聚乙二醇浸種對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響

霍可以， 劉 英， 向仰州， 岳雪嬌， 姚 斌

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所， 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州師范學(xué)院生物科學(xué)學(xué)院， 貴陽(yáng) 550018；3.貴州師范學(xué)院地理與資源學(xué)院， 貴陽(yáng) 550018； 4.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所， 北京 100091)

高羊茅又稱(chēng)葦狀羊茅(FestucaarundinaceaL.)，禾本科羊茅屬多年生草種，是冷季型草坪草中的耐熱草種，具有抗旱、抗病，綠期長(zhǎng)，耐踐踏、耐粗放管理等特性[1]。在我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)、高速公路綠化、退耕還林還草工程和礦業(yè)廢棄地生態(tài)復(fù)墾等方面應(yīng)用廣泛[2-4]。但因國(guó)內(nèi)高羊茅品質(zhì)較差、優(yōu)良品種缺乏、企業(yè)缺位等造成絕大多數(shù)高羊茅種子仍然依賴(lài)進(jìn)口，且種子價(jià)格高昂[5]。鑒于此，采取適宜的方法提升高羊茅種子的發(fā)芽能力具有重要現(xiàn)實(shí)意義，國(guó)內(nèi)已有學(xué)者嘗試對(duì)此進(jìn)行研究，并取得了一定的研究成果[1,6-7]。葉要妹等[6]采用GA3和KNO3處理高羊茅種子，發(fā)現(xiàn)0.2 mg·L-1的GA3浸種效果理想；朱旺生等[1]研究表明，0.2% NaClO和2.0% KNO3可以有效提高高羊茅的發(fā)芽率，其適宜播種溫度為20 ℃。此外，適宜濃度的保水劑對(duì)提高高羊茅種子的萌發(fā)效率有積極作用[7]。

聚乙二醇(Polyethylene glycol，簡(jiǎn)稱(chēng)PEG)是一種高分子滲壓劑和種子引發(fā)劑，預(yù)處理種子時(shí)通過(guò)滲透調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)種子緩慢吸水，增強(qiáng)細(xì)胞膜修復(fù)，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滲漏，降低電導(dǎo)率，提高種子萌發(fā)速率，而其本身并不會(huì)滲入活細(xì)胞[8]，故是一種較為理想的滲透調(diào)節(jié)劑和種子引發(fā)劑[9]。近年來(lái)，在種子萌發(fā)研究中，PEG(PEG-6000)處理已成為評(píng)價(jià)種子抗旱能力的重要標(biāo)志[10-14]，但評(píng)價(jià)不同分子量PEG在提高高羊茅種子萌發(fā)活力方面的報(bào)道較少[15]，為了全面評(píng)價(jià)PEG對(duì)高羊茅種子萌發(fā)活力的影響，本實(shí)驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)，研究不同分子量PEG、不同浸種液濃度與不同浸種時(shí)間對(duì)3個(gè)高羊茅品種(維加斯，銳步和凌志Ⅱ)種子萌發(fā)的影響，為實(shí)際應(yīng)用PEG作為滲透調(diào)節(jié)劑和種子引發(fā)劑促進(jìn)高羊茅種子萌發(fā)活力提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 草種準(zhǔn)備

供試高羊茅種子(維加斯、銳步和凌志Ⅱ)均購(gòu)于百綠(天津)國(guó)際草業(yè)有限公司北京辦事處，原產(chǎn)地美國(guó)。選取籽粒飽滿、粒徑相近的種子，并用0.5% KMnO4溶液消毒20 min[16]，然后用去離子水沖洗3次，吸水紙吸干種子表面水分后備用。

1.2 PEG溶液制備

分別稱(chēng)取3個(gè)不同分子量(150 g、200 g、250 g)的PEG，加入盛有1 L去離子水的廣口瓶中，輕輕振蕩、搖勻，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別加入適量的去離子水配置成15%、20%和25%的PEG浸種液，備用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 PEG處理高羊茅種子實(shí)驗(yàn)因素與水平

