塔里木盆地5种藜科植物种子休眠破除方法的研究

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(塔里木大学生命科学学院/新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室， 新疆 阿拉尔 843300)

种子休眠(Seed dormancy)是指具有活力的植物种子在适宜条件的情况下，仍不能萌发的现象[1-2]。引起种子休眠有许多原因，但大致可以分为3个方面，即种皮阻碍、种胚发育情况和种子内含物质的情况。总体来看，种子体眠是由各种各样的因素造成的，而各个因素往往不是单独发生作用，它们之间是相互联系与相互影响，致使种子休眠原因更加复杂[3-4]。根据种子休眠原因可采取不同的破除方法打破休眠。针对种子种皮透性障碍，可以采用打磨、夹裂等机械方法破坏种子种皮，进而打破种子的休眠。有研究表明，破坏种皮、去除种皮、热水软化种皮、清除种皮表面蜡质、油脂或其他抑制物等方法处理种子后，可有效打破休眠[5-7]。通过使用浓硫酸、硝酸、盐酸、高锰酸钾等化学药剂处理种子，均能有效的改变种皮透性，打破由于种壳坚硬原因引起的休眠[8-10]。对于内源抑制物质：外源激素GA3、ABA、NO、ET，可以促进细胞分裂，激活生长调节基因，从而打破种子的休眠，促进种子萌发[11-12]。对于种胚障碍导致的休眠，常用低温层积与变温层积处理打破，该方法能够有效解除百合、丹凤、牡丹、杨梅和山樱花等种子的休眠。近年来，随着对种子休眠问题研究逐渐深入，射线处理技术在打破休眠中得到了广泛的应用。电离辐射、超声波、红外线、静电场、电磁波、激光等均可不同程度地打破种子的休眠[13]。

藜科植物是塔里木盆地野生植物中的主要类群，多生长在干旱、盐碱等极端生境中，蕴含丰富的抗逆基因，极具开发利用价值，但因其生存环境恶劣、复杂，种子多具有休眠特性。本试验的供试材料是课题组前期对塔里木盆地藜科植物进行研究时发现的具有休眠特性的5个种，研究其休眠破除的方法，旨在为进一步研究藜科植物的抗逆机制及其合理开发利用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验先后5次对塔里木盆地藜科植物资源进行调查，对采集的种子进行萌发试验，发现5种藜科植物的种子具有休眠特性，以其作为供试材料，进行打破休眠试验。表1为植物样品采集地基本情况。

表1 5种藜科植物种子采集地生境概况

种名 采集地生境海拔(m)碱蓬(Suaeda glauca)和静县路边草甸2623硬枝碱蓬(Suaeda rigida)阿拉尔路边盐碱荒漠963盘果碱蓬(Suaeda heterophylla)第二师27团莲花湖湖畔1074刺藜(Chenopodium aristatum)和静县路边草甸2288盐角草(Salicornia europaea)阿拉尔路边草甸973

1.2 打破种子休眠试验设计

1.2.1 种子生活力的检测

种子萌发预试验中发现，碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种藜科植物种子萌发率均较低，究其原因，一种可能是种子没有生活力，不能萌发；另外一种可能是种子有生活力，但存在休眠现象，故先对种子进行生活力检测。

种子生活力采用TTC(triphenyltetrazolium chloride，2,3,5-氯化三苯基四氮唑)染色法测定。取每种供试材料种子各100粒，先用蒸馏水浸泡24 h，然后切除种子顶端 1/3，将种子浸泡在0.5%的TTC溶液中，在25 ℃、黑暗处保温24 h，进行染色，取出后用蒸馏水进行冲洗，切开种子，观察胚和胚乳染色情况，鉴定种子活力。胚染为红色而胚乳未染色种子为有活力种子。

1.2.2 机械破皮处理+赤霉素浸泡种子处理

将碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种藜科植物种子，用150目砂纸进行轻柔打磨1.5 min，进行机械破皮，打磨过程中避免损坏种子胚。

将打磨好的种子浸入300，600，900，1 200 mg/L和1 500 mg/L赤霉素(GA3)溶液中，在避光处存放24 h。

1.2.3 种子萌发试验

以未做处理的种子为对照(ck)，将经过不同浓度赤霉素(GA3)溶液浸泡过的种子，置于直径为90 mm垫有2层湿润滤纸的培养皿中(使用前高压灭菌消毒)，每个培养皿50粒种子，3次重复，放入25 ℃、12 h黑暗/30 ℃、12 h光照的人工智能气候箱中进行萌发。每24 h检测1次，种子的萌发以出现胚根为标志，记录每天萌发的种子数，并将已萌发的种子移走，持续5 d不萌发时计为萌发结束。

计算不同处理种子的最终萌发率、平均萌发时间，确定打破种子方法的效果：

种子最终萌发率(%)=已萌发种子总数/供试种子总数×100%。

平均萌发时间=∑(Dn)/∑n(n为在D时间的种子萌发数量，D为萌发开始的天数)。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2003软件进行数据分析和作图，应用SPSS 19.0软件进行方差分析及LSD检验(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 种子活力比较

由表2可知，碱蓬、硬枝碱蓬、刺藜、盐角草和盘果碱蓬等5种种子的活力分别为86%、92%、87%、95%和93%。5种藜科种子的生活力高于85%，表明种子具有较强的发芽潜力。

表3 打磨+赤霉素处理对种子最终发芽率的影响(%)

