酸和赤霉素处理对3种薹草种子萌发特征的影响

袁继红，王银柳，林友兴，盛连喜，王　平

(1.东北师范大学环境学院，国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室，吉林 长春 130117；2.中国科学院热带森林生态学重点实验室(西双版纳热带植物园)，云南 勐仑 666303)

酸和赤霉素处理对3种薹草种子萌发特征的影响

袁继红1，王银柳1，林友兴2，盛连喜1，王平1

(1.东北师范大学环境学院，国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室，吉林 长春 130117；2.中国科学院热带森林生态学重点实验室(西双版纳热带植物园)，云南 勐仑 666303)

[摘要]为探讨酸和赤霉素对打破种子休眠、提高种子萌发率的作用，确定薹草的最适萌发条件，以小星穗薹草(Carex angustior)、单穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)为对象，研究了酸和赤霉素处理对种子萌发的影响.结果表明：酸和赤霉素处理及其交互作用可显著影响3种薹草种子的萌发特征，并且赤霉素浸泡时间对种子萌发的影响大于浓度的影响.小星穗薹草种子、单穗薹草种子和沼薹草种子的最适萌发条件分别是酸浸泡3 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d、酸浸泡25 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d和酸浸泡20 min 后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d.

[关键词]酸处理；赤霉素处理；种子萌发

莎草科薹草属植物种类繁多，主要分布在温带[1].北方泥炭沼泽薹草属植物，因环境的特异性，其植物群落的维持主要以无性繁殖为主，种子休眠现象十分明显[2].随着全球气候变化以及人类对泥炭沼泽的开发利用，使原有的泥炭沼泽群落出现了不同程度的退化，薹草属植物的无性繁殖能力因此受到较大影响[3]，并最终影响其群落结构和功能.因此，如何应用种子快速恢复种群是近年来退化湿地群落修复和重建的热点[4].然而由于薹草属种子存在很强的休眠特征，萌发率极低，使该属植物的进一步开发利用受到限制[5-6].因此，研究探索打破薹草种子休眠、提高其萌发率对退化湿地群落恢复重建的生产实践和基础理论研究都具有重要意义.为此，本文以长白山区泥炭沼泽群落常见的3种薹草：小星穗薹草(Carex angustior)、单穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)为研究对象，探讨了酸和赤霉素处理对薹草种子萌发特征的影响.

1材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于吉林省通化市辉南县金川镇的金川泥炭沼泽(42°20′56.7″N，126°22′12.6″E)，该区域位于吉林省长白山北麓龙岗山脉中段，属温带大陆性季风气候，海拔613～619 m，年均温3.3℃，年降水量853 mm.小星穗薹草在该区域中分布零散，分布面积较大，主要位于塔头上；单穗薹草和沼薹草主要呈斑块状分布，分布的区域一般较湿.本研究中的3种供试薹草种子于2014年6—8月采集于该研究区，所有实验种子经清选、去除杂质和空瘪粒后装入布袋置于室内风干备用.

1.2研究方法

1.2.1浓硫酸浸泡处理

利用98%硫酸浸泡种子是为了软化种皮，从而打破种子休眠[7].由于不同薹草种子种皮的坚硬程度不一，因此在正式进行实验之前，首先确定不同薹草适用的浓硫酸浸泡时间.用98%硫酸浸泡3种薹草种子，每隔0.5 min捞出部分种子用清水洗净，放入装有无菌水的小烧杯中，观察种子是否存在下沉现象.以开始出现下沉时的硫酸浸泡时间作为浸泡的最短时间，以大部分种子出现下沉时的浸泡时间作为硫酸浸泡的最长时间，在最短和最长时间之间取一个中间值.通过上述方法，我们分别确定了3种薹草种子硫酸浸泡的时间处理分别为：小星穗薹草(0，1，3，5 min)；单穗薹草(0，10，25，40 min)；沼薹草(0，20，30，40 min).

1.2.2赤霉素处理

将经过不同浸泡处理的种子用200，400 mg/L的赤霉素分别浸泡1 d和3 d，以无赤霉素浸泡作为对照，设计5种赤霉素处理：0(无赤霉素浸泡)；1(200 mg/L赤霉素浸泡1 d)；2(200 mg/L赤霉素浸泡3 d)；3(400 mg/L赤霉素浸泡1 d)；4(400 mg/L赤霉素浸泡3 d).

1.2.3发芽实验

参照杨光(2009)[8]的方法进行种子萌发实验.将所有处理种子在萌发前用0.1%高锰酸钾溶液浸泡消毒10 min，然后用无菌水反复冲洗.将清洗干净的种子均匀放置于铺有两层滤纸的培养皿中，每种处理3次重复，每次50粒种子[9].将培养皿放入GXZ植物光照生长箱中，萌发条件设置为光照12 h/12 h，温度25℃/15℃.每天19：00记录种子萌发情况，并用无菌水湿润滤纸及时清理发霉和已经萌发的种子.种子突破种皮记为萌发，实验持续60 d没有萌发或萌发后持续20 d无种子萌发视为种子萌发实验结束[10].

