摘 要:【目的】掌握輪臺白杏種子的最佳育苗方法,為高效科學(xué)育苗提供技術(shù)支撐,為揭示杏休眠機理提供理論依據(jù)。【方法】以輪臺白杏種子為研究對象,設(shè)置激素法、溫湯浸種法、低溫層積法、激素+ 低溫層積法打破種子休眠,統(tǒng)計發(fā)芽率,將萌發(fā)的種子播種到土壤中,30 d 后測定幼苗特性?!窘Y(jié)果】1)GA3 和溫湯浸種處理不去皮種子,發(fā)芽率很低,表明輪臺白杏具有種皮休眠特性。帶殼輪臺白杏種子經(jīng)低溫層積80 d 才開始萌發(fā),說明輪臺白杏具有種殼休眠特性。2)在不同處理中,有兩個處理方法發(fā)芽率及出苗率均較高,其中500 mg/L 的GA3 處理半去皮輪臺白杏種子,發(fā)芽率高達94.00%,出苗率高達88.00%,種苗根系發(fā)達,不易徒長,育苗成本最低,每千株為276 元,育苗效率最高。溫湯浸種輪臺白杏種子在50℃浸種全去皮輪臺白杏種子30 min,發(fā)芽率和出苗率均較高,分別為98.00% 和84.00%,成本較低,效率較高。低溫層積帶殼種子120 d 時發(fā)芽率最高為80.67%,所有低溫層積處理出苗率低于70%,育苗成本較高,效率最低。3)先用激素浸泡種24 h,后層積綜合處理發(fā)現(xiàn),輪臺白杏種子發(fā)芽率及出苗率均不高,且成本最高,育苗效率不高。【結(jié)論】杏具有種皮、種殼休眠特性。500 mg/L 的GA3 浸泡半去皮種子24 h 與50℃浸種全去皮輪臺白杏種子30 min,育種成本較低,效率較高,均可用作生產(chǎn)中的育苗方法。
關(guān)鍵詞:種皮休眠;種殼休眠;激素;低溫層積;溫湯浸種
中圖分類號:S662.2;S330.3 文獻標志碼:A 文章編號:1003—8981(2024)01—0168—10
輪臺白杏在新疆種植面積大,具有重要的經(jīng)濟價值及生態(tài)價值,但因特殊的氣候及地理環(huán)境,常年受倒春寒及土壤鹽堿化侵害,對杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了嚴重的阻礙[1-2]。通過培育抗性種質(zhì)資源及選育砧木能夠減少這些問題的發(fā)生。在生產(chǎn)中扦插育苗經(jīng)濟成本較高,成活率低[3],種苗培育是生產(chǎn)中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。杏種子種殼厚、種子小、休眠深,采收后有一個較長的休眠期[4],未經(jīng)處理的杏種子一般情況下發(fā)芽率極低,需要解除休眠才能萌發(fā)生長,育苗年限長是需要解決的突出問題。掌握打破杏種子休眠的方法,對加快繁育及提高苗木質(zhì)量具有重要的實踐意義。
種子休眠是植物自身的一種保護機制,植物在長期進化過程中調(diào)節(jié)最佳萌發(fā)時間和空間分布,以避免種子在不良環(huán)境中萌發(fā),但種子休眠給育苗工作者帶來了一定的困難[5-6]。杏具有生理的胚休眠特性,即在任何環(huán)境條件下都不能萌發(fā),其原因是胚本身代謝活動降低,具有生理障礙,需特殊處理完成生理后熟后才能萌發(fā)[7]。國內(nèi)外對種子休眠做了大量研究,將種子的休眠機理大致歸為兩大類:一類是內(nèi)源因素,一類是外源因素。內(nèi)源因素主要由種胚本身所引起的休眠,胚形態(tài)上未發(fā)育完成,生理上未成熟或存在抑制物質(zhì)[8]。外源因素是胚以外的種殼、種皮限制及種皮上存在抑制物質(zhì)[9]。從內(nèi)源因素打破種子休眠,常用低溫層積法和GA3 法,低溫層積促使種子生理后熟,GA3 促進種胚后熟,育苗效果良好,種苗生長質(zhì)量較好[10-11] 。解除種子外源因素限制,去除種殼、種皮,清水浸泡杏種子發(fā)芽率高達90%[12]。溫湯浸種增加種皮透性,50℃處理山杏種子5 min 時,種子萌發(fā)率高達80.02%[13]。導(dǎo)致種子休眠的原因大多是由綜合因素影響引起的,因此應(yīng)該采取相應(yīng)的綜合方法來解除其休眠[13]。目前尚無系統(tǒng)而全面的關(guān)于杏種子休眠的原因解釋,本試驗在前人研究的基礎(chǔ)上,提出促進種子培育的最適宜方式,掌握杏種子萌發(fā)的特性和規(guī)律,揭示杏種子的休眠機理,為杏的實生繁殖提供科技支撐。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗材料
