不同處理方式對沙棗種子萌發(fā)的影響研究

陳建新， 李 明， 王 娟， 呂艷娥， 趙金娜， 張騫豐， 程 丹， 呂晉慧

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 山西 晉中 030801； 2.山西省涔山國有林管理局， 山西 忻州 034000)

沙棗(ElaeagnusangustifoliaL.)又名七里香、香柳、刺柳等，是胡頹子科(Elaeagnaceae)胡頹子屬(Elaeagnus)落葉小喬木，具有抗風(fēng)、耐鹽堿的特性，是造林地區(qū)的先鋒樹種，主要分布于新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等省區(qū)，有少量分布在華北北部和東北西部等地[1-2]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，沙棗不僅抗逆性強(qiáng)，還可向土壤中釋放大量氮素，從而提高土壤肥力，改善鹽堿地的養(yǎng)分平衡[3-4]。除生態(tài)價值外，沙棗含有多種營養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類及氨基酸等[5-6]，既是藥物材料，又是優(yōu)質(zhì)蛋白粉和牲畜飼料的來源。沙棗雖然在生態(tài)保護(hù)及功能食品等方面具有重要作用，但這一優(yōu)良資源在林業(yè)中卻沒有得到有效利用，究其原因，主要與優(yōu)良品種選育工作滯后、種苗嚴(yán)重不足和對優(yōu)良種質(zhì)資源的重視程度不夠等有關(guān)系，但關(guān)鍵因子是種苗繁殖。沙棗繁殖困難，扦插嫁接成活率低，種子發(fā)芽率低[7]，因此探討沙棗種子萌發(fā)，對沙棗育苗以及改善林分結(jié)構(gòu)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。影響種子萌發(fā)的條件主要有環(huán)境因素(溫度、光照、水分)和種子自身因素[8]，前人研究通過激素[9]、化學(xué)試劑[10]、熱激[11]等方式處理種子，能夠打破種子休眠，促進(jìn)燕麥、構(gòu)樹、山毛豆等種子萌發(fā)及幼苗的生長。一般打破休眠的重要因子是萌發(fā)溫度，由于不同植物的種子形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣，種子萌發(fā)所需的溫度條件差異較大，如15 ℃是東北延胡索種子萌發(fā)的最適溫度[12]，無芒隱子草的最適溫度是33 ℃[13]。激素也是促進(jìn)種子萌發(fā)的常用物質(zhì)，一般有GA3、IBA等。適宜的激素濃度能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，但不同物種的種子對不同激素濃度的響應(yīng)不同，且濃度與時間對種子萌發(fā)存在交互作用。唐實玉等[14]認(rèn)為，200 mg/L GA3浸泡色木槭種子24 h發(fā)芽率最高；王玄等[15]發(fā)現(xiàn)，150 mg/L GA3處理金蓮花種子4 d與350 mg/L GA3處理2 d均可有效解除其休眠；此外GA3還能緩解深播脅迫[16]、鹽脅迫[17]等不良條件對種子造成的影響。熱激也會對種子萌發(fā)產(chǎn)生作用，谷會巖等[18]認(rèn)為，80 ℃熱激5 min能夠提高紅皮云杉種子的發(fā)芽率，章子松對熱激比較敏感，80 ℃以上高溫顯著降低其種子發(fā)芽率；王繼玥等[19]認(rèn)為，熱激能夠促進(jìn)不同品種黃秋葵種子的萌發(fā)，發(fā)芽率與發(fā)芽勢隨熱激溫度與時間的增加而降低。目前對于沙棗繁殖的研究，大多學(xué)者僅以某一影響因子作為切入點進(jìn)行研究，較少進(jìn)行系統(tǒng)研究[20]，因此探討沙棗種子的萌發(fā)對提高繁殖具有重要意義。沙棗本身具有休眠期長的特性，一般情況下，需要經(jīng)過90 d的低溫處理[21-22]即層積沙藏種子才能萌發(fā)。然而GA3、熱激等處理因素能否促進(jìn)沙棗種子萌發(fā)目前未見報道。本試驗從培養(yǎng)溫度、GA3濃度、熱激處理三方面開展沙棗種子的萌發(fā)試驗，并篩選最佳處理方式，為后期沙棗育苗、繁殖、推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

