唐棣種子休眠機(jī)制與萌發(fā)特性研究

魯星池，宿 昊，王永康，盧建軍，蔡 靖*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100; 2.陜西省寧東林業(yè)局，陜西 長(zhǎng)安 710100；3.寶雞市馬頭灘林業(yè)局，陜西 寶雞 721006)

唐棣屬在全球約有25種，主產(chǎn)北美，我國(guó)產(chǎn)2種，分別為唐棣(Amelanchiersinica)和東亞唐棣(A.asiatica)，分布于陜西南部、甘肅東南部、四川東部、湖北西部，樹形優(yōu)美，花朵繁密，果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，兼具較高的觀賞價(jià)值與食用價(jià)值，是不可多得的園林綠化樹種[1]，但康棣種子發(fā)芽率低、繁殖困難是關(guān)鍵限制因素。國(guó)內(nèi)外唐棣研究報(bào)道較少，尹鵬先等研究了東亞唐棣(A.asiatica)莖段組培影響因素，建立了組培優(yōu)化技術(shù)體系[3]。何志宇等研究了培養(yǎng)基、激素、蔗糖等對(duì)東亞唐棣增殖的影響，優(yōu)化了培養(yǎng)條件[4]。有關(guān)唐棣種子休眠與萌發(fā)的研究尚未見報(bào)道。為此我們進(jìn)行了唐棣種子休眠機(jī)制與萌發(fā)特性研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

唐棣種子采自陜西省太白縣桃川鎮(zhèn)的野生植株。

唐棣種子萌發(fā)抑制物——白菜(Brassicapekinensis)種子， 2017年5月從陜西省楊凌某種業(yè)公司購得，純度≥96.0%，凈度≥98.0%，發(fā)芽率≥85.0%，含水量≤7.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子含水量測(cè)定 按GB/T12531-1990干燥法測(cè)定。

1.2.2 種子千粒重測(cè)定 采用百粒重法測(cè)定種子千粒重, 計(jì)算公式為：千粒重(g)=10×(W1+W2+…+W8)/8，其中W1，W2，…，W8為隨機(jī)選取的每100粒唐棣種子的重量(g)。

1.2.3 種子吸水性能測(cè)定 分別挑選，稱取5份唐棣種子各2.0 g，用紗布包裹，掛上標(biāo)簽做好標(biāo)記，放于不同的三角瓶中，種子與水的比例為1∶3(體積比)，然后將它們分別置于20，30，40，50，60 ℃等五個(gè)不同溫度條件下，用分析天平稱量種子吸水后的質(zhì)量，每次稱量前用濾紙將種子表面水分吸干。前4個(gè)溫度條件下，按4 h內(nèi)每隔1 h稱量1次、4 h后每隔2 h稱量一次的程序進(jìn)行測(cè)定；60 ℃條件下，每隔0.5 h稱量1次，重復(fù)3次，取平均值，并記錄每次稱量的數(shù)據(jù)。

種子吸水率=(Ux-U0)/U0×100%，其中，Ux表示第x次拿出時(shí)所測(cè)得的種子質(zhì)量(g)，U0表示初始種子質(zhì)量(g)。

1.2.4 沙藏時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響 將唐棣種子用0.5%高錳酸鉀溶液于室溫下消毒30 min，用蒸餾水清洗凈，并選出完整、籽粒飽滿種子備用；取細(xì)沙，過篩、消毒后用水潤(rùn)濕，放入培養(yǎng)皿中，再在每個(gè)培養(yǎng)皿放入50粒上述待用種子。在低溫(0～4 ℃)條件下沙藏，設(shè)置三個(gè)貯藏時(shí)間梯度(30，60，90 d)，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子；沙藏過程中保持濕潤(rùn)，沙藏結(jié)束后，放于溫室萌發(fā)，觀察是否發(fā)芽。

