温度老化和激素处理对鹅观草种子萌发的影响

程 旭，鲁燕琴，袁龙义，薛兴华

(1. 长江大学 园艺园林学院，湖北 荆州 434025；2.湖北民族学院 生命科学学院，湖北 恩施 445000)

1 引言

鹅观草(RoegneriakamojiOhwi)是禾本科鹅观草属下的一个种，是常见的一年生草本植物，植株略带紫色，具香气，花紫色或绿色。其春季返青早，穗状花序弯曲下垂，姿态优美，具有一定的观赏价值[1]。鹅观草属(RoegneriaC.Koch)是禾本科小麦族最大的一个属，世界范围内主要分布在亚欧大陆，中国境内分布范围覆盖了西北、西南、华北、东北、华中的绝大多数省份，类群集中分布于青藏高原地区[2]。1900年，波格丹教授从野生类型将鹅观草引入栽培。有些种具有良好的抗寒性和抗寒性，粗蛋白含量高、草产量高，可作为优质的牧草资源，也是硬粒小麦的优良前作；根系发达、耐贫瘠，是良好的水土保持植物[3，4]。

种子老化是种质资源保存过程中面临的重要难题之一，种子老化直接降低种子发芽率、活力和生活力，导致植物生产水平和品质下降[5]。目前，我国学者针对鹅观草属植物的研究多集中在遗传多样性和分类上，常雪刚等[6]通过叶片形态解剖将6种鹅观草分成3类，证实了形态解剖作为分类依据的可行性。李淑娟等[7]采取酯酶同工酶分析得出，不同种和不同居群在遗传本质上是有区别的。近年来也陆续出现了少数对鹅观草属植物的抗性研究，赵富强等[8]在34份种质资源中发现的6份高抗条锈病资源，12份高抗白粉病资源2份兼抗条锈病和白粉病资源，为本属植物合理利用抗病材料及抗病育种提供资料。但是对鹅观草属植物种子萌发及种质资源的贮藏研究，国内外却鲜有涉及。鹅观草在长江中下游湿地中广泛分布，是构成本区域湿地植物群落的重要的优势种之一。因此，开展人工温度老化和激素处理对鹅观草种子的萌发影响研究，探究种子在老不同化环境和激素处理下的萌发率变化，有助于为鹅观草种子贮藏工作筛选适宜的温度，也可为鹅观草种子萌发提供合适的激素和浓度选择，从而提高种子萌发率。

2 材料与方法

2.1 研究材料

试验种子于2016年7月20日采于湖北省石首市天鹅洲生态湿地保护区，成熟种子经自然风干后于常温下干燥保存，并于实验前选择足量颗粒饱满的种子剥离出来。

2.2 研究方法

2.2.1 温度老化处理

实验开始于2016年11月5日，11月10日开始萌发，2016年12月6日结束。采用30 ℃、40 ℃、50 ℃ 3个温度处理，每个处理100粒种子，重复3次。常温下将300(3×100)粒鹅观草种子置于0.5%的KMnO4溶液中浸种30 min，用清水冲洗3次后放入烧杯。将烧杯置于30 ℃的恒温水浴锅中48 h后取出，种子放在铺有滤纸的培养皿中，在25 ℃恒温箱中培养。另外两个温度处理方法同上，每天观察种子萌发数量并及时补充水分。种子萌发后，记录萌发日期、萌发数量，计算种子的发芽率。

2.2.2 激素处理

实验开始于2016年9月21日，9月27日开始萌发，到2016年11月4日发芽完成。选取3种激素对种子进行处理，分别为、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、萘乙酸(NAA)。脱落酸浓度设定为10 mg/L、20 mg/L/、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L 6个梯度，赤霉素浓度设置1 mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3个梯度；萘乙酸浓度设置1mmol/L、2 mmol/L、3 mmol/L 3个梯度。每个处理100粒种子，重复3次。常温下将鹅观草种子置于0.5%的KMnO4溶液浸种30min，用清水冲洗3次后置于不同浓度激素溶液中浸种24 h后，将种子放在铺有滤纸的培养皿中。在25 ℃恒温箱中培养，每天观察种子萌发数量并及时补充水分。种子萌发后，记录萌发日期、萌发数量，计算种子的发芽率。

