不同方法处理对4种野生草种发芽率的影响

汤 前，邵 娇，周 倩，邬彩霞

(扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009)

不同方法处理对4种野生草种发芽率的影响

汤 前，邵 娇，周 倩，邬彩霞

(扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009)

试验采用了酸、碱、有机试剂、植物激素、热水浸泡、超声波以及擦破种皮等11种方法对4种野生草种进行处理。结果表明：所有方法处理对马唐的种子萌发均没有显著影响(P>0.05)；野豌豆种子在擦破种皮处理下，发芽率从1.11%提高到96.67%，达到极显著水平(P<0.01)，其他处理对野豌豆种子发芽率均无明显影响(P>0.05)；香附子和稗草种子在20% NaOH的方法处理下，发芽率分别从10%和2.22%提高到86.67%和58.33%，均达到极显著水平(P<0.01)；此外，1 000 mg/L赤霉素浸种处理也可极显著提高香附子种子的发芽率(P<0.01)。其他方法处理对香附子和稗草种子发芽率均无明显影响(P>0.05)。不同野生草种的休眠特性不同，试验选用的马唐种子无休眠性；野豌豆种子需物理破皮；20%的NaOH和1 000 mg/L赤霉素处理可打破香附子种子休眠；20%的NaOH处理能打破稗草种子休眠。

野生草种；破除休眠；发芽率

野生牧草是未经过人工驯化栽培，完全处在自然条件下生长发育和繁衍后代的牧草，常具备优良的抗性和品质[1]。野生牧草在长期的自然选择和频繁的除草压力下，形成了许多田间作物不具备的特殊的生物学特性和生长发育规律。但野生牧草种子的休眠特性常常给野生牧草的研究带来不利。

我国拥有丰富的野生草种质资源[2]，如香附子(Cyperusrotundus)、马唐(Digitariasanguinalis)、稗草(Echinochloacrusgalli)、野豌豆(Viciasepium)等，这些野生草种有很大的利用潜力。如香附子，不仅能防风固沙，还是重要的药用植物[3]，大面积种植不但能起到治理生态的功效，而且经济效益可观；马唐是南方非常普遍的野生牧草之一，分布很广[4]，其粗蛋白质和无氮浸出物含量较高，而粗纤维含量较低，营养价值较高，各类食草动物均可采食[5]；野稗草质柔嫩，营养价值高，其鲜草、干草各种家畜均喜食，其籽实可食用及酿酒，也可作畜禽的精料，根及幼苗可入药，全草可作绿肥[6]，茎叶纤维还可以造纸；野豌豆亦具有较高的营养价值和较强的抗寒特性，是高原牧区重要的蛋白饲料来源[7]，在畜牧业生产上具有重要的经济价值[8]。

但较低的发芽率导致有利用价值的野生牧草很难推广利用[9]。也正是因为发芽率较低，目前对于很多有价值的野生牧草在其生理特性、利用方式等方面的研究还比较少。因此，试验收集了4种我国田间常见野生草种香附子、马唐、稗草和野豌豆的种子为研究对象，通过不同的处理方法和发芽条件，研究了这4种野生草种子的破眠方法，以筛选出有效打破其种子休眠、提高其种子发芽率的方法，以期对野生牧草的研究和开发利用提供一定的理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试野生牧草种子于2012年6月～2013年9月采集于扬州郊区，晒干后储存于干燥阴凉处。采集时间、地点以及原始发芽率见表1。

1.2 试验方法

首先将4种野生草种先用1.0% NaClO溶液浸泡30 min，再用蒸馏水清洗5次。分别采用热水浸泡、浓硫酸、赤霉素、过氧化氢、丙酮、超声波、氢氧化钠、聚乙二醇等方法处理种子，野豌豆再单独设置一个擦破种皮处理。每个处理设置3个重复，每个重复50粒野生牧草种子(表2)。综合分析4种野生草种的发芽条件，将处理后的草种均匀播入铺有两层滤纸(TP)的直径为9 cm培养皿，25℃光照培养箱培养(光照时间12 h/d，光照强度4 000 lx)，采用完全随机区组设计。播种后每天滴加适量蒸馏水，使滤纸保持湿润，并统计所有发芽的种子数，计算发芽率。

表1 4种野生牧草种子的来源及原始发芽率Table 1 Source and original germination rates of 4 tested wild grass seeds

