不同預處理對大果白刺種子萌發(fā)的影響

任尚福， 呂光輝

（1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院， 烏魯木齊830046； 2.喀什大學生命與地理科學學院， 新疆 喀什844008；3.綠洲生態(tài)教育部重點實驗室， 烏魯木齊830046； 4.新疆大學干旱生態(tài)環(huán)境研究所， 烏魯木齊830046）

全世界的鹽堿地占陸地面積的1／3，全世界有各類鹽堿地約9.5×106km2，中國鹽堿地總面積約為0.36×106km2且逐年上升［1］。土壤鹽漬化嚴重制約著生產和生態(tài)環(huán)境建設，因此如何利用改良鹽堿地就成為亟待解決的問題。白刺科（Nitraria）植物作為干旱鹽堿荒漠區(qū)重要的天然屏障，具有不可估量的生態(tài)價值。大果白刺（Nitraria roborowskii Kom.）是屬于白刺科的一種野生優(yōu)良灌木［2］，其果實營養(yǎng)豐富，具有改善生態(tài)環(huán)境、防風固沙、改良鹽堿土壤的優(yōu)良的生態(tài)特性。當前隨著干旱荒漠區(qū)生態(tài)環(huán)境的退化，作為荒漠區(qū)主要建群植物的大果白刺出現(xiàn)了不同程度的退化，自然群落面積正日益減少，生長不良、結實率下降甚至大面積死亡，這對大果白刺的種質資源保存以及南疆的生態(tài)穩(wěn)定帶來嚴峻的考驗。大果白刺作為鹽堿荒漠中的優(yōu)勢種和建群種，以種子繁殖為主。研究表明，荒漠植物在種群動態(tài)、植被分布及荒漠生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化響應過程中，種子萌發(fā)是關鍵環(huán)節(jié)［3］。大果白刺種子在自然條件下萌發(fā)比較困難且發(fā)芽率很低，國內外學者開展了不同預處理方式對大果白刺種子萌發(fā)的影響研究，對白刺種子從休眠破除、生態(tài)特性及引種繁殖等方面開展了大量工作，并在生理生態(tài)方面進行種子萌發(fā)研究已經取得了長足的進展。當前白刺屬植物的生態(tài)、經濟和藥用價值日益凸顯，因此受到專家學者的關注［4］，郭曄紅研究激素對白刺種子萌發(fā)的調控作用［5］，王彥雕等研究指出，西伯利亞白刺和唐古特白刺種子發(fā)芽率高低的主要限制因素是休眠現(xiàn)象，種皮硬實是次要限制因素［6］；張志良和宋洪元等分別對西伯利亞白刺種苗繁殖［7－8］和西伯利亞白刺種子萌發(fā)［9］等方面進行研究；陳?？芯恐赋?，在自然條件下白刺種子萌發(fā)困難且發(fā)芽率很低［10］。而不同預處理對大果白刺種子萌發(fā)的影響研究鮮有報道。當前大果白刺群落面積逐漸減少，極大地影響了南疆鹽堿地治理與生態(tài)環(huán)境的保護，因此為進一步改良鹽堿地保護荒漠植被，在生產生活中打破大果白刺的休眠提高其萌發(fā)率，必須要加快大果白刺植物的繁育研究工作。

本實驗用2種不同預處理破除大果白刺種子的休眠，以期提高其發(fā)芽率以及破除休眠的方法，探討大果白刺種子萌發(fā)機理，以期減少大果白刺種子萌發(fā)時間，為提高大果白刺種子萌發(fā)率以及為南疆干旱區(qū)大規(guī)模引進大果白刺提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試大果白刺種子采自于甘肅省民勤縣麟權生態(tài)園，于2015年秋季采集成熟的大果白刺果實，采回后去除果皮，經自然干燥后，將種子放在包裝袋中，保存在實驗室冰箱的冷藏室內。實驗于2015年12月在新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室進行。所用硫酸、氫氧化鈉、氯化汞、酒精等均為分析純。