于2022 年8—12 月開展試驗,種子購自新疆輪臺縣果園,為當(dāng)年飽滿度一致的白杏種子,試驗地點位于新疆農(nóng)科院園藝所試驗室。
1.2 試驗方法
采用培養(yǎng)皿紙床發(fā)芽法,將濾紙、蒸餾水、培養(yǎng)皿進行高溫高壓滅菌,每個皿內(nèi)墊雙層濕潤的濾紙,并加蓋1 層濕潤的濾紙。
1.2.1 激素處理方法
杏種子作全去皮、半去皮、不去皮處理。配制激素GA3 濃度分別為100、200 和500 mg/L,浸泡處理的種子24 h,浸泡前用1% 多菌靈消毒10 min。每日統(tǒng)計發(fā)芽率,每個處理3 次重復(fù),每個處理50 粒種子。
1.2.2 低溫層積處理方法
將種子作帶殼與去殼處理,用1% 多菌靈浸泡60 min 作消毒處理,將鋸末與水混均(濕度為手握成團,松手即散),種子與鋸末按1 ∶ 5 體積混合,放入在4 ℃冷庫中,分別低溫層積處理40、60、80、100、120 d 后統(tǒng)計發(fā)芽率。每個處理3 次重復(fù),每個處理50 粒種子。
1.2.3 溫湯浸種方法
將種子作全去皮、半去皮、不去皮處理在恒溫水浴鍋下,設(shè)置30 ℃分別浸種1、2、3 h,50℃分別浸種15、30、60 min,80 ℃分別浸種15、30、60 s,每日統(tǒng)計發(fā)芽率,每個處理3 次重復(fù),每個處理50 粒種子。
1.2.4 激素與低溫層積綜合處理方法
將種子作帶殼與去殼處理。配制激素GA3、NAA、2,4-D 分別為100、200、500 mg/L 浸種24h,用1% 多菌靈浸泡60 min 作消毒處理,放入4 ℃冷庫中,低溫層積處理60 d 后,統(tǒng)計發(fā)芽率。每個處理3 次重復(fù),每個處理50 粒種子。
1.3 統(tǒng)計分析
將已經(jīng)萌發(fā)的種子統(tǒng)一播種到營養(yǎng)土里,穴盤直徑長、寬分別為5 cm,每個穴盤播種1 粒種子。營養(yǎng)土為進口泥炭土,購自荷蘭。以胚根長出2 mm 記錄為發(fā)芽,以胚芽出土記錄為出苗,培養(yǎng)30 d 后測量每株苗的生長情況[14],測量指標為苗高(直尺)、葉片數(shù)、主根長(游標卡尺),側(cè)根數(shù)。采用Microsoft Excel 2019 軟件制表,Origin 2018 軟件作圖,SPSS 18.0 軟件進行方差分析。計算公式:發(fā)芽率(%)=(種子發(fā)芽總數(shù)/ 供試種子總數(shù))×100%;出苗率(%)=(出苗數(shù)/ 播種種子數(shù))×100%;育苗成本(元/1000 株)= 藥劑成本(多菌靈、激素)+ 器材成本(營養(yǎng)土、營養(yǎng)缽、育苗盤、種子、鋸末)+ 人力成本[15];育苗效率=1/ 出苗時間。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同濃度GA3 對輪臺白杏種子發(fā)芽及苗期生長的影響