1.2.5 不同濃度GA3對(duì)沙藏唐棣種子萌發(fā)的影響 依照上述(1.2.4)沙藏時(shí)間結(jié)論，試驗(yàn)分50，100，200，400，800 mg·L-1等五個(gè)不同的GA3濃度，以清水為對(duì)照，每一個(gè)處理濃度設(shè)置3次重復(fù)，每次重復(fù)0粒種子，在沙藏不同時(shí)間(30，60，90 d)后取出唐棣種子，用不同濃度的GA3(0，50，100，200，400，800 mg·L-1)浸泡種子24 h，進(jìn)行溫室萌發(fā)，每隔一段時(shí)間，記錄發(fā)芽株數(shù)(三個(gè)重復(fù)，取平均值)，試驗(yàn)過程中記錄始發(fā)芽時(shí)間和每天的發(fā)芽粒數(shù), 統(tǒng)計(jì)最終的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)(G)=n/N×100%，發(fā)芽率(Gr)=∑(Gt/N)×100%，發(fā)芽指數(shù)(Gi)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt表示在第t日時(shí)的發(fā)芽數(shù)，n表示自發(fā)芽之日起前5日發(fā)芽種子數(shù)，N表示供試種子總數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2013進(jìn)行整理和作圖, 用SPSS 22.0.0.0對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

1.2.6 種子不同浸提液對(duì)萌發(fā)的影響

(1) 浸提液提取

選取飽滿、光亮的唐棣種子，烘干后，粉碎過篩，備用。

甲醇浸提液制?。喝? g上述種子粉末置于錐形瓶?jī)?nèi)，并加入200 ml 80%的甲醇溶液，混勻后用保鮮膜封口密閉置于0～4 ℃的冰箱內(nèi)，浸提36 h，每隔2 h進(jìn)行搖晃，36 h后取出抽濾，棄殘?jiān)V液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀40 ℃恒溫旋轉(zhuǎn)蒸干，加入去離子水溶解搖勻，并用去離子水定容至100 ml作為母液，然后配制成濃度為25%、50%、75%和100%的溶液備用。

水浸提液制?。喝? g上述種子粉末置于錐形瓶?jī)?nèi)，加入200 ml蒸餾水，混勻用保鮮膜封口后置于室溫浸提36 h，每隔2 h進(jìn)行搖晃，36 h后取出抽濾，棄殘?jiān)V液作為母液，然后配制成濃度為25%、50%、75%和100%的溶液備用。

(2)白菜種子處理

取最新白菜種子，用0.5%高錳酸鉀溶液于室溫下消毒30 min，用蒸餾水洗凈殘留的高錳酸鉀溶液，并選出籽粒飽滿的種子備用。

(3)不同浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽的影響

水浸提液的定性研究：分別取純水作為對(duì)照和用上述的不同濃度水浸提液待用液浸泡白菜種子3 h，取培養(yǎng)皿墊入雙層濾紙后，均放置浸泡后的白菜種子150粒，每組處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，然后加上述處理的唐棣種子不同濃度的水和甲醇浸提液潤(rùn)濕濾紙。放于25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱中，每天定期觀察，記錄白菜種子在不同濃度浸提液下的萌發(fā)情況統(tǒng)計(jì)48 h，計(jì)算發(fā)芽率。

甲醇浸提液的定性研究：用上述制取的不同濃度甲醇浸提液待用液，其他步驟與上述水浸提液處理相同，計(jì)數(shù)96 h，計(jì)算發(fā)芽率。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子含水量和吸水規(guī)律

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：唐棣種子的含水量為(11.53±0.16)%。在唐棣種子開始吸水后的4 h內(nèi)，隨著水浴溫度的升高，吸水量也在迅速增加，2 g種子吸水增加量在0.90～1.25 g之間，吸水量隨水的溫度升高而增加。30 ℃時(shí)的吸水量與40 ℃時(shí)相近， 60 ℃時(shí)吸水率最高,達(dá)65.84%。4～6 h時(shí)除了50 ℃水浴溫度，其他水浴溫度種子吸水量都趨于緩和，吸水量在0～0.02 g之間。6 h之后，60 ℃下種子吸水量迅速下降，而50，40，30 ℃的吸水量則增加(圖1)；最終種子吸水率在55%～69%之間，說明其種子吸水性能良好。

