温度和光照对不同预处理野生甘草种子萌发和幼苗生长的影响

马海鸽, 蒋 齐,, 王占军, 刘 华, 何建龙

(1.宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室, 银川 750021;2.宁夏农林科学院 荒漠化治理研究所, 银川 750002)

温度和光照对不同预处理野生甘草种子萌发和幼苗生长的影响

马海鸽1, 蒋 齐1,2, 王占军2, 刘 华2, 何建龙2

(1.宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室, 银川 750021;2.宁夏农林科学院 荒漠化治理研究所, 银川 750002)

为确定甘草种子萌发和幼苗生长的最佳温度和光照条件，利用生化培养箱研究了不同温度和光照条件对浓硫酸预处理、清水预处理的野生乌拉尔甘草种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明：(1) 浓硫酸预处理能够显著提高甘草种子发芽率，且发芽更整齐；(2) 甘草种子从10～40℃都可以发芽，但过低或过高的温度会延缓甘草种子的发芽进程且抑制幼苗生长，乌拉尔甘草出芽和幼苗生长最适宜的温度是20～30℃；(3) 清水预处理的种子适宜在光照10 h/d条件下萌发，浓硫酸预处理能够降低甘草种子萌发对光的依赖性，全黑暗条件能够促进甘草幼苗胚根和胚轴的生长。野生乌拉尔甘草种子适宜在20～30℃、光照10 h/d条件下萌发，20℃最适宜甘草幼苗胚根生长，30℃最适宜胚轴生长

温度; 光照; 乌拉尔甘草; 种子萌发; 幼苗生长

乌拉尔甘草(Glycyrrhizauralensis)为豆科(Leguminosae)甘草属(Glycyrrhiza)多年生草本植物[1]，国家二类保护植物，以根及根茎入药，是国家重点专控药材[2]。随着以甘草为原料的中药保健品、中成药的不断开发利用以及在化妆品、食品、烟草等行业的拓展，国内外市场对甘草的需求量大增，使甘草野生资源急剧下降[3]。自然状态下野生甘草种子硬实率高，萌发率很低，主要原因是种子表皮内增厚的栅栏状细胞纵向排列成行且很紧密，其内侧为一列厚壁的柱状细胞，造成种皮致密，透水、透气性差，提高发芽率的主要措施是打破种皮限制[4]。光照和温度对种子萌发和幼苗建立都具有重要影响[5-6]，适宜的光照和温度是种子萌发和幼苗建立及生长的重要条件。温度过高或过低都可能引起种子休眠或抑制种子萌发及幼苗生长[7-13]。关于温度和光照对野生甘草种子萌发的影响研究甚少[14]，本实验研究光照和温度对不同预处理野生乌拉尔甘草种子萌发和幼苗生长的影响，确定甘草种子萌发和幼苗生长的最佳温度和光照条件，以期为野生乌拉尔甘草种质资源的保护和利用及人工栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验用甘草种子来源于宁夏盐池县王乐井乡狼洞沟野生甘草采种基地。王乐井乡狼洞沟海拔1 548 m，位于东经106°54′48.69″，北纬37°50′41.39″，属于典型的大陆性气候，干旱少雨，风大沙多，植被稀少，年降雨量250 mm左右，主要集中在7—9月3个月，蒸发量在2 179.8 mm，年平均气温在8.5℃，大于10℃的积温2 944℃，年平均风速2.6 m/s，大风天数为15～20 d，绝对无霜期128 d。

1.2 种子萌发

精选种粒饱满程度一致、颜色淡绿的野生乌拉尔甘草种子分成两组，第一组经98%浓硫酸浸润2 h后用蒸馏水冲洗数遍至中性，第二组用清水浸润2 h备用。经测定本实验所用野生甘草种子硬实率[15]为86%。

1.2.1 温度对种子萌发的影响 设置10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，40℃共6个恒温，6个水平，选取野生甘草种子50粒置于垫有两层滤纸的培养皿中，每组6个重复，置于生化培养箱中光照为10 h/d培养，光照强度为4 000 lx，每天补充水分以防干燥。

