伊犁河谷14种野生观赏植物种子活力及休眠破除研究

，，，

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052；2.中国科学院新疆生态与地理研究所/中国科学院干旱区生物地理与生物资源重点实验室，乌鲁木齐 830011)

种子是被子植物和裸子植物特有的繁殖体系，对物种的延续有着重要作用。种子休眠是由于物种自身内在原因，具有活力的种子在适宜条件下仍不萌发的现象，是物种在长期的自然进化中为了逃避不良环境时期形成的特殊生理生态特性[1]。就物种本身而言，种子休眠、种子萌发和幼苗存活是植物生活史紧密联系的阶段，而种子休眠对植物个体的生存、延续和进化具有重要意义，但种子休眠特性在生产实践中却制约了物种有效价值的开发[2]。因此，研究种子休眠破除方法便成了种子生理学家和生产实践工作者的首要任务，具有重要的理论和现实意义[3]。

国内外学者对种子休眠机制、休眠破除方法及机理已做了大量的工作，目前，种子休眠的破除方法有低温处理、药剂处理、干燥处理等[1]。由于每个物种都有自己独特的生物学特性，因此，不同物种种子休眠破除方法的效果因种而异，种子萌发所需要的最适条件也不相同[1]。同时种子萌发是植物生活史的关键阶段[4]，决定了植物个体发育早期生活史特征[5]，影响了结实率和成活率等后期生活史特征[6]。如果种子休眠破除方法或种子萌发条件不当则可能造成种子死亡或苗期不齐等现象。因此，对种子保存和育苗工作而言，在进行大量的种子作业前，必须探寻合理、有效的处理方法和条件。

野生花卉不仅是现有栽培花卉的祖先，也是培育花卉新品种重要的种质资源和原始资料[7]。新疆伊犁河谷地区气候条件独特，野生花卉植物资源丰富，该区是天然野生花卉的资源库和基因库。现已查明的野生植物种类有1 479种，野生观赏花卉植物37科122种，野生草坪植物4科8种。目前，已经开展了一些新疆野生花卉资源的调查和个别物种的引种驯化工作[8-10]，但已被引种栽培利用的野生花卉植物不足1/3，尚有2/3以上的野生花卉有待开发利用。因此，本研究以14种伊犁常见野生花卉种子植物为研究对象，检测不同储藏处理后的种子生命力状况、测定在不同温度梯度条件下种子萌发特性，探讨GA3、低温(5 ℃)干藏以及超低温(-18 ℃)干藏处理对种子休眠破除的影响，探寻伊犁野生花卉种子休眠破除的最佳方案，揭示伊犁河谷花卉植物的生活史对策、物种更新过程及后代适合度状况，同时也为物种保护提供合理的保育策略，特别是为特殊花卉的迁地保育提供技术指导。

1 材料和方法

1.1 材 料

供试的14种花卉材料采集自新疆伊犁河谷地区(表1)。

1.2 方 法

1.2.1 种子生活力检测

新鲜成熟的种子做3种处理： 1) 未处理；2) 低温干藏8个月，温度为5 ℃；3) 超低温干藏8个月，温度为-18 ℃。每个处理的种子分成3份，每份50粒，做种子活力检测，将种子用温水(30 ℃)浸泡24 h，使种子充分吸胀，纵切，取1/2备用。将准备好的种子放入培养皿，浸于TTC(1%)试剂中，于恒温箱(30～35 ℃)中保温12 h，观察种子着色状况，胚部显红色者记为活种子，不显色或显色极淡者记为死种子[18]。

活种子(%)=胚部呈红色的种子数/供试种子总数×100%。

1.2.2 种子萌发指标测定

赤霉素(GA3)、低温和干藏是大部分种子休眠破除的有效方法。取成熟度一致、饱满的新鲜种子，充分混匀，将种子分为3份，分别进行GA3(ck、0.1，1，10 mmol/L 4个水平)、低温(5 ℃)干藏和超低温(-18 ℃)干藏处理。然后把种子置于Petri培养皿中(以2层脱脂滤纸作为发芽床并每天加无菌水保持培养皿湿润)，每皿25粒，每个处理4次重复。本研究采用5个光温梯度模拟伊犁地区原生境不同生长季节的平均最高温度和最低温度：30 ℃/15 ℃(7月)、25 ℃/10 ℃(6月或8月)、20 ℃/5 ℃(5月和9月)、15 ℃/5 ℃(4月和10月)、5 ℃/1 ℃(3月和11月)和光周期为光12 h/暗12 h交替，湿度为60%作为萌发条件。以胚根突破种皮2 mm为种子发芽标准，每天统计种子的萌发数(移走发芽的种子，霉烂种子记为无活力的种子)，萌发实验持续30 d。

