乙烯利對(duì)國(guó)產(chǎn)雜交臂形草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響*

劉金海，徐 翠，羅 欽，張 護(hù)，趙天永，蔣金娟，羅富成

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南省醫(yī)藥生物檢測(cè)高校工程技術(shù)研究中心，河南 信陽 464000；3.云南省紅河州畜牧技術(shù)推廣站，云南 蒙自 661199)

臂形草屬(Brachiaria)牧草大多原產(chǎn)于非洲烏干達(dá)，全世界約有50種[1]。作為優(yōu)良的刈割放牧兼用型牧草和水土保持植物，具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、生長(zhǎng)繁殖快、營(yíng)養(yǎng)豐富和利用價(jià)值高等特點(diǎn)。中國(guó)于1963年開始先后從國(guó)外引入網(wǎng)脈臂形草(B.dictyoneura)、雜交臂形草 (B.hybrid)、伏生臂形草(B.decumbens)、珊狀臂形草(B.brizantha)和剛果臂形草(B.ruziziensis)等10余個(gè)種質(zhì)進(jìn)行選育利用[2-3]。經(jīng)過長(zhǎng)期大量的引種栽培試驗(yàn)，熱研14號(hào)網(wǎng)脈臂形草(B.dityoneura‘Reyan No.14’)、熱研3號(hào)伏生臂形草(B.decumbens‘Reyan No.3’)和莫拉特Ⅱ雜交臂形草(B.hybrid‘Mulato Ⅱ’)等品種已得到廣泛種植利用[4]。其中雜交臂形草具有葉量豐富、產(chǎn)草量高、耐火燒和耐酸瘦土壤等特點(diǎn)，已廣泛種植于云南省西雙版納、普洱和紅河等熱帶地區(qū)，用于建植高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和持久性強(qiáng)的單播放牧人工草地，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益[5]；但由于其種子具有復(fù)合休眠現(xiàn)象[6]，種皮不透水，種胚存在發(fā)芽抑制物，種子發(fā)芽率低，限制了該牧草在海南、云南和廣西等地的推廣種植。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)臂形草種子休眠破除問題開展了較多研究，且主要集中于物理、化學(xué)、生物或綜合處理等方面[6-9]。雜交臂形草種子存在內(nèi)源萌發(fā)抑制物，利用外源性激素浸種能有效提高種子發(fā)芽率。SMALL等[10]指出：植物生長(zhǎng)素能起到破除種子休眠的效果，而外源性植物激素既可以減輕亞熱帶草種因鹽脅迫造成的種子休眠，也能有效破除熱帶植物種子的休眠[11]。乙烯作為五大植物激素之一[12]，不僅能抑制作物的頂端優(yōu)勢(shì)、促進(jìn)分蘗，也可以促進(jìn)種子的萌發(fā)生根和加速出苗。有研究表明：乙烯利(ethephon，ETH)對(duì)玉米(Zea mays)[13]、多年生黑麥草(Lolium perenne)和日本結(jié)縷草(Zoysia japonica)[14]以及納羅克非洲狗尾草(Setaria sphacelata‘Narok’)等[15]休眠種子的萌發(fā)均有促進(jìn)作用。本研究以不同質(zhì)量濃度的ETH溶液浸種處理莫拉特Ⅱ雜交臂形草種子，探討ETH對(duì)其種子活力、萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在篩選ETH浸種的最佳質(zhì)量濃度，為雜交臂形草的栽培利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為2020年11月大田成熟期收獲的國(guó)產(chǎn)莫拉特Ⅱ雜交臂形草種子，由云南省紅河州河口縣鑫利畜牧產(chǎn)業(yè)有限公司肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)提供。采用荷蘭產(chǎn)Selecta種子重力分離機(jī)將種子清選去雜，并充分混勻，用作試驗(yàn)材料。其凈度為100.00%，發(fā)芽率為6.67%，千粒質(zhì)量為5.69 g。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子生活力檢測(cè)

隨機(jī)取100粒種子，采用TTC圖像法[16]測(cè)定種子生活力，3次重復(fù)，取平均值，并計(jì)算休眠率[17]：休眠率=(100 -發(fā)芽率)×100%。

1.2.2 種子處理

隨機(jī)取適量種子，在2%的硫酸銅溶液中浸泡30 min后用純凈水沖洗3～4次，用吸水紙吸干種子表面水分，備用。試驗(yàn)開始前，在室溫下將消毒后的種子分別用質(zhì)量濃度為0 (CK)、100、200、300、400、500和600 mg/L的外源ETH(純度≥85%)溶液浸泡24 h[15]，撈出后用蒸餾水沖洗干凈備用。

1.2.3 發(fā)芽試驗(yàn)