1.2.2 光照对种子萌发的影响 设置全光照(L)、光照10 h/d(L-D)、全黑暗(D)三个水平，选取野生甘草种子50粒置于垫有两层滤纸的培养皿中，每组6个重复，置于生化培养箱中25℃恒温条件下进行种子萌发实验，每天补充水分以防干燥。

1.3 指标测定

从种子置床之日起，每天定时观察记录，胚根露出种皮时记录为发芽种子，第14天结束发芽试验。第7天在第一组中每处理选取30株幼苗测量胚根长和胚轴长，并计算种子萌发指标。其中，发芽率(GR)=供试种子发芽粒数/供试种子总数×100%，发芽势(GP)=第3天种子发芽粒数(一般以最初1/3d内发芽种子数计)/供试种子总数×100%，萌发指数(GI)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为第t天的发芽粒数，Dt为相应的发芽天数[16-19]，活力指数(VI)=平均胚根长度×GI[2,20]，相对光萌发率(RLG)=全光照下萌发率Gl/(全光照下发芽率Gl+全黑暗下发芽率Gd)，RLG在0(越接近0，表示种子倾向于在低光照或黑暗条件下达到较大的萌发率)到1(越接近1，表示种子倾向于在高光照条件下达到较大的萌发率)[21]。

1.4 数据处理

试验数据输入计算机Excel表格进行统计并制图，应用SPSS 17.0统计软件进行单因素方差分析。在进行多重比较之前进行方差齐次性检验。

2 结果与分析

2.1 温度对野生甘草种子萌发的影响

温度对野生甘草种子萌发的影响十分明显，硫酸预处理可以极大地提高野生甘草种子在不同温度下的萌发率(图1)。6个温度梯度中，除10℃以外，硫酸预处理的甘草种子均在第3～5天达到发芽最高峰，15～30℃处理在第5～6天趋于稳定，40℃处理在第10天后趋于稳定(图1A)。清水预处理的甘草种子在10℃处理下没有明显的发芽高峰期，15～25℃处理在第8～10天达到高峰，30℃处理第5～6天达到高峰期随后变得缓慢，各处理在12～14天基本趋于稳定(图1B)。

图1 不同温度下野生甘草种子的萌发进程

经过硫酸预处理后，甘草种子的发芽势在25℃时达到最高(94.00%±1.26%)，20℃，30℃之间差异不显著(P>0.05，下同)，但都显著低于25℃(P<0.05，下同)，15℃，40℃，10℃依次显著降低(图2A)。发芽率在15℃时达到最高(95.33%±1.03%)，与25℃差异不显著，显著高于其他处理，10℃，20℃，30℃之间无显著差异，40℃时显著降低(65.67%±2.94%)(图2B)。萌发指数在25℃时最高(24.83±1.84)，随温度上升和下降而显著降低(图2C)。活力指数在20℃时达到最高(580.02±29.03)，其次为30℃，25℃，15℃，各处理之间差异显著，10℃时最低(12.05±0.84) (图2D)。经过清水预处理后，甘草种子的发芽势在30℃达到最高(9.00±2.00%)，25℃、40℃时略有降低，但差异不显著，随温度继续下降，发芽势逐渐降低且差异显著(图2A)。发芽率在30℃时最高(24.33%±1.15%)，25℃，20℃时略有降低但差异不显著，15℃，40℃显著降低，10℃时最低(9.33%±0.58%)(图2B)。萌发指数在30℃时最高(6.68±0.71)，25℃时略有降低但差异不显著，40℃，20℃，15℃，10℃萌发指数依次下降且显著低于25℃(图2C)。活力指数在25℃时达到最高(92.12±7.84)，30℃时略有降低但差异不显著，20℃时略低于30℃但差异不显著，15℃，10℃，40℃活力指数依次下降却显著低于20℃(图2D)。

