不同倍性葡萄種子萌芽力研究

李偉東，程杰山，高營營*，范培格*

（1. 中國科學院植物研究所，北京 100093；2. 魯東大學農學院，山東煙臺 264000)

葡萄是我國五大果樹之一，據國家統(tǒng)計局數據，2015年我國葡萄栽培面積79.9萬 hm2，產量1366.9萬 t，栽培面積和產量分居世界第二位和第一位，葡萄產業(yè)在我國農業(yè)經濟發(fā)展中占據重要地位。但我國葡萄實際栽培中還存在旱寒、鹽堿等不利因素[1]，所以抗逆、加工及鮮食新品種的選育是我國葡萄育種的重要方向。目前有性雜交育種仍是國內外葡萄新品種選育的最主要方法[2]，獲得較多的雜種苗是新品種選育的首要條件，而提高雜交種子的萌發(fā)率對于有性雜交至關重要。在多種植物中的研究發(fā)現，變溫處理可以打破種子休眠并提高種子萌發(fā)率[3-7]。

果樹多倍體育種已成為果樹新品種選育的重要技術手段并具有廣闊的前景[8]。為獲得高抗逆、大粒優(yōu)質新種質，本實驗室前期利用高抗逆品種‘北紅’‘北玫’染色體加倍獲得其同源四倍體植株，為充分利用高抗逆資源，特開展其二倍體與同源四倍體種子萌發(fā)試驗，為今后葡萄多倍體育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

于2018年3～4月在中國科學院植物研究所進行，所用種子于2017年10上旬在中國科學院植物研究所北區(qū)葡萄品種圃內采收。選用‘北紅’‘北玫’及‘四倍體北紅’‘四倍體北玫’種子各200粒。

1.2 方法

1.2.1 種子采集

采集各品種充分成熟的葡萄果實，冰箱4 ℃保存，在播種前人工剝皮去除果肉取出種子，挑選飽滿種子洗凈，做好標簽。

1.2.2 種子處理與催芽

將種子先用洗衣粉清洗干凈，無菌水沖洗，然后75%乙醇浸泡10 min，無菌水沖洗，再用5%次氯酸鈉溶液浸泡15 min，用無菌水沖洗干凈。

將各品種種子平均分成兩組（甲組和乙組），每組100粒。每組種子平均分到3個置有三層濕濾紙的培養(yǎng)皿中（A，B，C），用封口膜封住，貼好標簽，作為3個生物學重復。

將甲組種子放入25 ℃、24 h恒溫培養(yǎng)箱中用錫紙遮蓋進行暗催芽，乙組種子同樣用錫紙遮蓋進行暗催芽，放入恒溫庫中進行30 ℃，12 h/20 ℃，12 h的變溫處理。每天定時觀察記錄發(fā)芽種子數，并適時補充水分和換氣。以種子開裂露白或長根為萌芽標準[9]，待種子發(fā)芽數不再增加時終止調查統(tǒng)計。

1.3 統(tǒng)計數據

利用Excel軟件進行數據處理，使用SPSS 21.0中的Dancun's法進行差異顯著性分析（P＜0.05）。

發(fā)芽率計算公式如下：

發(fā)芽率/%＝（萌發(fā)種子總數/供試種子總數）×100

日發(fā)芽率/%＝（每日發(fā)芽種子數/供試種子總數）×100

2 結果分析

2.1 不同萌發(fā)條件下‘北紅’‘北玫’及其四倍體實生種子發(fā)芽率

表1 ‘北紅’及‘四倍體北紅’發(fā)芽率情況Table 1 The germination rate of 'Beihong' and 'Tetraploid Beihong'

表2 ‘北玫’及‘四倍體北玫’發(fā)芽率情況Table 2 The germination rate of 'Beimei' and 'Tetraploid Beimei'

由表1與表2可看出，兩種萌發(fā)環(huán)境處理下的二倍體‘北紅’‘北玫’種子的萌芽率均明顯高于相應同源四倍體種子，‘北紅’兩種處理條件下種子萌發(fā)率均在90%以上，而其同源四倍體種子的萌發(fā)率在兩種處理條件下均很低，分別為23%和37%?！泵怠c其同源四倍體種子的萌發(fā)情況與‘北紅’類似，只不過‘北玫’種子的萌發(fā)率低于‘北紅’，‘四倍體北玫’種子的萌發(fā)率更低，最高僅為7%。

除‘北紅’外，‘北玫’及‘四倍體北紅’‘四倍體北玫’在變溫處理下種子的萌發(fā)率數值與恒溫處理下相比，雖未達到顯著差異水平，但數值略有增加。

2.2 不同萌發(fā)條件下日發(fā)芽率

圖1 ‘北紅’及‘四倍體北紅’日發(fā)芽率Figure 1 The daily germination rate of 'Beihong' and'Tetraploid Beihong'

圖2 ‘北玫’及‘四倍體北玫’日發(fā)芽率Figure 2 The daily germination rate of 'Beimei' and 'Tetraploid Beimei'