圖1 不同水浴時(shí)間唐棣種子吸水量變化

2.2 種子千粒重和種子形態(tài)的觀察

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和測(cè)定，唐棣種子千粒重為(12.156 1±0.054 2)g，種子表皮大部分呈褐色或深褐色，少部分種皮為黑色的種子不具胚，說明這些種子不具發(fā)芽能力。

2.3 不同沙藏時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

沙藏試驗(yàn)結(jié)果為，沙藏30，60 d的種子發(fā)芽率均為0，只有沙藏90 d的種子才能萌發(fā)，但發(fā)芽率極低，僅為8.89%，說明唐棣種子具有深度生理休眠特性。

2.4 不同GA3濃度對(duì)唐棣沙藏種子萌發(fā)的影響

2.4.1 不同濃度GA3對(duì)沙藏30 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1)發(fā)芽率

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(3.36±1.36)%，5個(gè)濃度處理之間及其與對(duì)照之間的差異都不顯著(表1)。表明試驗(yàn)的GA35個(gè)濃度對(duì)沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽率的影響不明顯，即沒有顯著促進(jìn)發(fā)芽率提升的作用。

表1 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(3.36±1.36)%，5個(gè)濃度處理之間及其與對(duì)照之間的差異都不顯著(表1)。表明試驗(yàn)的GA35個(gè)濃度對(duì)沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽率的影響不明顯，即沒有顯著促進(jìn)發(fā)芽率提升的作用。

(2) 發(fā)芽勢(shì)

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢(shì)為(0.76±0.26)%～(6.72±1.93)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(2.31±0.76)%，5個(gè)濃度處理之間及其與對(duì)照之間的差異都不顯著(表2)。表明試驗(yàn)的GA35個(gè)濃度對(duì)沙藏30 d的唐棣種子發(fā)芽勢(shì)的影響不明顯。

表2 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

(3) 發(fā)芽指數(shù)

沙藏30 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(0.73±0.32)～(1.62±0.84)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(0.75±0.32)，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表3)。表明GA3處理能使種子活力增強(qiáng)。

表3 沙藏30 d唐棣種子不同濃度GA3下的發(fā)芽率

2.4.2 不同濃度GA3對(duì)沙藏60 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1) 發(fā)芽率

表4顯示，沙藏60 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(2.00±2.00)%～(11.33±5.03)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(5.33±3.06)%，其中800 mg·L-1與其它濃度間有顯著性差異(表4)。說明50 mg·L-1濃度的GA3處理能提高種子活力 ，表明試驗(yàn)的50 mg·L-1濃度的GA3是沙藏60 d的唐棣種子的最佳處理濃度。

表4 不同濃度GA3對(duì)沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽率

(2)發(fā)芽勢(shì)

沙藏60 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢(shì)為(1.33±1.17)% ～(10.91±3.00 )%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(4.24±1.96 )%，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1與400 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異，且50 mg·L-1濃度處理的發(fā)芽勢(shì)最高為(10.91±3.00)%(表5)。表明試驗(yàn)的50mg·L-1濃度的GA3能使沙藏60 d的唐棣種子出芽更整齊。

表5 不同濃度GA3對(duì)沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽勢(shì)

(3) 發(fā)芽指數(shù)

沙藏60 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(0.49±0.43)～(2.87±1.84)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(1.33±0.47)，其中50 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表6)。說明50 mg·L-1GA3處理能明顯使種子活力增強(qiáng)。

表6 不同濃度GA3對(duì)沙藏60 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(4) 發(fā)芽進(jìn)程

沙藏60 d的唐棣種子，在濃度為800 mg·L-1的處理發(fā)芽率最低且不隨時(shí)間變化，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的發(fā)芽率且隨著時(shí)間的變化先增加后保持穩(wěn)定，其中50 mg·L-150 mg·L-1GA3處理的種子發(fā)芽率最高(圖2)。

