天山鸢尾种子休眠与萌发特性研究

卢明艳，毕晓颖，张东亚

（1．新疆林业科学研究院， 乌鲁木齐830000； 2．沈阳农业大学园艺学院， 辽宁 沈阳110161）

天山鸢尾（I．loczyi Kanitz．）为鸢尾科（Iridaceae）鸢尾属（Iris）多年生草本植物。产于新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、四川、西藏等，也分布于苏联，生长于海拔2 000m 以 上 的 荒 漠 化、沙 丘 地 带 和 草 原 地 区［1］。天山鸢尾株丛优美，花色艳丽，具有较强的抗寒、抗旱、抗贫瘠特性，是一种优良的观赏地被植物，开发利用价值较高［2］。目前，主要采用分株繁殖［3］，但繁殖系数较低。种子繁殖作为鸢尾属植物的主要繁殖方式之一，其繁殖系数高，且能提高植株的繁殖成功率。但是大多数鸢尾属植物种子具有休眠现象［4－5］，前人对其休眠原因及解除休眠的措施进行了很多研究［6－8］，然而，不同鸢尾属植物种子的休眠原因和解除休眠的措施各不相同。以往关于天山鸢尾方面研究较少［2，9］，特别是种子生物学特性的研究［9］。本试验系统地研究了天山鸢尾种子的萌发特性，并在此基础上提出最适解除休眠的措施及种子萌发条件，以期为天山鸢尾的引种驯化、杂交育种和园林应用等方面提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

供试种子从西藏农牧学院植科学院内天山鸢尾植株上采集，经清选，去除杂质和空瘪粒后放于室内风干备用。

1．2 试验方法

1．2．1 种子形态观察

用目测法观察种子的形状、大小、颜色、种翅、种皮。常规方法进行种子大小、千粒重的测定。

1．2．2 种子生活力的测定

采用氯化三苯四氮唑（TTC）法。先将种子在室温下浸泡18h，然后取胚在30℃黑暗条件下，用1．0%四唑溶液染色18h后，根据种胚的染色情况，按《国际种子检验规程》的鉴定标准记录具有生活力的种子数，2次重复，每次重复20粒种子。

1．2．3 种子吸水率的测定

取20粒种子称重，放置于三角瓶中，加蒸馏水100mL，分别放入变温30℃／20℃和恒温25℃中，每2h取出种子1次，12h后每12h取出1次，用滤纸吸干种子表面水分称重，直到重量不再变化为止，记录每次称重数据，最后计算种子吸水率。重复2次，计算平均值。

种子吸水率（%）＝种子增加的重量／风干种子重量×100%。

1．2．4 种子休眠

1）种皮和胚乳对种子萌发的影响

以室温干藏的天山鸢尾种子为实验材料（下同），将种子用清水浸泡24h，再用0．05%高锰酸钾消毒2h，流水冲洗10min。分5个处理：a．去种皮；b．去种皮加种皮培养物（将剥下的种皮放置在它自己的去皮“种子”的周围伴随培养）；c．去种皮，切除珠孔端胚乳，露出胚根；d．保留种皮，切除珠孔端胚乳，露出胚根；e．完整种皮作为对照，在恒温25℃条件下进行常规发芽试验。重复3次，每次重复10粒种子。

2）抑制物生物学试验

种子各部分抑制物质粗提物制备：取种子90粒，分离其各自的种皮和种仁，分别放入三角瓶中加蒸馏水20mL于37℃恒温下浸提取24h，过滤定容至50mL待用。

粗提物的抑制活性生物测定［10］：用白菜种子作为生物鉴定种子。分别取种皮和胚乳粗提物液，加入90mm培养皿中，保持皿内液体总量为5mL，不足部分补入蒸馏水，放入供试种子，恒温25℃黑暗条件下培养，24h测定白菜种子发芽率，48，72，96h测定幼根长度和苗高，清水为对照。重复3次，每次重复30粒种子。