1.2 實驗方法

種子預處理：首先挑選籽粒飽滿、生長均勻一致的大果白刺種子450粒，實驗前全部實驗材料用0.1%的HgCl2溶液浸泡15min進行殺菌處理，然后用清水沖洗3～5次，處理后的種子分成3組，每組150粒，3個重復，每個重復50粒種子。一組用98%H2SO4浸泡種子30min，然后用蒸餾水沖洗3～5次，置于90%酒精中消毒30min，再用蒸餾水沖洗3～5次，室溫下用蒸餾水浸泡24h后培養(yǎng)；一組用0.5mol／L NaOH 溶液浸泡24h后清水沖洗3～5次，然后在室溫下用蒸餾水浸泡24h后進行培養(yǎng)；另一組以蒸餾水浸泡種子24h作為對照組。

種子萌發(fā)方法：采用培養(yǎng)皿紙上法（TP），在洗凈、烘干的培養(yǎng)皿中鋪2張濾紙，用各處理溶液潤濕，每個培養(yǎng)皿放置50粒種子。各處理設置3個重復。對所有實驗種子以相同溫度（25℃）和光照條件（3 500lx）進行萌發(fā)測試，以看到出現(xiàn)白色幼根為標準界定種子萌發(fā)［11］。種子發(fā)芽期間每隔24h統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，參照《1996國際種子檢驗規(guī)程》，以種子萌發(fā)總數(shù)達到最高后連續(xù)3d內沒有種子萌發(fā)時的天數(shù)即為實驗結束時間，培養(yǎng)時限為10d。

發(fā)芽率（%）＝萌發(fā)種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢（%）＝發(fā)芽高峰期的發(fā)芽數(shù)／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)＝∑Gt／Dt（式中，Gt為第t天當天種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的種子發(fā)芽天數(shù)）。

平均發(fā)芽時間＝∑（dn）／∑n（式中：d為從開始試驗之日算起的時間；n為正常發(fā)芽數(shù)量）。

1.3 數(shù)據處理

所有數(shù)據采用SPSS 17.0軟件進行處理，采用在p＜0.05水平上進行單因素方差分析和最小顯著差法（LSD）檢驗各平均值間的差異顯著性，并采用Excel 2010進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽率的影響

本試驗結果表明，用98%H2SO4處理30min大果白刺種子比用0.5mol／L的NaOH溶液處理24h更能快速破除種子硬實現(xiàn)象，種子初始萌發(fā)時間縮短，并且用98%H2SO4溶液和0.5mol／L NaOH 溶液浸泡24h對大果白刺種子萌發(fā)率的影響極顯著（圖1），實驗第2天時，2種預處理種子發(fā)芽率分別為20.67%和12.67%，直到實驗第5天對照組才開始萌發(fā)。由圖1可以看出，常溫放置下直接將大果白刺種子用98%H2SO4浸泡30min的預處理的種子發(fā)芽率最高，為94.67%；用0.5mol／L NaOH 溶液浸種24h預處理的種子發(fā)芽率次之，為78%；蒸餾水浸泡種子24h對照組發(fā)芽率最低，為28%。方差結果表明，用98%H2SO4溶液處理30min、0.5mol／L NaOH 溶液處理24h和對照組的種子發(fā)芽率差異達到了極顯著水平（p＜0.01），用98%H2SO4溶液預處理30min后種子的發(fā)芽率最高。

圖1 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽率的影響

2.2 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是指在發(fā)芽過程中日發(fā)芽種子數(shù)達到最高峰時，發(fā)芽的種子數(shù)占供測樣品種子數(shù)的百分率。不同預處理對大果白刺種子的發(fā)芽勢影響不同。研究結果（圖2）表明：經過98%H2SO4浸泡30min處理的大果白刺種子的發(fā)芽勢最高達61.3%，經過0.5mol／L NaOH溶液浸泡24h處理的大果白刺種子的發(fā)芽勢為55.3%，對照組發(fā)芽勢最低，為28%，方差結果表明，3種處理方式下的大果白刺種子發(fā)芽勢差異達到極顯著水平（p＜0.01）。在2種預處理下，大果白刺種子達到發(fā)芽高峰期的時間不相同，時間越短，種子發(fā)芽勢就越高。與對照組相比，2種預處理方式均使達到發(fā)芽高峰期的時間提前。其中用98%H2SO4浸泡30 min的預處理的大果白刺種子在第4天達到發(fā)芽高峰期，比對照組提前3d；用0.5mol／L NaOH 溶液處理24h在第5天達到發(fā)芽高峰期，比對照提前2d，對照組在第7天達到發(fā)芽高峰。由此可知，用0.5mol／L NaOH溶液處理24h和98%H2SO4浸泡30min的預處理均可提高大果白刺種子的發(fā)芽勢，并縮短了達到發(fā)芽高峰期的時間。

