解除螢藺種子休眠方法研究

劉亞光，張?zhí)K新，唐興佳，張春鵬，李曉妍，朱金文

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310029）

【研究意義】螢藺（Scirpus juncoidesRoxb.）為莎草科藨草屬多年生雜草，以種子繁殖為主，是一種世界性惡性雜草，也是我國稻區(qū)分布最廣，危害最重的主要雜草之一。在我國除內(nèi)蒙古、甘肅、西藏外，其他省區(qū)均有分布，此外，也分布于亞洲熱帶和亞熱帶地區(qū)如印度、緬甸、中印半島、馬來西亞以及澳洲、北美洲。在富含腐殖質(zhì)，排水不良，向陽高溫的地區(qū)發(fā)生更為嚴(yán)重，極易形成大片單一優(yōu)勢(shì)群落，與水稻競(jìng)爭(zhēng)肥、光、水、空間等生存資源，對(duì)水稻產(chǎn)量造成嚴(yán)重?fù)p失[1?3]。雜草種子具有復(fù)雜的休眠特性，萌發(fā)期參差不齊，導(dǎo)致雜草陸續(xù)出苗，難以一次性徹底防除[4]，給實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究帶來了許多不便。因此，經(jīng)常需要人工解除休眠?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于種子休眠特性及其解除方法的研究較多，但大多數(shù)的研究主要集中在中草藥[5?6]，花卉苗木[7?8]，果蔬[9?10]等方面，而對(duì)農(nóng)田雜草的研究也僅有狗尾草[11]、野黍[12]、稻稗[13]、馬唐[14]、續(xù)斷[15]等少數(shù)幾種。有關(guān)于螢藺的研究報(bào)道主要集中在抗性問題上[16?17]。何錦豪[18]等對(duì)螢藺的生物學(xué)特性進(jìn)行了觀察研究，但也只是研究其消長規(guī)律，對(duì)于打破螢藺種子休眠的研究鮮見報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本試驗(yàn)為掌握螢藺種子的休眠特性及解除其休眠的方法，采用了化學(xué)試劑（98%H2SO4、NaOH和KNO3），植物生長調(diào)節(jié)劑（赤霉素和乙烯利），低溫層積與植物生長調(diào)節(jié)劑相結(jié)合等方法處理螢藺種子，研究其對(duì)螢藺種子休眠的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】旨在找出解除螢藺種子休眠的最佳方法，為探明螢藺在黑龍江省水稻田的發(fā)生規(guī)律，加快化學(xué)防除藥劑的篩選、抗藥性的研究提供技術(shù)保障。

1 材料方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試種子 本試驗(yàn)所用螢藺種子均采自2016年的黑龍江省哈爾濱市阿城區(qū)水稻田。將隨機(jī)采集的螢藺種子于室溫條件下晾干，精選，常溫保存直至使用。

1.1.2 供試化學(xué)試劑 濃硫酸（分析純，浙江臨平化工試劑廠）；NaOH（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）；75%赤霉酸結(jié)晶粉（GA3，上海同瑞生物科技有限公司）；KNO3（分析純，天津市四通化工廠）；乙烯利（西亞試劑）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 化學(xué)試劑打破螢藺種子休眠 選取若干飽滿的螢藺種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒種子，將消毒后的種子分別浸泡在98%H2SO4、NaOH、KNO3溶液中。98%H2SO4浸種時(shí)間設(shè)置為10，20，30，40，50，60 min；NaOH處理設(shè)置為0.062 5%、0.25%、1%、1.5%和2%，浸種時(shí)間設(shè)置為12，24，36 h；KNO3處理設(shè)置為0.5%、1%和2%，浸種時(shí)間設(shè)置為12，24，36 h。浸泡后用無菌水洗凈，進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)并記錄萌發(fā)率。

1.2.2 植物生長調(diào)節(jié)劑打破螢藺種子休眠 選取若干飽滿的螢藺種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒種子，將消毒后的種子分別用赤霉素、乙烯利進(jìn)行浸泡，赤霉素質(zhì)量濃度設(shè)置為100，200，400，800，1 200，2 000，4 000 mg/L；乙烯利質(zhì)量濃度設(shè)置為50，100，250，500，1 000，2 000，4 000 mg/L；赤霉素和乙烯利浸泡時(shí)間均設(shè)置為24，48，72 h。浸泡后用無菌水洗凈，進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)并記錄萌發(fā)率。

1.2.3 5 ℃低溫層積與植物生長調(diào)節(jié)劑結(jié)合打破螢藺種子休眠 將若干螢藺種子放入5 ℃冰箱中層積4周后，選取上述試驗(yàn)中萌發(fā)率最高的植物生長調(diào)節(jié)劑進(jìn)行浸泡，處理后用無菌水洗凈，進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)并記錄萌發(fā)率。

