河北木藍種子萌發(fā)特性研究

郭麗娜, 何必鳳

(六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水 553004)

0 引言

河北木藍(IndigoferabungeanaWalpers)隸屬豆科(Leguminosae)木藍屬(Indigofera)，是一種多年生直立灌木，具有覆蓋廣、固土力強、抗逆性強、水土保持功能良好等優(yōu)點[1～2]。河北木藍不僅可作為道路邊坡、沙漠、荒地等閑散地的良好綠化材料，也能保持水土，恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境[3～5]。

種子硬實雖可以長時間保持種子生活力，利于種群的延續(xù)及傳播，但因硬實種子具有種皮堅硬、透性低等特點，會造成播種栽培時種子發(fā)芽率低，萌發(fā)進程減慢，出苗不整齊等問題，嚴重時可能出現(xiàn)缺苗斷壟現(xiàn)象[6～7]，因此必須對種子進行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｄ舅{屬植物以播種繁殖為主，種子具有野生豆科植物的共性，硬實率較高，所以破除種子硬實是提高河北木藍種子萌發(fā)的關(guān)鍵[8～11]。鑒于此，筆者研究以河北木藍種子為研究對象，對破除河北木藍種子的硬實及萌發(fā)條件進行了研究，為其綠化栽培恢復(fù)生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020年11-12月于六盤水師范學(xué)院明湖濕地公園尋找生長健壯的野生河北木藍母樹(胸徑5.14 cm)，然后在同一棵母樹上采集河北木藍種子，待河北木藍種子自然陰干后，將其放入4℃冰箱中儲藏備用。挑選顆粒飽滿、大小一致的河北木藍種子，0.1%高錳酸鉀溶液浸泡10 min后，蒸餾水沖洗5遍，再用濾紙將水分吸干備用。然后將種子均勻放入墊有兩層濕潤的濾紙培養(yǎng)皿中，并將其置于25℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行萌發(fā)(光照培養(yǎng)箱型號：GZX-300P，光照周期：L∶>D=12 h ∶>12 h，光照強度：3000 lx)。每隔24 h觀察并記錄種子萌發(fā)情況，每3 d更換一次濾紙及蒸餾水，保持濾紙濕潤。

1.2 試驗方法

1.2.1 河北木藍種子形態(tài)特征與硬實率研究 種子形態(tài)的觀察：選取100粒飽滿河北木藍種子在解剖鏡下觀察外部特征(如顏色、形狀、大小等)，并統(tǒng)計河北木藍種子的縱徑及橫徑長度。

種子硬實率：隨機挑選50粒飽滿河北木藍種子，用蒸餾水中浸泡24 h后，統(tǒng)計未吸脹種子數(shù)，計算種子硬實率，重復(fù)3次。

1.2.2 不同處理方法對河北木藍種子萌發(fā)的影響 溫水浸種處理：將飽滿河北木藍種子(每處理50粒種子)置于盛有蒸餾水的燒杯中，再將其置于40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的恒溫水浴鍋內(nèi)20 min，自然冷卻后再浸泡24 h，然后置于25℃人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，以室溫冷水浸種處理為對照，重復(fù)3次。

濃硫酸處理：用98%濃硫酸浸泡河北木藍種子5 min、7 min、9 min、11 min、13 min，自來水沖洗10 min后，再用蒸餾水沖洗干凈，室溫冷水浸泡 24 h后置于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，每處理50粒種子，3次重復(fù)。

機械處理：采用針刺與磨砂兩種機械方法處理河北木藍種子，每處理50粒種子，3次重復(fù)。針刺處理的具體操作參照劉壯[12]等的方法，磨砂處理具體操作參照陳乙實[13]等的方法。

將篩選出的最佳溫水浸種處理、濃硫酸時間處理以及機械處理測得的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及種子活力指數(shù)進行對比研究，篩選出適宜河北木藍種子萌發(fā)的方法。

