需光性火龍果種子萌發(fā)特性的分析

， (重慶師范大學(xué)植物環(huán)境適應(yīng)分子生物學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401331)

需光性火龍果種子萌發(fā)特性的分析

嚴(yán)光榮，唐安軍
(重慶師范大學(xué)植物環(huán)境適應(yīng)分子生物學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401331)

用種子繁殖火龍果幼苗是非常有價(jià)值的育苗方式。本實(shí)驗(yàn)深入分析了火龍果種子萌發(fā)對(duì)溫度、光照、赤霉素以及硝酸鉀等因子的響應(yīng)特性。結(jié)果表明：細(xì)小的火龍果種子在黑暗中不能萌發(fā)；播種深度較深時(shí)，出苗率急劇下降，甚至在8 cm深時(shí)不出苗。在黑暗中，即用赤霉素溶液和硝酸鉀溶液預(yù)處理和培養(yǎng)，火龍果種子也未能萌發(fā)。在光照下，成熟的火龍果種子在8～30 ℃的范圍內(nèi)可以順利萌發(fā)(100%)，其中25 ℃/17 ℃下的萌發(fā)速率最快。由此可知，火龍果種子是需光性的。在實(shí)踐中，可在光下育苗；待種子萌發(fā)后，再培土養(yǎng)苗是行之有效的方法。

種子萌發(fā)； 需光性種子； 赤霉素； 火龍果

火龍果(Hylocereusundulatus(Haworth) Britton amp; Rose)又名紅龍果、仙密果，隸屬于仙人掌科(Cactaceae)三角柱屬(Hylocereus)，起源于熱帶和亞熱帶美洲，如今被引種至世界各地，如泰國(guó)、越南、中國(guó)、馬來(lái)西亞、斯里蘭卡、以色列以及加那利群島[1]。在我國(guó)，火龍果已被廣泛種植于臺(tái)灣、海南、廣東、云南和廣西。近年來(lái)，貴州和四川等省的山地農(nóng)區(qū)也大量成功引種了火龍果?；瘕埞且环N漿果，果肉多汁，呈白色、紅色或紫紅色，不僅有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和觀賞價(jià)值[2]，而且其生態(tài)適應(yīng)性也比較強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠[3]，能耐零上低溫[4]。目前，扦插繁殖火龍果是最為常用的育苗方式，但是扦插苗的根系不發(fā)達(dá)，豐產(chǎn)性差，抗性較弱。由于其突出的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和觀賞價(jià)值，重慶地區(qū)的果農(nóng)或花卉愛好者正在引種火龍果。火龍果的果實(shí)內(nèi)含有大量的種子，如果采用適宜的育苗方法，可以在短時(shí)間內(nèi)利用種子繁殖大量的種苗。然而在播種繁殖時(shí)發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)播于花盆或苗床土壤中的種子未能萌發(fā)。有關(guān)火龍果的生物學(xué)特性、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)或生態(tài)適應(yīng)性的報(bào)道很多，但火龍果種子萌發(fā)的信息極度缺乏。盡管有研究者初步研究了火龍果種子的一些萌發(fā)特性[5-6]，但是均未清楚地闡述火龍果種子萌發(fā)所需要的適宜條件，也沒有具體描述火龍果種子萌發(fā)的正確方法或技術(shù)。

為了查明播種于花盆和田間土壤中的火龍果種子不發(fā)芽的原因，建立適宜的處理技術(shù)，本實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究了火龍果種子的萌發(fā)特性，重點(diǎn)比較分析了溫度、光照和播種深度對(duì)種子萌發(fā)的影響，并分析了赤霉素和硝酸鉀對(duì)種子萌發(fā)的作用效應(yīng)，旨在提高火龍果的種苗繁育效率，促進(jìn)育種實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 材 料

2016年4月，從4個(gè)白肉火龍果(H.undulatus)果實(shí)中手工分離出成熟的黑色種子，然后將其清洗干凈，晾干后裝入紙質(zhì)袋，保存于11 ℃的種子儲(chǔ)藏箱(相對(duì)濕度約50%)備用。

1.2 種子萌發(fā)對(duì)溫度的響應(yīng)