图2 不同温度下野生甘草种子的萌发

注：同一指标不同小写字母表示在0.05水平上差异显著(LSD)。下同。

2.2 光照对野生甘草种子萌发的影响

光照对野生甘草种子萌发有明显的影响，硫酸预处理可以极大地提高甘草种子在不同光照条件下的萌发率(图3)。三种光照条件下，经过硫酸预处理的甘草种子在第3到4天均达到发芽最高峰，在第5～6天达到稳定。清水预处理的甘草种子发芽率在实验期内没有明显的高峰期，在第10～12天基本趋于稳定。

图3 不同光照下野生甘草种子的萌发进程

经过浓硫酸预处理后，甘草种子在不同的光照条件下发芽势、发芽率、萌发指数无显著性差异(图4A，B，C)。活力指数在全黑暗处理下最高(788.65±29.23)，比全光照和光照10 h/d处理高257.91和472.79，各处理间差异显著(图4D)。经过清水预处理后，光照10 h/d处理的甘草种子发芽势最高(8.33%±0.58%)，显著高于全黑暗处理，与全光照处理之间无显著差异(图4A)。全光照和光照10 h/d处理之间发芽率无显著差异，但均显著高于全黑暗处理，光照10 h/d条件下最高(21.33%±3.51%)(图4B)。萌发指数在光照10 h/d条件下最高(6.35±0.548)，显著高于全黑暗处理(图4C)。活力指数在光照10 h/d条件下最高(22.10±3.64)，显著高于全光照和全黑暗处理(图4D)。清水预处理的甘草种子相对光萌发率为0.6，硫酸预处理的种子相对光萌发率为0.5。

图4 不同光照下野生甘草种子的萌发

2.3温度和光照对野生甘草幼苗生长的影响

光照10 h/d条件下，不同温度处理对甘草幼苗生长有显著影响。胚根在20℃时最长(31.66±2.25 mm)，其次为25℃，30℃，15℃，40℃，10℃，差异显著，10℃时最短(2.29±0.29 mm)且与40℃之间无显著差异(图5A)；胚轴在30℃时最长(12.93±1.32 mm)，显著高于其他处理，其次为20℃，25℃之间无显著差异，15℃时显著降低，10℃，40℃时胚轴几乎不能生长(图5B)。

图5 不同温度、光照下野生甘草幼苗的生长

25℃条件下，不同光照处理对甘草幼苗的生长有显著影响。胚根在全黑暗处理下最长(30.91±3.49 mm)，其次为全光照处理(23.05±2.38 mm)，光照10 h/d处理下最低(15.54 ±3.21 mm)，各处理间差异显著(图5C)；胚轴在全黑暗处理下最高(33.65±2.18 mm)，显著高于其他处理，全光照与光照10 h/d处理之间无显著差异(图5D)。

3 结论与讨论

浓硫酸是一种强氧化剂，浸种后能够强烈腐蚀种皮，使种胚吸水，透气性增加，从而提高种子的发芽率。与清水处理相比，经过浓硫酸预处理的野生甘草种子发芽率有显著的提高，光照10 h/d、25℃条件下经过浓硫酸处理的种子发芽率(95%)比清水处理(21%)提高了4.5倍，且发芽更整齐，基本在第3～5天达到高峰期。

温度是种子萌发的一个重要影响因素，适宜的温度可以促进种子萌发，温度过低或过高会明显影响萌发[22]。本研究表明，野生乌拉尔甘草种子的发芽温度范围较广，10～40℃都可以发芽，但过低(<15℃)或过高(40℃)的温度会延缓甘草种子的发芽进程，种子虽然能萌发，但是其活力指数还是会受到影响，40℃高温下甚至出现了种子腐烂的现象。植物种子发芽过程中，存在最佳发芽温度，有些种子的最佳发芽温度是一个定值[23-24]，而有些种子的最适发芽温度是一个固定的温度范围[25-26]。本研究结果表明，乌拉尔甘草出芽最适宜的温度是20～30℃，这与谭勇等的研究结果基本一致[14]。在此温度范围内，无论有无经过预处理，甘草种子都能够萌发，发芽相对整齐，且能保证较高的活力指数，也适合其胚根、胚轴的生长，过高或过低的温度甚至导致甘草幼苗胚轴不能生长。