2.3 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)既包含發(fā)芽的種子數(shù)，也強調發(fā)芽速率和整齊度，它與種子活力呈正相關，其值越大，種子活力越高。由圖3可知，2種不同預處理方式均能提高大果白刺種子的發(fā)芽指數(shù)，經過98%H2SO4浸泡30min的預處理大果白刺種子的發(fā)芽指數(shù)最高，為13.644，用0.5mol／L的 NaOH 溶液浸種24h的預處理大果白刺種子的發(fā)芽指數(shù)稍微次之，為9.333，對照組的發(fā)芽指數(shù)最低為2.118。方差結果表明，2種預處理方式下的大果白刺種子發(fā)芽指數(shù)與對照組相比均達到了差異極顯著水平（p＜0.01）。

圖2 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽勢的影響

圖3 不同預處理對大果白刺種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖4 不同預處理對大果白刺平均發(fā)芽時間的影響

2.4 不同預處理對大果白刺種子平均發(fā)芽時間的影響

種子平均發(fā)芽時間是指從實驗開始到種子開始萌發(fā)的時間，以天（d）計，是反映種子快慢的指標。實驗結果（圖4）表明，經過98%H2SO4浸泡30min和用0.5mol／L NaOH溶液處理24h后均能影響大果白刺種子的發(fā)芽起始時間，經2種不同預處理后第2天就開始萌發(fā)，而對照組在第4天才開始萌發(fā)。不同預處理對大果白刺種子平均發(fā)芽時間影響不同，經過98%H2SO4浸泡30min處理后種子平均發(fā)芽時間為4.057d，經過0.5mol／L NaOH 溶液處理24h后平均發(fā)芽時間為4.607d，這2種預處理都遠遠低于對照組的平均發(fā)芽時間（6.667d）。方差結果表明，2種預處理下的大果白刺種子平均發(fā)芽時間與對照相比達到差異極顯著水平（p＜0.01）。

3 結論與討論

種子萌發(fā)期是植物生活史中最為關鍵的發(fā)育階段，決定著植物能否成功定居［12］。大果白刺在自然條件下萌發(fā)困難且發(fā)芽率比較低的重要原因之一是種子休眠，種子成熟后，由于外界環(huán)境不適宜而使生長發(fā)育處于暫時停頓狀態(tài)［13］；大果白刺種子萌發(fā)困難還因為其具有硬實現(xiàn)象，即大果白刺種子外面被一層骨質且較厚的種皮緊緊包裹［14］。種子休眠現(xiàn)象對種子是否萌發(fā)有著決定性的影響，這與曾彥軍的研究結論相一致［15］。岳利軍研究表明，濃硫酸預處理提高了其發(fā)芽率，縮短了發(fā)芽時間［14］。本試驗采用98%H2SO4浸泡30min和用0.5mol／L NaOH 溶液浸種24h預處理大果白刺種子，結果表明，兩者都能顯著促進大果白刺種子萌發(fā)，發(fā)芽率最高達94.67%。王彥雕等研究發(fā)現(xiàn)，用0.5mol／L NaOH溶液處理唐古特白刺和西伯利亞白刺種子比用70%H2SO4處理12h種子萌發(fā)效果好［6］；王紅明［16］研究得出與此相符的結果。

發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間是評價種子發(fā)芽常用的指標，反映種子發(fā)芽速度、發(fā)芽整齊度和幼苗生長潛勢。大果白刺種子種皮堅硬，不透氣，不透水，具有硬實現(xiàn)象，在實際操作中破除種子硬實的方法很多，最常用的就是擦破種皮或果皮、濃硫酸浸泡、強堿溶液浸泡等。羅廣軍等研究發(fā)現(xiàn)，甘草種子自然發(fā)芽率僅為10%～20%，用濃硫酸浸種60min，發(fā)芽率可提高到82.1%，用1%的NaOH溶液浸泡甘草種24h可以使甘草種子的發(fā)芽率高達80.2%，濃硫酸處理促進種子生理生化變化，使得種子迅速由休眠狀態(tài)轉向萌發(fā)狀態(tài)，從而加快萌發(fā)進程［17］。季蒙等研究發(fā)現(xiàn)，經過濃硫酸處理后的種子，在發(fā)芽率上有明顯的差異［18］。采用98%H2SO4浸泡30min和0.5mol／L的NaOH溶液處理24h后可能降低了大果白刺種皮的厚度與萌發(fā)抑制物質。