在4個(gè)恒溫(18，23，27，30 ℃)和1個(gè)變溫(25 ℃/17 ℃)下進(jìn)行萌發(fā)檢測(cè)。變溫周期為光照12 h/黑暗12 h，且光照與變溫的高溫時(shí)段同步發(fā)生。此外，5個(gè)溫度下的萌發(fā)均給予周期性光照(12 h/d)，其光通量約為30μmol/(m2·s)。為了避免溫度與光照的系統(tǒng)位置差異效應(yīng)，每天都隨機(jī)地改變培養(yǎng)皿的位置。以胚根突破種皮并長(zhǎng)至1 mm作為種子萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)(下同)。每天計(jì)數(shù)萌發(fā)的種子，并將萌發(fā)的種子移出培養(yǎng)皿。萌發(fā)監(jiān)測(cè)持續(xù)14 d。

1.3 種子萌發(fā)對(duì)光照的響應(yīng)

在變溫25 ℃/17 ℃下檢測(cè)了光照對(duì)種子萌發(fā)的影響。所用的2個(gè)光照條件分別是周期性光照[30μmol/(m2·s)]和黑暗。無(wú)論是光照，還是黑暗，每個(gè)培養(yǎng)皿里的種子均為25粒，各有4個(gè)重復(fù)。在進(jìn)行黑暗處理時(shí)，用2層鋁箔紙嚴(yán)實(shí)地包裹培養(yǎng)皿。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，揭開鋁箔紙，計(jì)數(shù)萌發(fā)的種子。然后，將黑暗下未萌發(fā)的種子轉(zhuǎn)移至變溫(25 ℃/17 ℃)下萌發(fā)，逐日觀察和計(jì)數(shù)萌發(fā)的種子，觀察持續(xù)的時(shí)間為14 d。

為了進(jìn)一步明確光照對(duì)種子萌發(fā)的影響，進(jìn)行了種子掩埋實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室，將火龍果種子播種于4個(gè)不同的土層深度，即0，3 cm和8 cm。所用的沙質(zhì)土壤由腐植土與蛭石按一定的比例配制(V腐植土/V蛭石=4∶1)。具體操作如下： 1) 0 cm深度，用4個(gè)直徑為9 cm的玻璃培養(yǎng)皿盛裝濕潤(rùn)的土壤，在土壤表面各點(diǎn)播25粒種子； 2) 在4個(gè)小的塑料盒(長(zhǎng)×寬×高，12 cm×8 cm×6 cm)中，先在底部平鋪1層約1 cm厚的土壤，然后在其表面點(diǎn)播25粒種子，隨后覆蓋3 cm厚的濕潤(rùn)土壤，加蓋； 3) 在4個(gè)塑料盒(20 cm×10 cm×15 cm)的底部平鋪約3 cm厚的濕潤(rùn)土壤，然后在土壤表面點(diǎn)播25粒種子，隨后覆蓋8 cm厚的濕潤(rùn)土壤。將上述的培養(yǎng)皿或塑料盒放入2個(gè)相同溫度(24 ℃/10 ℃，光照12 h/黑暗12 h)的周期性光照培養(yǎng)箱中，每3 d查看1次出苗情況。在檢查過(guò)程中，隨機(jī)地改變培養(yǎng)皿或塑料盒的位置，以減少光照系統(tǒng)的位置效應(yīng)，并噴灑適量的蒸餾水以保持土壤濕潤(rùn)。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為28 d。

1.4 赤霉素(GA3)溶液對(duì)種子萌發(fā)的影響

首先，用濃度分別為0(蒸餾水)，50，100，200 mmol/L的GA3溶液浸泡火龍果種子，24 h后取出，將50粒種子置于直徑為9 cm鋪有濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中；分別添加適量的對(duì)應(yīng)濃度的GA3溶液；然后將培養(yǎng)皿置于溫度為23 ℃的光照培養(yǎng)箱。每個(gè)濃度分別重復(fù)4次。其次，將種子于200 mmol/L的GA3溶液中浸泡24 h后取出，100?；瘕埞N子均勻地?cái)[放于4個(gè)鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，然后添加適量GA3溶液(200 mmol/L)，并用鋁箔紙嚴(yán)實(shí)地包裹培養(yǎng)皿(簡(jiǎn)寫為200+dark)，萌發(fā)溫度為23 ℃。逐日觀察種子的萌發(fā)情況，及時(shí)添加相應(yīng)濃度的GA3溶液以保持濾紙濕潤(rùn)。以蒸餾水處理的為對(duì)照組(ck)。當(dāng)胚根突破種皮并長(zhǎng)至1 mm時(shí)，種子視為已萌發(fā)(下同)。萌發(fā)監(jiān)測(cè)持續(xù)14 d。

