打破濱豇豆和海刀豆種子休眠的方法比較

李 霞，楊 蔚，楊虎彪，李欣勇，郇恒福，董榮書，王志勇，劉一明

（1.中國熱帶農業(yè)科學院 熱帶作物品種資源研究所/農業(yè)部華南作物基因資源與種質創(chuàng)制重點實驗室，海南 儋州 571737; 2.海南大學 林學院/熱帶特色林木花卉遺傳與種質創(chuàng)新教育部重點實驗室，?？冢?70228; 3.南京農業(yè)大學 草業(yè)學院，南京 210095）

濱豇豆 [Vigna marina(Burm.) Merr.]和海刀豆 [Canavalia rosea(Sw.) DC.]都是濱海鹽生植物和非常有潛力的豆科優(yōu)質牧草，可作為天然綠肥和生態(tài)改良植物。濱豇豆是豆科豇豆屬多年生匍匐或攀援草本，具有較強的耐鹽和抗旱特性，其根與根瘤菌共生，能夠固氮，增加土壤肥力的同時改良鹽堿環(huán)境[1]；其種子淀粉含量豐富，可作為糧食、蔬菜，其葉片中含有的洋槐甙，有較好的利尿和抗炎作用[1]，但濱豇豆種皮較薄,自然狀態(tài)下發(fā)芽效果不佳。海刀豆是豆科刀豆屬攀援藤本植物，蔓生于海邊沙灘，是優(yōu)良的濱海鹽堿地改良材料[2]，但由于皮質密、較厚造成其萌發(fā)困難。讓種子快速、有效地萌發(fā)是實現(xiàn)作物大面積推廣應用及產量提高的前提，由于不同植物種子的形態(tài)結構和生理特性不一樣，打破種子休眠的措施也不一樣，常用的處理方法有溫水浸泡、低溫刺激、不傷害胚胎的情況下通過種皮穿孔或機械磨薄或化學處理等[3]。目前還未見有關濱豇豆和海刀豆快速萌發(fā)處理的相關報道，為了大面積推廣種植海刀豆和濱豇豆，筆者分別對海刀豆和濱豇豆進行了機械切割、熱水（80 ℃）浸泡[4]、硫酸浸泡處理和液氮處理，旨在選出既能打破種子休眠又不影響種子正常萌發(fā)的方法，為海刀豆和濱豇豆的大面積推廣奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料來源于中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所牧草研究室種子庫。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗材料準備隨機選出籽粒飽滿、大小均勻、無蟲眼、光澤度好的濱豇豆和海刀豆種子,每個處理各20 粒，3個重復，設立3組對照。

1.2.2 物理方法處理種子（1）機械切割處理：分別選取120粒籽粒飽滿、光澤度良好的濱豇豆和海刀豆，分為6組（3個處理，3個對照）。用鑷子將種子夾住，用滅菌后的手術刀片，沿著種子背脊輕輕劃破種皮，處理過程中避免傷害種臍和胚，處理完成后進行萌發(fā)驗。（2）熱水（80 ℃）浸泡處理：分別選取240（每個處理20粒，3個處理，1個對照；每個處理3個重復，）粒籽飽滿、大小均勻的濱豇豆和海刀豆。將水浴加熱儀提前預熱至80 ℃，分別浸泡濱豇豆和海刀豆 5 、10 、15 min，待溫度冷卻至室溫，進行萌發(fā)驗。

1.2.3 化學方法處理種子（1）硫酸浸泡處理：取24個燒杯（包括各3個對照），分別放入20粒飽滿干凈的濱豇豆和海刀豆種子，用98%的濃硫酸分別處理 10 、20 、30 min，期間用玻璃棒不斷攪拌，使種子充分接觸硫酸溶液，達到處理時間后，立即取出，用蒸餾水反復沖洗，直至硫酸完全去除，完成后進行萌發(fā)驗。（2）液氮浸泡處理：分別將240粒大小一致、飽滿的濱豇豆和海刀豆置于液氮中，分別浸泡 5 、10 、15 min，期間不斷添加液氮防止揮發(fā)，達到處理時間后撈出，待種子溫度恢復至室溫，進行萌發(fā)實驗。