2.2.3 数据分析和方法

种子累计萌发率用Excel整理得出，用SAS 8.0软件使用单因素方差分析(LSD)进行差异显著性检验。

种子累计萌发率=累计萌发种子数/供试种子总数×100%。

3 结果

3.1 温度老化

在既定温度梯度内，以常温为对照，种子的累计萌发率随着温度的升高而降低(表1)。30 ℃下种子累计萌发率最高，为96.33%；40 ℃次之，50 ℃下累计萌发率最低，仅为9.33%。种子累计萌发率在3种温度条件下差异显著(P<0.05)。整个发芽期内，各个温度处理下的种子发芽趋势一致，发芽率在前3周均呈现出加速上升趋势，30 ℃和40 ℃下的萌发率最快，对照次之。50 ℃下萌发最慢，种子在萌发速度和萌发数量上均受到严重阻碍，明显低于其他处理(图1)。

表1 不同温度老化处理下的种子萌发率

注：表格同列数据后小写字母不同者，表示P<0.05水平下差异显著，表3同理；表格中W1表示第一周，W2表示第二周，以此类推，表2同理。

图1 鹅观草在温度老化处理下的累计萌发率

3.2 激素老化

脱落酸(ABA)，从整体上看，在设定的6个浓度下，除浓度为10 mg/g时，种子累计萌发率最低，为75.00%，与其他5个浓度下的种子萌发率差异显著(p<0.05)，其他5个浓度之间种子累计萌发率无显著差异(表2)。此外，与对照相比，ABA处理下的种子整体在前3周发芽节奏普遍较慢，3周累计萌发率最高仅3.67%(80 mg/L时)，最后一周开始迅速萌发(图2)。

图2 鹅观草在ABA处理下的累计萌发率

表2 脱落酸(ABA)处理下的种子萌发率

赤霉素(GA)，与对照相比，各个处理间种子萌发率差异显著(P<0.05)。当GA浓度为3 mmol/L时，虽然鹅观草种子累计萌发率最低，为84.33%，但是，由图3可得，当浓度为3 mmol/L时，首周种子累计率达到62%，远高于同期其他浓度下的种子萌发率，整体趋势由爆发式萌发转入缓慢萌发，而其他各浓度下的萌发趋势一致前5周缓慢萌发，第6周开始迅速萌发。尽管对照处理获得了最高的萌发率，但从前5周的累计萌发率可以看出，经处理的种子在累计萌发率上均大于对照的萌发率(表3)。

表3 赤霉素(GA)处理下的种子萌发率

图3鹅观草在GA处理下的累计萌发率

萘乙酸(NAA)，各处理间的最终种子萌发率由大到小依次为对照>2 mmol/L>1 mmol/L>3 mmol/L。处理下的萌发率显著低于其他各个处理的萌发率(P<0.05，见图4)。经NAA处理过的种子，两周内除蒸馏水达到最高4.00%的发芽率外，其他处理下均无萌发迹象。从第3周起，种子出现萌发，整体萌发率极低，5周内整体发芽率偏低，第六周达到集中萌发期，各处理均迅速开始萌发(表4)。

表4 萘乙酸(NAA)处理下的种子萌发率

图4 鹅观草在NAA处理下的累计萌发率

4 讨论

种子的萌发受自身基因和外界环境的多重影响，温度是制约种子萌发的重要生态因子之一。种子的萌发依赖于外界提供的最适温度，也有研究表明变温能够有效提高种子的萌发率[9～11]。本实验结果表明，鹅观草的萌发率随着温度的递增而显著降低，30 ℃时萌发效应最佳，40 ℃时依然能保持较高的发芽率(86.33%)，当老化温度达到50 ℃，发芽率骤降至9.33%。这种发芽策略保证了大部分种子能在合适的贮藏温度下萌发。陈佳等[12]对小麦种子进行加速老化处理试验表明，发芽率随着处理温度的升高而呈下降趋势，当温度超过50 ℃，发芽率效果较差，60 ℃时丧失萌发能力。覃鹏等[13]在对小麦进行55 ℃老化处理后发现，小麦种子中的SOD，POD，CAT活性随着处理时间延长而降低，导致酶活性丧失，从而影响种子的发芽率。长江中下游地区夏季高温高湿，温度在30～40 ℃之间。一方面，鹅观草对温度的适应保证了其种子在40 ℃时仍然有较高的萌发率。但超过50 ℃时，鹅观草会出现与上述小麦族物种相同的情况，种子萌发率降低甚至丧失萌发能力。另一方面，虽然在40 ℃的高温环境对鹅观草萌发率的影响并不大，但是植物种子一般都是密封或堆积保存，应将极端高温环境和种子自身的呼吸作用考虑进去，尽可能营造阴凉干燥的贮藏条件。