1.2.4 萌發(fā)試驗(yàn) 選取各個(gè)處理中50粒洗凈后的螢藺種子放入培養(yǎng)皿內(nèi)，加入5 mL無菌水，用保鮮膜密封培養(yǎng)皿，置于人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)條件：光照12 h/黑暗12 h，白天30 ℃/夜晚27 ℃，空氣相對(duì)濕度保持（35±5）%，每隔24 h加5 mL無菌水，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)過程中每天調(diào)查記錄螢藺種子的萌發(fā)狀態(tài)，種子萌發(fā)以胚根突出為標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)至第5天調(diào)查萌發(fā)率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010、DPS 7.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和差異顯著性分析（0.05水平）。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)試劑打破螢藺種子休眠

2.1.1 濃硫酸打破螢藺種子休眠 濃硫酸浸泡處理螢藺種子的結(jié)果顯示，濃硫酸不能解除螢藺種子的休眠（表1）。隨著浸種時(shí)間的增加，螢藺種子的發(fā)芽率呈先增高后降低趨勢(shì)，當(dāng)浸種時(shí)間為20 min和30 min時(shí)發(fā)芽率最高，但也僅為4%，與對(duì)照差異不顯著。本研究表明，濃硫酸浸泡處理無法打破螢藺種子的休眠。

表1 濃硫酸對(duì)螢藺種子休眠的影響Tab.1 Effect of H2SO4 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

2.1.2 NaOH打破螢藺種子休眠 NaOH溶液打破螢藺種子的休眠效果如表2所示，可知NaOH溶液不能打破螢藺種子的休眠。在相同浸種時(shí)間下，各處理間的發(fā)芽率差異不顯著；隨著浸種時(shí)間的增加，同一濃度處理間的發(fā)芽率并無顯著變化趨勢(shì)。本研究表明，不論NaOH溶液增加浸種時(shí)間或改變浸種濃度均不能打破螢藺種子的休眠。

2.1.3 KNO3打破螢藺種子休眠 KNO3溶液對(duì)螢藺種子休眠的解除效果如表3所示，各處理間發(fā)芽率差異不顯著，且發(fā)芽率不隨浸種時(shí)間和濃度的增加而增加。故供試的各濃度和浸種時(shí)間下的KNO3溶液均不能解除螢藺種子的休眠。

2.2 植物生長調(diào)節(jié)劑打破螢藺種子休眠

2.2.1 赤霉素打破螢藺種子休眠 赤霉素浸種處理對(duì)解除螢藺種子休眠效果如圖1所示，用赤霉素系列質(zhì)量濃度分別浸泡螢藺種子24，48，72 h均能打破螢藺種子的休眠，且浸種72 h打破休眠效果要好于24 h和48 h；在同一浸種時(shí)間下，隨著赤霉素質(zhì)量濃度的升高，螢藺種子的萌發(fā)率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)赤霉素溶液為2 000 mg/L時(shí)萌發(fā)率最高，浸種24，48，72 h萌發(fā)率分別達(dá)到24%、28%和43.3%，與對(duì)照（3.33%、2%和5.33%）差異極顯著。說明赤霉素可以打破螢藺種子的休眠，但萌發(fā)率均未超過50%，因此用赤霉素解除螢藺種子休眠的效果不理想。

表2 NaOH對(duì)螢藺種子休眠的影響Tab.2 Effect of NaOH on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

表3 KNO3對(duì)螢藺種子休眠的影響Tab.3 Effect of KNO3 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

圖1 赤霉素對(duì)螢藺種子休眠的影響Fig.1 Effect of GA3 on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

2.2.2 乙烯利打破螢藺種子休眠 不同質(zhì)量濃度乙烯利溶液對(duì)螢藺種子休眠的解除效果如圖2所示，乙烯利溶液浸種處理24，48，72 h均可以打破螢藺種子的休眠，且浸種72 h打破休眠效果要優(yōu)于24 h和48 h處理；在同一浸種時(shí)間下，隨乙烯利溶液質(zhì)量濃度的升高，螢藺種子的萌發(fā)率均呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)乙烯利溶液為2 000 mg/L時(shí)，不同浸種時(shí)間的萌發(fā)率均達(dá)到最高，浸種72 h萌發(fā)率達(dá)98.67%，顯著高于浸種24 h和48 h時(shí)的萌發(fā)率52.67%和78%。本研究結(jié)果表明，用2 000 mg/L乙烯利溶液浸泡螢藺種子72 h萌發(fā)率高達(dá)98.67%，是打破螢藺種子休眠的理想方法。