1.4 種子處理

根據(jù)國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程[17]。選取經(jīng)過(guò)處理的備用種子放在預(yù)先做好標(biāo)記且鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子，每個(gè)品種3次重復(fù)，保持種子間距一致。用移液管分別準(zhǔn)確量取10 mL不同濃度的PEG溶液放入對(duì)應(yīng)編號(hào)的培養(yǎng)皿中，用去離子水浸種作對(duì)照。PEG分子量、浸種濃度、浸種時(shí)間，對(duì)照處理時(shí)間為72 h。溶液浸種結(jié)束后用去離子水漂洗種子3次，吸水紙吸干種子表面水分，放入鋪有2層濾紙且對(duì)應(yīng)編號(hào)的培養(yǎng)皿中，加去離子水保濕供種子萌發(fā)需要，然后培養(yǎng)皿移至GXZ型光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠)進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)條件：溫度(25±0.5)℃，光照12 h·d-1。培養(yǎng)箱每天打開(kāi)換氣2次，每次5 min。詳細(xì)記錄當(dāng)天種子發(fā)芽數(shù)、未發(fā)芽數(shù)、腐爛粒及異狀發(fā)芽粒。及時(shí)補(bǔ)水，水分以種子周?chē)怀霈F(xiàn)水膜為度[6]。發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)按照國(guó)際種子協(xié)會(huì)(ISTA)規(guī)定，有明顯的胚根“露白”認(rèn)定為發(fā)芽[1]。

1.5 測(cè)定指標(biāo)

以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和苗干重作測(cè)試分析指標(biāo)。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽初期(規(guī)定日期內(nèi))正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%，以第7天種子發(fā)芽數(shù)計(jì)算[15,18]；

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽終期(規(guī)定日期內(nèi))全部正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%，以第21天種子發(fā)芽數(shù)計(jì)算[15,18]；

胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)，直尺測(cè)量(精度0.05 mm)；

干重，將幼苗放在80 ℃的恒溫箱中烘干24 h后電子天平稱(chēng)重。

1.6 數(shù)據(jù)分析

對(duì)5個(gè)測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行極差分析、方差分析和多重比較[19]。處理間平均數(shù)差異顯著性的多重比較采用Duncan’s新復(fù)極差法，所有數(shù)據(jù)采用DPS 2000統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

3個(gè)高羊茅種子發(fā)芽勢(shì)極差大小順序?yàn)镽A>RD>RC>RB，影響發(fā)芽勢(shì)的因素依次為品種>浸種品種>浸種濃度>浸種時(shí)間>PEG分子量(表4)。根據(jù)4因素均值最優(yōu)組合為A3B3C2D1,即供試品種：凌志Ⅱ,PEG分子量為6000,浸種液濃度為20%。浸種時(shí)間為24 h(表3)。品種對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響最大，浸種液濃度次之，浸種時(shí)間第三，三者差異均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)；而PEG分子量的影響不明顯。進(jìn)一步作多重比較，品種間發(fā)芽勢(shì)的高低順序?yàn)锳3>A2>A1，即凌志Ⅱ發(fā)芽勢(shì)最高，銳步發(fā)芽勢(shì)次之，而維加斯發(fā)芽勢(shì)最低。浸種液濃度(C)的高低順序?yàn)镃2>C1>C3(表4)。C3與C2和C1之間差異極顯著(p<0.01)，C2和C1無(wú)顯著差異，即PEG浸種液濃度為20%發(fā)芽勢(shì)最高，15%次之，而25%最低。浸種時(shí)間(D)中D1與D2、D3之間差異均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)，而D2與D3之間無(wú)顯著差異。即浸種24 h發(fā)芽勢(shì)最高，72 h次之，而48 h最低。與對(duì)照相比，維加斯的B2C2D2和B3C2D2對(duì)發(fā)芽勢(shì)有抑制作用，抑制程度為6.00%～34.67%；而B(niǎo)1C1D1對(duì)發(fā)芽勢(shì)產(chǎn)生促進(jìn)作用，比對(duì)照高出15.33%。銳步、凌志Ⅱ各處理與對(duì)照比較，對(duì)發(fā)芽勢(shì)的促進(jìn)程度分別為15.33%～42.00%、8.27%～32.00%(表3)。