參考《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》[18]，發(fā)芽試驗(yàn)采用紙上發(fā)芽法。隨機(jī)選取經(jīng)處理后的種子各50粒，均勻植入墊有2層濕潤(rùn)濾紙的無菌培養(yǎng)皿，然后將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中進(jìn)行種子萌發(fā)培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度調(diào)節(jié)為(25±1) ℃，并進(jìn)行12 h晝夜交替光照，3次重復(fù)。培養(yǎng)期21 d。逐日統(tǒng)計(jì)各培養(yǎng)皿的種子發(fā)芽數(shù)，第7天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)，第21天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量所有幼苗的苗高和根長(zhǎng)，然后將幼苗置于105 ℃烘箱中殺青15 min，后降溫至80 ℃干燥24 h至恒質(zhì)量并稱量，獲得單株苗高、根長(zhǎng)和干質(zhì)量，并按下列公式計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)和活力指數(shù)(VI)[15]。

式中：Dt為發(fā)芽時(shí)間，d；Gt為與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)；S為發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)正常幼苗單株干質(zhì)量，g。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理和作圖用 Excel 2010完成，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 26.0完成。數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交臂形草種子的休眠程度

經(jīng)檢測(cè)，莫拉特Ⅱ雜交臂形草種子的生活力為45.00%。因其基礎(chǔ)發(fā)芽率為6.67%，二者之差為38.33%，所以試驗(yàn)用‘莫拉特Ⅱ’雜交臂形草種子的休眠率為38.33%。

2.2 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知：隨著ETH溶液質(zhì)量濃度的逐漸增加，種子的發(fā)芽率呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，100～600 mg/L ETH浸種均能顯著提高種子發(fā)芽率(P<0.05)。其中，400 mg/L ETH浸種后種子的發(fā)芽率最高，達(dá)到24.24 %，是對(duì)照(CK)的3.64倍，且顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖1 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of ETH mass concentration on the seed germination rate of Brachiaria hybrid seeds

2.3 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由圖2可知：與對(duì)照(CK)相比，400和500 mg/L ETH溶液浸種處理均能顯著提高臂形草種子的發(fā)芽勢(shì)(P<0.05)。當(dāng)ETH質(zhì)量濃度為400 mg/L時(shí)，種子發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值(13.33%)，是對(duì)照(CK)的2.45倍，但與500 mg/L ETH處理無顯著差異(P>0.05)。隨著外源ETH質(zhì)量濃度的增加，種子發(fā)芽勢(shì)呈先上升后下降的趨勢(shì)。

圖2 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽勢(shì)的影響Fig.2 Effect of ETH mass concentration on the germination energy of B.hybrid seeds

2.4 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖3可知：隨著ETH溶液質(zhì)量濃度的升高，種子發(fā)芽指數(shù)呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。與對(duì)照(CK)相比，所有浸種處理均在一定程度上提高了種子的發(fā)芽指數(shù)，但300～500 mg/L ETH處理的種子發(fā)芽指數(shù)顯著高于對(duì)照(CK)和其他處理(P<0.05)。其中，400 mg/L ETH浸種效果最為顯著，種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到2.29，是對(duì)照(CK)的2.97倍，對(duì)種子萌發(fā)水平的提升效果最佳。

圖3 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.3 Effect of ETH mass concentration on the germination index of B.hybrid seeds

2.5 ETH質(zhì)量濃度對(duì)種子活力指數(shù)的影響

由圖4可知：種子活力指數(shù)的變化與種子發(fā)芽指數(shù)相似，隨ETH質(zhì)量濃度的上升，種子活力指數(shù)呈先升高后降低的變化。在300～500 mg/L ETH處理時(shí)，種子的活力指數(shù)達(dá)到0.06～0.09，是對(duì)照(CK)的4.52～6.43倍(P<0.05)，其中400 mg/L ETH溶液浸種處理的種子活力指數(shù)最高，其對(duì)種子活力水平的提升作用最強(qiáng)。

圖4 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子活力指數(shù)的影響Fig.4 Effect of ETH mass concentration on the seed vitality index of B.hybrid seeds

2.6 ETH質(zhì)量濃度對(duì)種子幼苗根長(zhǎng)和苗高的影響

由表1可知：隨著ETH質(zhì)量濃度的增加，種子幼苗的根長(zhǎng)和苗高均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。200～500 mg/L ETH浸種均能促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，根長(zhǎng)和苗高均顯著高于對(duì)照(CK) (P<0.05)。其中，300和400 mg/L ETH浸種效果最佳，根長(zhǎng)分別達(dá)到4.00和4.18 cm，是對(duì)照(CK)的2.31倍和2.42倍，苗高分別達(dá)到3.42 和3.39 cm，均為對(duì)照(CK)的3.61倍。

