人工老化处理时间与不同休眠程度狗尾草种子萌发特征间关系的研究

贾风勤

（乌鲁木齐职业大学旅游学院， 新疆 乌鲁木齐830002）

种子休眠指完整的具有生活力的种子处于适宜光、温、水、气等能够满足种子萌发的物理条件下不能萌发，但一旦解除休眠，在同样条件下能正常萌发的现象［1］。植物可利用种子休眠实现其不一致萌发以减少同一物种自身个体间对生长资源的竞争，还可提高种子度过不良环境的能力以维持种群延续［2］。种子休眠分为初生休眠和次生休眠（也称二次休眠），其中无休眠种子或已解除休眠的种子遇到不良环境后，重新进入休眠的现象为二次休眠，因此，种子休眠是植物进化过程中发展出的适应环境的一种策略，物种和环境的多样性使种子休眠也呈现出丰富的多样性［3］。

人工加速种子老化试验法通常用来研究种子老化机制［4］。在人工加速老化处理研究中，一致的结果表明，老化种子的萌发率、发芽指数等均随老化时间延长，整体呈下降趋势［5－6］，但也有研究表明，人工加速种子老化过程中延长老化时间或提高老化温度可有效解除种子休眠［7－8］。研究还表明，解除休眠的种子遇到高温等不良逆境时会进入二次休眠，直到下次解除休眠并处于适宜条件下才能萌发［9－10］。狗尾草属植物种子多具休眠特性［11－12］，兼具次生休眠特性［13］。狗尾草属1年生草本植物狗尾草（Setaria viridis）种子具休眠特性［14］，通常也是群落演替中的先锋物种、农田杂草和优良牧草。在野外调察中发现，种植水稻多年的水田在弃耕当年，狗尾草多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夏季高温、冬季低温、水淹和排水等一系列土壤温湿度变化，种子依旧处于某个较高活力水平上。目前，关于解除休眠狗尾草种子在高温高湿环境中的萌发特征及其未萌发种子命运方面的研究较少。本试验以狗尾草种子为材料，采用人工加速老化法对其休眠种子和解除休眠种子进行老化处理，研究不同休眠程度种子萌发特征与老化时间间关系，以期为合理利用农田狗尾草及丰富种子休眠多样性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

休眠狗尾草种子于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。实验开展时狗尾草种子萌发率为（14.6±7.5）%，表明其处于休眠状态。

解除休眠狗尾草种子：采用水埋方法将处于休眠状态狗尾草种子每50粒种子一组置于直径为4cm试管中，水埋深为6cm。将试管置于4℃冰箱中低温湿藏4周后，取出种子并在23℃黑暗环境下风干，缓冲1周后用于实验。实验开展时水埋处理后的种子萌发率达95%，表明已解除其休眠。

1.2 种子老化处理

试验共设置7个老化时间处理即1，3，5，7，9，11d和13d，每个处理3次重复，老化温度和湿度分别为45℃、80%。

1.3 萌发试验及种子活力测定

将2类种子均匀放置于直径90mm、铺有2层滤纸的培养皿中，加入5mL蒸馏水，在15℃／25℃、光照12h／黑暗12h条件下进行萌发，每24h统计1次萌发情况，以胚根突破种皮2mm为标准判断种子是否萌发，连续14d无种子萌发则视为实验结束。实验结束后，统计未萌发种子数并采用TTC法对其进行染色，24h后观察胚是否染色，染色则表明其为有活力的休眠种子［8］，统计休眠率。

发芽指数＝∑（Gt／Dt）。

式中，Gt为发芽开始后第t天的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数［10］。

休眠率（%）＝萌发结束后具活力种子／供试种子总数×100%；

有活力种子总占比（%）＝萌发率＋休眠率。

1.4 数据处理

利用SPSS 13.0对狗尾草种子萌发指标进行单因素方差分析（Oneway ANOVA）和Tukey法分析不同老化时间间种子萌发的差异，数据均以“平均值、标准误”表示，采用Graphpad Prims 5.0作图。

2 结果与分析

2.1 老化时间对不同休眠程度狗尾草种子萌发进程的影响

延长老化时间对解除休眠种子萌发表现出显著抑制作用（F＝64.079，p＝0.000）；对休眠种子则表现为先促进后抑制，且2种不同休眠程度的种子萌发率在不同时间间均差异显著（F＝18.187，p＝0.000）。随老化时间延长，解除休眠种子萌发率呈单调下降趋势，萌发率由85.4%（老化1d）逐渐下降至无种子萌发（老化13d）；而休眠种子萌发率呈倒“V”型，老化1d的种子萌发率最低为16.9%，老化7d的种子萌发率最高，达67.8%，老化13d的种子萌发率下降至19.6%（图1）。

延长老化时间使2种不同休眠程度狗尾草种子萌发时间延迟，其中对解除休眠种子初始萌发时间的延迟作用较休眠狗尾草明显。老化1d的解除休眠种子在第4天观察到萌发现象，而休眠种子则在第2天；当老化时间为13d时，解除休眠种子无种子萌发，休眠种子则延迟至第10天。由图1可知，延长老化时间还在一定程度上缩短了2种不同休眠程度种子的萌发进程，尤其是明显缩短了休眠种子萌发进程。老化1d的休眠种子萌发时间长达30d，当老化时间延长至13d时，第23天即无种子萌发；解除休眠种子平均萌发时间为18d。