圖2 不同濃度GA3處理且沙藏60 d的唐棣種子發(fā)芽率變化

2.4.3 不同濃度GA3對(duì)沙藏90 d唐棣種子發(fā)芽的影響

(1)發(fā)芽率

從表7看出，沙藏90 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽率為(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(3.36±1.36)%，其中50 mg·L-1與800 mg·L-1濃度間有顯著性差異(表7)。說明50 mg·L-1濃度的GA3處理能提高種子活力 ，表明試驗(yàn)的50 mg·L-1濃度的GA3是沙藏90 d的唐棣種子的最佳處理濃度。

表7 不同濃度GA3對(duì)沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(2)發(fā)芽勢(shì)

表8看出，沙藏90d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽勢(shì)為(5.88±3.10)%～(13.09±4.77)%，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的(9.15±3.46)%，其中800 mg·L-1與其它濃度間有顯著性差異，且50 mg·L-1濃度處理的發(fā)芽勢(shì)最高為(13.09±4.77)%(表8)。表明試驗(yàn)的50 mg·L-1濃度的GA3能使沙藏90 d的唐棣種子出芽更整齊。

表8 不同濃度GA3對(duì)沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(3)發(fā)芽指數(shù)

從表9看出，沙藏90 d的唐棣種子，在試驗(yàn)5個(gè)GA3濃度處理下的種子發(fā)芽指數(shù)為(2.62±2.60)～(10.44±1.52)，其中濃度為800 mg·L-1的處理最低且低于對(duì)照，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽指數(shù)都高于對(duì)照的(4.51±1.49)，其中50 mg·L-1與100 mg·L-1，200 mg·L-1，800 mg·L-1間有顯著性差異(表9)。說明50 mg·L-1GA3處理能明顯使種子活力增強(qiáng)。

表9 不同濃度GA3對(duì)沙藏90 d唐棣種子的發(fā)芽指數(shù)

(4)發(fā)芽進(jìn)程

圖3顯示，沙藏90 d的唐棣種子，在濃度為800 mg·L-1的處理發(fā)芽率最低且隨時(shí)間變化幅度最小，其余4個(gè)濃度處理的發(fā)芽率都高于對(duì)照的發(fā)芽率且隨著時(shí)間的變化先增加后在第6～9 d后保持基本恒定，其中50～150 mg·L-1GA3處理的種子發(fā)芽率最高、進(jìn)入發(fā)芽率恒定時(shí)間最早。

圖3 不同濃度GA3對(duì)沙藏90 d唐棣種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

2.5 唐棣種子浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響

2.5.1 水浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響 從表10看出，25%～100%唐棣種子水浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率為(45.17±0.42)%～(61.61±3.42)%，隨濃度升高而降低，不同濃度間差異顯著，且除25%濃度外其它濃度處理都顯著低于對(duì)照，表明唐棣種子水浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率有抑制作用，濃度越高抑制作用越強(qiáng)，但只有當(dāng)水浸提液濃度超過一定值之后作用才顯著；唐棣種子含有水溶性抑制種子萌發(fā)物質(zhì)。

表10 不同濃度唐棣種子浸提液下的白菜種子發(fā)芽率

2.5.2 唐棣種子甲醇浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率的影響 表10顯示，25%～100%唐棣種子甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率為(5.78±1.39)%～(30.44±3.01)%，隨濃度升高而降低，不同濃度間差異顯著，且不同濃度處理的發(fā)芽率都顯著低于對(duì)照，表明唐棣種子甲醇浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率有抑制作用，濃度越高抑制作用越強(qiáng)；唐棣種子含有溶于甲醇的抑制種子萌發(fā)物質(zhì)。

從唐棣種子水浸提液、甲醇浸提液分別都有抑制白菜種子發(fā)芽作用，且同濃度水浸提液、甲醇浸提液處理下的白菜種子發(fā)芽率不同的結(jié)果可以看出，唐棣種子中至少存在2種或2類抑制種子發(fā)芽物質(zhì)，一類是水溶性的，一類是溶于甲醇的。

