老化湿度和老化时间对狗尾草种子活力指标的影响

2016-12-04乌鲁木齐职业大学旅游学院新疆乌鲁木齐80002中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐800伊犁师范学院新疆伊宁85000

种子 2016年7期

，， (.乌鲁木齐职业大学旅游学院，新疆乌鲁木齐 80002；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐 800；.伊犁师范学院，新疆伊宁 85000)

贾风勤1,2，朱新荣1，张会群3
(1.乌鲁木齐职业大学旅游学院，新疆乌鲁木齐 830002；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐 830011；3.伊犁师范学院，新疆伊宁 835000)

以狗尾草种子为材料，研究了老化湿度和老化时间交互效应对其休眠特性种子活力指标的影响，为具休眠特性种子人工加速老化方法筛选提供理论依据。实验设定4个老化湿度(50%、60%、70%、80%)和4个老化时间(3，7，11，15 d)，共16个处理。活力指标包括累计萌发率、发芽指数和活力指数。结果表明：适当增加老化湿度和延长老化时间促进种子萌发，可有效解除狗尾草种子休眠。老化7 d的种子发芽指数和幼苗活力指数均随老化湿度的增加呈显著性增加，其它处理间交互效应表现为先促进后抑制。老化处理对苗和根的生长总体上呈抑制作用，影响不显著。

人工老化方法；活力指标；二次休眠

通过人工老化方法模拟种子在自然环境中的劣变过程是测定种子活力较为可靠和直接的方法。采用人为设置逆境环境使种子在较短时间内老化，通过测定种子活力指标[1-2]、田间出苗情况[3]、幼苗生长状况[4]等评估种子质量、指导种子贮藏。高温高湿法是目前被广泛采用的老化方法，其中老化温度根据不同的实验内容如指导种子贮藏[5]、筛选老化条件[6]、植物种类[7-8]等而设定，温度范围涉及40～55 ℃不等；但老化湿度多数情况下均为100%RH[1-3]，很少涉及其他湿度条件[4,9]。在自然环境中尤其是土壤种子库中的种子，其所处环境湿度随降雨、温度、日照时间等因子变化而改变，环境湿度处于波动状态。因此，研究高温下种子对高湿逆境的耐受能力及长时间的高湿处理对种子的萌发特性的影响，可为深入认识种子特性提供科学依据，同时也是对高温高湿长时间人工老化种子活力研究的补充。

狗尾草(Setariaviridis)为禾本科狗尾草属1年生草本植物，在灌溉农田、草原、荒漠等生境中均有分布，通常是群落演替中的先锋物种，也是优良的乡村旅游植物资源，可通过种子休眠度过不利的环境条件。在野外观察中发现，种植水稻多年的水田在弃耕当年狗尾草以单优种群占据该生境，这表明土壤种子库中狗尾草种子在经历水稻田由水淹、排水成为旱田等一系列土壤湿度变化过程中，种子依旧处于某个较高活力水平上。本试验以狗尾草为研究对象，通过改变老化湿度和老化时间，研究老化湿度和老化时间交互效应对具休眠特性种子活力的影响，进而为补充和丰富人工加速老化方法筛选提供必要的参考和一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试狗尾草种子于2012年采自新疆伊犁霍城县当年的弃耕地(弃耕前种植水稻)，种子自然风干，清理干净后于-20 ℃冷藏；于2013年7—12月开展以下试验。试验开展时狗尾草种子萌发特征为萌发率(14.6±7.5)%，发芽指数为1.13±0.38，活力指数为45.6±20.9。

1.2 种子处理

试验共设置4个老化湿度处理分别为50%、60%、70%和80%；4个老化时间处理分别为3，7，11，15 d，共16个处理，每个处理3次重复，老化温度为45 ℃。

1.3 萌发试验

将处理后的种子均匀放置于直径为90 mm、铺有2层滤纸的培养皿中，加入5 mL蒸馏水，在15 ℃/25 ℃、光12 h/暗12 h条件下进行萌发实验，每24 h统计1次萌发情况，以胚根突破种皮2 mm为标准判断种子是否萌发，萌发实验持续36 d。将已萌发的种子置于相同环境下进行生长，7 d后测定幼苗的根长和苗长。

图1 不同处理狗尾草种子萌发进程

发芽指数=∑(Gt/Dt)；

活力指数=∑(Gt/Dt)×S。

式中，Gt为发芽开始后第t日的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数，S为幼苗长度[10]。