2.2 不同處理對(duì)發(fā)芽率的影響

4因素的極差大小順序?yàn)镽A>RC>RB=RD，表明其對(duì)發(fā)芽率影響作用的順序?yàn)槠贩N>浸種液濃度>PEG分子量=浸種時(shí)間(表2)。4個(gè)因素的最優(yōu)組合為A3B3C2D1,即供試品種為凌志Ⅱ,PEG分子量為6000，浸種液濃度為20%，浸種時(shí)間為24 h(表3)。品種類(lèi)型對(duì)發(fā)芽率的影響最顯著，浸種液濃度次之，浸種時(shí)間和PEG分子量分別位居第三位和第四位，其對(duì)發(fā)芽率的影響差異均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。進(jìn)一步的多重比較結(jié)果顯示品種發(fā)芽率為A2>A3>A1，即銳步的發(fā)芽勢(shì)最高，凌志Ⅱ次之，而維加斯最低。PEG分子量(B)中B3與B1、B2之間皆存在極顯著差異(p<0.01)，而后兩者無(wú)顯著差異，即PEG-4000和PEG-2000對(duì)提高發(fā)芽率有促進(jìn)作用。浸種液濃度(C)的高低順序?yàn)镃2>C1>C3(表4)。C3與C2、C1間均存在極顯著差異(p<0.01)，而C2和C1之間無(wú)顯著差異，即PEG浸種液濃度為20%的發(fā)芽勢(shì)最高，15%的次之，25%的最低。浸種時(shí)間(D)中D1與D2和D3之間差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，D2與D3之間無(wú)顯著差異，即浸種時(shí)間為24 h發(fā)芽勢(shì)最高，48 h次之，72 h最低。與對(duì)照相比，維加斯各處理對(duì)發(fā)芽率抑制程度為2%～56.96%。銳步的B3C1D2與對(duì)照比較，發(fā)芽勢(shì)降低14.00個(gè)百分點(diǎn)；B1C2D3和B2C3D1發(fā)芽勢(shì)比對(duì)照高10.67個(gè)百分點(diǎn)和12.00個(gè)百分點(diǎn)。與對(duì)照相比，凌志Ⅱ各處理對(duì)發(fā)芽率的促進(jìn)程度為52.00%～68.67%(表3)。

表2 PEG處理高羊茅種子極差分析結(jié)果

表3 PEG處理對(duì)高羊茅種子萌發(fā)狀況的影響

2.3 不同處理對(duì)胚芽長(zhǎng)的影響

胚芽長(zhǎng)極差順序?yàn)镽C>RD>RA>RB,影響胚芽長(zhǎng)的因素依次為浸種液濃度>浸種時(shí)間>品種>PEG分子量(表2)。4個(gè)因素的最優(yōu)組合為A3B2C1D3,即供試品種為凌志Ⅱ,PEG分子量為4000,浸種液濃度為15%,浸種時(shí)間為72 h。浸種液濃度對(duì)胚芽長(zhǎng)的影響差異極顯著(p<0.01)；品種和浸種時(shí)間的影響分別位居第二和第三，且二者差異顯著(p<0.05)；而PEG的分子量對(duì)胚芽長(zhǎng)的影響不明顯(表4)。進(jìn)一步的多重比較結(jié)果顯示，品種間胚芽的長(zhǎng)短順序?yàn)锳3>A2>A1，即凌志Ⅱ的胚芽最長(zhǎng)，銳步的次之，而維加斯的最短。浸種液濃度(C)影響排序?yàn)镃1>C2>C3(表4)。C3與C2、C1間差異極顯著(p<0.01)，而C2和C1無(wú)顯著差異，即PEG浸種液濃度為15%的胚芽最長(zhǎng)，20%的次之，25%的最短。浸種時(shí)間(D)中D1與D2之間差異極顯著(p<0.01)，其他任意二者之間無(wú)顯著差異，即浸種24 h胚芽最長(zhǎng)，72 h次之，48 h最短。與對(duì)照相比，維加斯的B2C2D2和B3C2D2處理對(duì)胚芽抑制程度為1.30～2.84 cm，B1C1D1處理對(duì)胚芽的促進(jìn)程度為0.07 cm。銳步和凌志Ⅱ與對(duì)照相比，各處理對(duì)胚芽長(zhǎng)的促進(jìn)程度分別為0.10～1.17 cm，0.93～3.47 cm(表3)。