沙棗種子購于寧夏綠地草業(yè)科技公司，種源來自甘肅省定西市的成熟果實，處理后的種子千粒重為170.39 g，種子平均長1.23 cm，平均寬0.50 cm，種皮黃褐色帶有褐色斑紋，GA3購買于Solarbio。

1.2 種子處理

果實用自來水浸泡后去除果皮，種子用自來水清洗晾干備用。種子用2%的高錳酸鉀消毒1 h后，進(jìn)行溫度、熱激、GA3等處理。

培養(yǎng)溫度處理：消毒后的種子在150 mg/L GA3溶液中浸泡1 d，蒸餾水洗凈后，分別播種于15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃溫度環(huán)境下。

熱激處理：種子消毒后，分別置于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃的100 mL蒸餾水中，自然冷卻至室溫并浸泡1 d，洗凈后播種，置于培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)溫度25 ℃。

GA3處理：消毒后的種子分別用0 mg/L(ck)、50 mg/L、150 mg/L、250 mg/L、350 mg/L的GA3溶液浸泡1 d、2 d、3 d，然后用蒸餾水洗凈，置于25 ℃培養(yǎng)箱中。

1.3 種子萌發(fā)試驗

種子置于墊有一層濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑=90 mm)，每培養(yǎng)皿30粒種子，5次重復(fù)，置于恒溫恒濕箱(寧波樂電，HWS-300)中培養(yǎng)。當(dāng)胚根突破種皮即視為種子萌發(fā)，第3天統(tǒng)計發(fā)芽勢，連續(xù)3 d無種子萌發(fā)則視為試驗結(jié)束。

發(fā)芽率(%)=(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(第3天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較,用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理計算，Sigma Plot軟件繪圖，所得結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)溫度對種子萌發(fā)的影響

隨溫度升高發(fā)芽率、發(fā)芽勢呈先升后降的趨勢，溫度顯著影響沙棗種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(p<0.05)。20 ℃環(huán)境下，發(fā)芽率最高，為81.00%；其次是25 ℃處理，發(fā)芽率為75.67%；15～25 ℃之間發(fā)芽率差異不顯著，35 ℃發(fā)芽率最低，比20 ℃條件下低30.00%，二者之間差異顯著(p<0.05)。25 ℃條件下發(fā)芽勢最高，為59.67%，其次是30 ℃，發(fā)芽勢為45.00%，二者之間差異不顯著，15 ℃條件下發(fā)芽勢最低，為8.50%，比25 ℃條件下低51.17%，二者之間差異顯著(p<0.05)(表1)。低溫推遲萌發(fā)，發(fā)芽不整齊，高溫促進(jìn)萌發(fā)，縮短發(fā)芽周期。15 ℃與20 ℃條件下沙棗種子萌發(fā)高峰期出現(xiàn)在第9～10天，平均發(fā)芽周期延長，25～35 ℃條件下萌發(fā)高峰期出現(xiàn)在第4天，比15 ℃與20 ℃條件下平均短3～4 d，發(fā)芽高峰提前5～6 d。其中25 ℃處理在第4天單日平均發(fā)芽數(shù)最高，30 ℃與35 ℃單日平均發(fā)芽數(shù)明顯低于25 ℃，35 ℃處理下種子萌發(fā)后期死亡現(xiàn)象嚴(yán)重、幼苗發(fā)育不良(圖1)。綜上，高溫能縮短發(fā)芽周期，促進(jìn)種子提前萌發(fā)，但是發(fā)芽率低；低溫不利于沙棗萌發(fā)。

圖1 不同溫度對沙棗每日發(fā)芽數(shù)量的影響Fig.1 Effect of different temperatures on daily germination numbers of Elaeagnus angustifolia L.