光照也是影响种子萌发的一个重要因素，它可以刺激或抑制某些种子萌发[27]。本实验表明，经过浓硫酸预处理的甘草种子萌发受光照变化的影响较小，只有活力指数在全黑暗条件下最高，这主要是由于全黑暗条件下幼苗地下部分(胚根)生长比在有光照的条件下好；清水预处理的种子萌发受光照变化影响较大，全黑暗处理对甘草种子发芽有抑制作用，而光照对甘草种子萌发有一定的促进作用，这也是自然状态下野生甘草发芽率低的一个重要原因。相对光萌发率的计算表明清水预处理的种子倾向于在高光照条件下达到较大的发芽率，而硫酸预处理能够降低甘草种子对光的依赖性，这可能是因为光对种子萌发的影响主要是作为一种刺激信号，打破种子的休眠，而不是作为一种能量物质直接参与[28]，而硫酸预处理的主要作用也是破除种皮对种子萌发的影响，经过硫酸预处理后种子对光照打破休眠的要求降低，从而降低了种子萌发对光的依赖性。

综上所述，野生乌拉尔甘草种子适宜在20～30℃、光照10 h/d条件下萌发，硫酸预处理可以显著提高其发芽率并降低其对光的依赖性，在人工种植时可以作为参考确定种子播种的最佳时间，以提高种子发芽率，降低种子用量和生产成本。20℃最适宜甘草幼苗胚根生长，30℃最适宜胚轴生长，全黑暗条件有利于甘草胚根和胚轴生长，人工栽培时可以此作为选择依据。该研究主要从不同恒定温度和光照时间对野生甘草种子萌发和幼苗生长进行了探讨，而有关于温度和光照对甘草种子萌发的影响有待于进一步研究，例如从变温条件、光照强度、光质等方面进行研究，从而为野生甘草的资源保护和利用提供更全面的理论依据。

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京:科学出版社,1998:167-175.

[2] 刘长利,王文全,魏胜利.干旱胁迫对甘草种子吸胀萌发的影响[J].中草药,2004,35(12):1402-1405.

[3] 丘明新,刘家琼.我国干旱地区甘草草地资源的利用与保护[J].自然资源学报, 1993,8(4):314-321.

[4] 葛淑俊,李秀凤,谭冰海,等.不同处理对乌拉尔甘草种子发芽率及过氧化物酶活性的影响[J].种子,2008,27(9):42-45.

[5] 卢彦昌,张文辉,陆元昌.黄龙山林区不同培育措施对辽东栎种群结构与动态的影响[J].西北植物学报,2006,26(7):1407-1413.

[6] 闫兴富.辽东栎的繁殖体及其与种群更新的关系[J].西北林学院学报,2008,23(5):103-107.

[7] 马杰,阎文杰,李庆芬,等.东灵山辽东栎虫损种子调查[J].生态学杂志,2008,27(2):282-285.

[8] 贺顺钦,发其.辽东栎苗木早期生长与光的关系[J].林业科学研究,2001,14(6):697-700.

[9] 李荣,张文辉,何景峰,等.不同间伐措施对辽东栎幼苗自然更新及生长状况的影响[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2011,39(1):52-60.

[10] 任坚毅,林玥,岳明.太白山红桦种子的萌发特性[J].植物生态学报,2008,32(4):883-890.

[11] 王晗生.干旱影响下人工林的天然更新进程[J].干旱区研究,2012,29(5):743-750.

[12] 吴彦,刘庆,何海,等.光照与温度对云杉和红桦种子萌发的影响[J].应用生态学报,2004,15(12):2229-2232.

[13] 闫兴富,曹敏.种皮和环境温度对橡胶树种子萌发的影响[J].热带亚热带植物学报,2009,17(6):584-589.

[14] 谭勇,李鹏,成玉怀,等.温度对不同品种甘草种子萌发的影响[J].安徽农业科学,2009,7(6):2365-2367.

[15] 刘丽莎.硫酸处理药用植物硬实种子的研究[J].中国中药杂志,1997,22(2):75-77.

