篩草種子休眠與萌發(fā)方法的研究

安連任 ，夏 陽 ，燕麗萍 ，龐彩紅 ， 李雙云

（1.蒙陰縣林業(yè)局，山東 蒙陰 276200；2.山東省林業(yè)科學(xué)研究院；3.山東省林木遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

篩草(Carex kobomugi，又名砂鉆苔草)，莎草科苔草屬多年生草本植物，海岸防風(fēng)固沙植物。它不僅抗海風(fēng)海霧及其夾雜的鹽分，抗旱耐瘠薄，還能適應(yīng)短期海浸[1][2]。山東海岸的沙生種類組成貧乏，常見的植被類型有4～5個(gè)。在砂質(zhì)海岸沿海灘涂植物群落中，篩草作為“先鋒植物”最先出現(xiàn)在沙灘內(nèi)緣。近年來隨著沿海地方工程的建設(shè)、旅游業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展，許多地方篩草群落已經(jīng)遭到嚴(yán)重破壞，有的地方甚至完全毀滅。通過良種選育來進(jìn)行利用性保護(hù)是最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。有關(guān)篩草良種選育的研究報(bào)道在國(guó)內(nèi)外基本上還屬于空白，本文旨在通過對(duì)篩草種子休眠與萌發(fā)方法的研究，探究篩草種子的休眠類型、休眠機(jī)制，找到種子發(fā)芽的條件，以期為篩草的良種選育提供參考。

目前已有100多種苔草種子的發(fā)芽試驗(yàn)研究報(bào)道[3]。研究發(fā)現(xiàn)，苔草種子休眠性強(qiáng)，萌發(fā)率低。在儲(chǔ)藏過程中，形狀大小變化很小[4]，但胚乳中的淀粉和油脂數(shù)量隨儲(chǔ)藏時(shí)間不同而變化，從而影響種子的休眠程度。

1 材料和方法

1.1 研究材料

2008年夏季于日照海邊采集的篩草種子經(jīng)風(fēng)選去除雜質(zhì)后放在室內(nèi)自然風(fēng)干，裝入塑料袋中室溫貯藏。

1.2 研究方法

1.2.1 化學(xué)藥劑處理

1.2.1.1 H2SO4(濃)處理

將 H2SO4(濃)分別配置成 10%、20%、30%、40%、50% 不同濃度的4個(gè)處理，每個(gè)處理分別浸泡篩草種子 10min 、20 min、30 min、40 min。 種子浸泡時(shí)間結(jié)束，用漏勺將種子撈出，用蒸餾水沖洗5～6次，播種在育苗盤中。全部播種完成后，放置于溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，定期統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)播種100粒種子。

1.2.1.2 0.2%KNO3處理

用0.2%KNO3溶液分別浸泡篩草種子1 h、2 h、3 h、4 h、5h，試驗(yàn)方法同上。

1.2.1.3 NaOH處理

將NaOH分別設(shè)置成5%、10%、15%、20%、25%不同濃度的4個(gè)處理，每個(gè)處理分別浸泡篩草種子1 h、2 h、3 h、4 h、5h，方法同上。

1.2.2 水浸處理

1.2.2.1 溫水處理

將篩草種子分別浸泡在 20℃、30℃、50℃、70℃、90℃5個(gè)處理的水浴鍋中，保持水溫30 min不變，將種子撈出，然后放入溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，保持溫度不變。每個(gè)處理分別浸種1 d、3 d、5 d、7 d、9 d、11d，每日換水 2 次，播種于育苗盤中，放置于溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，定期統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.2.2 海水處理

將從日照取回的海水，分別配制成0、10‰、20‰、30‰ 4個(gè)處理進(jìn)行浸種，在25℃的水溫條件下，浸種48 h，每日換水2次，播種于育苗盤中，放置于溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，定期統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.3 去除種皮處理

將篩草種子分成兩組，一組去除種皮，另一組不去除種皮。兩組種子分別在20℃、30℃、40℃的水溫條件下，浸種 3 d、5 d、7 d、9 d、11d，每日換水 2 次，播種于育苗盤中，放置于溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，定期統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