甲醇浸提液處理所得的白菜種子發(fā)芽率均明顯小于清水處理；未經(jīng)甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率最高為85.33%，甲醇浸提液處理后，白菜種子發(fā)芽率明顯降低。用25%，50%，75%和100%的甲醇浸提液處理的白菜種子發(fā)芽率分別為30.44%，19.78%，11.78%和5.78%，比對(duì)照相應(yīng)降低了54.89%，65.55%，73.55%和79.53%，說明濃度越高，抑制作用越明顯。各濃度甲醇浸提液處理間的白菜種子發(fā)芽率均達(dá)到了顯著水平，說明唐棣種子內(nèi)含有脂溶性抑制物。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)論為，唐棣種子具有深度生理休眠特性，GA3預(yù)處理并不能夠顯著提高其種子萌發(fā)率，種子至少3個(gè)月的低溫沙藏才能解除休眠；50 mg·L-1GA3濃度是唐棣種子處理的最佳濃度，800 mg·L-1抑制唐棣種子的萌發(fā)；唐棣種子吸水性能良好，隨溫度升高吸水速率加快, 最終吸水率在55%～69%之間，不具有物理休眠特性；種子內(nèi)部含有水溶性和脂溶性萌發(fā)抑制物，具有化學(xué)休眠特性；種子收獲后，可選擇干燥后再進(jìn)行貯藏，翌年可通過低溫沙藏解除生理休眠，選用適當(dāng)濃度的外源GA3可以縮短沙藏過程所用時(shí)間。

植物的繁殖方式分為有性繁殖和無性繁殖[5]。影響種子繁殖的因素有很多，包括外部生態(tài)環(huán)境因素和內(nèi)部生理因素，對(duì)不同植物來說, 影響種子萌發(fā)的主要因子也有差異[6-9]。水分是種子繁殖和植物生長(zhǎng)必不可少的環(huán)境因子之一[10]。從吸水速率來看，唐棣的吸水速率會(huì)隨著浸種溫度的升高而加快，從而縮短種子達(dá)到飽和所需的時(shí)間，但如果溫度過高則會(huì)導(dǎo)致種子呼吸速率過快而出現(xiàn)胚胎死亡的現(xiàn)象，這在繁育工作中是不可取的[11]。植物種子中存在萌發(fā)抑制物質(zhì)是導(dǎo)致種子休眠的一個(gè)主要因素，種子中的很大一部分發(fā)芽抑制物質(zhì)是一些簡(jiǎn)單的小分子有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)影響了種子的后熟和發(fā)芽，導(dǎo)致休眠[12]。通過唐棣種子水和甲醇浸提液的生物測(cè)定，說明唐棣種子浸提液對(duì)白菜種子發(fā)芽率有明顯的抑制作用，且隨著浸提液濃度的提高，抑制作用遞增，說明唐棣種子含有水溶性和脂溶性的抑制物可抑制白菜種子萌發(fā)，因此可以推斷唐棣種子浸提液中含有某些化學(xué)成分，能抑制白菜的生長(zhǎng)，它們可能與唐棣種子的休眠有密切關(guān)系，但它們的抑制能力是否對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生效應(yīng)尚不能確定，而且其在后熟過程中是否起作用也有待于進(jìn)一步研究。

GA3是植物中非常重要的一種激素，已經(jīng)證明GA3可以通過增強(qiáng)休眠的釋放而促進(jìn)種子的萌發(fā)，但對(duì)于不同植物它的作用機(jī)制也不盡相同[13-15]。本次實(shí)驗(yàn)中GA3處理結(jié)果符合種子的深度休眠的特性。GA3雖然沒有顯著提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，但其處理縮短了沙藏時(shí)間，原因可能是GA3在種子萌發(fā)過程中能夠提高胚胎生長(zhǎng)的速率[16]，使胚提早突破種皮。