1.3 观察与统计

种子移入培养箱后每24 h记录1次，统计每日正常发芽粒数，持续统计10 d。在末次计数中参照《牧草种子检验规程》[10]和《国际种子检验规程》(2001版)[11]类似植物的鉴定标准将种子和幼苗归类，记录正常发芽苗数，计算发芽率。

发芽率(%)=n/N×100%

式中：n为发芽种子粒数，N为供试种子数。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0对4种野生牧草子发芽率的影响进行差异显著性分析，采用Excel 2013作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理方法对香附子种子发芽率的影响

PEG，H2SO4和GA3浸种6 h以及热水浸种处理均不能显著提高香附子种子的发芽率(P>0.05)；丙酮、H2O2和超声波处理能使香附子种子发芽率提高20%，与对照相比差异显著(P<0.05)；而用20% NaOH浸种6 h和用1 000 mg/L GA3培养分别使香附子发芽率从10%提高到了86.67%和71.67%，与对照相比达到极显著水平(P<0.01)，但这2种处理方法间无明显差异(P>0.05)(图1)。

图1 11种方法处理下香附子种子发芽率Fig.1 Effect of 11 treatments on seed germination of Cyperus rotundus注：不同小写字母表示处理差异显著(P<0.05)，**表示处理与对照组相比，差异达到极显著(P<0.01),下同

2.3 不同处理方法对马唐种子发芽率的影响

PEG、H2O2、H2SO4、NaOH和80℃以及100℃的热水浸种处理的马唐种子发芽率均为0，与对照相比差异不显著(P>0.05)，丙酮、超声波和2种赤霉素处理对马唐种子发芽率稍有提高，但与对照相比亦无明显差异(P>0.05)(图2)。

2.4 不同处理对稗草种子发芽率的影响

H2SO4、80℃以及100℃的热水浸种和1 000 mg/L赤霉素浸种6 h的处理方法对稗草种子的发芽率无明显影响(P>0.05)；PEG、30% H2O2、丙酮、300W超声波处理对稗草种子发芽率有一定的提高，但与对照相比差异不显著(P>0.05)，且处理间无明显差异；1 000 mg/L赤霉素培养和H2SO4处理能显著提高稗草发芽率(P<0.05)，此2种处理间无明显差异(P>0.05)；20% NaOH处理稗草种子，其发芽率比对照提高了56.11%，达到极显著水平(P<0.01)，且显著高于其他处理(图3)。

图2 11种方法处理下马唐种子发芽率Fig.2 Seed germination rates of Digitaria sanguinalis under 11 treatments

图3 11种方法处理下稗草种子发芽率Fig.3 Seed germination rates of Echinochloa crusgalli under 11 treatments

2.5 不同处理对野豌豆种子发芽率的影响

由于野豌豆种子较大，使用砂纸擦破种皮的方法，使种皮产生裂纹，水分沿裂纹进入种子，从而打破因种皮而引起的休眠。擦破种皮的处理使野豌豆种子发芽率提高95%，与对照相比达到极显著水平(P<0.01)，且显著高于其他处理方法(P<0.05)，其他处理对野豌豆种子的发芽率均无明显影响(图4)。

3 讨论

种子的萌发对植物的生长发育至关重要[12]。发芽策略不仅受生境影响，还受种子大小、种子散播机制、植物物候、植物寿命等因素影响[13]。在不良环境条件下，种子可能会选择休眠以保持其萌发的能力。休眠是种子抑制自身萌发以等待更适发芽条件的一种途径[14]，是多种野生植物种子的共同特性[15]。种子的休眠是植物在系统发育过程中长期自然选择的结果，主要用来抵抗外界不良环境，同时产生相应的一种生态特性，也是调节萌发最佳时间和空间分布的一种机制[16]。野生或栽培牧草种子以休眠的方式度过不良的环境，使其种质得以延续。种子休眠还可保证收获季遇到发芽适宜的天气不致在母株上萌发，造成损失；在贮藏期可采取各种措施加深并延长种子的休眠期，以增加种子的寿命。因此，种子休眠具有积极的生态学和农学意义。但是种子休眠也有不利的方面，主要表现在休眠的作物种子会导致出苗不整齐、建植率低等问题；休眠的野生草种，会为野生草的研究、开发和利用带来很大困难；休眠也会给种子检验和加工等带来困难[17]。因此，为促进野生草种的研究、开发和利用，常采取一些人为方法打破野生草种的休眠，如植物激素、酸、碱或一些物理方法。