最终萌发率(%)=萌发种子总数/测试种子总数×100%。

1.3 数据分析

数据统计及分析使用SPSS 21.0和Excel 2016软件，绘图使用OriginPro 8.5软件。数据使用平均值±标准差(SE)表示。种子生活力及不同物种种子萌发在不同温度梯度和不同处理条件，在95%显著水平上使用单因素方差(one-way ANOVA)分析。

2 结果与分析

2.1 种子生活力检测

除酸模(30%)外，新鲜成熟的物种种子活力均大于82%，低温干藏和超低温干藏后种子活力均有不同程度的降低，但所有物种的活力均超过70%，且不同处理间存在差异(表1)。低温干藏处理和超低温干藏处理均未对白芷种子活力有显著影响；超低温干藏处理显著降低了顶冰花、喜盐鸢尾、天仙子的种子活力，而低温处理未显著降低它们的种子活力；低温干藏和超低温干藏处均显著降低白喉乌头、团扇荠、欧夏至草、马兰、酸模、菥蓂、花葵、锦葵的种子活力，且低温干藏与超低温干藏处理间种子活力也存在显著性差异；低温干藏和超低温干藏显著降低毒芹和夏枯草种子活力，而低温干藏和超低温干藏后种子活力无显著差异。

表1 低温干藏和超低温干藏处理后种子活力情况

注：小写字母表示同一物种未处理、低温干藏、超低温干藏后种子生活力的显著差异(LSD)。

2.2 温度和赤霉素浓度对种子萌发的影响

结果表明：大部分新鲜成熟的种子都存在休眠现象；而赤霉素打破种子休眠的效果因物种和温度而异。除团扇荠外，不管有无赤霉素处理的，其余物种在低温5 ℃/1 ℃均不萌发，说明5 ℃/1 ℃所有物种均不适合萌发；顶冰花、喜盐鸢尾在对照、赤霉素(0.1，1，10 mmol/L)处理下均无反应。

对照条件下白喉乌头在所有温度梯度下种子均不萌发，而0.1 mmol/L和1 mmol/L的赤霉素浓度能提高其种子萌发率，并在1 mmol/L赤霉素处理下和25 ℃/10 ℃条件下种子萌发效果最佳，而10 mmol/L的赤霉素浓度对其种子萌发无影响；对照条件下白芷种子在各温度梯度下萌发差异显著，赤霉素处理后种子萌发差异亦显著，且在0.1 mmol/L的赤霉素处理、25 ℃/10 ℃条件下萌发率达到最高；对照条件下马兰种子在各温度梯度下均不萌发，经赤霉素处理，且只在30 ℃/15 ℃条件下萌发，并在0.1 mmol/L赤霉素处理时萌发率最高；对照条件下团扇荠和毒芹种子均萌发，赤霉素处理显著抑制了团扇荠和毒芹种子萌发率，且两者均在30 ℃/15 ℃对照条件下萌发最佳；对照条件下花葵种子不萌发，赤霉素处理显著提高了花葵种子萌发率，且在0.1 mmol/L的赤霉素浓度和20 ℃/5 ℃条件下种子萌发率最高；对照条件下天仙子种子均不萌发，赤霉素处理显著提高了其种子萌发率，且在1 mmol/L赤霉素处理和15 ℃/5 ℃条件下种子萌发率最高；对照条件下锦葵种子均不萌发，赤霉素处理能显著提高其种子萌发率，且在0.1 mmol/L赤霉素浓度和20 ℃/5 ℃条件下种子萌发率最高；对照条件下欧夏至草种子均不萌发，赤霉素处理能显著提高其种子萌发率，且在0.1 mmol/L赤霉素浓度和30 ℃/15 ℃条件下萌发率最高；对照、20 ℃/5 ℃、25 ℃/10 ℃、30 ℃/15 ℃条件下夏枯草种子存在萌发现象，在15 ℃/5 ℃、20 ℃/5 ℃、25 ℃/10 ℃和0.1，1 mmol/L赤霉素处理显著提高了其种子萌发率，而10 mmol/L赤霉素浓度和30 ℃/15 ℃条件下抑制了其种子萌发，且在1 mmol/L赤霉素浓度和25 ℃/10 ℃条件下萌发率最高；对照15 ℃/5 ℃、20 ℃/5 ℃和25 ℃/10 ℃条件下酸模种子存在较低的萌发率，而在30 ℃/15 ℃条件下种子不萌发，赤霉素处理显著提高了其种子萌发率，且在1 mmol/L赤霉素浓度和20 ℃/5 ℃条件下种子萌发率最高；对照条件下菥蓂种子萌发存在显著差异，但当赤霉素浓度为10 mmol/L时，在15 ℃/5 ℃条件下表现为促进种子萌发，在20 ℃/5 ℃时又表现出显著的抑制作用，而在25 ℃/10 ℃、30 ℃/15 ℃时效果与未处理种子无明显差异，在1 mmol/L赤霉素浓度和25 ℃/10 ℃条件下种子萌发率最高(图1)。