1.2.3 河北木藍種子吸水率測定 將不同處理方法(篩選出的能夠促進河北木藍種子萌發(fā)的最佳溫水浸種處理、濃硫酸時間處理、機械處理)及未經(jīng)任何處理的河北木藍種子各50粒放入盛有蒸餾水的燒杯中，分別保持25℃恒溫2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h、16 h、18 h、20 h、22 h、24 h、26 h、28 h、30 h后，取出種子，用濾紙吸干表面水分，稱重，記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)3次。

1.3 測量指標

河北木藍種子萌發(fā)判定標準：胚根突破種皮1 mm或者胚芽長度/種子長度>1/2為發(fā)芽開始，以萌發(fā)后連續(xù)3 d沒有新的萌發(fā)種子為萌發(fā)結(jié)束[14]。按下列公式計算發(fā)芽率、硬實率與吸水率：

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

硬實率=未吸脹種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

吸水率=[(Wt-W0)/W0]×100%(Wt為種子吸水t時間后種子質(zhì)量，W0為種子吸水前的初始質(zhì)量)。

萌發(fā)特性指標：發(fā)芽結(jié)束后測量河北木藍種子的胚根長、胚芽長，計算發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)。計算公式如下：

發(fā)芽勢=2～4 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt(式中Gt為t時間的每日新增發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)天數(shù))；

種子活力指數(shù)(VI)=S×GI(S為發(fā)芽結(jié)束后幼苗的平均胚根長)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

研究采用SPSS19.0軟件進行獨立樣本t檢驗與單因素方差分析，利用EXCEL2010軟件以及Adobe Photoshop CS 6軟件完成圖片的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北木藍種子形態(tài)特征與硬實率研究

河北木藍種子呈橢圓形、腎形、棕褐色，種臍黑色；種皮具蠟質(zhì)，較光滑并具有光澤，質(zhì)地較堅硬；種子縱徑平均為2.94±0.39 mm、橫徑平均為2.40±0.12 mm、千粒質(zhì)量為6.83 g、硬實率為55.33%。

2.2 不同處理對河北木藍種子萌發(fā)的影響

2.2.1 不同浸種溫度對河北木藍種子萌發(fā)的影響 不同浸種溫度下河北木藍種子的主要萌發(fā)時間主要集中在濃硫酸處理后的1～4 d(圖1)。40℃～60℃溫水處理可促進河北木藍種子萌發(fā)；浸種溫度70～80℃會抑制河北木藍種子萌發(fā)；浸種超過80℃河北木藍種子則完全不能萌發(fā)。由表1可知，河北木藍種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均隨浸種溫度的上升先升后降，且均在浸種溫度為50℃時達到最大值。河北木藍種子的發(fā)芽率在50℃與60℃溫水浸種處理下差異不顯著，但均極顯著高于其余處理(F=187.00，P<0.01)；50℃溫水浸種處理河北木藍種子，其發(fā)芽勢極顯著高于其余處理(F=40.23，P<0.01)；河北木藍種子發(fā)芽指數(shù)及種子活力指數(shù)在40℃、50℃、60℃溫水浸種處理下差異不顯著，但均極顯著高于其余處理(F=83.86，P<0.01；F=49.10，P<0.01)。

圖1 不同浸種溫度下河北木藍種子的發(fā)芽過程

表1 不同浸種溫度下河北木藍種子各項萌發(fā)指標比較

2.2.2 不同濃硫酸處理時間對河北木藍種子萌發(fā)的影響 由表2可知，河北木藍種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)均隨濃硫酸處理時間的延長先升后降，且均在濃硫酸處理9 min后達最大值。濃硫酸處理河北木藍種子9 min，其發(fā)芽率極顯著高于其余處理的結(jié)果(F=20.27，P<0.01)；濃硫酸處理河北木藍種子13 min，其發(fā)芽勢顯著低于其余處理的結(jié)果(F=12.58，P=0.03)；濃硫酸處理河北木藍種子13 min，其發(fā)芽指數(shù)極顯著低于其他處理的發(fā)芽指數(shù)(F=12.58，P<0.01)；濃硫酸處理河北木藍種子9 min、11 min后，其種子活力指數(shù)差異不顯著，但均顯著高于其余處理(F=10.43，P<0.01)。