1．2．5 种子萌发试验

1）浓硫酸处理

将种子放在98%H2SO4浸泡15，30，45，60，120 min，清水冲洗，在变温30℃／20℃条件下进行常规发芽试验。

2）药剂处理

GA3处理：先以蒸馏水充分浸种24h后，分别用浓度为50，100，200，300，400，500mg／L的 GA3处理48h，蒸馏水冲洗去除残液，在变温30℃／20℃条件下进行发芽试验（下同）。以蒸馏水浸种为对照。重复3次，每重复10粒种子，下同。

6－BA 处 理：100，200，300mg／L 的 6－BA 浸 种48h放入变温30℃／20℃。

NAA 处 理：100，200，300mg／L 的 NAA 浸 种48h放入变温30℃／20℃。

KNO3处 理：0．1%、0．2%、0．4% 的 KNO3浸 种48h放入变温30℃／20℃。

H2O2处理：0．1%、0．2%、0．4%的 H2O2浸种24h放入变温30℃／20℃。

3）温度及变温处理

种子经室温浸种24h后，分别置于4个恒温15，20，25，30℃和3个变温15℃／5℃、25℃／15℃、30℃／20℃（高温8h／低温16h）条件下进行发芽试验。重复3次，每重复10粒种子。

4）综合处理

种子经过100，200，400mg／L GA3处理后，经过低温处理后切种孔端胚乳在变温30℃／20℃条件下进行发芽试验。低温处理时间分别为4周、8周、12周。重复3次，每重复10粒种子。

5）离体培养

用75%酒精消毒天山鸢尾种子30s，再用0．1%升汞消毒10min，无菌水冲洗3次后浸泡2d进行试验。超净工作台内在解剖镜下对种子进行5种处理：a．去种皮，沿种子长轴纵切为具有完整胚的半粒种子；b．去种皮，切除珠孔端胚乳，露出胚根；c．保留种皮，切除珠孔端胚乳，露出胚根；d．去种皮；e．完整种子（对照）。处理后种子接种到MS培养基上，放置培养室培养。每瓶放3粒种子，每处理10次重复。

1．2．6 种子萌发及发芽率测定

以胚根露出种皮1～2mm为发芽标准，以长出第1片真叶为出苗标准。每天记录发芽数、出苗数，统计30d，计算发芽率、发芽势、发芽指数。

计算公式如下：

发芽率（%）＝种子发芽数／种子总数×100%。

发芽势（%）＝发芽种子数达到高峰时的发芽数／种子总数×100%。

发芽指数＝∑Gt／Dt（式中：Gt为t时间内发芽数，Dt为相应发芽日数）。

数据用DPSv 3．01软件进行方差分析及Duncan多重比较。

2 结果与分析

2．1 种子形态结构

天山鸢尾种子无附属物，多为梨形，少数为圆形、扁圆形，种子大小差异较大。外种皮为黑褐色，表面无光泽，与内种皮结合紧密，不易剥离。种子千粒重为8．30g，平均120粒种子达到1g。种子生活力为90．00%。

2．2 种子的吸水率

天山鸢尾种子的2种处理吸水曲线十分贴近，吸水率增幅最大值出现在处理2h时，此时恒温25℃和变温30℃／20℃的吸水率分别为31．0%、32．1%，吸水率变温30℃／20℃为恒温25℃的103．5%；吸胀高峰出现在恒温25℃24h和变温30℃／20℃24h时，吸水率分别为67．9%、60．2%，此时吸水率变温30℃／20℃为恒温25℃的88．7%；吸胀停滞时间出现在恒温25℃144h和变温30℃／20℃144h，吸水率分别为99．8%、98．6%，此时吸水率基本持平（图1）。

图1 天山鸢尾种子吸水曲线

试验结果表明，与胚乳相比，天山鸢尾种子的种皮透水性较差，阻碍水分进入，尤其是致密的种皮和胚乳，即使变温30℃／20℃也没有增加其种皮和胚乳的透水性，这表明种皮的透水、透气性差及致密的胚乳是天山鸢尾种子难以萌发的主要原因之一。