2.3 低溫層積與植物生長調(diào)節(jié)劑結(jié)合打破螢藺種子休眠

圖2 乙烯利對(duì)螢藺種子休眠的影響Fig.2 Effect of ethepon on dormancy of Scirpus juncoides Roxb

將螢藺種子置于5 ℃低溫下層積處理4周，室溫下儲(chǔ)存的螢藺種子作為對(duì)照。選擇打破螢藺種子休眠效果最好的乙烯利進(jìn)行浸種處理。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，不論浸種時(shí)間為24，48，72 h，在5 ℃低溫層積處理下的種子萌發(fā)率均高于室溫處理下的萌發(fā)率。5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利浸種24 h處理，螢藺種子萌發(fā)率為62.67%，而對(duì)照組萌發(fā)率為49.33%，二者差異極顯著；5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利浸種48 h處理，螢藺種子萌發(fā)率達(dá)到了98%，與對(duì)照組的68.67%相比差異極顯著；5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利浸種72 h處理，螢藺種子萌發(fā)率高達(dá)98.67%，而對(duì)照組為92.67%，此時(shí)二者差異不顯著。本研究說明：5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利浸種處理48 h以上，螢藺種子的萌發(fā)率即可達(dá)98%，而未經(jīng)過低溫層積處理的螢藺種子，需經(jīng)乙烯利浸泡72 h以上萌發(fā)率才可達(dá)到92%。

由此可以得出：5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利浸種處理可以有效縮短打破螢藺種子休眠所需的時(shí)間，并顯著提高萌發(fā)率，是打破螢藺種子休眠的最佳方法。

圖3 5 ℃低溫層積與乙烯利結(jié)合對(duì)螢藺種子休眠的影響Fig.3 Effect of 5 ℃low temperature stratification and etheponon dormancy of Scirpus juncoides Roxb

3 結(jié)論與討論

種子休眠是雜草在長期進(jìn)化過程中形成的一種抵抗不良環(huán)境的特性[19]，該特性能使雜草種子安全度過外界惡劣的環(huán)境，從而保障其種族的延續(xù)性。但由于雜草種子休眠特性的存在，也為雜草科學(xué)研究及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際帶來了不利影響，因此探究解除雜草種子休眠的最佳方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。種子休眠的原因大致可以分為2種，一種是由內(nèi)源因素（胚本身的因素）引起的，如胚形態(tài)發(fā)育不完全、生理上未成熟、存在抑制萌發(fā)的物質(zhì)或缺少萌發(fā)必須的激素等[20]，可通過變溫處理、激素處理、低溫層積處理等解除休眠[21]；另一種是由外源因素（種殼的限制）引起的，如種殼的不透氣透水性、種殼機(jī)械阻礙及種殼中存在的萌發(fā)抑制物等[22]，可通過機(jī)械處理、化學(xué)藥劑處理、溫度處理等來解除休眠[13]。

本研究表明，化學(xué)藥劑濃硫酸，氫氧化鈉和硝酸鉀均不能打破螢藺種子的休眠，植物生長調(diào)節(jié)劑可以打破螢藺種子的休眠，其中乙烯利處理效果要好于赤霉素，5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利打破螢藺種子休眠效果最好，僅用48 h即可打破休眠，且螢藺種子的萌發(fā)率高達(dá)98%以上。

雜草種子擁有堅(jiān)硬的種殼，一些化學(xué)試劑，如酸、堿、鹽和氧化劑等浸泡雜草種子可使種皮軟化或腐蝕，導(dǎo)致種子的透氣透水性得到改善，其呼吸作用也得以提高，從而促使種子內(nèi)部貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其萌發(fā)和生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而打破種子的休眠[23]。本研究選取濃硫酸、氫氧化鈉和硝酸鉀3種化學(xué)試劑分別浸泡處理螢藺種子，濃硫酸浸種20～30 min和0.062 5 mol/L氫氧化鈉浸種12 h處理效果最好，但萌發(fā)率也僅達(dá)到4%，硝酸鉀處理并不能提高螢藺種子的萌發(fā)率，與對(duì)照差異不顯著。該研究結(jié)果與Ku等[24]在1996年研究發(fā)現(xiàn)用化學(xué)試劑浸泡螢藺種子對(duì)于打破其休眠表現(xiàn)出負(fù)反應(yīng)是一致的，李威等[25]也在研究中發(fā)現(xiàn)，用化學(xué)試劑H2O2和乙醇浸泡螢藺種子并不能打破其休眠。這可能是因?yàn)榛瘜W(xué)試劑浸種處理雖能使螢藺種子的種皮軟化變薄，但種子內(nèi)萌發(fā)抑制物質(zhì)沒有被消除，對(duì)種胚仍起著抑制作用。故化學(xué)試劑浸種處理不能解除螢藺種子的休眠。