2.4 不同處理對(duì)胚根長(zhǎng)的影響

胚根長(zhǎng)極差順序?yàn)镽A>RD>RC>RB。影響胚根長(zhǎng)的因素排序?yàn)槠贩N>浸種時(shí)間>浸種液濃度>PEG分子量(表2)。4個(gè)因子的最優(yōu)組合為A2B2C3D1,即銳步+PEG-4000+浸種液濃度25%+浸種24 h。品種對(duì)胚根長(zhǎng)的影響最大，其次是浸種時(shí)間，二者均達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)；而浸種液濃度和PEG分子量對(duì)胚根長(zhǎng)的影響不明顯。4個(gè)因素對(duì)胚根長(zhǎng)的影響顯著性：品種>浸種時(shí)間>浸種液濃度>PEG分子量(表4)。多重比較分析結(jié)果(表4)顯示，品種間胚根的長(zhǎng)短順序：A2>A3>A1，即銳步的胚根最長(zhǎng)，凌志Ⅱ的次之，而維加斯的最短。浸種時(shí)間(D)中D1與D2和D3之間差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，D2和D3之間無(wú)顯著差異，即浸種24 h對(duì)胚根長(zhǎng)效果最佳。與對(duì)照相比，維加斯3個(gè)處理對(duì)胚根的抑制程度在0.15～2.63 cm之間，銳步的B3C1D2處理對(duì)胚根的抑制程度為0.04 cm，B1C2D3和B2C3D1處理對(duì)胚根的促進(jìn)程度為0.28～0.74 cm。凌志Ⅱ與對(duì)照相比，各處理對(duì)胚根長(zhǎng)的促進(jìn)程度為0.68～2.06 cm(表3)。

2.5 不同處理對(duì)干重的影響

干重極差順序?yàn)镽C>RA=RB=RD,由此得出干重的因素依次為浸種液濃度>品種=PEG分子量=浸種時(shí)間(表2)。4個(gè)因素最優(yōu)組合為A2B1C2D3和A3B2C1D3即銳步+PEG-2000+浸種液濃度20%+浸種時(shí)間72 h和凌志Ⅱ+PEG-4000+浸種液濃度15%+浸種時(shí)間72 h。浸種液濃度對(duì)干重的影響作用最大，品種次之，而PEG分子量和浸種時(shí)間分別排第三和第四(表4)。進(jìn)一步的多重比較結(jié)果(表4)表明，品種干重順序?yàn)锳3=A2>A1。A3、A2與A1之間差異極顯著(p<0.01)，即凌志Ⅱ和銳步的干重相等，且均大于維加斯干重。PEG的分子量(B)對(duì)干重影響為B2=B1>B3。B2、B1與B3之間差異均極顯著(p<0.01)，即PEG-4000和PEG-2000對(duì)干重有明顯的促進(jìn)作用。浸種液濃度(C)的高低順序?yàn)镃2=C1>C3(表4)；C2、C1與C3之間差異極顯著(p<0.01)，即20%和15%的PEG浸種液濃度對(duì)干重的影響效果明顯。浸種時(shí)間(D)中D1與D2之間差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，且二者均與D3差異顯著(p<0.05)，即浸種24 h對(duì)干重的促進(jìn)作用顯著。與對(duì)照相比，維加斯的B3C2D2對(duì)發(fā)芽勢(shì)的抑制程度為0.04 g，而B(niǎo)1C1D1和B2C2D2處理對(duì)干重的促進(jìn)作用比對(duì)照高0.01 g。銳步、凌志Ⅱ各處理與對(duì)照比較，對(duì)干重的促進(jìn)程度分別為0.03～0.04 g和0.04～0.08 g(表3)。