1.3数据处理和统计分析

依据下列公式计算种子萌发指标：

累计萌发率(G)：萌发结束后萌发种子数占种子总数的百分比[11].

起始萌发时间(t0)：从播种到第1粒种子萌发所需的天数[11].

萌发持续时间(td)：从开始萌发到萌发结束所需的天数[12].

萌发速度(S)[13]：

S =[N1+(N2-N1)/2+(N3-N2)/3+…+(Nn-Nn-1)/n]，

式中Nn表示第n天萌发种子的数量.

萌发齐性(T10～90，germination uniformity)：达到10%累计萌发率与达到90%累计萌发率之间所需的天数[14]，天数越小萌发越齐.

采用SPSS17.0软件统计分析数据，Excel 2010软件制图.采用平方根、反正弦或倒数转换数据以使数据满足方差分析对正态分布和方差齐性的要求.以多因素方差分析法(univariate)比较酸和赤霉素处理对种子萌发特征的影响.若赤霉素处理对种子萌发特征具有显著影响，则在每个酸处理下分析赤霉素质量浓度(200 mg/L和400 mg/L)和浸泡时间(1 d和3 d)对种子萌发特征的影响.

2结果分析

2.1累计萌发率

多因素方差分析的结果表明，仅酸处理对小星穗薹草种子的萌发率存在显著影响；而酸和赤霉素处理及两者的交互作用对单穗薹草和沼薹草均存在显著影响(见表1).

不同处理下小星穗薹草的累计萌发率维持在30%～94%.未处理种子的萌发率为62.67%±8.67%，最高萌发率出现在酸浸泡3 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d的处理中.酸浸泡3 min后显著提高种子萌发率，但浸泡5 min后种子萌发率显著低于对照(见图1A).

不同处理下单穗薹草的萌发率维持在4%～68%.未处理种子的萌发率为17.33%±3.53%，萌发率在酸浸泡25 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d时最高.三种酸浸泡处理均显著提高了种子萌发率，大部分的赤霉素处理也显著提高了种子萌发率(见图1B).

沼薹草的萌发率很低，仅0%～20%.酸浸泡20 min后400 mg/L赤霉素浸泡1 d时该物种的种子萌发率最高.未进行酸浸泡处理的种子均不萌发，即累计萌发率为0(图1C未列出数据值).赤霉素浸泡处理显著提高了种子萌发率，且在不同酸处理条件下各个赤霉素处理水平的作用效果不同(见图1C).虽然酸浸泡处理和赤霉素处理显著提高了沼薹草的种子萌发率，但因萌发率仍然较低，因此不对该物种的其他萌发指标进行计算分析.

表1　不同处理对3种薹草萌发特征指标的影响的方差分析表

注：**表示P<0.01，*表示P<0.05.

图中横线为对照种子的平均萌发率.*与对照存在显著差异，**与对照存在极显著差异

2.2萌发时间

酸处理和赤霉素处理均显著缩短了小星穗薹草和单穗薹草的初始萌发时间，促进了种子快速萌发，且对单穗薹草的促进作用更大(见表1及图2A，B).

酸和赤霉素处理显著缩短了小星穗薹草的萌发持续时间，并且酸处理的影响远高于赤霉素的影响，两者存在显著的交互作用(见表1及图2C).无论是酸处理还是赤霉素处理对单穗薹草的萌发持续时间均无影响(见表1及图2D).

2.3萌发速度

酸和赤霉素处理以及二者的交互作用显著影响小星穗薹草的萌发速度；酸和赤霉素处理可显著影响单穗薹草的萌发速度，但其交互作用影响不显著(见表1).与未处理种子相比，小星穗薹草种子仅在400 mg/L赤霉素中浸泡1 d，或仅用浓硫酸浸泡1～3 min即可显著提高萌发速度(见图3A).对于单穗薹草，酸处理后用200 mg/L或400 mg/L的赤霉素浸泡1 d后即可显著提高其萌发速率(见图3B).

图中横线为对照种子的平均值.*与对照存在显著差异，**与对照存在极显著差异

图中横线为对照种子的平均萌发速度.*与对照存在显著差异，**与对照存在极显著差异

2.4萌发齐性

酸处理对小星穗薹草和单穗薹草的萌发齐性具有显著影响，赤霉素作用效果不明显(见表1).与未处理种子相比，浓硫酸处理1或3 min均显著缩短了大部分种子的萌发时间，提高了其萌发齐性(见图4A).酸浸泡和赤霉素浸泡处理对单穗薹草的萌发齐性的影响不大(见图4B).

