溫度和光照對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽的影響

徐來仙， 艾訓(xùn)儒， 張應(yīng)團(tuán)， 朱 江

(湖北民族大學(xué)林學(xué)園藝學(xué)院， 湖北 恩施 445000)

羽扇豆(LupinusmicranthusGuss.)，為豆科羽扇豆屬一年生草本植物，又稱魯冰花、母親花，植株勻稱、掌狀復(fù)葉、花蝶形、顏色艷麗多彩、花葉錯(cuò)落有序，種子光滑扁平、卵形，原產(chǎn)地中海。羽扇豆可作切花、盆栽、園林綠化或花境背景，也可用作飼料、綠肥和覆蓋作物[1]，在農(nóng)、林、牧、食品業(yè)應(yīng)用前景廣闊，其引種生產(chǎn)與繁殖越來越受到關(guān)注[2]。

種子是種子植物的繁殖體，種子萌發(fā)與否對(duì)種子植物的繁衍和引種栽培具有決定性作用[3]。種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)最重要、最關(guān)鍵、最脆弱的階段[4]，其受到自身基因和生物學(xué)特征等屬性因素和多種環(huán)境因素的綜合影響，其中，溫度和光照是影響種子發(fā)芽的主要因素之一[5-6]。目前，針對(duì)羽扇豆的種子萌發(fā)研究多集中于育種[7-9]、栽培[10-11]及不同種子處理?xiàng)l件[12-15]等方面，而缺乏不同溫度、光照對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽影響的系統(tǒng)研究。鄂西南山地與羽扇豆原產(chǎn)地均屬亞熱帶，兩地的氣候既有相似之處又存在明顯區(qū)別，對(duì)羽扇豆種子萌發(fā)的研究，有助于在鄂西南山地進(jìn)行引種和培育。因此，本研究通過分析不同溫度、光照對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽動(dòng)態(tài)規(guī)律的影響，旨在探索羽扇豆種子發(fā)芽最適溫度、光照條件和在鄂西南山地的最適播種季節(jié)，為鄂西南山地引種和培育羽扇豆的生產(chǎn)實(shí)踐以及大量繁殖提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)用的羽扇豆種子來自內(nèi)蒙古，種子千粒重為14.48 g，置于5 ℃的冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方 法

將正常、飽滿的羽扇豆種子置于裝有500 mL蒸餾水的燒杯中，40 ℃水浴1 h[13-14]，然后在0.5%的高錳酸鉀溶液中浸泡30 min，清水沖洗，濾干后備用。采用溫度與光照雙因素等重復(fù)完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，相互對(duì)照，將處理好的種子放入鋪有一層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)試驗(yàn)單元1皿，均勻置床，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)單元30粒種子。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)將交替光暗和全黑暗放置在設(shè)置為11個(gè)溫度水平的培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)期間適時(shí)補(bǔ)充水分以保持濾紙的濕潤(rùn)。試驗(yàn)共22個(gè)水平組合，即22個(gè)試驗(yàn)處理，各試驗(yàn)處理設(shè)置如下：

1) 溫度：設(shè)置11個(gè)水平，7個(gè)恒溫水平：5、10、15、20、25、30、35 ℃，4個(gè)變溫水平：12 ℃/22 ℃、22 ℃/32 ℃、14 ℃/22 ℃、5 ℃/10 ℃；其中4個(gè)變溫水平分別根據(jù)鄂西南山地多年四季(春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月至翌年2月)平均溫度及晝夜變化設(shè)置，春季12 h 12 ℃/12 h 22 ℃，夏季12 h 22 ℃/12 h 31 ℃，秋季12 h 14 ℃/12 h 22 ℃、冬季12 h 5 ℃/12 h 10 ℃。

2) 光照：設(shè)2個(gè)水平，交替光暗(LD)采用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱的光暗條件(光暗各12 h)，全黑暗(D)條件采用不透光的錫箔紙包裹裝有種子的培養(yǎng)皿。

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

參照文獻(xiàn)[13]、文獻(xiàn)[16]的方法，自羽扇豆種子置床24 h后開始觀察并記錄發(fā)芽情況，以胚根出現(xiàn)為萌發(fā)標(biāo)志，按試驗(yàn)單元統(tǒng)計(jì)和計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽期指標(biāo)(發(fā)芽始期、發(fā)芽末期、發(fā)芽天數(shù))、發(fā)芽勢(shì)；觀察持續(xù)到所有的種子都發(fā)芽完成。