由表1 可知,200 mg/L 與500 mg/L 的GA3處理的全去皮對種子發(fā)芽率沒有顯著差異(P >0.05),而200 mg/L 與500 mg/L 的GA3 處理下不去皮種子的發(fā)芽率顯著低于全去皮和半去皮(P <0.05),說明種皮對種子發(fā)芽的影響大于激素濃度。不同濃度下半去皮與不去皮種子的發(fā)芽率差異顯著(P < 0.05),半去皮與全去皮種子差異不大(P > 0.05),說明胚上半部分是影響種子發(fā)芽的主要原因。從苗期生長發(fā)育看,500 mg/L 的GA3處理全去皮種苗最高為31.60 cm,半去皮種子苗高為26.17 cm,說明高濃度GA3 處理下的全去皮種子苗期生長過快,易造成徒長。經(jīng)過GA3 處理的半去皮種子幼苗的主根長和側(cè)根數(shù)均大于全去皮種子,半去皮種子幼苗根系較為發(fā)達。由方差分析結(jié)果(表2)可知,GA3 濃度、種皮處理對輪臺白杏發(fā)芽率、出苗率、苗高、葉片數(shù)、主根長、側(cè)根數(shù)均有極顯著影響(P < 0.01)。
2.2 低溫層積對輪臺白杏種子發(fā)芽及苗期生長的影響
低溫層積時間及種殼處理對輪胎白杏種子發(fā)芽及苗期生長有顯著影響見表3,去殼種子發(fā)芽時間早于帶殼種子,60 d 時去殼種子開始發(fā)芽,而帶殼種子80 d 開始發(fā)芽。隨著低溫層積時間的增加,帶殼種子的發(fā)芽率逐漸增高,而去殼種子發(fā)芽率下降,這與去殼種子易感染霉菌有關(guān)。帶殼種子低溫層積120 d 發(fā)芽率最高,為80.67%。從出苗率看出,低溫層積種子的出苗率普遍低于70%,且?guī)しN子的出苗率高于去殼種子,這與去殼種子在土壤中易發(fā)霉有關(guān)。低溫層積對種子苗高、葉片數(shù)影響不顯著(P > 0.05)。經(jīng)低溫層積處理,40、60、80、100、120 d 去殼的種子主根長度大于帶殼的種子,說明種殼對種子根系生長有一定的限制作用。根據(jù)方差分析結(jié)果如表4,低溫層積時間、種殼處理對輪臺白杏發(fā)芽率、出苗率、苗高、葉片數(shù)、主根長均有極顯著影響(P< 0.01),種殼處理對輪臺白杏側(cè)根數(shù)影響不顯著(P > 0.05)。
2.3 溫湯浸種對輪臺白杏種子發(fā)芽及苗期生長特性的影響
由表5 知,不同溫度處理下,不去皮種子的發(fā)芽率均很低,說明種皮仍是限制種子發(fā)芽的重要因素之一。80 ℃浸種60 s,全去皮、半去皮、不去皮種子發(fā)芽率為0,說明80 ℃浸種60 s 是輪臺白杏的致死溫度和時間。30℃浸種,隨著時間的增加,發(fā)芽率均呈下降趨勢,說明浸種時間對于種子發(fā)芽有重要的影響。50 ℃浸種全去皮30 min,種子發(fā)芽率和出苗率均最高,分別為98.00%、84.00%。50 ℃浸種30 min 全去皮種子苗高、葉片數(shù)、主根長均大于同處理下半去皮種子,但是半去皮側(cè)根數(shù)顯著大于全去皮。根據(jù)方差分析結(jié)果由表6 可知,浸種時間和種皮處理對輪臺白杏發(fā)芽率、出苗率、苗高、葉片數(shù)、主根長、側(cè)根數(shù)均有極顯著影響(P < 0.01)。
2.4 不同激素與低溫層積綜合處理對輪臺白杏種子發(fā)芽及苗期生長的影響
如表7 所示,先用不同激素浸泡去殼與帶殼輪臺白杏種子,后低溫層積處理得到,輪臺白杏種子發(fā)芽率均不高,在70% 左右。綜合處理下輪臺白杏種子出苗率偏低,出苗率均在70% 以下,500 mg/L 的NAA 處理去殼種子出苗率最高,為68.33%,其次是200 mg/L GA3 處理去殼的種子的出苗率為62.00%,不同濃度2,4-D 處理下的種子出苗率均較低,說明2,4-D 不適合用作促進輪臺白杏種子出苗的激素。不同處理下,去殼種子的發(fā)芽率均高于帶殼種子,這是因為種殼的發(fā)芽時間晚于帶殼種子,種殼休眠未解除,導(dǎo)致種子發(fā)芽率不高。由表8 可知,激素類型對種子發(fā)芽率、出苗率,苗高、葉片數(shù)、主根長、側(cè)根數(shù)具有極顯著影響(P < 0.01)。激素濃度與種殼處理3 個因素互作對發(fā)芽率、出苗率有極顯著影響(P < 0.01),對側(cè)根數(shù)有顯著影響(P < 0.05),對苗高、葉片數(shù)、主根長影響不顯著(P > 0.05)。