1.2.4 萌發(fā)實驗將對照組與處理組中的濱豇豆和海刀豆分別置于墊有兩層濾紙、直徑13 cm的培養(yǎng)皿中，放于溫度為 30 ℃/15 ℃（晝溫/夜溫），光照16 h的培養(yǎng)箱中進行萌發(fā)驗，驗期間隨時補給種子萌發(fā)需要的水分。每個處理3個重復，每個重復20粒，并設對照組（沒有進行任何處理）。第2天初次計數(shù)，第12天統(tǒng)計正常萌發(fā)幼苗數(shù)，計算其發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)[5?8]。

式中：Gt為第t天發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽的天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理實驗中的所有數(shù)據(jù)均采用 Excel軟件進行基本整理及處理，用SPSS、GraphPad軟件進行單因素顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 切割處理對種子發(fā)芽的影響

2.1.1 切割處理對種子發(fā)芽率的影響圖1為切割處理對濱豇豆與海刀豆12 d后發(fā)芽情況的影響，結果表明，經過切割處理的發(fā)芽數(shù)明顯多于未做切割處理的發(fā)芽數(shù)。未做切割的濱豇豆發(fā)芽率為22%，切割后的濱豇豆發(fā)芽率為95%。未做切割的海刀豆發(fā)芽率為5%，切割后的海刀豆發(fā)芽率為85%。顯著性分析結果表明，切割對打破濱豇豆和海刀豆種子休眠有顯著作用（圖1-A）。說明機械切割一定程度上可以打破濱豇豆和海刀豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽。

2.1.2 切割處理對種子發(fā)芽勢的影響發(fā)芽勢反應種子發(fā)芽的快慢和整齊度[9]。結果表明，切割處理對提高濱豇豆和海刀豆種子發(fā)芽勢有顯著作用（圖1-B）。說明機械切割處理可以打破濱豇豆及海刀豆種子休眠，也可以促進其種子發(fā)芽的整齊度。

2.1.3 切割處理對種子發(fā)芽指數(shù)的影響發(fā)芽指數(shù)是種子在整個發(fā)芽期綜合活力的表現(xiàn)[9]。與對照相比，經過切割處理的濱豇豆和海刀豆發(fā)芽指數(shù)都有顯著差異（圖1-C），說明切割處理對提高濱豇豆和海刀豆種子發(fā)芽指數(shù)有著顯著作用。

2.2 熱水（80 ℃）處理對種子發(fā)芽的影響

2.2.1 熱水（80 ℃）處理對種子發(fā)芽率的影響圖2為熱水（80 ℃）浸泡處理對濱豇豆與海刀豆12 d后發(fā)芽情況的影響，結果表明，經熱水（80℃）處理的濱豇豆發(fā)芽數(shù)明顯多于未做處理的發(fā)芽數(shù)，而海刀豆則基本沒有變化。未處理的濱豇豆發(fā)芽率為 22%，熱水（80 ℃）處理 5 、10 、15 min后的濱豇豆發(fā)芽率分別為71%、68%、56%。未做處理的海刀豆發(fā)芽率為5%，處理后的海刀豆發(fā)芽率分別為0%、2%、2%(圖2-A)。結果表明，熱水（80 ℃）處理對打破濱豇豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽有顯著作用，而對海刀豆種子的發(fā)芽率則無顯著效果。就熱水（80 ℃）浸泡處理濱豇豆時間而言，隨著處理時間的加長，對其種子發(fā)芽率影響的顯著性逐漸降低，說明熱水浸泡時間5 min對濱豇豆種子發(fā)芽率最佳，10 min 次之，15 min 效果欠佳。

2.2.2 熱水（80 ℃）處理對種子發(fā)芽勢的影響發(fā)芽勢反應種子發(fā)芽的快慢和整齊度[9]。發(fā)芽勢顯著性分析結果（圖2-B）表明，與對照相比，熱水（80 ℃）浸泡處理對濱豇豆發(fā)芽勢影響有顯著差異，處理時長 5 min和10 min存在顯著差異，處理時長15 min時差異降低。經熱水（80 ℃）處理的海刀豆種子發(fā)芽勢與對照相比沒有顯著差異，說明熱水（80 ℃）處理不能影響海刀豆種子的發(fā)芽勢。

2.2.3 熱水（80 ℃）浸泡對種子發(fā)芽指數(shù)的影響發(fā)芽指數(shù)是種子在整個發(fā)芽期綜合活力的表現(xiàn)[9]。發(fā)芽指數(shù)顯著性分析結果（圖2-C）表明，經熱水（80 ℃）處理的濱豇豆種子發(fā)芽指數(shù)與對照相比存在顯著差異，說明熱水（80 ℃）處理可以提高濱豇豆種子的發(fā)芽指數(shù)，對濱豇豆種子發(fā)芽有促進作用。其中，處理時長5 min和10 min差異顯著，15 min 次之。與對照相比，熱水（80 ℃）處理對海刀豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響沒有顯著差異，表示熱水（80 ℃）處理對海刀豆種子的發(fā)芽指數(shù)沒有顯著影響。

