伊犁郁金香(Tulipa iliensis)種子萌發(fā)特性研究

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(1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院， 烏魯木齊 830052； 3.菜籃子工程辦公室， 新疆 特克斯 835500)

伊犁郁金香(Tulipa iliensis)種子萌發(fā)特性研究

聶小霞1,2，康曉珊1，陸婷2，李偉2，李峰2，熊琦3

(1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院， 烏魯木齊 830052； 3.菜籃子工程辦公室， 新疆 特克斯 835500)

為研究伊犁郁金香(Tulipailiensis)種子的萌發(fā)特性，根據(jù)伊犁郁金香在自然環(huán)境中先經(jīng)歷夏季高溫，再渡過嚴寒的冬季之后再萌發(fā)的特點，探討夏季室溫儲藏、冬季低溫貯藏的時間和二者的交互作用及赤霉素(GA3)對打破種子休眠的影響。結果表明：15/2 ℃是伊犁郁金香種子較為理想的萌發(fā)條件；新鮮伊犁郁金香種子在5 ℃條件下貯藏15 d或在室溫下儲藏30 d有助于打破種子休眠；800 mg/L的GA3對新鮮種子萌發(fā)率的影響較大。由此可見，低溫是伊犁郁金香種子萌發(fā)的首要條件，種子的休眠類型為胚后熟引起的休眠，而種皮的機械阻礙作用也是引起其休眠的原因之一。

伊犁郁金香； 種子萌發(fā)特性； 室溫儲藏； 低溫儲藏；

種子是種子植物重要的有性傳播單位，對延續(xù)物種起著重要作用[1]。種子休眠是指具有生活力的種子在適宜的萌發(fā)條件下仍不萌發(fā)的現(xiàn)象[2]。引起種子休眠的原因主要有：由于種皮阻礙作用而導致的機械休眠、胚未完全成熟而導致的胚休眠、種子內部存在的抑制物導致的激素休眠以及光照、溫度、空氣等外部環(huán)境條件引起的物理休眠等[3]。

伊犁郁金香是新疆分布范圍最廣的種，具有較強的適應性，其種子休眠類型為胚休眠，具有后熟現(xiàn)象。陳芳等[4]、朱新霞等[5]發(fā)現(xiàn)，低溫能幫助種胚完成后熟作用，縮短種子萌發(fā)所需時間；張愛勤等發(fā)現(xiàn)，胚乳和種皮對種子萌發(fā)具有阻礙作用，并認為室溫儲藏對打破野生郁金香種子休眠沒有太大作用[6]。本試驗根據(jù)伊犁郁金香在自然環(huán)境中先經(jīng)歷夏季高溫，再渡過嚴寒的冬季之后再萌發(fā)的特點，對夏季室溫儲藏、冬季低溫貯藏的時間和二者的交互作用及赤霉素(GA3)對打破種子休眠的影響進行了探討，旨在研究不同儲藏方式、不同儲藏時間、不同萌芽條件以及不同濃度赤霉素對伊犁郁金香種子萌發(fā)的影響，探索最佳的種子儲藏方式及儲藏時間，縮短種子萌發(fā)周期，為該種植物的生物學特性研究、引種馴化、物種保護及園林應用提供科學的參考數(shù)據(jù)。

1 試驗材料及方法

1.1 供試材料

供試材料為伊犁郁金香，2014年6月23日采自于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市雅馬里克山(43°48′14″N，87°33′41″E，海拔945 m)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種皮透水性

2014年6月，將50粒飽滿的新鮮種子用精確度為0.000 1 g的電子天平稱重，后放置于裝有蒸餾水的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于室溫(約25 ℃)條件下24 h。再將種子從培養(yǎng)皿中取出，用濾紙吸干表面水分并稱重[7-9]。種子重量增加的百分比(Ws)的公式計算為：

Ws= [(Wi-Wf)/Wf]×100%

其中，Wi=浸泡24 h后的種子重(g)；Wf=初始的新鮮種子重(g)。

1.2.2 貯藏溫度和時間設計

挑選飽滿的新鮮種子于室溫(25～30 ℃)下分別干藏30，60，90，120 d，以未經(jīng)干藏的新鮮種子為對照組，后將每組處理轉入5 ℃冰箱中分別干燥冷藏15，30，45，60 d，以未經(jīng)干燥冷藏的種子為對照組。種子經(jīng)0.1%的高錳酸鉀溶液消毒15～30 min后放入光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)箱的溫度條件分別為25/15 ℃、20/10 ℃、15/2 ℃，光照條件為光照∶黑暗(12 h∶12 h)，光照等級2，相對濕度40%。以室溫下培養(yǎng)為對照組。每組30粒種子，3個重復[4-7]。