2.3 低温和超低温处理对种子萌发的影响

经8个月低温干藏、超低温干藏后，不同物种种子萌发表现差异(图2)。顶冰花、白喉乌头、喜盐鸢尾在低温干藏、超低温干藏处理后仍然不能萌发，暗示低温或超低温处理不能打破其种子休眠，或者需要更长的时间来打破休眠，也可能需要化学处理或者机械处理；白芷种子未处理前萌发效果优于低温干藏和超低温干藏处理后，且在25 ℃/10 ℃下未处理的种子萌发率达到最高；马兰在低温干藏后种子萌发率降低，且超低温干藏处理后种子不萌发；酸模在低温干藏和超低温干藏处理后种子萌发率升高，除30 ℃/15 ℃条件下，种子萌发率在低温干藏处理后显著高于超低温干藏处理，其他温度下无显著性差异；新鲜的天仙子种子仅在20 ℃/5 ℃下萌发，低温干藏和超低温干藏处理后种子可在更宽的温度范围内萌发，且低温干藏处理后天仙子在25 ℃/10 ℃下萌发率达到最高；菥蓂在低温干藏和超低温干藏后种子萌发率显著提高，但低温干藏和超低温干藏处理对其萌发率影响没有显著性差异；团扇荠种子萌发率呈随温度升高而升高的趋势，而且在15 ℃/5 ℃、20 ℃/5 ℃、25 ℃/10 ℃、30 ℃/15 ℃萌发状态下低温干藏和超低温干藏对种子萌发影响没有显著差异；新鲜成熟的花葵种子萌发率随温度升高而升高，在30 ℃/15 ℃条件下萌发率达到最高，经低温干藏和超低温干藏后，花葵萌发率与处理前无明显差异；锦葵经低温干藏或超低温干藏处理后萌发率有所下降；毒芹种子萌发效果在光温梯度间差异显著，萌发率随温度升高而逐渐升高；新鲜成熟的欧夏至草在20 ℃/5 ℃、25 ℃/10 ℃条件下，萌发效果最好，低温干藏和超低温干藏后在30 ℃/15 ℃时种子萌发率达到最高；夏枯草种子萌发率与温度呈正相关关系，低温干藏能促进种子在15 ℃/5 ℃条件下萌发，在25 ℃/10 ℃、30 ℃/15 ℃条件下，低温干藏和超低温干藏处理对种子萌发没有显著性差异，种子在30 ℃/15 ℃、超低温干藏条件下萌发率达到最高。

注：不同的大写字母表示不同光温梯度间种子萌发率是否差异显著；不同的小写字母表示同一温度的种子萌发率不同处理之间是否差异显著。下同。图1 12种植物种子经赤霉素(浓度为0.1，1，10 mmol/L)处理后，不同光温梯度下种子的萌发率(平均值±标准差)。