[16] 颜启传,毕辛华.国际种子检验规程[J].北京:农业出版社,1985.

[17] 陈志刚,张红蕊,周晓红,等.铝胁迫对黑麦草种子萌发和幼苗生长的影响[J].水土保持研究,2011,18(4):207-210.

[18] 段慧荣,李毅,马彦军.PEG胁迫对沙冬青种子萌发过程的影响[J].水土保持研究,2011,18(3):221-225.

[19] 张聃,曹昀,郑林.湿地松种子萌发对模拟水分胁迫的响应[J].水土保持研究,2011,18(1):188-191.

[20] 邹瑜.植物生理生化实验指导[M].北京:中国农业出版社,1995.

[21] Milberg P, Andersson L, Thompson K. Large seeded species are less dependent on light for germination than small-seeded ones[J]. Seed Science Research,2000,10(1):99-104.

[22] 秦勇,原丽华.龙蒿种子发芽特性研究[J].种子,2006,25(8):30-31.

[23] Flannigan M, Woodward F. A laboratory study of the effect of temperature on red pine seed germination[J]. Forest Ecology and Management,1993,62(1):45-156.

[24] Grimstad S O, Frimanslund E. Effect of different day and night temperature regimes on greenhouse cucumber young plant production, flower bud formation and early yield[J]. Scientia Horticulturae,1993,53(3):191-204.

[25] Cony M, Trione S. Germination with respect to temperature of two Argentinian Prosopis species[J]. Journal of Arid Environments,1996,33(2):225-236.

[26] Orozco-Almanza Ma S, de León-García L P, Grether R, et al.Germination of four species of the genus Mimosa (leguminosae) in a semi-arid zone of Central Mexico[J]. Journal of Arid Environments,2003,55(1):75-92.

[27] 杨利平,宋满珍,张晶.光照和温度对百合属6种植物种子萌发的影响[J].植物资源与环境学报,2000,9(4):14-18.

[28] Bewley J D, Black M. Physiology and biochemistory of seeds[M].New York: Plenum Press,1982.

EffectsofLightandTemperatureonSeedGerminationofGlycyrrhizauralensisunderDifferentPretreatment

MA Hai-ge1, JIANG Qi1,2, WANG Zhan-jun2, LIU Hua2, HE Jian-long2

(1.KeyLabforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwesternChinaofMinistryofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.DesertInstituteofAcademyofAgricultureandForestrySciencesofNingxia,Yichuan750002,China)

In order to determine the best temperature and light conditions forGlycyrrhizauralensisseed germination and seedling growth, the effects of different light and temperature conditions on the germination ofGlycyrrhizauralensisseed under the pretreatment of concentrated sulfuric acid and water were analyzed in the biochemical incubator. The results indicated that: (1) the pretreatment of concentrated sulfuric acid significantly increased the germination rate and made the germination nearly keep in the same time; (2) the germination temperature forGlycyrrhizauralensisseed was 10～40℃, but it would inhibit seed germination and seedling growth when the temperature was too high or too low, the optimum temperature was 20～30℃; (3) seed under pretreatment of water was readily germinated when the light was given for 10 h/d, and pretreatment of concentrated sulfuric acid can reduce seed dependence on light, full dark can accelerate the growth of seedling radicle and hypocotyl. The suitable germination condition ofGlycyrrhizauralensisseed was 20～30℃, lighting 10 h/d, 20℃ was suitable for seedling′s radicle, while 30℃ was favorable for the hypocotyl.

temperature; light;Glycyrrhizauralensis; seed germination; seedling growth

2013-12-05

：2013-12-19

宁夏科技支撑计划项目“甘草种子繁育及提高种子成苗率研究”(2012zzs49);国家科技支撑计划项目(2011BAI05B01)

马海鸽(1988—),女(回族),宁夏银川人,硕士研究生。主要从事退化生态系统恢复方面的研究。E-mail:383121712@qq.com

蒋齐(1965—),男,宁夏银川人,研究员,主要从事资源与环境方面的研究。E-mail:ycjqnx@163.com

S567.7+1

：A

：1005-3409(2014)05-0225-05