1.2.3 赤霉素的處理水平

第1組處理：本實驗參照陳芳等的實驗方法[4]，設計如下：6月23日，將新鮮種子用0.1%的高錳酸鉀溶液消毒15～30 min，后分別在室溫(25～30 ℃)及5 ℃低溫條件下，用濃度為200，400，600，800 mg/L的GA3處理12 h，以蒸餾水處理作對照。分別放入25/15，20/10，15/2 ℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，以室溫下培養(yǎng)作對照。

第2組處理：第1組處理的結果顯示，GA3濃度在800 mg/L時，種子的萌發(fā)率仍呈上升趨勢，發(fā)現(xiàn)實驗設計的GA3濃度梯度不夠大，因此又進行了以下試驗：GA3的濃度設置為300，600，900，1 200，1 500 mg/L，在室溫(25～30 ℃)下處理種子12 h，以蒸餾水處理作對照，培養(yǎng)溫度為15/2 ℃。而此時的種子已在室溫條件下儲藏了3個月。

培養(yǎng)箱設置為光照和黑暗各12 h，光照等級2，相對濕度40%。每組30粒種子，3個重復[4-7]。將根尖突破種皮露出白色視為萌發(fā)，以每組第1粒種子萌發(fā)時間為該組種子萌發(fā)的起始時間，室溫及低溫儲藏處理自放入培養(yǎng)箱日起連續(xù)觀察5個月，赤霉素處理連續(xù)觀察10周。每周檢查1次種子的萌發(fā)情況，觀察期間及時去除發(fā)霉的種子。計算各種處理下種子的萌發(fā)率并用SPASS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 種皮透水性

重量為0.170 7 g的新鮮種子，浸泡24 h后重量變?yōu)?.360 5 g，增重111.19%，表明伊犁郁金香的種皮具有透水性。

2.2 不同培養(yǎng)條件對種子萌發(fā)率的影響

無論是儲藏處理方式還是激素處理方式，25/15 ℃處理以及對照組(室溫下處理)的種子均未萌發(fā)，不同儲藏處理的種子在20/10 ℃培養(yǎng)條件下僅極少數(shù)萌發(fā)，而經(jīng)過GA3處理的種子未萌發(fā)。相比較之下，只有15/2 ℃培養(yǎng)環(huán)境中的種子萌發(fā)率較高(見表1和表2)。15/2 ℃為伊犁郁金香種子萌發(fā)的適宜溫度，說明伊犁郁金香種子萌發(fā)需要一定的低溫。

2.3 不同儲藏方式及不同儲藏時間對種子萌發(fā)率的影響

從表3和圖1可看出，隨著室溫儲藏時間和冷處理時間的增加，種子的萌發(fā)率整體呈下降趨勢。而隨著室溫儲藏時間的增加，未經(jīng)低溫冷藏處理的種子，其萌發(fā)率呈先小幅上升后大幅下降的趨勢，尤其以未經(jīng)室溫儲藏至室溫儲藏90 d的下降趨勢最明顯；室溫儲藏90 d時萌發(fā)率最低(23.33%)，之后種子的萌發(fā)率呈平緩態(tài)，種子萌發(fā)率較低。未經(jīng)室溫處理的種子，在經(jīng)過低溫冷處理15 d后萌發(fā)率最高，而室溫儲藏30 d和60 d后的種子，其萌芽率隨著冷處理時間的增加而降低，室溫儲藏90 d后，低溫處理則對種子萌發(fā)影響不大。

表1 不同萌發(fā)溫度下種子的萌發(fā)率

培養(yǎng)溫度室溫儲藏天數(shù)(d)030609012025/15℃0000020/10℃4．441．111．113．334．4415/2℃63．3368．8953．3335．5641．11室溫00000

表2 不同萌發(fā)溫度下種子的萌發(fā)率

萌發(fā)溫度GA3濃度(mg/L)020040060080025/15℃0000020/10℃0000015/2℃21．1114．4424．4426．6731．11室溫00000