1.2.4 層積處理

將篩草種子埋于濕沙中，種子：沙=1：3，設(shè)3個(gè)方案：①先4℃低溫層積3個(gè)月，然后20℃層積3個(gè)月。② 常溫20～25℃層積6個(gè)月。③ 4℃低溫層積6 個(gè)月。 在層積處理 1、2、3、4、5、6 個(gè)月時(shí)分別取樣，播種于育苗盤中，放置于溫度25℃，相對(duì)濕度為80%的人工氣候箱中，定期統(tǒng)計(jì)發(fā)芽粒數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

1.3 播種與管理

1.3.1 育苗盤的選用

育苗盤規(guī)格為 495 mm×275mm，內(nèi)有上底25mm,，下底20mm，高35mm的播種穴100個(gè)。

1.3.2 海沙及育苗盤消毒

從海邊取回的細(xì)沙用5%的多菌靈溶液攪拌，攪拌至手握成團(tuán)，松手沙散的程度既可。填裝在用5%的多菌靈溶液消毒過的育苗盤中，邊填邊壓，緊實(shí)填滿。

1.3.3 播種

將經(jīng)各種處理的篩草種子播種在育苗盤的小穴中，每穴2粒。播種時(shí)每個(gè)處理100粒播50穴。將未做任何處理的篩草種子按同樣方法播50穴，做為對(duì)照。

1.3.4 覆沙

種子全部播完之后，覆蓋一層5 mm厚的細(xì)沙。

1.3.5 播后管理

播種后澆1次透水，以后根據(jù)沙墑情及時(shí)澆水。將育苗盤放在光照充足、溫度25℃、相對(duì)濕度70%～80%的恒溫箱中培養(yǎng)。每日觀察及記錄種子發(fā)芽數(shù)，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)藥劑處理

2.1.1 H2SO4(濃)對(duì)篩草種子發(fā)芽率的影響

一般說來，用H2SO4(濃)浸種能抑制種子發(fā)芽物質(zhì)、軟化種皮，提高種子的發(fā)芽率。在H2SO4(濃)濃度為10%～40%的范圍內(nèi)，H2SO4(濃)濃度越大，軟化種皮的作用越明顯。在本試驗(yàn)中，從圖1可以看出，篩草種子用40%的H2SO4(濃)浸種時(shí)發(fā)芽率最大，用H2SO4(濃)處理30 min后發(fā)芽率達(dá)到峰值50%，比用其它濃度的H2SO4(濃)浸種后的發(fā)芽率明顯提高。50%的H2SO4(濃)浸種或浸種時(shí)間超過30 min，種子的發(fā)芽率反而降低。試驗(yàn)說明短時(shí)間的H2SO4(濃)處理確實(shí)能軟化種殼，增加其透性，提高發(fā)芽率；H2SO4(濃)處理時(shí)間過長(zhǎng)反而會(huì)傷其種胚而降低發(fā)芽率。

圖1 H2SO4(濃)處理篩草種子發(fā)芽率

表1 不同藥劑處理對(duì)篩草種子的發(fā)芽率

2.1.2 不同藥劑處理對(duì)篩草種子發(fā)芽率的影響

用0.2%KNO3處理過的篩草種子和未做處理的對(duì)照組種子一樣，均未發(fā)芽。說明KNO3對(duì)打破篩草種子的休眠不起作用。 10%NaOH浸種3h時(shí)的發(fā)芽率達(dá)到最大值11%。而5%NaOH處理對(duì)篩草種子萌發(fā)不起作用，其它幾個(gè)處理可能因時(shí)間或濃度原因?qū)ΨN子萌發(fā)影響很小。說明NaOH對(duì)打破篩草種子的休眠作用較小。

2.2 水浸處理對(duì)篩草發(fā)芽率的影響

水分對(duì)種子發(fā)芽具有至關(guān)重要的作用。溫水能夠加速種皮軟化，促進(jìn)種子的萌發(fā)。一般情況下，用溫水浸種可以打破大多數(shù)種子的休眠，獲得較高的發(fā)芽率。但是對(duì)篩草來說，30℃溫水處理9d才可達(dá)到最高發(fā)芽率23%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需要；而海水處理則完全不能打破篩草種子的休眠。這也從另一個(gè)方面說明機(jī)械休眠不是引起篩草種子休眠的主要因素。