1.5 硝酸鉀(KNO3)溶液對(duì)種子萌發(fā)的影響

用濃度分別為0(蒸餾水)，5，10，20，30 mmol/L的KNO3溶液浸泡火龍果種子，24 h后取出，每個(gè)培養(yǎng)皿擺放25粒種子，4個(gè)重復(fù)。光照培養(yǎng)箱的溫度設(shè)定為23 ℃。以蒸餾水處理的為對(duì)照組(ck)。在觀察種子萌發(fā)的過(guò)程中，及時(shí)添加相應(yīng)濃度的KNO3溶液。種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)及持續(xù)時(shí)間同1.4所述。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

為了能客觀地比較不同溫度下的萌發(fā)速率，以平均萌發(fā)時(shí)間作為評(píng)價(jià)萌發(fā)速率的指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

平均萌發(fā)時(shí)間=∑(t·n)/∑n

式中，t是以天(d)為單位的萌發(fā)時(shí)間(播種天數(shù))，n是第t天已萌發(fā)的種子數(shù)。

種子萌發(fā)率(%)以4個(gè)重復(fù)的平均數(shù) ± 標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。用單因子方差分析和最小顯著差異法比較種子在不同萌發(fā)條件下的萌發(fā)能力。在進(jìn)行方差分析時(shí)，先將種子萌發(fā)率(%)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換。所用的軟件為SPSS 19.0。

2 結(jié) 果

2.1 溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響

在試驗(yàn)的5個(gè)溫度(8，17，23，30 ℃和變溫25 ℃/17 ℃)下，種子的最終萌發(fā)率均達(dá)100%；但是，在變溫25 ℃/17 ℃下，種子的萌發(fā)速率明顯快于其余幾個(gè)溫度(plt; 0.05)(圖1)。

圖1 溫度對(duì)火龍果種子萌發(fā)的影響

2.2 光照對(duì)種子萌發(fā)的影響

光照對(duì)火龍果種子的萌發(fā)有顯著的影響(plt; 0.05)。在周期性光照與變溫25 ℃/17 ℃條件下，火龍果種子的萌發(fā)率在第4天達(dá)到了100%；在黑暗下，種子的萌發(fā)率極低(2%)。但是，被轉(zhuǎn)移至光照下，經(jīng)歷6 d后，余下的98顆種子也能全部萌發(fā)。

播種深度對(duì)火龍果種子萌發(fā)有顯著的影響(plt; 0.05)。當(dāng)播種于濕潤(rùn)的沙土表面時(shí)，種子的萌發(fā)率為100%；覆土3 cm時(shí)，出苗率下降至15%；播種于8 cm深時(shí)，已無(wú)出土的幼苗。

2.3 GA3和KNO3溶液對(duì)種子萌發(fā)的影響

在23 ℃且光照時(shí)，GA3溶液能加速火龍果種子的萌發(fā)，其平均萌發(fā)時(shí)間從對(duì)照組(ck)的3.98 d下降到200 mmol/L的2.6 d(plt;0.05)，盡管其最終萌發(fā)率均為100%；其中以200 mmol/L的GA3溶液的處理效果最好。但是，在黑暗條件下，200 mmol/L的GA3溶液也不能促進(jìn)種子的萌發(fā)(表1)。

表1 赤霉素和硝酸鉀溶液對(duì)火龍果種子萌發(fā)的影響

KNO3溶液(mmol/L) GA3溶液(mmol/L) 0(ck)5103030+暗休眠0(ck)50100200200+暗休眠種子平均萌發(fā)時(shí)間(d)5．5d2．9c2．56b2．10a-3．98c3．87c3．16b2．6a—種子萌發(fā)率(%)10010010010001001001001000

注：“-”表示未計(jì)算平均萌發(fā)時(shí)間；上標(biāo)的不同小寫字母表示差異顯著性。

類似的KNO3溶液也能提高其萌發(fā)速率，并且也存在明顯的劑量效應(yīng)(plt;0.05)(表1)；但是，用濃度為50 mmol/L的KNO3溶液浸種后，種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率都顯著下降。