表3 不同儲藏溫度及不同儲藏時間處理下15/2 ℃培養(yǎng)箱中種子萌發(fā)率

室溫儲藏天數(shù)(d)低溫儲藏天數(shù)(d)015304560063．33±10．0068．89±9．6253．33±8．8235．56±8．3941．11±5．093071．11±9．6263．33±3．3354．44±3．8548．89±5．0927．78±6．946056．67±10．0042．22±13．4737．78±6．9432．22±3．8525．56±5．099023．33±5．7726．67±8．8227．78±6．9428．89±1．9230．00±5．7712026．67±12．0224．44±3．8533．33±3．3330．00±3．3326．67±3．33

圖1 不同儲藏溫度及不同儲藏時間處理下 15/2 ℃培養(yǎng)箱中種子萌發(fā)率

由表4可看出，室溫儲藏及低溫儲藏均對種子的萌芽率具有極顯著影響，而二者的交互作用也對種子的萌發(fā)具有極顯著影響。通過方差分析得出，室溫儲藏30 d、低溫儲藏0 d這一組合效果最好，萌發(fā)率最高，達71.11%。

表4 不同儲藏溫度及不同儲藏時間處理下15/2 ℃培養(yǎng)箱中種子萌發(fā)率方差分析

源Ⅲ型平方和Df均方FSig．室溫儲藏天數(shù)9407．15942351．79044．5920．000低溫儲藏天數(shù)3225．0214806．25515．2870．000室溫儲藏天數(shù)×低溫儲藏天數(shù)4330．31716270．6455．1320．000誤差2637．0375052．741總計139598．73375

2.4 GA3處理對種子萌發(fā)的影響

由圖2可看出，無論是在室溫條件下還是5 ℃低溫條件下，均以濃度為800 mg/L的GA3處理新鮮種子的萌芽率最高，分別為(31.11±8.39)%和(33.33±8.81)%。種子的萌發(fā)率隨著GA3濃度的增加呈上升趨勢。經(jīng)過方差分析，室溫條件處理下，200 mg/L與800 mg/L處理的種子萌芽率有顯著差異，其余3組處理間無顯著差異。低溫條件處理下，0 mg/L與800 mg/L處理的萌芽率差異顯著。GA3濃度相同、處理溫度不同時，室溫下處理與低溫下處理間無顯著差異。由此可見，GA3的濃度對種子萌發(fā)率影響較大。但至于800 mg/L是否對新鮮種子影響最大的濃度，尚需進一步探討。由此，再次設計了GA3濃度梯度，對其不同濃度對種子萌發(fā)的影響進行探討。而此時，伊犁郁金香的種子已在室溫下儲藏了3個月。

圖2 GA3處理新鮮種子在15/2 ℃培養(yǎng)箱中的萌發(fā)率

圖3 GA3對室溫下儲藏3個月的種子在 15/2 ℃培養(yǎng)箱中的萌發(fā)率方差分析

由圖3可看出，本種處理以蒸餾水即GA3濃度為0 mg/L處理的種子萌發(fā)率最高，為(20.00±8.82)%，其余5種處理的萌發(fā)率均在15%左右。經(jīng)方差分析，此6種處理無顯著差異，說明GA3對經(jīng)過室溫儲藏的種子的影響沒有對新鮮種子的影響明顯。

3 討論與結論

種皮的阻礙作用是造成種子休眠的原因之一[3]，伊犁郁金香種子的種皮透水性強，不會對其種子萌發(fā)造成阻礙。

溫度也是引起種子休眠的原因之一[3]。不同培養(yǎng)溫度下，僅15/2 ℃培養(yǎng)條件下種子的萌發(fā)率較高，說明伊犁郁金香種子萌發(fā)需要低溫，低溫有助于幫助種子打破休眠，這與陳芳等的結論相一致[4]，而15/2 ℃這一溫度可作為伊犁郁金香種子萌發(fā)的適宜培養(yǎng)溫度。