圖2 溫水處理篩草種子的發(fā)芽率

表2 海水處理篩草種子的發(fā)芽率

2.3 去除種皮對(duì)篩草種子發(fā)芽率的影響

圖3 去除種皮對(duì)篩草種子發(fā)芽率的影響

由于篩草種子的包覆組織緊密，密封性好，水分和氧氣較難進(jìn)入。30℃溫水處理9d才可達(dá)到最高發(fā)芽率23%，去除外種皮后，在30℃溫水處理9d達(dá)到最大發(fā)芽率40%。這說明種子的休眠與種皮的不透性有一定關(guān)系，但不是引起休眠的關(guān)鍵因素。

2.4 層積處理對(duì)篩草種子發(fā)芽率的影響

層積處理是在日常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常用的解除胚生理后熟性休眠的方法。由圖5可以看出，方案①的發(fā)芽率隨層積時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，在層積5個(gè)月時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最高值88%。方案②在層積處理1個(gè)月后發(fā)芽率就開始明顯提高，以后也表現(xiàn)為發(fā)芽率隨層積時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，層積5個(gè)月后，萌發(fā)率提高到了67%。方案①的發(fā)芽率明顯高于方案②，說明利用適當(dāng)?shù)牡蜏靥幚砟軌蚩朔N皮的不透性，增進(jìn)種子內(nèi)部的新陳代謝，從而促進(jìn)種子的萌發(fā)。方案①的發(fā)芽率明顯高于方案③，說明20℃是篩草種子的適宜發(fā)芽溫度。

圖4 層積處理篩草種子的發(fā)芽率

3 討論

3.1 化學(xué)藥劑和水浸處理對(duì)篩草種子萌發(fā)的影響

篩草種子種皮表面光亮、質(zhì)地堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)緊實(shí)，密封性好。在苔草屬乃至整個(gè)莎草科中，其營(yíng)養(yǎng)體表皮和果實(shí)表面普遍具有硅細(xì)胞(silica cells)和硅細(xì)胞內(nèi)含有硅質(zhì)體(silica body)的特性。韓振芹[5]對(duì)澇浴苔草采用H2SO4(濃)，HCl和NaOH處理，結(jié)果表明H2SO4(濃)的作用最明顯，處理后發(fā)芽率可達(dá)69%～74%。房麗寧[6]等用10%或20%的NAOH浸種，發(fā)現(xiàn)異穗苔草發(fā)芽率超過90%；異穗苔草和礫苔草的種子在用98%濃硫酸浸種20～30min，發(fā)芽率都達(dá)到了88%。本實(shí)驗(yàn)中40%的H2SO4(濃)浸種30 min，將篩草種子的發(fā)芽率提高到50%，10%NaOH浸種3h時(shí)的發(fā)芽率提高到11%，30℃溫水處理9d才可達(dá)到最高發(fā)芽率23%。而0.2%KNO3和海水浸種處理對(duì)打破篩草種子的休眠毫無作用。由此可見，濃硫酸浸種在適合的濃度和時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)篩草種子的萌發(fā)具有明顯的促進(jìn)作用，NAOH和溫水處理對(duì)篩草種子的萌發(fā)作用較小。

3.2 去除種皮對(duì)篩草種子萌發(fā)的影響

房麗寧[6]研究發(fā)現(xiàn)，破除異穗苔草和礫苔草種子的種皮，對(duì)種子萌發(fā)幾乎沒有作用。說明機(jī)械處理對(duì)打破苔草種子的休眠沒有效果。本實(shí)驗(yàn)中，篩草種子去除種皮后發(fā)芽率可提高到40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照。說明機(jī)械處理對(duì)打破篩草種子的休眠有效果，但不是引起種子休眠的根本性原因。另外在試驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)去除種皮的種子被40℃溫水浸泡后，由于水解和氧化分解，種胚變成漿糊狀膠體而失去發(fā)芽力，說明種皮對(duì)胚具有保護(hù)作用，能抵御外界不利的環(huán)境條件。