2.3 硫酸浸泡處理對種子發(fā)芽的影響

2.3.1 硫酸處理對種子發(fā)芽率的影響圖3為硫酸處理對濱豇豆與海刀豆12 d后發(fā)芽情況的影響，可以看出經硫酸處理的濱豇豆發(fā)芽數(shù)明顯多于未做處理的發(fā)芽數(shù)。而海刀豆10 min處理則基本沒有變化，20 min及30 min處理則明顯發(fā)芽數(shù)增加。未處理的濱豇豆發(fā)芽率為22%，經硫酸處理的濱豇豆發(fā)芽率皆為100%。未做處理的海刀豆發(fā)芽率為5%，處理后的海刀豆發(fā)芽率分別為2%，25%和60%(圖3-A)。通過硫酸處理對種子的發(fā)芽率影響顯著性分析顯示，與對照相比，硫酸處理對濱豇豆種子發(fā)芽率的影響表現(xiàn)的極為顯著，對海刀豆種子的發(fā)芽率影響也存在顯著差異（圖3-A）。本實驗結果表明，硫酸處理能打破濱豇豆和海刀豆種子休眠，促進其發(fā)芽。硫酸處理30 min對海刀豆種子發(fā)芽率的提高效果最為明顯。

2.3.2 硫酸處理對種子發(fā)芽勢的影響發(fā)芽勢反應種子發(fā)芽的快慢和整齊度[9]。發(fā)芽勢顯著性分析結果（圖3-B）表明，與對照相比，硫酸處理對濱豇豆種子的發(fā)芽勢影響存在顯著差異，說明硫酸處理可以提高濱豇豆種子的發(fā)芽勢。硫酸處理對海刀豆發(fā)芽勢的影響，處理時長10 min和20 min時沒有明顯差異，30 min時存在顯著差異，說明硫酸處理30 min可以提高海刀豆種子的發(fā)芽勢，其他實驗時長則無明顯效果。

2.3.3 硫酸處理對種子發(fā)芽指數(shù)的影響發(fā)芽指數(shù)是種子在整個發(fā)芽期綜合活力的表現(xiàn)[9]。根據(jù)發(fā)芽指數(shù)顯著性分析結果（圖3-C）表明，與對照相比，硫酸處理對濱豇豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響存在顯著差異，說明硫酸處理可以提高海刀豆種子的發(fā)芽指數(shù)，促進其發(fā)芽。同樣硫酸處理對海刀豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響也存在顯著差異，與對照相比，處理時長10 min和20 min時沒有明顯差異，30 min時差異顯著，結果與發(fā)芽率與發(fā)芽勢數(shù)據(jù)吻合，說明硫酸處理30 min可以提高海刀豆種子的發(fā)芽指數(shù)，促進其發(fā)芽，其他實驗時長則無明顯效果。

2.4 液氮浸泡處理對種子發(fā)芽的影響

2.4.1 液氮浸泡處理對種子發(fā)芽率的影響圖4為液氮浸泡處理對濱豇豆與海刀豆12 d后發(fā)芽情況的影響，可以看出經液氮浸泡處理的濱豇豆發(fā)芽數(shù)明顯多于未做處理的發(fā)芽數(shù)，海刀豆則基本沒有變化。未處理的濱豇豆發(fā)芽率為22%，液氮處理5、10 、15 min后的濱豇豆發(fā)芽率分別為60%、70%、68%（圖4-A）。未做處理的海刀豆發(fā)芽率為5%，處理后的海刀豆發(fā)芽率皆為2%(圖4-A)。結果說明，液氮浸泡處理能有效的打破濱豇豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽。

2.4.2 液氮浸泡處理對種子發(fā)芽勢的影響發(fā)芽勢反應種子發(fā)芽的快慢和整齊度[9]。液氮浸泡處理對濱豇豆種子發(fā)芽勢的影響顯著性分析表明，與對照相比，液氮浸泡處理對提高濱豇豆種子的發(fā)芽勢沒有明顯影響。同樣，液氮浸泡處理對海刀豆種子發(fā)芽勢的影響沒有顯著差異，說明液氮處理對海刀豆種子的發(fā)芽勢影響不大（圖4-B）。