图4 12种方法处理下野豌豆种子发芽率Fig.4 Seed germination rates of Vicia sepium under 11 treatments

3.1 激素对野生牧草种子发芽率的影响

种子休眠的释放和萌发是多种激素之间相互作用的结果[18]，其中，内源赤霉素是植物种子萌发的主要促进剂，GA3能够动员种子的贮存物质和刺激胚的扩张，并通过增强软化屏障组织水解酶的表达，降低胚根尖的机械阻力，有利于胚根突破种皮[19]。所以，利用外源GA3浸泡种子能够诱导种子内部α-淀粉酶的产生，从而催化淀粉分解，为种子萌发提供能量和原料从而打破其休眠[20]。吴声敢等[21]用1 000 mg/L的GA3浸泡稗草种子240 h，其发芽率提高了73.72%；杨彩宏等[22]用800 mg/L的GA3处理稗草种子24 h后，其发芽率从6.67%提高到80%。曹丽[23]用1 000 mg/L的GA3处理露蕊乌头种子24 h后，光照条件下露蕊乌头萌发率达到91.67%，黑暗条件下达到95.67%，极显著高于对照。试验采用2种方法对4种野生草种进行外源GA3处理，其中仅使用1 000 mg/L GA3培养处理的香附子发芽率有显著提高，外源GA3处理对稗草、马唐和野豌豆发芽无明显影响。此结果与吴声敢等[21]的研究结果不一致，可能是由于处理方法不同而导致。因此，利用GA3破除野生牧草种子的休眠一定要掌握适合的处理方法或许才能达到效果。

3.2 酸处理对野生牧草种子发芽率的影响

浓硫酸处理是破除植物种子物理休眠最为常用的方法[24]。试验表明，浓硫酸处理对除马唐外的3种供试野生草种的破眠有一定的影响，但因物种不同而异。稗草种子经过浓硫酸处理20 min的效果较好，与对照相比发芽率提高了20%。但是其他2种野生牧草种子经浓硫酸处理则形成了大量的死种子或不正常苗，这可能是因为稗草种子较大，种皮相对较厚，较耐酸蚀所致。段新慧等[25]用浓硫酸处理草种15 min后，能有效破除贝斯莉斯克俯仰臂形草种子的休眠。陈小奇等[19]报道浓硫酸处理20 min可使稗草种子发芽率达75.33%。浓硫酸能够腐蚀种皮，改变种皮的通透性，从而促进种子的萌发，利用强酸强碱处理牧草种子，能提高种子的发芽率[26，27]，但是处理时间过长，会破坏种子内部结构，致使种子死亡。所以对于不同的野生牧草，如果控制好浓硫酸处理的时间，适当酸液能腐蚀种皮，改善种子的通透性，可以在一定程度上达到打破种子休眠、促进种子萌发的目的[28]。

3.3 碱处理对野生牧草种子发芽率的影响

野生牧草种子外壳存在萌发抑制物质以及种皮透性障碍，而NaOH是氧化性较强的氧化剂，用适宜浓度的NaOH浸种可以将种子颖壳氧化掉，增加种皮透性，同时消除种子表面的携带的病原微生物及其他有害物质，起到杀菌消毒的作用；也可以经种子内的还原性物质氧化变性，增强种子的代谢，从而打破种子的休眠。郑金辉等[29]用20% NaOH处理紫椴种子1.5 h，发芽率最高达到66%；用30% NaOH处理1.5 h时，发芽率达到最高，为71.67%，何学青等[30]先用蒸馏水浸种1 d，再用30% NaOH处理60 min后，羊草种子最终发芽率可达84%。试验采用20% NaOH溶液浸泡6 h的方法处理4种野生草种的结果表明，香附子和稗草2个体积较小的种子发芽率有了显著提高，而对积较大的野豌豆种子发芽率没有作用，这是由于野豌豆种皮太厚，20% NaOH溶液浸泡6 h尚不能破坏其种皮。因此，综合试验的结果，建议以后在处理野豌豆等大体积、厚种皮的野生牧草种子时，应先将种子用水浸种足够的时间并提高NaOH的处理浓度，或许能提高其发芽率。