2．3 种子休眠

2．3．1 种皮和胚乳对天山鸢尾种子萌发的影响

天山鸢尾种子去外种皮、去外种皮加种皮培养物和对照的萌发率均为0（表1），这表明外种皮对其萌发没有抑制作用，且也不存在萌发抑制物，而内种皮是否对萌发有抑制作用有待于进一步研究。天山鸢尾的切除种孔端胚乳处理种子与其去种皮及去种皮加种皮培养物和对照处理的发芽率、发芽势、发芽指数差异极显著，分别为93．33%、73．33%和5．61。说明珠孔端胚乳也是造成天山鸢尾种子休眠的主要因素。

表1 种皮和胚乳对天山鸢尾种子萌发的影响

2．3．2 种皮和种仁水提物的抑制作用

天山鸢尾种子的种皮、种仁提取液对白菜种子的萌发均有极显著抑制作用，其中种皮的抑制作用最为显著，为83．33%（表2）。其次是种仁，为89．89%，说明抑制物质主要存在于种皮中，且其中的生理活性物质抑制作用最大，由此可以推断致密的种皮和种子内的抑制物质是致使天山鸢尾种子休眠的原因之一。

天山鸢尾种子各部分浸提液处理对白菜种子的胚根生长长度有不同程度的影响，种子的种皮浸提液对白菜胚根生长产生极显著抑制影响。种子各部分浸提液处理对白菜苗高生长长度有不同程度的影响，天山鸢尾种皮和种仁浸提液对白菜苗高生长产生极显著抑制影响，4d后其苗高生长产生显著促进影响。

2．4 种子萌发试验

2．4．1 H2SO4处理对天山鸢尾种子萌发的影响

由表3可知，随着98%H2SO4浸泡时间的延长，天山鸢尾种皮炭化程度越来越完全，污染程度也越来越低，浸泡至60min时，种子表皮完全炭化，但污染程度也最为严重，但浸泡120min无污染。用H2SO4处理天山鸢尾种子的发芽率为0，说明用H2SO4处理对天山鸢尾种子萌发无促进作用。

2．4．2 不同药剂处理对天山鸢尾种子萌发的影响

不同浓度GA3、6－BA、NAA、KNO3和H2O2处理对天山鸢尾种子的发芽率、发芽势、发芽指数的影响差异不显著，天山鸢尾种子各处理和对照均为0。由此可见，GA3、6－BA、NAA、KNO3和 H2O2对打破天山鸢尾种子休眠均无作用。

表2 种子浸提液对白菜种子萌发的影响

表3 H2SO4不同处理时间对天山鸢尾种子萌发的影响

2．4．3 不同温度及变温处理对天山鸢尾种子萌发的影响

天山鸢尾种子在不同温度和变温处理下，种子的发芽率、发芽势、发芽指数均为0。由此可见，单一因子温度不能打破天山鸢尾种子休眠，需采用综合措施。

2．4．4 综合处理对天山鸢尾种子萌发的影响

由表4可知，综合处理能有效提高天山鸢尾种子的发芽率，经不同浓度GA3溶液浸种后，去天山鸢尾种孔端胚乳在变温30℃／20℃条件下培养，其发芽率随着层积时间的延长，呈先升高后略下降的趋势，且低浓度促进种子萌发，高浓度则会抑制种子萌发。当GA3浓度为100mg／L时，冷层积到8周时，其发芽率达到最高，为66．67%，随着层积时间的延长其发芽率略下降。

表4 综合处理对天山鸢尾种子发芽率的影响

对天山鸢尾种子的发芽率方差分析（表5）可以看出，不同层积时间对天山鸢尾种子发芽率的影响达极显著水平，但GA3浓度处理、GA3浓度与不同层积时间之间的交互效应则呈不显著水平，在本试验中所获得的最佳处理组合为：天山鸢尾种子GA3浓度100mg／L＋低温沙藏8周＋去种孔端胚乳，将其置于变温30℃／20℃条件下，经该种方法处理的天山鸢尾种子发芽率最高，为66．67%。