表4 PEG處理高羊茅種子萌發(fā)方差分析及多重比較

3 討論與結(jié)論

植物在不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的抗逆性不同，是否能正常生長(zhǎng)通常取決于種子萌發(fā)和成苗這2個(gè)關(guān)鍵階段[21]。種子萌發(fā)期是植物生長(zhǎng)史的關(guān)鍵時(shí)期之一，也是對(duì)外界環(huán)境十分敏感的時(shí)期，極易受到環(huán)境因子的影響[22]。水分是限制植物生長(zhǎng)與分布的主要環(huán)境因素，同時(shí)也是限制種子萌發(fā)的主要生態(tài)因子。種子萌發(fā)時(shí)期極易受到水分的影響，如果水分條件差，將會(huì)導(dǎo)致種子死亡率上升，因此發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽速率、活力指數(shù)等反映種子萌發(fā)能力的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)可被用于衡量植物的抗逆性強(qiáng)弱，反映種子的萌發(fā)能力[23]。

影響種子萌發(fā)效果的因素有很多，如浸泡時(shí)間、培養(yǎng)溫度、種子類(lèi)型、貯藏年限以及引發(fā)劑種類(lèi)等[24-25]。PEG是較理想的滲透調(diào)節(jié)劑和種子引發(fā)劑，可以提前啟動(dòng)萌發(fā)所需的物質(zhì)代謝，使有害物質(zhì)含量降低以及提高種子的發(fā)芽率[26]。近年來(lái)，在種子萌發(fā)研究中，PEG(PEG-6000)處理已成為評(píng)價(jià)種子抗旱能力的重要標(biāo)志[10-14]。通常研究者在進(jìn)行PEG對(duì)種子萌發(fā)影響研究時(shí)多考慮單因素對(duì)其影響，研究結(jié)果顯示，PEG模擬干旱對(duì)蔬菜、花卉、水果種子發(fā)芽的影響表現(xiàn)出一定的差異性，有的種子隨PEG濃度升高各指標(biāo)處于下降趨勢(shì)，而有的則呈低濃度促進(jìn)高濃度抑制的趨勢(shì)[10,27]。鄭忠標(biāo)，王澍[10]研究顯示，PEG濃度低于5%時(shí)，對(duì)芡歐鼠尾草種子發(fā)芽具有促進(jìn)作用；當(dāng)PEG濃度高于5%時(shí)，會(huì)抑制芡歐鼠尾草種子的發(fā)芽，隨著PEG濃度升高，芡歐鼠尾草種子的發(fā)芽指標(biāo)呈先升高再降低的趨勢(shì)。這一結(jié)果與朱燦燦等[27]的研究結(jié)果一致，而隨著PEG濃度升高，芡歐鼠尾草種子根長(zhǎng)呈整體下降趨勢(shì)。王樂(lè)等[28]研究發(fā)現(xiàn)，馬齒莧種子根長(zhǎng)隨PEG濃度的升高呈先升高再降低趨勢(shì)。研究結(jié)果的不同可能與芡歐鼠尾草種子本身的特性有關(guān)。

為了全面評(píng)價(jià)PEG對(duì)高羊茅種子萌發(fā)活力的影響，本試驗(yàn)研究了不同分子量PEG、不同浸種液濃度與不同浸種時(shí)間對(duì)不同高羊茅品種(維加斯，銳步和凌志Ⅱ)種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，PEG溶液浸種的3個(gè)高羊茅品種種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、干重等5個(gè)指標(biāo)與對(duì)照相比差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，說(shuō)明3個(gè)品種間有一定的差異性[6]。維加斯的所有指標(biāo)均比凌志Ⅱ、銳步差。浸種液濃度為15%～20%對(duì)高羊茅萌發(fā)有促進(jìn)作用，其中以20%的濃度比較明顯；浸種24 h對(duì)銳步、凌志Ⅱ的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、干重均有促進(jìn)作用，這與馬卉等[15]的存在區(qū)別，可能是因高羊茅品種的不同所致。以發(fā)芽率，胚根長(zhǎng)和干重為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，銳步的最佳浸種組合為：PEG-4000+25%(W∶V)浸種液+浸種24 h;以胚芽長(zhǎng)和干重為衡量準(zhǔn)則，凌志Ⅱ的較理想組合為：PEG-4000+15%(W∶V)浸種液+浸種24 h和PEG-4000+20%(W∶V)浸種液+浸種24 h。本研究未找到銳步的最佳浸種組合，有待進(jìn)一步研究。