3.4 物理处理对野生牧草种子发芽率的影响

相比酸、碱处理，热水和擦破种皮的物理处理方法是2种更为经济、环保的种子处理手段。Auld和O’Connell[31]报道对于每一种植物种子而言，都存在一个休眠破除的临界温度和致死温度，高于临界温度则休眠会被解除，而低于临界温度，则对休眠影响较小，且其效果因处理时间不同变化较小；同理，种子亦存在一个致死温度，暴露于该温度下可以导致其死亡，但这一过程因处理时间不同而存在较大变异。古瑜等[32]用80℃热水分别浸泡菜豆种子2，5和10 min，发芽率从33%提高到了98%，91%和68%，用100℃热水浸泡菜豆种子1，2和4 min，均未能使种子发芽。研究发现，采用80℃或100℃的热水浸泡处理均不能有效的解除4种野生牧草的休眠性，这可能与处理温度过高或时间较长有关，温度过高和处理时间较长都会伤害种子使不正常苗和死种子增加，所以使用热水浸种来解除休眠需要控制好处理温度和处理时间。

与香附子、马唐和稗草种子相比，野豌豆种子体积较大，更适合使用擦破种皮的处理方法。贾娟等[33]的研究表明，种子的硬实现象是阻碍种子萌发的主要问题之一，种皮的透性和机械束缚作用是抑制种子萌发的主要原因。但是这一处理方法还需要依据供试种子的数量情况而定。种子数量较小时，可以采取在砂纸上摩擦或用刀在种子上割痕，只要避开胚轴和胚根部位，不造成种子损伤即可；数量多时则可以机械摩擦为宜，通常使用小型种子摩擦机等机械方法处理擦破种皮。许多研究表明，机械损伤种皮是处理种子硬实最有效的方法[34-36]。试验结果已表明，擦破种皮的处理方法能使野豌豆的种子发芽率达到96.67%，比对照提高了95.56%。

试验中，任何处理均未能显著影响马唐种子的发芽率。沈洋等[37]研究发现，马唐种子不存在休眠问题，试验结果与之相符，在多种方法处理下，其种子均不能正常发芽，可能是由于试验收集的马唐种子生活力较低而不能发芽。

香附子、马唐、稗草和野豌豆在未做任何处理前发芽率均很低，马唐种子发芽率较低是由于种子生活力低导致而非休眠问题；1 000 mg/L GA3培养和20%的NaOH处理能有效提高香附子种子的发芽率；20%的NaOH处理能有效提高稗草的发芽率；擦破种皮的处理方法能有效提高野豌豆种子的发芽率。

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Effects of different treatments on seed germination of 4 wild grass species

TANG Qian,SHAO Jiao,ZHOU Qian,WU Cai-xia

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,China)

The effects of different methods (treatments of acid,alkali,plant hormones,high temperature,ultrasonic wave and scraping seed coat) for breaking the seeds dormancy of 4 wild grass species (Cyperusrotundus,Digitariasanguinalis,EchinochloacrusgalliandVicia) were studied.The results showed that all the treatments had no significant effect on the seed germination ofD.sanguinalis(P>0.05).The seed germination ofViciawas significantly improved from 1.11% to 96.67% (P<0.01) by scraping seed coat,and no significant effect was observed for other treatments (P>0.05).By soaking seeds in 20% NaOH solution for 30 min,the seed germination ofC.rotundusandE.crusgalliwere significantly increased from 10% and 2.22% to 86.67% and 58.33% respectively (P<0.01).In addition,the seed germination ofC.rotunduswas also significantly increased by the treatment of 1 000 mg/L of GA3 (P<0.01).And other treatments had no significant effect on the seed germination rate ofC.rotundusorE.crusgalli(P>0.05).These results indicated that different species of wild plant seeds had different dormancy characteristics.D.sanguinalisseeds had no dormancy.The seed coat ofViciashould be scraped to improve the germination.20% of NaOH and 1 000 mg/L of GA3 could break the seed dormancy ofC.rotundus.20% of NaOH could break the seed dormancy ofE.crusgalli.

wild grass species;dormancy-breaking;germination

2015-04-07；

2015-04-30

国家自然科学基金(31101764)；扬州大学大学生学术科技创新基金(X2014607)资助

汤前(1994-)，男，江苏洪泽人。 E-mail：cxtangqian@163.com 邬彩霞为通讯作者。

S 330.2

A

1009-5500(2015)05-0037-06