圖2 火龍果種子在光照和黑暗條件下的萌發(fā)率

圖3 播種深度對(duì)火龍果種子出苗的影響

3 討 論

成熟的火龍果種子在恒溫(8，17，23，30 ℃)和變溫(24 ℃/17 ℃)下均能快速萌發(fā)，其最終萌發(fā)率為100%(圖1)。說(shuō)明火龍果種子是非休眠的，其萌發(fā)溫度生態(tài)位較寬。但是，火龍果種子在果肉中，即使在光照下，也不能萌發(fā)(數(shù)據(jù)未呈現(xiàn))，這表明果肉中存在萌發(fā)抑制物。由此可知，在光照下，離體的成熟的火龍果種子在8～30 ℃之間能順利萌發(fā)，其中以變溫25 ℃/17 ℃為最好。此外，光環(huán)境和播種深度顯著地影響火龍果種子的萌發(fā)。光照有助于火龍果種子萌發(fā)，而黑暗抑制種子萌發(fā)(圖2)。不僅如此，隨著播種深度的增加，出苗率急劇下降；當(dāng)播種深度達(dá)8 cm時(shí)，未見出土的幼苗(圖3)。這說(shuō)明火龍果種子是需光性的，在黑暗下不能萌發(fā)。

除了水分、溫度和氧氣外，某些非休眠的有活力的種子能否萌發(fā)及其萌發(fā)時(shí)機(jī)受光照的調(diào)控。例如，非休眠的擬南芥(Arabidopsisthaliana)的種子在黑暗中不萌發(fā)，一旦轉(zhuǎn)移至光照條件下就能順利萌發(fā)[7]。諸如此類在暗處不能萌發(fā)的現(xiàn)象，稱之為暗休眠；相應(yīng)地，這類種子被稱為需光性種子[8]。由于土層能減弱甚至阻擋光的透過(guò)，導(dǎo)致土壤中的光質(zhì)和光強(qiáng)強(qiáng)烈地變化，從而抑制需光性種子萌發(fā)。Cogoni等發(fā)現(xiàn)，沙丘植物(Dianthusmorisianus)的種子是光敏性的，最佳出苗發(fā)生于土深1～2 cm處，隨著埋藏深度的增加，出土的幼苗急劇減少；埋于10 cm深時(shí)，已無(wú)出土的幼苗[9]。由此可知，光的缺乏(暗休眠)是阻止播種于花盆或苗床土壤中的火龍果種子不萌發(fā)的主要原因。因此，播種繁殖火龍果種苗時(shí)，不能覆蓋土壤，待發(fā)芽后方可覆土培植。

在自然界，需光性種子可被不同的植物產(chǎn)生，它們的共性是比較細(xì)小[8](lt;1 mg)；GA3和KNO3溶液能有效地促進(jìn)需光性種子在黑暗下萌發(fā)，如擬南芥[7]和華中碎米薺[10]。暗處或隱蔽環(huán)境中的紅光/遠(yuǎn)紅光比值較低，如土壤深處，不能有效地啟動(dòng)萌發(fā)的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，如赤霉素的合成[11]。在本研究中，黑暗條件下，200 mmol/L GA3溶液或30 mmol/L KON3溶液不能代替光照而有效地促進(jìn)火龍果種子萌發(fā)(表1)；但是，黑暗中未能萌發(fā)的種子被暴露于光照下時(shí)就能順利萌發(fā)(圖2)，說(shuō)明控制火龍果種子萌發(fā)的生理的或分子機(jī)制不同于擬南芥等其他需光性種子。因此，深入分析光環(huán)境調(diào)控火龍果種子萌發(fā)的內(nèi)在機(jī)制，尚需比較分析溫度和光照對(duì)火龍果種子萌發(fā)的相互作用，全面地揭示萌發(fā)模式。

綜上所述，在光照下，無(wú)需添加赤霉素溶液或硝酸鉀溶液，火龍果種子就可在8～30 ℃之間順利萌發(fā)，其中以變溫25 ℃/17 ℃更適宜。在播種時(shí)，不宜覆土，待種子萌發(fā)后再培土養(yǎng)苗。

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Analysis on Germination Characteristics of Light-requiring Pitahaya (Hylocereusundulates) Seeds

YANGuangrong,TANGAnjun

2017-05-29

重慶市科委科技項(xiàng)目(cstc 2013 jcyjA 00002)；重慶市教委科技項(xiàng)目(KJ 1400504)。

嚴(yán)光榮(1995—)，女，重慶人；在讀本科生；研究方向：生物技術(shù)。

唐安軍，教授，博士；E-mail: tanganjun@mail.kib.ac.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.10.080

S 667

A

1001-4705(2017)10-0080-04