濃硫酸處理河北木藍種子后，其主要萌發(fā)時間主要集中在濃硫酸處理后的1～3 d(圖2)。河北木藍種子發(fā)芽的各項指標在濃硫酸處理5 min、7 min、11 min后變化不大，發(fā)芽過程幾乎相同。

表2 不同濃硫酸處理時間下河北木藍種子各項萌發(fā)指標比較

圖2 不同濃硫酸處理時間下河北木藍種子的發(fā)芽過程

2.2.3 不同機械處理對河北木藍種子萌發(fā)的影響 機械處理河北木藍種子后，其主要萌發(fā)時間主要集中在機械處理后的1～5 d(圖3)。針刺與磨砂處理的河北木藍種子，其發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)無顯著差異(表3)。磨砂處理的種子發(fā)芽率與種子活力指數(shù)均顯著高于針刺處理的結(jié)果(t=5.50，P<0.01；t=3.15，P=0.03)。

表3 機械處理下河北木藍種子各項萌發(fā)指標比較

圖3 針刺和磨砂處理下河北木藍種子的發(fā)芽過程

2.2.4 不同處理方法對河北木藍種子萌發(fā)的比較研究 由表4可知，濃硫酸處理9 min后的河北木藍種子發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)均極顯著高于50℃溫水浸種與磨砂處理的結(jié)果(F=12.35，P<0.01；F=8.29，P<0.01)；濃硫酸處理9 min與磨砂處理的河北木藍種子發(fā)芽率無顯著差異，但均極顯著高于50℃溫水浸種處理(F=27.00，P<0.01)；濃硫酸處理9 min的河北木藍種子發(fā)芽勢最高，但各處理間的河北木藍種子發(fā)芽勢無顯著差異。因此，適宜河北木藍種子萌發(fā)的處理從高到低依次為濃硫酸處理9 min>磨砂>50℃溫水浸種。

表4 不同處理方法對河北木藍種子萌發(fā)的比較研究

2.3 不同處理方法對河北木藍種子吸水率的影響

由圖4可知，河北木藍種子吸水率隨處理時間的延長而逐漸上升。其中，A處理與B處理的河北木藍種子吸水率明顯低于C處理與D處理的種子吸水率。A、B處理的種子吸水率在10 h內(nèi)上升緩慢，10 h后迅速上升，并在30 h時吸水率達最大值，分別為34.66%、35.89%；C處理的種子吸水率在6 h內(nèi)迅速上升，6 h后吸水緩慢，22 h時吸水率達最大值，為96.70%；D處理的種子吸水率在4 h內(nèi)迅速上升，4 h后吸水緩慢，22 h時吸水率達最大值，為128.75%。因此，C處理與D處理尤其D處理可有效提高種皮透性，促進種子吸脹。

圖4 不同處理方法對河北木藍種子吸水率的影響

3 討論與結(jié)論

楊期和等[15]研究發(fā)現(xiàn)硬實率可能受種子形狀影響，其中苜蓿種子的硬實率以螺旋形的最高，其次為多角形和腎形。楊朝霞[16]等發(fā)現(xiàn)厚樸種子形狀呈三角形和倒卵形，種皮堅硬，呈黑褐色，硬而脆，從而導(dǎo)致其種子萌發(fā)效果較差。鄭慶鐘等[17]發(fā)現(xiàn)沙生針茅種子的吸脹率低是由于其種子外稃和種皮表面具有一層蠟質(zhì)所造成的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)河北木藍種子呈橢圓形、腎形；種皮具蠟質(zhì)，較光滑并具有光澤，質(zhì)地較堅硬，硬實率為55.33%，種子大小平均為2.94 mm×2.40 mm，說明河北木藍種子屬于硬實小型種子，與前人研究基本一致。