1.4 种子活力测定

萌发试验开始前，对老化处理后的种子采用TTC法进行活力检测，观察24 h后胚着色情况，如果胚为红色，则表明种子有活力；萌发结束后，统计未萌发种子中腐烂种子数。对于未萌发但完好种子采用TTC法(同上)，如果胚为红色，则为有活力种子且为休眠种子[6]，统计休眠率。

休眠率(%)= 萌发结束后具活力种子/供试种子总数×100%。

1.5 数据处理

数据统计分析使用SPSS 18.0软件进行，各处理间均值比较采用Duncan多重比较法；采用Excel 2010制图。

2 结果与分析

2.1 老化处理对狗尾草种子累积萌发率的影响

图1显示，在50%和60%老化湿度下，增加老化时间可以提高其累积萌发率，并且随着老化时间的增加而持续升高，老化时间由3 d增加至15 d，种子萌发率分别提高了42.4%和53.6%。在70%老化湿度下，适当增加老化时间可以促进种子萌发，进一步增加老化时间(15 d)则抑制种子萌发，但与老化7 d和11 d的种子萌发率间无显著差异(F=2.691，p=0.146)。

增加老化湿度对种子萌发的抑制作用表现得更为明显，当老化湿度增加至80%，老化11 d时已表现为抑制种子萌发，种子萌发率由老化7 d时的58.8%下降至57.1%，当老化至15 d时萌发率仅为19.6%，影响显著(F=25.362，p=0.001)。

2.2 老化处理对狗尾草种子发芽指数和活力指数的影响

从图2可以看出，老化处理7 d的种子发芽指数和幼苗活力指数均随老化湿度的增加呈显著性增加。老化处理3,11 d和15 d时，发芽指数和活力指数均随湿度增加表现出先促进后抑制的过程。所有处理中，发芽指数和活力指数均在老化15 d(湿度60%)时达最大值，分别为5.28和194.74，其中发芽指数与老化7 d(湿度70%和80%)、老化11 d(湿度50%、60%和70%)和老化15 d(湿度50%)的种子间无显著差异；活力指数仅与老化7 d(湿度80%)的种子间无显著差异(pgt;0.05)。

80%湿度下老化处理15 d种子发芽指数和幼苗活力指数均为最低，分别为0.58和8.26，其中发芽指数与老化7 d(湿度为70%、80%)、老化11 d(4个湿度)以及老化15 d(湿度为50%、60%和70%)的种子达到显著差异；除老化3 d(湿度为50%和80%)的种子外，活力指数与其余所有处理间均呈现显著差异(plt;0.05)。

注：图中小写字母表示有显著差异(plt;0.05)。下同。图2 不同处理下狗尾草种子的发芽指数和活力指数

图3 不同处理对狗尾草幼苗生长的影响

2.3 老化处理对狗尾草种子幼苗生长的影响

苗长和根长是衡量老化处理对幼苗生长影响的指标，图3的数据显示，高湿老化处理对苗和根的生长呈抑制作用。就苗长而言，除具最长苗长和最短苗长的两个老化处理外，其余处理间均无显著差异，从60%湿度下老化3 d即表现出对苗长生长的显著抑制作用，至80%老化15 d时表现为最大，其中50%湿度下老化3 d最长苗长(11.94 mm)较最短苗长(80%老化15 d)长9.03 mm。对根长的影响在老化15 d(湿度80%)后表现出显著差异，根长的变化范围为28.71～ 11.3 mm，其余处理间均无显著差异。

老化处理对苗和根生长速率的影响也有所不同，总体而言，对苗生速率的影响要高于根生长。4个湿度处理下均以老化15 d后萌发种子的幼苗生长最为缓慢，平均生长速率为1.10(50%)、1.42(60%)、1.25(70%)和0.42 mm/d(80%)。4个湿度处理下老化3 d和15 d后萌发种子的幼苗根生长速率趋势相近，随湿度增加、老化时间增长表现为先增加后减小。

2.4 老化处理对狗尾草种子活力的影响

经过不同湿度和时间老化处理后狗尾草种子活力呈缓慢下降趋势， 50%～70%3个湿度的4个老化时间处理和80%老化处理3 d和7 d的种子活力差异不显著(pgt;0.05)，但与80%湿度老化11 d和15 d种子间则达到显著差异(plt;0.05)，种子活力由94.64%下降至59.00%，下降幅度达37.64%。

具活力的种子在萌发过程中有一部分进入萌发，一部分则处于休眠状态没有萌发，还有一部分则腐烂死亡。高湿老化处理下，50%和70%湿度下种子随老化时间延长经历了先降后升的过程，休眠率分别从老化3 d的82.86%、76.02%下降至老化11 d的27.63%和33.82%，当老化至15 d时种子的休眠率又上升至44.06%和41.10%，达到显著差异(plt;0.05)。60%的湿度下延长老化时间降低了休眠种子的数量。80%湿度下种子休眠率变化较复杂，但总体呈升高趋势。