图中横线为对照种子的平均值.*与对照存在显著差异，**与对照存在极显著差异

2.5赤霉素浓度和浸泡时间对种子萌发特征的影响

上述结果表明，赤霉素处理对种子萌发的某些特征具有显著影响；但赤霉素浓度和浸泡时间对种子萌发的影响作用有差异(见表2).赤霉素浓度对3种薹草种子萌发特征的影响不大，但赤霉素浸泡时间对3种薹草种子萌发特征具有较大影响.

表2　赤霉素浓度和浸泡时间处理对3种薹草萌发特征指标的影响的方差分析表

3讨论

3.1酸处理对种子萌发特征的影响

本文的研究结果表明，酸处理显著提高了3种薹草的种子萌发率，这与王芳等人(2013)[15]的研究结果一致，强酸具有去除抑制物、软化种皮等作用，显著提高了薹草种子的萌发率.酸处理不仅显著提高薹草种子的萌发率，还促使种子发芽迅速且整齐，[7]表现为酸处理种子的起始萌发时间提前、萌发持续时间显著缩短，萌发速度显著上升.

小星穗薹草未处理种子的萌发率较高，表明该物种种子的休眠较弱，酸浸泡处理仍可显著提高其种子萌发率；但酸浸泡的时间不可过长，否则会降低种子萌发率[16].小星穗薹草经过酸浸泡处理之后其萌发起始时间提前、萌发持续时间缩短、萌发速度提高且萌发更均匀.

单穗薹草未处理种子的萌发率较低，沼薹草未处理种子则不萌发，酸处理显著提高了这2种薹草的种子萌发率.单穗薹草在对照条件下的萌发率较低，其种子休眠程度较高，酸处理对种子萌发的其他特征指标的影响较小，仅显著缩短了单穗薹草的萌发起始时间，在一定程度上提高了种子的萌发速度.

3.2赤霉素处理对种子萌发特征的影响

赤霉素处理对小星穗薹草的种子萌发率无显著影响，这与张瑞菊等人(2010)[17]的研究结果一致，但对小星穗薹草种子萌发的其他特征具有显著差异.在不同的酸处理条件下，赤霉素处理的影响作用不同，并且赤霉素浸泡时间对种子萌发的影响大于浓度的影响(见表2).赤霉素处理对单穗薹草和沼薹草的累计萌发率都具有显著影响，[18]依然是赤霉素浸泡时间的影响大于其浓度影响.赤霉素对单穗薹草萌发特征的影响与小星穗薹草类似.

3.3酸和赤霉素处理交互作用对种子萌发的影响

酸和赤霉素的交互处理对小星穗薹草的萌发起始时间、萌发持续时间和萌发速度以及单穗薹草和沼薹草的累计萌发率具有显著影响，而对单穗薹草的其他萌发特征无显著影响.经过酸浸泡之后再进行赤霉素浸泡，可以使赤霉素更加容易进入种子内部，打破种子的休眠，可以解除种子的浅度休眠，[15]这与本研究的结果一致.

4结论

(1)酸浸泡处理和赤霉素处理以及它们的交互作用显著影响3种薹草种子的萌发特征，并且赤霉素浸泡时间对种子萌发的影响大于浓度的影响.

(2)小星穗薹草种子的最适萌发条件是酸浸泡3 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌发率由62.67%±8.67%提高到88.67%±2.91%.单穗薹草种子的最适萌发条件是酸浸泡25 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d，萌发率由17.33%±3.53%提高到62.67%±3.53%.沼薹草种子的最适萌发条件是酸浸泡20 min后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌发率由0提高到16.67%±2.40%.

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(责任编辑：方林)

The effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on the seed germination of three Carex species

YUAN Ji-hong1，WANG Yin-liu1，LIN You-xing2，SHENG Lian-xi1，WANG Ping1

(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration，School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China； 2.Key Laboratory of Tropical Forest Ecology，Xishuangbanna Tropical Botanical Garden，Chinese Academy of Sciences，Menglun 666303，China)

Abstract:To explore the effect of sulfuric acid and gibberellin on breaking seed dormancy and seed germination，and to find the optimum treatment for seed germination of Carex species，the effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on seed germination of Carex angustior，C.capillacea and C.limosa were investigated.The results showed：sulfuric acid treatment，gibberellin treatment and their interaction had significant impacts on the seed germination characteristics of the three Carex species.Furthermore，the effect of gibberellin soaking time was more important than the gibberellin concentration on seed germination.The optimum treatments for C.angustior was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 3 min，for C.capillacea was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 25 min，and for C.limosa was soaking in 400 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 20 min.

Keywords:sulfuric acid soaking； gibberellin soaking； seed germination

[文章编号]1000-1832(2016)02-0112-06

[收稿日期]2015-05-31

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(31470018)；吉林省科技发展计划项目(20130101101JC).

[作者简介]袁继红(1991—)，女，硕士研究生；通讯作者：王平(1972—)，女，博士，副教授，主要从事湿地植物功能生态学研究.

[中图分类号]Q 945.35[学科代码]180·5140

[文献标志码]A

[DOI]10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.02.024