2.5 不同處理方法對輪臺白杏育苗的綜合分析
不同處理方法對輪臺白杏育苗的綜合分析見表9,500 mg/L GA3 處理全去皮種子的發(fā)芽率最高,育苗效率最高,為0.166,成本最低,為276 元/1000 株,是效率最高、最經(jīng)濟的育苗方法。50 ℃下浸種30 min 的輪臺白杏種子的出苗率較高,育苗效率較高,為0.125,育苗成本較低,為303 元/1000 株,是一種效率較高、較為節(jié)約成本的育苗方式。低溫層積法處理帶殼種子,120 d 時出苗率不高,為66.33%,育苗需要120 d,周期最長,效率最低。500 mg/L 的NAA 激素與低溫層積綜合處理種子出苗時間為60 d,育苗效率較低,出苗率僅為68.33%,且育苗成本相較于其他方式最高,為557 元/1 000 株,生產(chǎn)上不建議采用激素+ 低溫層積綜合處理法。
試驗測定了不同處理下的種子發(fā)芽率、出苗率、苗高、葉片數(shù)、主根長、側(cè)根數(shù)指標,由于變量較多,很難判斷哪一種處理方法對種子發(fā)芽及幼苗生長影響最明顯,于是采用主成成分分析降維的方式,盡量排除干擾指標,獲得較為準確的種子處理方法。根據(jù)主成分分析圖所示(圖2),GA3 法、低溫層積、溫湯浸種處理下PC1 值均較高在80% 以上,可以解釋80% 以上的變量,可信度較高,而激素+ 低溫層積綜合處理方法PC1 值較低,可信度較差。在不同處理中,側(cè)根數(shù)指標較遠,離散度較高,不宜選作參考指標。GA3 處理下,發(fā)芽率與主根長相似度高,出苗率與葉片數(shù)相似度較高,可以考慮發(fā)芽率和出苗率2 個維度作為評價指標。低溫層積處理下,發(fā)芽率、主根長、出苗率相似度較高,苗高、葉片數(shù)、主根長相似度較高,可以考慮用發(fā)芽率和苗高作為評價指標。溫湯浸種下,側(cè)根數(shù)離散程度較高,發(fā)芽率、出苗率、主根長相似程度高,葉片數(shù)、苗高相似度高,可以考慮發(fā)芽率、苗高2 個指標。激素+ 低溫層積處理下離散程度較高,各項指標的系數(shù)分散度較高,可以從多方面綜合評價。綜上所述,出苗率、發(fā)芽率和苗高是評價種子生長發(fā)育的重要指標。
3 討 論
3.1 種皮、種殼對輪臺白杏種子萌發(fā)有明顯的抑制作用
本試驗中,發(fā)現(xiàn)未去皮種子即使經(jīng)過GA3 法及溫湯浸種法處理,種子發(fā)芽率仍很低,而半去皮與全去皮種子發(fā)芽率顯著提升。杏種皮的機械作用限制透氣、透水及溶質(zhì)透性,導(dǎo)致種子發(fā)芽率極低[16]。由此可推斷,杏具有種皮休眠特性。種皮機械阻力有限,種皮抑制物是阻礙種子萌發(fā)的主要原因[17-18],杏種皮是否存在抑制物有待進一步驗證。本試驗中,低溫層積帶殼的種子,發(fā)現(xiàn)去殼的種子發(fā)芽時間是早于帶殼的種子。這是由于種殼包覆結(jié)構(gòu)太硬,胚根或胚芽的生長力不足以穿透種殼,導(dǎo)致萌發(fā)時間較長。由此推斷,杏具有種殼休眠特性。
3.2 不同處理方式對輪臺白杏種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。
Amen[19] 提出種子休眠的激素控制模式,主要觀點是內(nèi)源抑制物與促進物的平衡決定了種子的休眠和萌發(fā)。施用外源GA3 能夠促進種子內(nèi)源GA3 的生物合成,降低ABA含量,促進水解酶活性,導(dǎo)致種子萌發(fā)[20-21]。GA3 可在短時間內(nèi)解除休眠[22],本試驗中,經(jīng)過GA3 處理的輪臺白杏種子3 d 后發(fā)芽,且經(jīng)GA3 處理后輪臺白杏的發(fā)芽率顯著提升。GA3 具有促使細胞伸長和促進細胞分裂的作用[23],本試驗中,500 mg/L GA3 處理全去皮輪臺白杏種子導(dǎo)致苗期莖和根生長較快,如不加以控制則會造成徒長,半去皮可解決這一問題。