2.2 熱激對沙棗種子萌發(fā)的影響

隨著熱激溫度的升高，發(fā)芽率、發(fā)芽勢呈現(xiàn)先升后降的趨勢。熱激顯著影響沙棗種子萌發(fā)(p<0.05)，高溫抑制沙棗種子萌發(fā)。30 ℃條件下發(fā)芽率最高，為84.80%，100 ℃發(fā)芽率最低，為58.08%，二者之間差異顯著(p<0.05)。發(fā)芽率從大到小的熱激處理溫度依次為30 ℃、50 ℃、40 ℃、60 ℃、20 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃，發(fā)芽率依次為84.8%、81.4%、72.8%、69.2%、62.8%、62.6%、62%、60%、58.8%。50 ℃條件下發(fā)芽勢最高，100 ℃條件下發(fā)芽勢最低，二者之間差異顯著(p<0.05)，發(fā)芽勢從大到小的熱激處理溫度依次為50 ℃、20 ℃、60 ℃、30 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃，發(fā)芽勢依次為55.8%、48.0%、47.2%、46.8%、45.6%、42%、34.2%、28.6%、17.4%，說明70 ℃以上熱激處理抑制沙棗種子萌發(fā)，但60 ℃、70 ℃熱激處理下，幼苗生長發(fā)育較快，率先出現(xiàn)種皮脫除現(xiàn)象(圖2)，70 ℃以上高溫處理下，種子萌發(fā)后期根尖枯死嚴(yán)重，20～30 ℃低溫處理下種子后期發(fā)霉嚴(yán)重。

圖2 不同溫度對沙棗種子萌發(fā)的影響Fig.2 Effects of different temperatures on seed germination of Elaeagnus angustifolia L.

表2 GA3對沙棗種子發(fā)芽率的影響Table 2 Effects of GA3 on seed germination rate of Elaeagnus angustifolia L.

2.3 GA3對沙棗種子萌發(fā)的影響

由表3、圖5可知，GA3處理對沙棗種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率有顯著影響(p<0.05)。50 mg/L GA3處理2 d沙棗發(fā)芽率最高，為83.2%，其次是50 mg/L GA3處理3 d、1 d，發(fā)芽率分別為76.2%、72.6%，三個處理之間發(fā)芽率差異不顯著，其中50 mg/L GA3處理2 d沙棗發(fā)芽率顯著高于其他GA3處理和對照。150 mg/L與250 mg/L處理的發(fā)芽率高于ck，350 mg/L處理2 d與3 d發(fā)芽率顯著低于對照。50 mg/L GA3處理2 d沙棗發(fā)芽勢最高，為69.4%，其次是50 mg/L GA3處理3 d，250 mg/L處理2 d、3 d，150 mg/L處理3 d，發(fā)芽勢分別為63.6%、62.0%、59.45、58.1%，五個處理之間發(fā)芽勢差異不顯著，其中50 mg/L GA3處理2 d沙棗發(fā)芽勢顯著高于其他GA3處理和對照。

圖3 熱激對沙棗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢的影響Fig.3 Effects of heat shock on seed germination rate and seed potential of Elaeagnus angustifolia L.

圖4 熱激對沙棗種子萌發(fā)的影響Fig.4 Effects of heat shock on seed germination ofElaeagnus angustifolia L.

圖5 GA3對沙棗種子發(fā)芽勢的影響 Fig.5 Effects of GA3 on seed germination potential of Elaeagnus angustifolia L.

表3 GA3對沙棗種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率的影響 Table 3 Effects of GA3 on seed germination potential and seed germination rate of Elaeagnus angustifolia L.

對照與50 mg/L處理下，隨時間延長沙棗種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢呈先升后降的趨勢，以處理2 d效果最佳，150 mg/L與250 mg/L處理的發(fā)芽率與發(fā)芽勢變化趨勢隨時間延長變化不明顯，350 mg/L的發(fā)芽率與發(fā)芽勢隨時間延長呈降低趨勢，350 mg/L的發(fā)芽率與發(fā)芽勢都是1 d最佳，說明低濃度下隨浸泡時間延長發(fā)芽率先升后降，高濃度下隨時間延長發(fā)芽率呈下降趨勢。

圖6 GA3對沙棗種子根長的影響Fig.6 Effects of GA3 on seed root length of Elaeagnus angustifolia L.