植物生長調(diào)節(jié)劑可以通過調(diào)節(jié)植物種子內(nèi)的抑制物質(zhì)和促進(jìn)物質(zhì)的比例關(guān)系，增加促進(jìn)物質(zhì)而減少抑制物質(zhì)的含量，從而解除植物種子的休眠，如赤霉素（GA3）、細(xì)胞分裂激素（KT）、萘乙酸（NAA）和乙烯利等[26?27]。赤霉素溶液浸種可使休眠種子中存在的某些化學(xué)抑制物鈍化或失效，從而使種子萌發(fā)[28]。本研究采用一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的赤霉素溶液浸泡螢藺種子24，48，72 h，均能提高其萌發(fā)率，且萌發(fā)率隨浸種時(shí)間的增加而升高。2 000 mg/L赤霉素浸種72 h處理時(shí)解除螢藺種子休眠的效果最好，萌發(fā)率為43.3%。說明赤霉素能夠打破部分螢藺種子的休眠，促進(jìn)種子的萌發(fā)，但效果不理想。張淑東等[29]也在研究中發(fā)現(xiàn)，1 600 mg/L赤霉素溶液浸泡螢藺種子24 h萌發(fā)率最高為35%，解除螢藺種子休眠效果不好。因此赤霉素不是打破螢藺種子休眠的理想方法。乙烯利是一種人工合成的植物生長調(diào)節(jié)劑，經(jīng)植物吸收，轉(zhuǎn)運(yùn)，傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)后，可分解生成乙烯，而乙烯則能夠促進(jìn)植物生長發(fā)育，增強(qiáng)種子活力，提高種子萌發(fā)率。Subbiah等[30]研究發(fā)現(xiàn)，乙烯利可以促進(jìn)萵苣、向日葵、蒼耳屬、鷹嘴豆、莧屬、甜菜等種子的萌發(fā)。本研究采用一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)的乙烯利溶液浸泡螢藺種子24，48，72 h，均對(duì)其萌發(fā)有促進(jìn)作用，且浸種72 h的處理效果要好于24 h和48 h。螢藺種子的萌發(fā)率隨乙烯利質(zhì)量濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，2 000 mg/L乙烯利浸種72 h處理時(shí)螢藺種子的萌發(fā)率最高，達(dá)98.67%。這說明合適的質(zhì)量濃度和處理時(shí)間條件下，乙烯利可以完全解除螢藺種子的休眠。因此乙烯利浸種處理是打破螢藺種子休眠的理想方法。

低溫層積處理也是解除植物種子休眠的方法之一，尤其對(duì)存在萌發(fā)抑制物質(zhì)和生理后熟因素引起生理休眠的種子效果更為顯著[31]。低溫層積打破種子休眠的原理一是觸發(fā)了種子內(nèi)部的物質(zhì)代謝，尤其是打開了閉鎖狀態(tài)的赤霉素的生物合成途徑，從而促進(jìn)種子內(nèi)部貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化；二是加速了抑制物質(zhì)的降解，種子中主要發(fā)芽抑制物質(zhì)在低溫層積下較干藏狀態(tài)下降的要快[32]。羅弦等[33]在2010年報(bào)道發(fā)現(xiàn)低溫層積處理能夠增加苔草的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)；Huarte等[15]也在研究中發(fā)現(xiàn)，低溫層積貯藏續(xù)斷種子8周可將萌發(fā)率由0提高至58%；索風(fēng)梅等[34]研究報(bào)道，黃檗種子經(jīng)過低溫層積處理后，發(fā)芽率明顯高于未經(jīng)低溫處理的，而不論是應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑還是滲透調(diào)節(jié)劑都需要結(jié)合低溫處理才能獲得較高的發(fā)芽率。本研究采用5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利溶液浸種處理方法解除螢藺種子的休眠，結(jié)果顯示用乙烯利浸種結(jié)合5 ℃低溫層積處理打破螢藺種子休眠效果好于單獨(dú)使用乙烯利，且有效縮短了解除休眠所需時(shí)間，顯著提高了螢藺種子的萌發(fā)率。這一結(jié)論與索風(fēng)梅等[34]的研究結(jié)果一致。因此5 ℃低溫層積結(jié)合乙烯利激素浸種處理是打破螢藺種子休眠的最佳方法。