發(fā)芽始期(d)：即發(fā)芽開始時(shí)間，指從發(fā)芽試驗(yàn)開始至第1粒種子開始萌發(fā)所需時(shí)間；

發(fā)芽末期(d)：即發(fā)芽結(jié)束時(shí)間，連續(xù)5 d無種子萌發(fā)視為發(fā)芽結(jié)束；

發(fā)芽天數(shù)(d)：即從第1粒種子萌發(fā)開始至最后1粒種子萌發(fā)的總天數(shù)(發(fā)芽末期-發(fā)芽始期)；

發(fā)芽率(%)=(正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到高峰時(shí)正常發(fā)芽種子的總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

用SPSS 18.0軟件完成數(shù)據(jù)整理并進(jìn)行多因素方差分析和多重比較(Duncan法)分析；用GraphPad Prism 5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽的影響

對(duì)試驗(yàn)各發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行方差分析顯示，溫度對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽始期、發(fā)芽末期、發(fā)芽天數(shù)和發(fā)芽勢(shì)均影響極顯著(F=15.766，p≈0<0.01；F=36.088，p≈0<0.01；F=43.688，p≈0<0.01；F=25.592，p≈0<0.01；F=5.549，p≈0<0.01)。進(jìn)一步對(duì)不同溫度條件下各發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表1，發(fā)芽率最高的溫度是5 ℃/10 ℃，為62.8%，但與5、10、15 ℃下的發(fā)芽率差異不顯著，顯著高于其他水平；7個(gè)恒溫水平中，羽扇豆種子發(fā)芽率最高的溫度是5、10、15 ℃，發(fā)芽率分別為54.4%、56.1%和54.4%，20～35 ℃恒溫條件下，發(fā)芽率隨著溫度的升高而降低，35 ℃的發(fā)芽率最低(11.7%)，且試驗(yàn)中觀察到35 ℃幼苗很快死亡；4個(gè)變溫條件中，5 ℃/10 ℃條件下的發(fā)芽率最高(62.8%)，顯著高于其他3個(gè)溫度條件下的發(fā)芽率，發(fā)芽率變化趨勢(shì)：5 ℃/10 ℃>12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃>22 ℃/31 ℃。

15～30 ℃的恒溫、除5 ℃/10 ℃外的其他3個(gè)變溫條件下，發(fā)芽最早，均置床1 d就開始發(fā)芽，但與35 ℃的發(fā)芽始期差異不顯著，由早到晚依次是35 ℃、5 ℃/10 ℃、10 ℃，5 ℃的發(fā)芽始期最晚(第6天)；發(fā)芽率較高的低溫條件下，即5 ℃/10 ℃、10 ℃、5 ℃，變溫條件比恒溫條件更利于羽扇豆種子提早萌發(fā)。恒溫條件下，隨著溫度的升高，發(fā)芽末期越早，發(fā)芽天數(shù)越短，發(fā)芽末期、發(fā)芽天數(shù)變化趨勢(shì)相似，分別為5 ℃>10 ℃>15 ℃>20 ℃≥25 ℃≥30 ℃、35 ℃，5 ℃、10 ℃>15 ℃>20 ℃≥25 ℃≥30 ℃、35 ℃；變溫條件下，發(fā)芽末期和發(fā)芽天數(shù)具有相同的變化趨勢(shì)：5 ℃/10 ℃>12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃>22 ℃/31 ℃。