相同處理時間下，隨GA3濃度增加發(fā)芽率呈降低趨勢。 浸泡1 d處理下，GA3處理沙棗種子發(fā)芽率大于對照；浸泡2 d、3 d處理下，350 mg/L GA3處理沙棗種子發(fā)芽率顯著低于對照，其他GA3處理沙棗種子發(fā)芽率大于對照。相同處理時間下，GA3處理下沙棗種子發(fā)芽勢大于對照，隨GA3濃度增加發(fā)芽勢呈降低趨勢。浸泡1 d處理下250 mg/L處理發(fā)芽勢最高，與50 mg/L處理發(fā)芽勢差異不顯著；浸泡2 d處理下，50 mg/L處理發(fā)芽勢顯著高于其他處理；浸泡3 d處理下，50 mg/L處理發(fā)芽勢最高，與150 mg/L處理和250 mg/L處理發(fā)芽勢差異不顯著。

方差分析表明，沙棗種子用不同濃度GA3浸泡不同時間后，發(fā)芽率存在極顯著差異(p<0.01)，發(fā)芽勢在不同時間處理下存在顯著差異(p<0.05)，不同濃度處理下差異不顯著。濃度與時間的交互作用達(dá)到顯著水平(p<0.05)，說明50 mg/L的GA3浸泡沙棗種子2 d能夠起到催芽效果(表3)。

GA3浸泡種子對胚根的發(fā)育有一定影響，所有GA3處理的根長都大于ck，50 mg/L的GA3浸泡沙棗種子3 d處理下，根長最長。在0～250 mg/L濃度下，同濃度處理，浸泡3 d的根長大于2 d與1 d,350 mg/L處理中2 d的根長最長，其次是1 d、3 d；相同處理時間，隨GA3濃度增加，所有時間處理的根長都表現(xiàn)為先升高后降低趨勢,其中2 d與3 d處理在50 mg/L濃度下根長最長，1 d處理在250 mg/L濃度下根長最長。說明增大濃度可以減少浸泡時間，但是1 d處理在250 mg/L濃度下根長小于2 d與3 d處理在50 mg/L濃度下的根長。

3 討 論

種子休眠是長期適應(yīng)環(huán)境選擇的結(jié)果，種子萌發(fā)受內(nèi)部信號與外部環(huán)境雙重信號控制[23]。環(huán)境中影響種子萌發(fā)的初始條件是溫度,一定溫度范圍內(nèi)，種子的發(fā)芽率會隨著溫度升高呈現(xiàn)上升趨勢，但是溫度過高會迫使酶活性和細(xì)胞膜透性發(fā)生改變，從而抑制種子的萌發(fā)[24]。不同植物之間的發(fā)芽溫度差別很大，紅柄白鵑梅在15 ℃條件下萌發(fā)效果最佳[25]，徐來仙等[26]在研究5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃等環(huán)境條件對羽扇豆萌發(fā)的影響時，發(fā)現(xiàn)5～15 ℃低溫萌發(fā)效果最好，其中10 ℃條件發(fā)芽率最高；毛冬青種子萌發(fā)的所需溫度條件比較苛刻，25 ℃是其萌發(fā)溫度[27]。沙棗萌發(fā)溫度范圍較寬，15～35 ℃種子都能萌發(fā)，隨溫度的升高，沙棗種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢先升高后降低，其中20 ℃發(fā)芽率最高，25 ℃發(fā)芽勢最高。低溫延長發(fā)芽周期，高溫縮短發(fā)芽周期，綜合分析認(rèn)為，25 ℃萌發(fā)效果最佳。