2.2 老化时间对不同休眠程度狗尾草种子发芽指数的影响

图1 7个老化时间下不同休眠程度狗尾草种子萌发进程

表1 7个老化时间下不同休眠程度狗尾草种子的发芽指数

表2 老化时间与不同休眠程度狗尾草种子活力间关系

从表1可以看出，老化时间延长对休眠和解除休眠狗尾草种子发芽指数均产生显著影响，其中，对休眠种子表现为先促进后抑制，适当老化时间（5，7d）下，种子发芽指数显著高于短时间（1，3d）和长时间（11，13d）老化种子；解除休眠种子总体表现为降低其发芽指数，长时间老化（老化9，11d和老化13d）的种子发芽指数显著低于短时间老化的种子（老化1，3d和老化5d）。表明短时间老化（老化1，3d）有利于解除休眠种子集中萌发，较长时间的老化（老化5，7d）有利于休眠种子的集中萌发（图1、表1）。

2.3 老化时间对不同休眠程度狗尾草种子活力的影响

随老化时间延长，休眠种子中未萌发种子的休眠率和有活力种子总占比总体上呈显著降低趋势，解除休眠种子中未萌发种子休眠率则表现为显著增加，但有活力种子总占比表现出“V”型的显著变化。休眠种子有活力种子总占比在老化13d后显著下降至58.9%，有41.1%的种子在高温高湿环境下失去活力腐烂或死亡；而解除休眠狗尾草种子有活力种子总占比在老化7d时降为最低，为87.2%，其余老化时间下有活力种子总占比均高于93%（表2），表明在所有老化时间内只有0.2%～12.8%的种子会失去活力。

3 结论与讨论

在本研究中，老化时间的长短显著影响2种不同休眠程度狗尾草种子的萌发特征。对于休眠种子而言，一定时间的老化可促使种子解除休眠（如老化5，7 d和老化9d），提高其萌发率；相反，对于解除休眠种子，延长老化时间不但显著降低种子萌发率，而且诱导种子进入二次休眠，同时导致2类种子初始萌发时间均显著延长。延长老化时间导致休眠种子中0.7%～41.1%的种子失去活力，解除休眠种子为0.2%～12.8%，表明相对于休眠种子，解除休眠种子适应高温高湿的胁迫环境需要花费较长时间，但适应能力更强。

湿冷层积处理能解除许多种子休眠，已在诸如羊草（Leymus chinensis）、山鸢尾（Iris setosa）、狗尾草等草本植物种子上取得较好效果［15－17］。在本研究中，休眠狗尾草种子经历低温水埋4周后萌发率达95%，表明低温下，水埋处理可有效解除狗尾草种子休眠，效果与湿冷层积相同，也用科学方法解释了为什么水稻田在弃耕当年狗尾草可以单优种群占据该生境的原因。同时在本研究中还观察到休眠狗尾草种子随老化时间延长萌发率呈倒“V”型，尤其是老化5，7d和老化9d的狗尾草种子，萌发率均超过50%，表明人工加速老化处理在一定程度上可促进种子萌发，并可能解除种子休眠，这与前人研究结果相一致［8］。

有大量研究表明，人工加速老化处理能较为迅速直接地导致种子内部物质能量代谢变化以及生理生化劣变，导致其活力降低并直接抑制萌发［18］。但在本研究中，随着老化时间延长，虽然解除休眠狗尾草种子萌发率呈下降趋势，但有活力种子总占比超过87%，说明人工老化处理后其未萌发种子并没死亡而是处于休眠状态。研究表明，当解除休眠的水曲柳（Fraxinus mandshurica）种子在超过20℃的恒温条件下便会诱导种子产生二次休眠，尤其是在较高温度下超过3d再恢复到适宜萌发的温度时，大部分种子会产生二次休眠［10］。本研究分析结果显示，当老化时间为9d时有超过75%的种子处于休眠状态，表明解除休眠狗尾草种子也因高温环境胁迫进入二次休眠。由此推测，对于有休眠特性的种子如狗尾草、水曲柳，在对其解除休眠进行人工老化处理时，其种子内部的生理生化变化过程可能与无休眠种子有所不同。因此，人工加速老化处理下解除休眠种子生理生化变化过程尚需进一步研究。

如果用有活力种子总占比的高低反映种子对胁迫环境的适应程度，本研究结果表明，解除休眠种子对胁迫环境的适应能力较休眠种子为高。因为随老化时间延长，解除休眠种子中有超过87%的种子始终保持活力，休眠种子则可低至58.9%。同时在本研究中，老化13d时解除休眠种子便无萌发现象，但多数种子保持活力；而休眠种子则在所有老化时间内均可观察到种子萌发，这进一步表明解除休眠种子需花费更长时间来适应环境变化，所以，在更广泛的意义上，无论是休眠狗尾草种子还是解除休眠狗尾草种子，都能敏锐地捕捉到环境的温度信号，选择适当的时机解除休眠或进入二次休眠，同其他物种一样，这不仅是自然选择的结果，也是对其分布区环境的一种适应，同时也是其重要的进化策略之一［19－20］。

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