注：a為恒溫條件下的羽扇豆種子發(fā)芽率動(dòng)態(tài)變化；b為變溫條件下羽扇豆種子發(fā)芽率動(dòng)態(tài)變化。

表1 不同溫度、不同光照條件下各發(fā)芽指標(biāo)及Duncan法多重比較

據(jù)日累積發(fā)芽粒數(shù)計(jì)算萌發(fā)過程中每日截止時(shí)的發(fā)芽率，繪制各溫度萌發(fā)率動(dòng)態(tài)曲線(圖1)。由圖1可知，5、10、15、20、25、30、35、12 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃、14 ℃/22、5 ℃/10 ℃日發(fā)芽高峰值，分別出現(xiàn)于置床后第8、4、2、1、1、1、1、2、1、1、3天，在恒溫(5～20 ℃)條件下，發(fā)芽高峰隨著溫度的升高出現(xiàn)得越早，20～35 ℃置床后1 d進(jìn)入發(fā)芽高峰，溫度越高日發(fā)芽高峰處越陡峭；變溫條件下，平均溫度越高日發(fā)芽高峰出現(xiàn)越早；5 ℃/10 ℃條件下的日發(fā)芽高峰時(shí)間比5 ℃的早5 d，比10 ℃的早1 d，5 ℃/10 ℃發(fā)芽率曲線明顯高于5 ℃、10 ℃條件下的曲線，說明低溫下變溫與恒溫相比，更利于提早日發(fā)芽高峰和萌發(fā)，發(fā)芽期指標(biāo)在各溫度間的平均水平的大小關(guān)系也反映了相同的規(guī)律。據(jù)發(fā)芽日高峰計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，表1的多重比較結(jié)果表明，恒溫條件5～30 ℃、變溫的4個(gè)水平發(fā)芽勢(shì)差異不顯著，變化范圍為26.1%～32.8%，均顯著高于35 ℃的發(fā)芽勢(shì)，說明高溫條件下羽扇豆種子發(fā)芽勢(shì)明顯降低。

2.2 光照對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽的影響

對(duì)試驗(yàn)各發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行方差分析顯示，光照對(duì)發(fā)芽勢(shì)具有顯著影響(F=4.068，p≈0.050<0.05)，對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽始期、發(fā)芽末期和發(fā)芽天數(shù)均影響不顯著(F=0.000，p=1.000>0.05；F=0.040，p=0.842>0.05；F=0.690，p=0.411>0.05；F=0.754，p=0.390>0.05)。表1顯示，光照對(duì)種子萌發(fā)的影響主要表現(xiàn)在全黑暗條件下的平均發(fā)芽勢(shì)(30.5%)顯著高于交替光暗條件下平均發(fā)芽勢(shì)(26.7%)。在全黑暗條件下羽扇豆的種子發(fā)芽末期和發(fā)芽天數(shù)較交替光暗條件下的略微推遲，但差異不顯著。同時(shí)，光照通過與溫度對(duì)發(fā)芽勢(shì)的交互作用影響種子萌發(fā)。

表2 不同溫度與不同光照試驗(yàn)各處理種子萌發(fā)指標(biāo)及Duncan法多重比較

2.3 溫度與光照的交互作用對(duì)羽扇豆種子發(fā)芽的影響

溫度與光照對(duì)發(fā)芽勢(shì)具有顯著交互作用(F=2.475，p=0.019<0.05)，對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽始期、發(fā)芽末期和發(fā)芽天數(shù)的交互作用均不顯著(F=1.651，p=0.124>0.05；F=0.040，p=1.000>0.05；F=1.147，p=0.259>0.05；F=1.304，p=0.258>0.05)。進(jìn)一步對(duì)各處理發(fā)芽勢(shì)多重比較，結(jié)果見表2，溫度與光照對(duì)發(fā)芽勢(shì)的交互效應(yīng)表現(xiàn)為：25、35、22 ℃/31 ℃，同一溫度下交替光暗和全黑暗條件下的發(fā)芽勢(shì)具有完全相同的分組和排序；15、30、14 ℃/22 ℃，在全黑暗條件下的發(fā)芽勢(shì)小于交替光暗條件下的發(fā)芽勢(shì)，但差異不顯著；5、20、5 ℃/10 ℃、12 ℃/22 ℃，在全黑暗條件下的發(fā)芽勢(shì)大于交替光暗條件下的發(fā)芽勢(shì)，但差異不顯著，即具有相同的分組但排序不一致；在10 ℃全黑暗條件下，發(fā)芽勢(shì)顯著大于交替光暗條件下的發(fā)芽勢(shì)，分組和排序均不同。