GA3浓度 (mg/L)0(ck)30060090012001500碱蓬(Suaeda glauca)11.33d49.33c53.33c60.66b66.00b73.33a硬枝碱蓬(Suaeda rigida)10.66c67.33b71.00b87.00a88.00a92.00a盘果碱蓬(Suaeda heterophylla)27.33c71.33b77.33b88.66a90.00a89.33a刺藜(Chenopodium aristatum)11.33d61.33c64.00c79.33b88.00a92.00a盐角草(Salicornia europaea)25.33c74.66b80.66b88.66a90.00a90.66a

注：同行数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著(p<0.05)。下同。

表4 打磨+赤霉素处理对种子平均萌发时间的影响 (d)

GA3浓度(mg/L)0(ck)30060090012001500碱蓬(Suaeda glauca)3.94a2.59b2.40b2.38b2.36b2.11c硬枝碱蓬(Suaeda rigida)3.75a2.49b2.36b2.28b2.27b2.09b盘果碱蓬(Suaeda heterophylla)2.90a2.12b2.06bc2.05bc2.02bc1.87c刺藜(Chenopodium aristatum)3.94a2.41b2.36b2.33b2.27b2.09b盐角草(Salicornia europaea)3.28a2.50b2.49b2.10c2.07c2.05c

表2 5种藜科植物种子活力的TTC 检验

种名 种子总数正常染色比例(%)未正常染色比例(%)碱蓬(Suaeda glauca)1008614硬枝碱蓬(Suaeda rigida)100928盘果碱蓬(Suaeda heterophylla)100937刺藜(Chenopodium aristatum)1008713盐角草(Salicornia europaea)100955

2.2 打磨+赤霉素处理对种子萌发的影响

2.2.1 打磨+赤霉素处理对种子最终萌发率的影响

由表3可知，经打磨及赤霉素(GA3)溶液浸泡后的碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种种子，最终萌发率总体上均随着GA3浓度上升而呈增高趋势，表明高浓度的GA3对种子萌发有促进作用。在经过1 500 mg/L的GA3处理后，碱蓬种子的最终萌发率为73.33%，显著高于ck和其他GA3处理；在经过900，1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，硬枝碱蓬种子的最终萌发率分别达到87.00%、88.00%、92.00%，三者无显著差异，但显著高于ck和其他GA3处理；在经过900，1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，盘果碱蓬种子的最终萌发率分别达到88.66%、90.00%和89.33%，三者无显著差异，但显著高于ck和其他GA3处理；在经过1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，刺藜种子的最终萌发率分别达到88.00%和92.00%，二者无显著差异，但显著高于ck和其他GA3处理；在经过900，1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，盐角草种子的最终萌发率分别达到88.66%、90.00%和90.66%，三者无显著差异，但显著高于ck和其他GA3处理。

2.2.2 打磨+赤霉素处理对种子平均萌发时间的影响

从表4可知，经打磨及赤霉素(GA3)溶液浸泡后的碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种种子，平均萌发时间均随着GA3浓度上升而降低，表明高浓度GA3对种子的平均萌发时间有缩短的作用。在经过1 500 mg/L的GA3处理后，碱蓬种子的平均萌发时间最短，显著短于ck及其他GA3处理；在经过各浓度GA3处理后，硬枝碱蓬种子的平均萌发时间无显著差异，但均短于ck处理；在经过600，900，1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，盘果碱蓬种子的平均萌发时间无显著差异，但显著短于ck处理及其他GA3处理；在经过各浓度的GA3处理后，刺藜种子的平均萌发时间无显著差异，但均短于ck处理；在经过900，1 200 mg/L和1 500 mg/L的GA3处理后，盐角草种子的平均萌发时间无显著差异，但显著短于ck处理及其他GA3处理。

3 结论与讨论

种子休眠是植物适应环境变化的重要方式之一，但是也会给实际生产带来不便。所以打破种子的休眠，具有十分重要的意义。一些研究表明，赤霉素(GA3)、高锰酸钾、脱落酸、水杨酸、硫酸等处理均可以打破种子休眠，促进种子萌发[14-18]。在本试验中，碱蓬、硬枝碱蓬、刺藜、盐角草和盘果碱蓬等5种种子的生活力均高于85%，但萌发率较低，表明这5种种子存在休眠现象。机械破皮是一种物理手段，可解除种皮厚、硬等障碍，加强种子的养分吸收和呼吸的作用。GA3不仅可以使种子中的水解酶被激活，还能促进蛋白质与核酸之间的合成，在提高种子最终萌发率中发挥着重要的作用。本研究通过机械破皮与GA3浸泡相结合，在不破坏胚的情况下对种子进行轻微摩擦，这样有利于GA3进入种子内部，打破了碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种种子的休眠状态，显著提高其最终萌发率，尤其是在高浓度GA3(1 500 mg/L)处理下，碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种种子的最终萌发率，分别提高到73.33%、92.00%、89.33%、92.00%和90.66%，这说明机械破皮+GA3溶液浸泡处理可以有效打破种子休眠，这与前人的研究结果相似[14,17]。碱蓬、硬枝碱蓬、盘果碱蓬、刺藜和盐角草等5种种子的平均萌发时间分别缩短到1.83，1.66，1.03，1.85 d和1.23 d，由此可见，机械破皮+GA3溶液浸泡处理可以缩短种子的平均萌发时间，这与前人的研究结果相似[19]。

综上所述，碱蓬种子打破休眠的最佳方法为：150目砂纸打磨1.5 min+1 500 mg/L的GA3溶液浸泡24 h；硬枝碱蓬、盘果碱蓬、盐角草种子打破休眠的最佳方法为：150目砂纸打磨1.5 min+900～1 500 mg/L的GA3溶液浸泡24 h；刺藜种子打破休眠的最佳方法为：150目砂纸打磨1.5 min+1 200～1 500 mg/L的GA3溶液浸泡24 h。

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