大果白刺種子萌發(fā)是一個復雜的過程，后熟現(xiàn)象比較明顯，使大果白刺種子具有休眠特性，這也造成了在自然條件下其種子萌發(fā)率極低，并且初始萌發(fā)時間比較長。所以影響大果白刺種子發(fā)芽率的關鍵因素是種子休眠。本實驗將大果白刺種子用98%H2SO4浸泡30min和0.5mol／L的NaOH溶液處理24h后，既可以打破大果白刺種子的休眠，也有利于破除其硬實現(xiàn)象，可以大大提高大果白刺的萌發(fā)率，解決了大果白刺萌發(fā)難的問題。其中以98%H2SO4浸泡30min效果最好。這2種預處理方法均可以打破大果白刺種子休眠，提高大果白刺種子萌發(fā)率，并且縮短了種子的初始萌發(fā)時間，這既可以在生產生活中指導大果白刺種子萌發(fā)及育苗，也為恢復荒漠植被改良鹽堿地提供科學依據。

［1］趙可夫，范海.鹽生植物及其對鹽漬生境的適應生理［M］.北京：科學出版社，2005.

［2］王瑞萍.白刺屬兩種植物的種子萌發(fā)特性及幼苗耐鹽性的研究［D］.呼和浩特：內蒙古大學，2010.

［3］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，2008，28（6）：1 130－1 135.

［4］Dou Z－D，Yan L，Bai X－Q.Cytological studies on male sterile lines of Nitraria roborowskii Kom.［J］.Acta Botanica Boreali－Occidentalia Sinica，2011，31（12）：2 449－2 453.

［5］郭曄紅，藺海明.赤霉素和細胞激動素對白刺種子萌發(fā)的調控研究［J］.中國生態(tài)農業(yè)學報，2009，17（6）：1 196－1 199.

［6］王彥雕，張勇，陳年來，等.酸堿處理對不同條件貯藏的2種白刺種子萌發(fā)的影響［J］.甘肅農業(yè)大學學報，2013，48（1）：97－101.

［7］李合生.植物生理生化實驗原理和技術［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［8］張志良，瞿偉菁.植物生理學實驗指導［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［9］SONG H Y，LEI J J，LI CH Q.Heat stress response of plant and appraisal of heat resistance［J］.China Vegetables，1998（1）：48－50.

［10］陳?？愓?，劉曉惠，等.植物種子的硬實現(xiàn)象及其處理方法研究綜述［J］.甘肅農業(yè)，2008（2）：79－80.

［11］王東麗.黃土丘陵溝壑區(qū)植物種子生活史策略及種子補播恢復研究［D］.咸陽：西北農林科技大學，2014.

［12］R C UNIYAL，A R NAUTIYAL.Seed germination and seedling extension growth in Ougeinia dalbergioides Benth.under water and salinity stress［J］.New Forests，1998，16：265－272.

［13］張勇，薛林貴，高天鵬，等.荒漠植物種子萌發(fā)研究進展［J］.中國沙漠，2005，25（1）：108－114.

［14］岳利軍.三種荒漠植物育苗技術的研究［D］.蘭州：蘭州大學，2009.

［15］曾彥軍.干旱荒漠區(qū)幾種優(yōu)勢植物種子萌發(fā)生態(tài)學研究［D］.蘭州：蘭州大學，2010.

［16］王紅明.NaOH溶液處理對2個種源白刺種子萌發(fā)的影響［J］.東北林業(yè)大學學報，2015，43（4）：31－33.

［17］羅廣軍，金春德，吳玉德，等.甘草種子處理方法的研究進展［J］.延邊大學農學學報，2000（3）：233－236.

［18］季蒙.楊俊平.邵鐵軍.白刺屬引種及育苗試驗研究［J］.甘肅科技，2004，20（3）：7－10.