3 討論與結(jié)論

適宜的溫度能夠提高種子萌發(fā)率和促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)[17]。本研究結(jié)果表明，溫度對(duì)羽扇豆種子萌發(fā)影響極顯著，低溫(5、10、15 ℃)條件優(yōu)于中溫(20、25、30 ℃)、高溫(35 ℃)條件，變溫條件中5 ℃/10 ℃發(fā)芽率顯著高于12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃，這與楚愛香等[18]研究中多葉羽扇豆種子的最高發(fā)芽率為中溫(20 ℃)的結(jié)果不同，可能是因?yàn)榉N、種源或產(chǎn)地不同。但黃振英等[19]研究表明，低溫比中、高溫有利于提高梭梭種子的萌發(fā)率；徐來仙等[13]研究表明，15 ℃最利于羽扇豆獲得較高發(fā)芽率，本研究結(jié)果與之一致。試驗(yàn)中發(fā)芽率較高的低溫條件下，5 ℃/10 ℃比10 ℃、5 ℃更利于羽扇豆種子提早日發(fā)芽高峰和萌發(fā)，變溫優(yōu)于恒溫培育，與賈永華等[20]對(duì)多葉羽扇豆種子萌發(fā)的研究結(jié)果一致。

試驗(yàn)中變溫水平12 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃、14 ℃/22 ℃、5 ℃/10 ℃，對(duì)應(yīng)鄂西南山地春、夏、秋、冬四季的溫度，4個(gè)水平的種子萌發(fā)指標(biāo)分析結(jié)果說明，在鄂西南山地羽扇豆種子發(fā)芽率最高的季節(jié)是冬季，其次是春季和秋季，最低的是夏季。冬季露天播種，冰雪天氣到來時(shí)幼苗太小不利于越冬，所以冬播宜早；春季播種太遲，夏季高溫時(shí)停止開花、植株死亡，所以春季播種宜早以便保障較長(zhǎng)的觀花期；秋季播種次年達(dá)一定溫度才能開花，需要較長(zhǎng)的管理時(shí)間，所以春季優(yōu)于秋季；夏季種子萌發(fā)率低、幼苗不易存活，不適合播種。

光照影響許多種子的萌發(fā)[21-22]，羽扇豆種子在交替光暗和全黑暗條件下均能萌發(fā)。不同光照條件顯著影響羽扇豆種子發(fā)芽勢(shì)并與溫度交互作用顯著，10 ℃條件下全黑暗(D+10 ℃)的發(fā)芽勢(shì)顯著高于交替光暗(LD+10 ℃)的發(fā)芽勢(shì)，發(fā)芽勢(shì)可以評(píng)價(jià)種子的發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度，因此可認(rèn)為，10 ℃條件下全黑暗條件可以增強(qiáng)發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度。然而，交替光暗條件下羽扇豆種子的發(fā)芽末期和發(fā)芽天數(shù)較全黑暗條件下的稍有提早，交替光暗條件更有利于縮短培育和管理時(shí)間。本研究還發(fā)現(xiàn)，20、25、30、35 ℃4個(gè)恒溫水平，2種光照條件的發(fā)芽率在多重比較中的分組與排序均與同一溫度水平的主效應(yīng)一致，5～10 ℃范圍的恒溫和4個(gè)變溫，同一溫度2種光照條件下的發(fā)芽率差異不顯著，分組與同一溫度的主效應(yīng)一致，但在排序上與溫度的主效應(yīng)不完全一致，說明不同的溫度條件下光照對(duì)發(fā)芽率的作用不一致，即可能存在交互作用，而本研究光照試驗(yàn)條件僅設(shè)置時(shí)長(zhǎng)變化且水平少，有待于進(jìn)一步增加光照水平，覆蓋更大的變化范圍、設(shè)置更小的變化梯度，更細(xì)致地探討光照的作用規(guī)律及其與溫度間的互作效應(yīng)。

綜上所述，光照顯著影響羽扇豆種子發(fā)芽勢(shì)并與溫度交互作用顯著，10 ℃條件下全黑暗(D+10 ℃)的發(fā)芽勢(shì)顯著高于交替光暗(LD+10 ℃)的發(fā)芽勢(shì)，對(duì)其他指標(biāo)影響不顯著；交替光暗條件更有利于縮短羽扇豆管理時(shí)間。溫度對(duì)種子萌發(fā)影響明顯，是羽扇豆種子萌發(fā)最重要的環(huán)境因子，5 ℃、10 ℃、15 ℃的恒溫和5 ℃/10 ℃的變溫條件最利于獲得較高發(fā)芽率，變溫優(yōu)于恒溫度條件。鄂西南山地露天條件下，引種栽培羽扇豆的最適宜播種季節(jié)是冬季，其次是春季，再是秋季，避免高溫的夏季播種。