表5 综合处理对天山鸢尾种子发芽率影响的方差分析

2．4．5 离体培养对天山鸢尾种子萌发的影响

由表6可知，天山鸢尾种子保留种皮，切除珠孔端胚乳处理的发芽率明显高于去种皮、去种皮半粒种子、去种皮，切除珠孔端胚乳和完整种子处理，其发芽率为26．67%。而去种皮、去种皮半粒种子的发芽率均为0，表明种皮对天山鸢尾种子的发芽率影响小，而种孔端胚乳在更大程度上限制了天山鸢尾种子的萌发。

表6 离体培养对天山鸢尾种子发芽率的影响

3 结论与讨论

种皮特性引起种子休眠，这方面的研究报道较多［11－12］。研究表明，某些鸢尾种子的种皮对其种子胚的生长起着机械阻碍作用，伍碧华等研究发现，鸢尾种皮对其种子的萌发具有强烈的抑制作用［13］。本研究结果表明，种皮的透水、透气性差及致密的胚乳是天山鸢尾种子难以萌发的主要原因之一，但H2SO4处理对其萌发无促进作用，表明种皮机械阻力不是影响其萌发的主要因素，且外种皮对种子萌发没有抑制作用，也不存在萌发抑制物，但内种皮是否对萌发有抑制作用有待于进一步研究。

种子含有萌发抑制物质是引起种子休眠的重要原因之一。Randolph and Cox［14］对大苞鸢尾种子的研究中发现，萌发抑制物主要存在于其种皮中，胚乳中也有少量存在。本研究在天山鸢尾种子浸提液对白菜种子发芽率的影响试验中，发现天山鸢尾种子的抑制物质主要存在于其种皮中，其次为种仁，并且致密的种皮和种子内的抑制物质是致使其休眠的原因之一，这与王俊［2］对天山鸢尾浸提液的生物测定的结果一致。路覃坦等［15］发现，相对于种皮，珠孔端胚乳种皮对无髯鸢尾种子萌发的抑制作用影响较大，且珠孔端胚乳对种子的抑制作用不仅仅表现在无髯鸢尾中，随后发现切除种孔端胚乳可有效破除紫花鸢尾、山鸢尾、金脉鸢尾和西南鸢尾种子休眠［16］。本研究表明，珠孔端胚乳也是造成天山鸢尾种子休眠的主要因素。天山鸢尾的种子离体培养中发现种皮对种子的发芽率影响小，而珠孔端胚乳在更大程度上限制了其种子的萌发，且天山鸢尾种子保留种皮，切除珠孔端胚乳处理使其发芽率明显提高，为26．67%。

Coocker［17］把休眠类型分为：未成熟的胚；种皮的不透水性；种皮的透气性低；种皮对胚生长的机械阻碍；胚内发生代谢失调；混合类型；次生休眠。综上所述，天山鸢尾为混合类型。种子的萌发速度主要取决于吸水速度和温度。变温处理可有效破除种子休眠，对小叶桦林［18］、天女木兰［19］等种子萌发效果显著。变温处理对提高鸢尾属种子萌发率作用显著，这可能是减少种子贮藏物质的呼吸消耗，促进了气体交换，有利于某些酶的激活和打破休眠。大部分鸢尾属植物的种子常温条件下萌发，25℃的发芽率最高［20－21］；有些在变温条件下萌发，25℃／10℃、30℃／20℃、35℃／25℃等是其萌发的最适温度［22－23］。本试验结果表明，变温30℃／20℃对天山鸢尾的发芽率、发芽势、发芽指数的影响差异不显著，由此可见，单一因子温度不能打破天山鸢尾休眠，需采用综合措施。综合处理能有效提高天山鸢尾种子的发芽率，结果表明：最适处理为GA3浓度100mg／L＋低温沙藏8周＋去种孔端胚乳＋变温30℃／20℃，其种子发芽率为66．67%。

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