3 讨论

老化处理使种子劣变速度加快，破坏种子膜结构[12]、代谢能力下降[13]、遗传物质结构变化[14]等，导致种子死亡。老化湿度对不同植物种子萌发特性影响程度存在较大差别，但通常都表现为老化湿度越大萌发率越低，种子劣变程度越高。经老化湿度35%、55%和76%，30 ℃处理360 d后的莴苣种子萌发率表现为急剧下降，由未经老化处理时的63%剧降至2%、0%和0%；番茄种子则为缓慢至急剧下降，由未经老化处理的93%下降至91%、83%和10%[15]。老化时间对种子活力的影响通常与老化湿度的影响结果相一致，50 ℃、95%RH条件下处理6 d的玉米种子较处理2 d的在萌发率、发芽指数和活力指数上的降低幅度分别为80.8%、28.2%和356[16]，且种子发芽率、发芽指数和活力指数均随老化时间延长呈降低趋势；王娟等[3]在42 ℃、20%湿度条件下对燕麦等进行共计6个老化时间段处理试验表明，随老化时间增加，燕麦种子的发芽指数、活力指数、根长和幼苗长均呈显著降低。在本研究中，老化时间对种子活力的影响随湿度的增加总体呈降低趋势，对苗长和根长生长的影响表现为抑制，与上述研究结果相一致。

图4 不同处理对狗尾草种子活力和休眠率的影响

在本试验中老化处理对发芽指数和活力指数的影响则反映为2种情况：随老化湿度增加而升高和先升后降，与上述结果不同。狗尾草种子具休眠特性，在本研究中未做老化处理的狗尾草种子萌发率仅为(14.6±7.5)%，发芽指数为1.13±0.38，活力指数为45.6±20.9，在适宜的老化条件下(如80%老化7 d和60%老化15 d)表现为种子休眠释放，促进萌发，王娟和王彦荣[3]以及毛培胜等[17]的研究亦有相似的结论。老化处理后的种子萌发特性与是否存在休眠及休眠程度的深浅有直接关系[11]，休眠对种子老化后的萌发率、发芽指数、活力指数等萌发指标下降有一定滞缓作用[18-19]。本试验中狗尾草生长环境为稻田排水后形成的弃耕地，在经历水稻田由水淹、排水成为旱田等一系列土壤湿度变化过程中，土壤种子库中的狗尾草种子依旧能处于某个较高活力水平上得益于其休眠特性。同时也表明在自然条件下狗尾草种子在遇到能与解除休眠相耦合的土壤湿度和温度时即表现出释放休眠，种子萌发。

本试验中，老化湿度增加和老化时间延长对种子活力的影响不显著，对种子休眠率的影响有显著差异。TTC染色结果表明，在所有老化处理中狗尾草种子始终保持高的活力，有活力种子占供试种子的均值为93.75%，种子的累积萌发率最高达73.2%，在一定湿度和老化处理时间条件下休眠率呈先降低后升高。有研究表明，油菜种子可以在土壤种子库中存活5～10年，通过种子次生休眠特性度过不适合萌发的环境而保持不萌发的存活状态[20]。老化湿度为80%时老化处理可能会以诱导种子次生休眠的方式度过不良环境，保证种群得以延续。也进一步说明老化处理对具休眠特性种子萌发特征影响较不具休眠特性或休眠较浅的种子有所不同，人工加速老化的方法更适应不存在休眠的高活力种子，对具休眠特性的种子则应将其休眠程度考虑在内，进而选取更为合理的人工加速老化方法。

“在广泛的田间条件下，影响种子迅速、整齐出苗及长成正常苗的全部能力的特征”是种子活力的定义。对萌发率、发芽指数和活力指数进行综合分析能全面反映种子活力特征。萌发率反映种子发芽多少；在萌发率相同时，发芽指数高的种子发芽速度快，发芽整齐；活力指数则既能反映种子发芽率、发芽速度，又能反映幼苗的生长势和生长活力[21]。本试验中老化处理对苗长和根长的影响总体表现为抑制生长但不显著，表明无论交互处理效应对狗尾草种子发芽指数和幼苗活力指数影响程度的高或低，只要狗尾草种子能萌发，其幼苗的根和苗都可以进行生长，表现为能萌发即能进行生长，这与上述理论有所不同，需通过试验进行进一步验证。

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