酸處理顯著提高了這2種薹草的種子萌發(fā)率.單穗薹草在對照條件下的萌發(fā)率較低，其種子休眠程度較高，酸處理對種子萌發(fā)的其他特征指標(biāo)的影響較小，僅顯著縮短了單穗薹草的萌發(fā)起始時間，在一定程度上提高了種子的萌發(fā)速度.

3.2赤霉素處理對種子萌發(fā)特征的影響

赤霉素處理對小星穗薹草的種子萌發(fā)率無顯著影響，這與張瑞菊等人(2010)[17]的研究結(jié)果一致，但對小星穗薹草種子萌發(fā)的其他特征具有顯著差異.在不同的酸處理條件下，赤霉素處理的影響作用不同，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發(fā)的影響大于濃度的影響(見表2).赤霉素處理對單穗薹草和沼薹草的累計萌發(fā)率都具有顯著影響，[18]依然是赤霉素浸泡時間的影響大于其濃度影響.赤霉素對單穗薹草萌發(fā)特征的影響與小星穗薹草類似.

3.3酸和赤霉素處理交互作用對種子萌發(fā)的影響

酸和赤霉素的交互處理對小星穗薹草的萌發(fā)起始時間、萌發(fā)持續(xù)時間和萌發(fā)速度以及單穗薹草和沼薹草的累計萌發(fā)率具有顯著影響，而對單穗薹草的其他萌發(fā)特征無顯著影響.經(jīng)過酸浸泡之后再進(jìn)行赤霉素浸泡，可以使赤霉素更加容易進(jìn)入種子內(nèi)部，打破種子的休眠，可以解除種子的淺度休眠，[15]這與本研究的結(jié)果一致.

4結(jié)論

(1)酸浸泡處理和赤霉素處理以及它們的交互作用顯著影響3種薹草種子的萌發(fā)特征，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發(fā)的影響大于濃度的影響.

(2)小星穗薹草種子的最適萌發(fā)條件是酸浸泡3 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌發(fā)率由62.67%±8.67%提高到88.67%±2.91%.單穗薹草種子的最適萌發(fā)條件是酸浸泡25 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d，萌發(fā)率由17.33%±3.53%提高到62.67%±3.53%.沼薹草種子的最適萌發(fā)條件是酸浸泡20 min后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌發(fā)率由0提高到16.67%±2.40%.

[參考文獻(xiàn)]

[1]吉文麗，李衛(wèi)忠，王成吉，等.苔草屬植物種子休眠與萌發(fā)研究現(xiàn)狀[J].草原與草坪，2009(2)：98-102.

[2]何池全，趙魁義，余國營.濕地克隆植物的繁殖對策與生態(tài)適應(yīng)性[J].生態(tài)學(xué)雜志，1999(6)：38-46.

[3]韓大勇，楊永興，楊楊，等.濕地退化研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2012(4)：289-303.

[4]史國鵬，洪劍明，譚月臣，等.北京野鴨湖濕地不同植被退化區(qū)的土壤種子庫特征[J].濕地科學(xué)，2011(2)：163-172.

[5]羅弦，潘遠(yuǎn)智，楊學(xué)軍，等.低溫層積處理對4種苔草種子休眠與萌發(fā)的影響[J].草業(yè)學(xué)報，2010(3)：117-123.

[6]房麗寧，李青豐，趙秀華，等.苔草種子休眠和萌發(fā)特性的研究[J].草地學(xué)報，1997(4)：251-260.

[7]房麗寧，李青豐，李淑君，等.打破苔草種子休眠方法的研究[J].草業(yè)科學(xué)，1998(5)：40-44+49.

[8]楊光.鹽堿脅迫對豆科牧草種子萌發(fā)及其生理的影響[D].長春：東北師范大學(xué)，2009.

[9]張瑜，嚴(yán)琳玲，羅小燕，等.漿果苔草種子發(fā)芽特性的研究[J].草業(yè)與畜牧，2014(2)：28-31.

[10]路寧娜，崔現(xiàn)亮，王桔紅，等.不同貯藏條件和光照對5種蒺藜科植物種子萌發(fā)的影響[J].中國沙漠，2008(6)：1130-1135.

[11]張穩(wěn)，王平，邊紅楓，等.浸種和冷凍處理對7種多年生泥炭沼澤植物種子萌發(fā)的影響[J].濕地科學(xué)，2014(5)：612-617.

[12]陶敏，鮑大川，江明喜.三峽庫區(qū)9種植物種子萌發(fā)特性及其在植被恢復(fù)中的意義[J].生態(tài)學(xué)報，2011(4)：906-913.

[13]YU J，WANG X，NING K，et al.Effects of salinity and water depth on germination of Phragmites australis in coastal wetland of the Yellow River delta[J].Clean-Soil，Air，Water，2012，40(10)：1154-1158.

[14]RAHIMI A.Seed priming improves the germination performance of cumin(Cuminum syminum L.)under temperature and water stress[J].Industrial Crops and Products，2013，42(1)：454-460.

[15]王芳，朱麗，趙明，等.不同處理對褐鱗苔草種子萌發(fā)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013(22)：36-39.

[16]周芝琴，李廷山，胡小文.莎草科4種植物種子休眠與萌發(fā)特性的研究[J].西北植物學(xué)報，2013(9)：1885-1890.

[17]張瑞菊.GA3、IAA和果囊對漿果苔草種子萌發(fā)特性的影響[J].商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010(5)：85-87.

[18]邵萍，王云龍，馬赫一，等.千屈菜種子特性與萌發(fā)試驗[J].北華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014(1)：109-111.

(責(zé)任編輯：方林)

The effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on the seed germination of three Carex species

YUAN Ji-hong1，WANG Yin-liu1，LIN You-xing2，SHENG Lian-xi1，WANG Ping1

(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration，School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China； 2.Key Laboratory of Tropical Forest Ecology，Xishuangbanna Tropical Botanical Garden，Chinese Academy of Sciences，Menglun 666303，China)

Abstract:To explore the effect of sulfuric acid and gibberellin on breaking seed dormancy and seed germination，and to find the optimum treatment for seed germination of Carex species，the effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on seed germination of Carex angustior，C.capillacea and C.limosa were investigated.The results showed：sulfuric acid treatment，gibberellin treatment and their interaction had significant impacts on the seed germination characteristics of the three Carex species.Furthermore，the effect of gibberellin soaking time was more important than the gibberellin concentration on seed germination.The optimum treatments for C.angustior was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 3 min，for C.capillacea was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 25 min，and for C.limosa was soaking in 400 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 20 min.

Keywords:sulfuric acid soaking； gibberellin soaking； seed germination

[文章編號]1000-1832(2016)02-0112-06

[收稿日期]2015-05-31

[基金項目]國家自然科學(xué)基金資助項目(31470018)；吉林省科技發(fā)展計劃項目(20130101101JC).

[作者簡介]袁繼紅(1991—)，女，碩士研究生；通訊作者：王平(1972—)，女，博士，副教授，主要從事濕地植物功能生態(tài)學(xué)研究.

[中圖分類號]Q 945.35[學(xué)科代碼]180·5140

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[DOI]10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.02.024