3.3 層積處理對(duì)篩草種子萌發(fā)的影響

層積處理能降低種子內(nèi)抑制發(fā)芽物質(zhì)的濃度，軟化種皮，促進(jìn)種子萌發(fā)。特別是對(duì)于發(fā)芽困難的種子，層積處理是比較安全有效的方法。這已被許多學(xué)者研究證實(shí)，并在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。韓振芹[5]對(duì)澇峪苔草(C.giraldiana)種子進(jìn)行層積處理70 d時(shí)，發(fā)芽率可達(dá)88%以上。房麗寧[6]研究發(fā)現(xiàn)苔草種子低溫層積6個(gè)月以上，對(duì)促進(jìn)種子萌發(fā)有顯著作用，且萌發(fā)溫度需20℃以上。Wolfgang[7]發(fā)現(xiàn)在變溫和光照條件下，32種苔草種子在冷濕層積后，萌發(fā)率都顯著高于層積前。本實(shí)驗(yàn)中，篩草種子先4℃低溫層積3個(gè)月，然后20℃層積3個(gè)月后，發(fā)芽率大幅提高到88%，而且發(fā)芽迅速整齊。

2008-2013年，在山東日照、海陽兩個(gè)砂質(zhì)海岸試驗(yàn)基地，課題組通過連續(xù)六年的觀察，發(fā)現(xiàn)野生篩草種子成熟后，穗稍上的部分種子脫落后被埋進(jìn)沙中，在沙中度過冬季。到春季氣溫回升后，那些埋藏在潮濕環(huán)境中的種子就可萌發(fā)生長(zhǎng)，而在沙土表層未接觸到水分的種子卻仍然處于休眠狀態(tài)。這與房麗寧[6]對(duì)異穗苔草和礫苔草的研究結(jié)果是一致的。另外，本課題組連續(xù)四年在濱海沙灘播種篩草，也表現(xiàn)出這一特性。即當(dāng)年采收、當(dāng)年播種的篩草種子待到第二年春天才發(fā)芽，且發(fā)芽整齊，出芽率較高。而在種子采收后，先在實(shí)驗(yàn)室干燥保存一年，到來年春天播種，也不會(huì)在播種當(dāng)年發(fā)芽，也必須在播種后的下一年春天才會(huì)發(fā)芽，且出芽整齊，出芽率高于采收后直接播種于沙中的種子。充分說明篩草種子具有較強(qiáng)的生理休眠，這種生理休眠是導(dǎo)致篩草種子休眠的主要原因，極可能是生理后熟引起的。

3.4 篩草種子的多態(tài)性

苔草屬種子的萌發(fā)具有多態(tài)性[7][8]，即同一批種子在不同的時(shí)間生理后熟。另外，據(jù)觀察，篩草的種子在種穗上滯留的時(shí)間很長(zhǎng)（尤其是種穗下部的種子），穗稍上部的種子完全成熟后，若有觸碰，會(huì)很快脫落，但在野外環(huán)境，較少有人及動(dòng)物經(jīng)過，也有部分上部種子及種穗下部的種子可在種穗上停留至第二年的夏天乃至冬季。因此，雖然是同一時(shí)間采收的種子，但是不一定是同一年份成熟。鑒于以上情況，在破除種子休眠的試驗(yàn)中，用濃硫酸和機(jī)械處理來增加種皮的透性，只能使已經(jīng)生理后熟的種子迅速萌發(fā)，而對(duì)于那些尚未完成生理后熟的種子則不起作用，因此用濃硫酸處理種子不能達(dá)到較為理想的結(jié)果。變溫層積處理通過濕潤(rùn)狀態(tài)軟化種皮，破除種皮的機(jī)械阻力，同時(shí)通過層積處理，使種子生理狀態(tài)發(fā)生改變，即由生理不成熟逐漸變?yōu)樯沓墒鞝顟B(tài)，遇到適宜的條件就能迅速發(fā)芽，從而獲得理想的發(fā)芽率[9]。

4 小結(jié)

4.1 篩草種子休眠類型屬機(jī)械休眠與生理性休眠共存，且生理休眠占主導(dǎo)地位的綜合休眠。篩草種子機(jī)械休眠是由種皮的強(qiáng)烈束縛所致；而生理休眠則可能是因種子未完成生理后熟造成的。

4.2 濃硫酸處理可增加種皮透性，打破休眠，但濃度和時(shí)間不易掌握；去除種皮可解除對(duì)種子的機(jī)械阻力，打破休眠，但發(fā)芽率不高，不適宜生產(chǎn)應(yīng)用。變溫層積處理是打破篩草種子休眠最安全、有效、經(jīng)濟(jì)的一種方法。

參考文獻(xiàn)：

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