各參試品種的種子日萌發(fā)率達到峰值所需的催芽時間用催芽后天數[10]表征。由圖1和圖2可知，各參試品種在兩種處理下日萌發(fā)率達到峰值所用時間分別為：甲組‘北紅’7 d，‘四倍體北紅’13 d；乙組‘北紅’12 d，‘四倍體北紅’23 d；甲組‘北玫’9 d，‘四倍體北玫’17 d；乙組‘北玫’12 d，‘四倍體北玫’21 d。相同環(huán)境條件下，二倍體種子達到日萌發(fā)率峰值的速度均快于其同源四倍體，‘北紅’比相應同源四倍體至少提前6 d，‘北玫’至少提前8 d。而變溫處理使二倍體和四倍體的日萌發(fā)率峰值均推遲，變溫使‘北紅’種子日萌發(fā)峰值推遲了5 d，‘北玫’種子推遲了3 d，‘四倍體北紅’推遲了10 d，‘四倍體北玫’推遲了5 d。

本試驗中各參試品種的種子從開始發(fā)芽到結束發(fā)芽所用時間（間隔天數）：甲組‘北紅’14 d，‘四倍體北紅’25 d；乙組‘北紅’16 d，‘四倍體北紅’21 d；甲組‘北玫’15 d，‘四倍體北玫’18 d；乙組‘北玫’14 d，‘四倍體北玫’12 d?？傮w來看，不同條件下二倍體品種發(fā)芽更為集中，間隔天數為14～16 d，‘四倍體北玫’比‘四倍體北紅’萌發(fā)時間較短。除‘北紅’外，其余品種在變溫條件下的間隔天數短于恒溫條件下的天數。

圖3 ‘北紅’及‘四倍體北紅’累計發(fā)芽率Figure 3 The accumulated germination rate of 'Beihong' and'Tetraploid Beihong'

圖4 ‘北玫’及‘四倍體北玫’累計發(fā)芽率Figure 4 The accumulated germination rate of 'Beimei' and'Tetraploid Beimei'

2.3 葡萄種子累計發(fā)芽率

由圖3與圖4可知，無論是恒溫處理還是變溫處理，‘北紅’和‘北玫’二倍體種子發(fā)芽快，且更為集中，34 d的試驗中，二倍體‘北紅’（甲組）在催芽開始后18 d即達到最大值94.95%，其四倍體種子（乙組）試驗期間陸續(xù)萌芽，到34 d僅達到37.56%。相同倍性種子在不同條件下表現出相似的萌發(fā)趨勢，變溫處理下各參試品種在早期的萌芽率均低于恒溫處理的，但在后期除‘北紅’外，‘北玫’‘四倍體北玫’和‘四倍體北紅’的萌芽率均有所上升，超過了恒溫處理。

3 討論與結論

多倍體材料因為染色體的加倍效應，在表型上與二倍體差異較大，如花粉粒大并且形狀不規(guī)則，胚珠異常，發(fā)芽率低，種子較大、較少且部分發(fā)育不良，果實成熟期提前等[11]。通過本試驗也得出結論，不同染色體倍性葡萄種子的萌發(fā)率存在較大差異，二倍體種子的萌發(fā)率明顯高于同源四倍體種子。這與李麗霞等[11]對葡萄多倍體研究和張巍巍等[12]對四倍體黑芥種子萌發(fā)率遠低于二倍體種子研究一致。種子的萌發(fā)受諸多因素影響，如種子的本身特性、外界環(huán)境條件、成熟度、內源激素、層積處理條件等[13]。有研究報道，二倍體葡萄種子較小，種皮相對較薄，水分容易進入，相對容易萌發(fā)，四倍體種子相對較大，種皮厚且堅硬，不易萌發(fā)[11]。另外相較于二倍體，生產中四倍體種子胚敗育的情況比較常見[14]。此外，種子內源激素影響種子萌發(fā)[15-17]，前人研究表明，四倍體植株內源激素含量不同于其二倍體[18-19]，我們推測本研究中可能是四倍體種子內源激素含量的不同導致了種子發(fā)芽率較低。對于導致二倍體與同源四倍體種子萌發(fā)率差異的原因有待進一步深入研究，以便尋找提高四倍體萌芽率的技術措施。據報道，變溫調節(jié)可以促進多種植物種子的萌芽[3-7]，在本試驗中，雖然變溫處理下‘北玫’‘四倍體北玫’和‘四倍體北紅’的萌芽率高于恒溫處理，但不存在顯著性差異。變溫處理雖然推遲了種子開始萌發(fā)的時間和達到日萌發(fā)峰值所需的天數，但縮短了從萌發(fā)開始到結束的天數，發(fā)芽更為集中。所以我們建議如果以發(fā)芽速度為目的催芽，可以考慮使用恒溫條件，如果以最終發(fā)芽率或發(fā)芽集中為目的催芽，可以考慮使用變溫條件。