溫水浸種在軟化種皮的同時，還能去掉種皮表層的蠟質(zhì)和油脂，提高種皮透性，但不同種子破除硬實的適宜浸種溫度不一，應(yīng)視種子大小、種皮厚薄及浸種溫度而定[15]。多花木藍種子經(jīng)60℃溫水浸種后萌發(fā)率最高[18]。50℃溫水浸種可有效破除花木藍種子硬實率的影響，促進種子萌發(fā)[11]。筆者研究發(fā)現(xiàn)，50℃～60℃溫水浸種最適于河北木藍種子萌發(fā)，這與前人的研究結(jié)果基本一致。

濃硫酸處理是破除野生豆科種子硬實、促進種子萌發(fā)最有效的方法之一，不同豆科種子的處理時間不同[19]。胡金龍[20]等發(fā)現(xiàn)黑色小粒野大豆種子經(jīng)濃硫酸處理30～60 min后，發(fā)芽率高達90%以上。史磊[21]和牛言心[22]等研究發(fā)現(xiàn)，濃硫酸處理曼陀羅種子與胡枝子種子30 min可有效破除種子硬實。趙堂君[11]等研究發(fā)現(xiàn)，花木藍種子經(jīng)濃硫酸處理9 min后，萌發(fā)率高達70.67%。鄭健等[23]研究發(fā)現(xiàn)，濃硫酸處理野生花卉多花胡枝子種子10～30 min后，可有效提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)；喬亞科[24]等研究表明，野生大豆經(jīng)濃硫酸處理8～10 min后，種子萌發(fā)率高達91%。本研究發(fā)現(xiàn)，濃硫酸處理河北木藍種子9 min，可有效提高河北木藍種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、種子活力，發(fā)芽率高達98%，說明濃硫酸處理可有效破除河北木藍種子硬實。

機械處理可有效破除種子硬實，促進種子萌發(fā)。小刀破皮可以有效破除苦豆子種子[25]、杜鵑蘭種子[26]的機械障礙，提高種子萌發(fā)率。張立峰等[19]對兩型豆種子進行小刀切破種皮和砂磨處理后，發(fā)現(xiàn)兩種處理方法都能有效打破兩型豆種子的休眠，從而提高發(fā)芽率。楊超[27]發(fā)現(xiàn)納羅克非洲狗尾草種子經(jīng)針刺破種皮后，可顯著提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢。鄒天才[28]研究發(fā)現(xiàn)，砂磨處理貴州石筆木種子后，萌發(fā)率提高了3.34%。陳乙實[13]等發(fā)現(xiàn)苦豆子種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)在種子磨砂處理后分別提高了80%、80.83%、11.70%。樊鵬輝[29]研究發(fā)現(xiàn)，黃花棘豆經(jīng)沙磨處理后，種子萌發(fā)率可提高40%。筆者研究發(fā)現(xiàn)河北木藍種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)經(jīng)磨砂處理后分別提高了38.67%、24.66%、96.46%、47.67%，與前人的研究結(jié)果基本一致。

河北木藍種子屬于硬實性種子，其堅硬的種皮會影響種子的吸脹，導(dǎo)致萌發(fā)率較低，因此必須通過有效處理破除種子硬實、促進種子萌發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)處理的種子吸水率相比，濃硫酸處理9 min、磨砂處理的種子吸水速率明顯加快，河北木藍種子吸水率分別提高了62.04%、94.09%，說明破除種子硬實后可加快河北木藍種子內(nèi)氣體和水分的進出速度。綜上所述，50℃～60℃溫水浸種、濃硫酸處理9 min、磨砂處理均能有效打破種子硬實，顯著提高種子萌發(fā)相關(guān)指標，可作為河北木藍種子萌發(fā)的適宜條件，其中濃硫酸處理9 min最適宜河北木藍種子萌發(fā)。