影響種子萌發(fā)的自身因素主要有胚的成熟度、內(nèi)源激素及種皮。目前認(rèn)為高溫是自然打破種皮的主要因素，高溫會破壞種子的不透膜，促進(jìn)種子吸水萌發(fā)。蔣克研等[28]發(fā)現(xiàn)，80 ℃熱激5 min能顯著提高毛赤楊的發(fā)芽率，120 ℃處理5 min，其發(fā)芽率顯著下降[28]，巴麗娜等[29]研究認(rèn)為，70～110 ℃熱激抑制大青楊種子萌發(fā)?？梢姴煌参镩g對熱激存在較大差異。本試驗中30 ℃熱激的發(fā)芽率最高，50 ℃熱激發(fā)芽勢最高，70 ℃以上熱激處理沙棗種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均顯著下降，80 ℃以上熱激處理，種子萌發(fā)后期根尖干枯死亡(見圖4)。Webster等[30]研究認(rèn)為，種皮因受熱破裂減少阻礙，使得生長能力較弱的胚也能萌發(fā)，熱激還能促成種子中調(diào)控種子萌發(fā)的蛋白質(zhì)重新合成，促進(jìn)萌發(fā)。沙棗種子種皮堅硬，經(jīng)過不同水溫處理，種皮開裂透性增加，而且溫度越高開裂程度越大，沙棗種子最高發(fā)芽率與種皮脫除所需熱激溫度不一致，紫斑牡丹種子具有上下胚軸雙重休眠的特性[31]，沙棗種子是否具有這種特性還需后續(xù)試驗驗證；福建與連云港的構(gòu)樹種子在光照條件下發(fā)芽率顯著提高，但胚根生長受到抑制，構(gòu)樹種子萌發(fā)與生長對環(huán)境的要求不同[10]。沙棗種子萌發(fā)與生長所需條件是否一致，還需后續(xù)試驗驗證。

赤霉素通過對胚乳的軟化，促進(jìn)水解酶的表達(dá)，降低胚根尖的機(jī)械阻力，從而促進(jìn)萌發(fā)[32]。外施GA3能夠影響種子內(nèi)部體內(nèi)信號傳導(dǎo)與激素水平，內(nèi)部激素水平影響激素的應(yīng)答，調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)，從而影響種子的萌發(fā)、生長及發(fā)育[33]。不同植物材料對赤霉素的敏感程度不同，一般呈現(xiàn)低促高抑的現(xiàn)象，劉孝欣等[9]用GA3對燕麥種子的處理中發(fā)現(xiàn)，超過200 mg/L對燕麥種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用， 50 mg/L與150 mg/L能夠促進(jìn)種子萌發(fā)。賈鑫等[34]認(rèn)為，400 mg/L GA3處理適合多葉棘豆種子萌發(fā)；在辣椒種子萌發(fā)的研究中，30 mg/L GA3處理既能提高辣椒種子萌發(fā)率又能促進(jìn)根系前期的生活力[35]。本試驗中50 mg/L的GA3處理下，沙棗種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢最高，同時還能促進(jìn)根的發(fā)育，這與處理其他植物種子的效果一致，促進(jìn)根的生長是GA3能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂的緣故[36]。盧精林等[37]研究發(fā)現(xiàn)，新疆大果沙棗種子用100 mg/L GA3處理最好。本試驗結(jié)果與之存在差異，是由于兩個試驗種源不同，操作方法不同。本試驗還發(fā)現(xiàn)，增大濃度可以減小處理時間，但是低濃度長時間對根長發(fā)育好于高濃度短時間的處理效果。GA3處理種子，不僅能夠提高其發(fā)芽質(zhì)量，還能促進(jìn)根的生長，幼苗的發(fā)育，提高了種子綜合價值及性能。

4 結(jié) 論

培養(yǎng)溫度、GA3和熱激處理顯著影響沙棗種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢，沙棗種子萌發(fā)最適溫度為25 ℃，50 mg/L GA3浸泡2 d能夠提高其發(fā)芽率與發(fā)芽勢，同時還能促進(jìn)根長的生長發(fā)育，30～50 ℃的熱激也能促進(jìn)沙棗萌發(fā)。