植物激素是调节种子休眠和萌发的关键因子之一，ABA的主要功能是抑制提前萌发和诱导初生休眠[14]。除10 mmol/L处理浓度外，其他5个浓度种子累计萌发率无显著差异，表明ABA浓度的高低对种子最终萌发率无显著影响。但是，与对照相比，在同一萌发周期内，经ABA处理下的种子萌发量明显滞后，表明ABA在一定程度上起到了延缓种子前期萌发进程的作用。张翔等[15]研究也表明，不同浓度的ABA对水稻种子的萌发产生不同程度的抑制作用，浓度越高，抑制作用越明显。本实验中得出ABA促进了鹅观草种子的休眠的结论，但是随着实验周期的延长，种子的最终萌发率之间并没有显著差异。存在的原因可能是种子会随着时间的延长逐渐度过休眠期，导致在长周期的实验环境下总体萌发率差别并不显著。

GA与ABA的促进作用相反，能替代低温层积打破休眠，促进种子萌发[14.16]。有研究显示，赤霉素对种子萌发和幼苗均有明显促进作用[17]。实验中GA处理下的种子萌发率在5周内发芽率均高于对照，尤其当浓度为3 mmol/L时，种子自首周便出现爆发式萌发，同期显著高于其他处理下的种子萌发率。在最终累计萌发率上却又显著低于对照。这表明GA处理打破了鹅观草种子的休眠，使其提前快速萌发，但依然不能提高种子的累计萌发率。在陈云飞[18]，方晶[19]等研究中，外源GA都不同程度的提高了种子的发芽率，本实验中未得到此结论。其可能的原因是实验周期的加长弱化了种子的在休眠期内萌发缓慢的情况，使得对照部分的种子在实验时间充足的的条件下也能顺利萌发。

NAA是一种低毒植物生长调节剂，能促进新陈代谢，加速生长发育，NAA能促进种子萌发，如果超出范围，反而会起到抑制作用[20，21]。与对照相比，种子在NAA处理下的萌发率和萌发速度均有所下降，表明NAA并不能有效打破种子休眠，促进种子萌发，也未能有效提高萌发率，相反萌发率有所下降。不同的物种对浓度的需求也有很大的差异性，烟草种子在200 mg/L的浓度下发芽效果最好[22]，0.1 mg/L的浓度对洋桔梗的发芽率促进效果明显[23]。而本实验中随着NAA浓度的提高，鹅观草的萌发率也出现下降趋势，表明3 mmol/L的浓度已经开始抑制鹅观草的萌发。

鹅观草作为优良牧草资源和水土保持的优秀候选物种，其萌发率直接影响到作为牧草的草产量和修复物种的生态效益，而萌发率的提高需要合理的贮藏条件。鹅观草在贮藏过程中，如遇到极端高温或者自身的呼吸作用强烈的情况下，种子很容易因高温环境胁迫而加速老化，造成种子萌发能力减弱甚至丧失。长江中下游地区属于典型的亚热带季风气候，夏季高温多雨。鹅观草种子成熟后，就处于高温高湿的环境中，其活力、生活力、萌发率都面临着自然老化环境胁迫。而本实验结果得出鹅观草种子于30 ℃老化温度下萌发效果最佳，50 ℃下的种子发芽率显著降低，为鹅观草种子贮藏提供了一个耐受温度的依据。3种激素处理下，NAA和ABA都无法快速而有效地促进鹅观草种子萌发，仅有GA，且当浓度为3 mmol/L时，种子萌发效率最高，这表明在开展鹅观草的农业生产过程中，配合使用适当浓度的赤霉素，能够有效提高萌发率。