低溫層積能促進種胚形態(tài)的建成并調(diào)節(jié)種子的生理生化,促進種胚形態(tài)發(fā)育,老山芹由心形胚發(fā)育為馬蹄形[24],大花貝母種胚從點狀發(fā)育至線形[25],從而有助于種胚突破種殼。在低溫層積的過程中,種殼中的種孔不斷變大,種皮得到軟化,透氣性增加,可促進種子完成一系列的生理生化變化[26]。低溫層積可促進赤霉素的增加,向激素平衡有利于萌發(fā)的方向轉(zhuǎn)化,有助于解除種子休眠[27]。本試驗中,隨著低溫層積時間增加,帶殼的輪臺白杏種子的發(fā)芽率不斷增加,120 d 時,帶殼種子發(fā)芽率最高為80.67%。
溫湯浸種軟化種皮,種皮透性增加,種子中的天然抑制物從種子中滲出。溫湯浸種間接調(diào)節(jié)內(nèi)源生長激素的平衡,有助于萌發(fā)[28]。本試驗表明,經(jīng)50℃種子浸種全去皮輪臺白杏30 min 種子發(fā)芽率最高達98%。適宜的浸種溫度及時間對種子萌發(fā)率具有顯著影響,30℃浸種全去皮輪臺白杏種子超過1 h,發(fā)芽率下降,這與過飽和吸脹對種胚造成損傷有關(guān)。
3.3 綜合處理對種子萌發(fā)特性的影響
對于休眠程度深的種子,需要綜合方法才能打破種子休眠。低溫層積有利于種苗后期生長發(fā)育,為了保留這一優(yōu)勢,生產(chǎn)中可先用激素浸泡種子,然后再進行低溫層積,加快了杏種子發(fā)芽速度,本試驗中60 d 輪臺白杏種子發(fā)芽,這與韓雪平等[29] 的研究結(jié)果一致。本試驗中,500 mg/L的NAA 處理去殼的輪臺白杏種子經(jīng)低溫層積后,發(fā)芽率最高為71.67%;高濃度的GA3 處理種子經(jīng)低溫層積,種子萌發(fā)率反而不高,這與高濃度激素浸泡去殼種子長時間低溫層積易滋生細菌有關(guān)。不同濃度2,4-D 處理下的種子經(jīng)低溫層積出苗率均較低,可見2,4-D 不適合用作促進輪臺白杏種子出苗的激素,其原因有待進一步研究。
從種子休眠機理的內(nèi)外因素入手,去除輪臺白杏休眠外因(種皮、種殼限制),調(diào)控休眠內(nèi)因(促進種胚后熟),打破休眠效果顯著,種子萌發(fā)率較高。本試驗僅研究了不同方法促進種子萌發(fā),未對種子萌發(fā)代謝途徑中的營養(yǎng)物質(zhì)、激素及基因啟動情況進行深入探究,今后可從打破休眠過程中的代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)及基因表達等方面進一步研究。
4 結(jié) 論
綜合分析發(fā)現(xiàn):輪臺白杏具有種皮、種殼休眠特性。生產(chǎn)中考慮育苗質(zhì)量、成本及效率等因素得出,低溫層積法處理后的輪臺白杏種子出苗率較高,但是育苗效率低,周期長。激素和低溫層積綜合處理輪臺白杏種子出苗率不高,且育苗成本高,操作繁瑣。GA3 處理去皮種子的發(fā)芽率較高且種苗生長特性較好,育苗效率最高,成本最低。溫湯浸種法探索最佳處理種子的溫度和時間,育苗效率較高,成本較低。
綜上所述,排除經(jīng)500 mg/LGA3 處理全去皮輪臺白杏種子造成的幼苗徒長,經(jīng)500 mg/L GA3處理半去皮輪臺白杏種子及50℃種子浸種30 min全去皮輪臺白杏種子的發(fā)芽率都達到了98%,出苗率均在80% 以上,生產(chǎn)中可用這2 種方法開展規(guī)?;皹藴驶?。
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[ 本文編校:趙 坤]
基金項目:新疆維吾爾自治區(qū)重點基金項目(XJCYTX-01,XJCYTX-03);天山英才創(chuàng)新人才青年拔尖人才項目(2022TSYCCX0068);中央引導(dǎo)地方- 特色果樹種質(zhì)創(chuàng)新與育種能力提升資助項目(228)。