表1 ETH質(zhì)量濃度對(duì)雜交臂形草種子幼苗根長(zhǎng)和苗高的影響Tab.1 Effect of ETH mass concentration on the seedling root length and seedling height of Brachiaria hybrid seeds

3 討論

3.1 種子生活力及休眠的原因

種子生活力用以指示種子的發(fā)芽潛在能力或種胚所具有的生命力，種子的生活力越高其發(fā)芽能力或種胚生活力越強(qiáng)。本研究采用TTC圖像染色法檢測(cè)到莫拉特Ⅱ雜交臂形草種子的生活力和休眠率分別為45.00%和38.33%，說明其生活力較弱且休眠程度深。種子在休眠過程中，其休眠表現(xiàn)由種子本身的遺傳特性和環(huán)境因素綜合決定[9,19]。稃片阻隔種子吸水、種皮木質(zhì)化程度較高不易透水、種子中存在發(fā)芽抑制物和種胚后熟不完全等原因造成雜交臂形草種子復(fù)合休眠[6]，導(dǎo)致其種子活力較低，發(fā)芽較為困難。

3.2 ETH對(duì)種子萌發(fā)的影響

莫拉特Ⅱ種子經(jīng)100～600 mg/L ETH浸種處理后，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均得到不同程度的提高，這與田文杰[13]用ETH浸種處理均可提高玉米種子發(fā)芽指標(biāo)的結(jié)果基本一致，說明適宜質(zhì)量濃度的ETH能夠提高種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)生長(zhǎng)。400 mg/L ETH浸種后，各發(fā)芽指標(biāo)均達(dá)到最高值，這與羅富成等[15]用ETH浸種納羅克非洲狗尾草種子的研究結(jié)果基本相同。習(xí)慣上，常以80%具有生活力的種子能夠正常發(fā)芽視為該批種子已經(jīng)通過休眠[17]，本研究采用400 mg/L ETH溶液浸種處理雜交臂形草種子24 h，種子發(fā)芽能力提升效果最顯著，發(fā)芽率達(dá)到24.24%，較處理前(CK)提高2.64倍，但并未完全破除種子休眠，其原因可能與浸種時(shí)間有關(guān)。種子吸漲后種胚能在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量乙烯，隨著種子萌發(fā)進(jìn)程的變化，胚根會(huì)突破種皮，此時(shí)乙烯的釋放達(dá)到高峰，通過種子激素的調(diào)控加快蛋白質(zhì)和核酸的生物合成與利用，帶動(dòng)細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[20-21]。有研究表明：采前噴灑ETH溶液能縮短采后種子外種皮軟化的時(shí)間[22]，木質(zhì)素是種皮中最主要的成分，說明外源添加ETH可能影響種皮的木質(zhì)化程度，增加種皮的透氣性和透水性。由于本研究未考慮浸種時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)及種皮的影響，因此，后期試驗(yàn)將通過控制ETH浸種時(shí)間驗(yàn)證隨種皮的軟化程度是否促進(jìn)ETH進(jìn)入種胚，彌補(bǔ)休眠種子萌發(fā)時(shí)所需的乙烯含量，從而促使種子達(dá)到破眠效果。

3.3 ETH對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

激素類化合物對(duì)植物生長(zhǎng)一般具有低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的特點(diǎn)[23]。杜京旗[24]認(rèn)為：同一濃度的相同激素對(duì)不同植物種子的萌發(fā)特征及幼苗生長(zhǎng)影響不同。本研究表明：200～500 mg/L ETH浸種處理均能促進(jìn)雜交臂形草幼根和幼芽生長(zhǎng)，而600 mg/L ETH浸種處理只能促進(jìn)雜交臂形草幼芽生長(zhǎng)，對(duì)幼根生長(zhǎng)無明顯作用，說明ETH的浸種質(zhì)量濃度超過600 mg/L時(shí)可能會(huì)抑制雜交臂形草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育，這與邱長(zhǎng)玉等[25]采用不同濃度ETH浸泡桑種(Morus alba)的研究結(jié)果類似。

4 結(jié)論

隨著ETH質(zhì)量濃度的增加，臂形草種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)表現(xiàn)出低質(zhì)量濃度促進(jìn)、高質(zhì)量濃度抑制的特點(diǎn)。300和400 mg/L ETH溶液浸種24 h后，莫拉特Ⅱ雜交臂形草幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育最好；400 mg/L ETH處理后，臂形草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)能得到顯著提高。建議生產(chǎn)上采用400 mg/L ETH溶液浸種24 h，以提高莫拉特Ⅱ雜交臂形草種子的活力水平，促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。