不同儲藏方式及儲藏時間實驗結果得出，對于新鮮種子而言，5 ℃低溫儲藏15 d后進行培養(yǎng)，其萌發(fā)率較高；對于經(jīng)過室溫儲藏的種子而言，室溫儲藏30 d、5 ℃低溫儲藏0 d這一組合最好。將新鮮種子直接進行15 d的冷處理或在室溫下儲藏30 d，二者都是打破伊犁郁金香種子休眠的可行方法。

胚未完全成熟也會引起種子的休眠[3]。伊犁郁金香種子的萌芽率在室溫儲藏30 d時達到最高，之后便逐漸降低，由此可看出該植物的種子具有休眠現(xiàn)象，休眠類型為因胚的后熟現(xiàn)象而引起的胚休眠，這與陳芳、朱新霞、張愛勤等的結論一致[4-6]。

種皮的機械阻礙作用也會引起種子的休眠[3,10]。葉常豐等認為，當種子成熟到一定程度時會出現(xiàn)種皮的硬實現(xiàn)象。種子硬實率在貯藏期間會發(fā)生一定的變化，有些植物種子在剛收獲時硬實率很低，但經(jīng)貯藏之后會增高；在種子的自然發(fā)育過程中，其硬實率會隨著其含水量的下降而上升[11]。伊犁郁金香的種子在室溫儲藏30 d后，室溫儲藏對其萌發(fā)率的影響相對減弱。據(jù)此推測，此現(xiàn)象與其種皮的硬實程度有關。當種子在室溫條件下儲藏30 d時，種子完成了后熟，達到成熟狀態(tài)。之后，由于種子內部水分的減少，其種皮硬實程度增加，進而增加了種皮對種子萌發(fā)的機械阻礙作用。因此，在相同的萌發(fā)條件及萌發(fā)時間下，室溫儲藏30 d后種子的萌發(fā)率隨著儲藏時間的增加而逐漸降低。

各類文獻規(guī)范數(shù)據(jù)選項表

注：“√”為必備項，“0”為任選項，“*”為有則加項，“-”為不要求項。

與同為早春短命植物的白番紅花[7]相比，同樣的季節(jié)性溫度設置，白番紅花最佳萌發(fā)溫度為20/10 ℃，培養(yǎng)8周后開始萌發(fā)，以室溫儲藏3個月的種子萌發(fā)率最高。而伊犁郁金香的最佳萌發(fā)溫度為15/2 ℃，培養(yǎng)4周后陸續(xù)萌發(fā)，室溫儲藏1個月的種子萌發(fā)率最高。二者的休眠類型均為胚休眠，但伊犁郁金香所需的萌發(fā)溫度更低、萌發(fā)所需時間更短、完成胚后熟所用時間更短，這可能與二者所處的環(huán)境有關。

不同濃度的GA3對新鮮種子的影響以800 mg/L效果最好，說明在低于800 mg/L范圍內，GA3的濃度越高，對種子萌發(fā)的促進作用越明顯。但至于800 mg/L是否是影響種子萌發(fā)的最佳濃度，有待于進一步探討。對于經(jīng)過一段時間室溫處理的種子而言，GA3的作用沒有對新鮮種子明顯，用GA3處理的5組種子萌發(fā)率均較對照組低，說明種子達到最佳萌發(fā)狀態(tài)時，外部激素GA3對種子萌發(fā)的作用沒有對新鮮種子的明顯，還可能阻礙其萌發(fā)[5]。

在以往的相關研究中，使用的實驗材料多為儲藏了一段時間的種子[5-7,12-13]，但對于打破伊犁郁金香種子休眠需要的最佳儲藏時間未進行探討。本次實驗研究了打破其種子休眠的最短時間及有效途徑，為以后伊犁郁金香的引種、育種及物種保護工作提供了科學依據(jù)。

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Study on the Seed Germination Characteristics ofTulipailiensis

NIEXiaoxia1,2,KANGXiaoshan1,LUTing2,LIWei2,LIFeng2,XIONGQi3

2016-08-16

中國科學院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目(編號：XBBS 201310)與新疆維吾爾自治區(qū)科技計劃項目(編號：201330122-2)聯(lián)合資助。

聶小霞(1987—)，女，碩士研究生，研究方向：園林植物； E-mail:511361620@qq.com。

康曉珊(1982—)，女，助理研究員，研究方向：繁殖生物學；E-mail：kxs2001@126.com。

赤霉素

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.12.070

S 682.2+63

A

1001-4705(2016)12-0070-04