图2 9种植物种子经过低温干藏、超低温干藏8个月后，不同光温梯度下种子的萌发率(平均值±标准差)。

3 结论与讨论

3.1 保藏方法对种子活力的影响

8个月低温、超低温干藏后，所有种子的活力均有不同程度的下降，但也有部分物种表现出低温耐受性，例如白芷，在经过2种处理后种子活力与未处理无明显差异；顶冰花、白喉乌头、喜盐鸢尾、天仙子、夏枯草适用低温干藏保存；而马兰、菥蓂、花葵、锦葵则适用超低温干藏保存。

3.2 种子休眠破除的最佳赤霉素浓度

顶冰花、喜盐鸢尾均对赤霉素不响应；马兰、天仙子、菥蓂、团扇荠、花葵、锦葵、欧夏至草在0.1 mmol/L赤霉素处理下萌发率达到最高；而酸模、毒芹、白芷、夏枯草在1 mmol/L赤霉素处理下萌发率达到最高。

3.3 种子打破休眠的最佳干藏温度

顶冰花、白喉乌头、喜盐鸢尾的种子休眠破除对低温干藏和超低温干藏不响应；马兰、酸模、花葵、团扇荠、天仙子在低温干藏处理下种子萌发率较高，而菥蓂、锦葵、毒芹、白芷、欧夏至草和夏枯草在超低温干藏处理下种子萌发率较高。

3.4 种子萌发的最佳条件

0.1 mmol/L赤霉素处理下和15 ℃/5 ℃条件下团扇荠能达到最大萌发率，20 ℃/5 ℃条件下锦葵达到最大萌发率，30 ℃/15 ℃条件下马兰、天仙子、菥蓂、花葵、欧夏至草达到最大萌发率；1 mmol/L赤霉素处理下和20 ℃/5 ℃条件下酸模达到最大萌发率，25 ℃/10 ℃条件下白喉乌头、白芷、夏枯草达到最大萌发率，在30 ℃/15 ℃条件下毒芹达到最大萌发率。低温干藏处理时在25 ℃/10 ℃条件下团扇荠菜达到最大萌发率，在30 ℃/15 ℃条件下马兰、酸模、天仙子、花葵达到最大萌发率；超低温干藏处理后，在20 ℃/5 ℃条件下锦葵达到最大萌发率，在25 ℃/10 ℃条件下菥蓂、夏枯草达到最大萌发率，在30 ℃/15 ℃条件下毒芹、白芷、欧夏至草达到最大萌发率。

[1]Baskin CC,Baskin JM.Seeds:Ecology,Biogeography,and Evolution of Dormancy and Germination[M].Academic Press,San Diego,2014.

[2]傅强,杨期和,叶万辉.种子休眠的解除方法[J].广西农业生物科学,2003(3):230-234.

[3]杨朝霞.厚朴种子解除休眠及萌发生理的研究[D].南京林业大学,2008.

[4]Gondinez-Alvarez H,Valiente-Banuet A,Banuet LV.Biotic interactions and the population dynamics of the long-lived columnar cactus Neobuxbaumia tetetzo in the Tehuacan Valley,Mexico.Canadian Journal of Botany,1999,77:203-208.

[5]Fenner M.Seeds:The Ecology of Regeneration in Plant Communities (2 nd Edition)[M].CABI Publishing,Wallingford,2000:237-331.

[6]Fenner M,Thompson K.The Ecology of Seeds[M].Cambridge University Press,Cambridge,2005:97-131.

[7]刘彤,祝剑波,陈芳,等.新疆花卉的资源优势与开发前景(综述)[J].石河子大学学报(自然科学版),2000(1):82-86.

[8]潘晓玲,皮锡铭,高淑兰.新疆野生花卉资源植物的研究[J].干旱区研究,1995(1):48-52.

[9]崔乃然,彭子模,惠寿年,等.新疆植物资源优势、开发潜力及开发前景[J].新疆师范大学学报(自然科学版),1997(1):58-64.

[10]向红玲.新疆野生花卉资源[J].干旱区研究,1991(1):35-38.