2.4.3 液氮浸泡處理對種子發(fā)芽指數(shù)的影響發(fā)芽指數(shù)是種子在整個發(fā)芽期綜合活力的表現(xiàn)[9]。液氮浸泡處理對濱豇豆與海刀豆發(fā)芽指數(shù)影響的顯著性分析結果(圖4-C)表明，經液氮處理的濱豇豆種子發(fā)芽指數(shù)與對照存在顯著差異，說明液氮處理可以提高濱豇豆種子的發(fā)芽指數(shù)，對濱豇豆種子發(fā)芽有促進作用。相反，與對照相比，液氮浸泡處理對海刀豆種子的發(fā)芽指數(shù)沒有顯著差異，說明液氮處理對提高海刀豆種子的發(fā)芽指數(shù)沒有影響。

3 結 論

研究表明，機械損傷種皮是處理硬實種子最直接有效的方法[10?22]，而熱水浸泡破除種子休眠被認為是一種經濟、簡單、高效的方法。熱水浸種可軟化種皮，改善種子的透氣性，從而解除由種皮造成的休眠，促進種子萌發(fā)，但不同種子破除硬實的適宜溫度不同，浸種時間與種子大小、種皮厚薄及水溫有一定的關系[23]。本研究結果表明，切割對打破濱豇豆和海刀豆種子休眠，促進其發(fā)芽都具有顯著的效果；熱水（80 ℃）處理對打破濱豇豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽都有顯著效果。其中，熱水（80 ℃）浸泡5 min為最佳處理時長。而對于海刀豆種子，熱水（80 ℃）浸泡處理對其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均無明顯提高。

化學處理方法中濃硫酸是打破種子硬實最常用的一種試劑。由于濃硫酸的強酸性能夠腐蝕種皮，使種殼變薄并消除珠孔等部位的堵塞物，增大種皮透性[24?27]。濃硫酸處理在破除種子硬實上效果顯著，例如用它處理山野豌豆、敖漢苜蓿（Medicage sativacv.Aohan） 、 菜 豆 、 兩 型豆(Amphicarpaea edgeworthiiBenth.)等種子，能使發(fā)芽率分別提高到99.33%、99%、98%和99.3% ，但不同種子對不同硫酸濃度和處理時間的反應不同[27]。本研究通過對濱豇豆和海刀豆進行硫酸浸泡處理，發(fā)現(xiàn)硫酸浸泡處理對打破濱豇豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽有極顯著效果。對于海刀豆，隨著硫酸處理時間的加長，其種子的發(fā)芽率有明顯的提高，其中處理時長30 min最為顯著，是否處理時間與發(fā)芽率呈現(xiàn)正相關，還需要進一步研究，以確定硫酸處理促進海刀豆發(fā)芽率的最佳時間。

低溫處理能增進種子內部的新陳代謝，從而促進種子的萌發(fā)。本研究結果表明，液氮處理對打破濱豇豆種子休眠有顯著作用，其中液氮處理15 min對濱豇豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)影響最明顯，說明低溫處理可以打破濱豇豆種子休眠，促進其發(fā)芽，處理時長15min最佳。而對海刀豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)的影響則無顯著差異，說明低溫處理不能打破海刀豆的種子休眠。

機械切割、熱水（80 ℃）浸泡、硫酸浸泡及液氮處理對打破濱豇豆種子休眠，促進其種子發(fā)芽都有顯著效果，其中熱水（80 ℃）浸泡處理因易操作、成本低可作為首選。種皮的厚度對種子萌發(fā)影響較大，海刀豆因種皮較厚，所以熱水（80 ℃）浸泡和液氮處理效果不佳，硫酸處理和機械切割處理對提高海刀豆的發(fā)芽率有著顯著作用。然而，硫酸屬于危險類化學品，農戶不易獲得且成本高，并不是最理想的方法。機械切割效果較好，但存在費時費力的問題，用機器進行切割會大大提高效率，目前市場缺乏此類機器。因此，在時間和設備條件允許的情況下，可以將多種方法進行組合應用，對打破種子的休眠、提高種子發(fā)芽率與發(fā)芽整齊度效果更佳。解除濱豇豆和海刀豆種子休眠，提高其種子繁殖系數(shù)，從而獲得大量優(yōu)質植株，對提高其經濟和生態(tài)價值有著重要作用。