四种豆科种子休眠及萌发特性的研究

曲 艳，李青丰

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院“农业部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室”和“草地资源教育部重点实验室”，内蒙古呼和浩特 010019)

种子是高等种子植物生活史中的关键组成部分，植物群落建成、演替也与种子萌发特性有关〔1〕，并影响植被分布、动态和多样性〔2〕，植物要想成功的实现天然更新，种子萌发是必经之路〔3〕。种子萌发就是某一生境下的群落布局、植被形成和演替的起点〔1〕。种子萌发是一个复杂的多步骤过程，种子萌发具有重要的经济和生态意义〔4〕。种子萌发是指种子吸水后膨胀，胚再生长的过程，胚根从胚乳和种皮突破出来后完成萌发这一过程〔5〕。为此，本次研究以豆科植物四种典型植物小冠花(Coronillavaria)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、刺果甘草(Glycyrrhizapallidiflora)、沙打旺(Astragalusadsurgens)作为试验材料。小冠花为豆科多年生草本植物，原产于南欧和地中海地区。引进种的根系与根瘤发达，茎叶稠密，质地柔软，是优良的水土保持植物，同时也可以用来观赏的蜜源植物，徐本美等人的研究结果指出浓硫酸处理后的小冠花种子萌发率大大提高〔6〕。苦豆子为豆科槐属，多年生草本植物，主要分布于我国新疆、宁夏和内蒙古等省区境内，具有耐盐碱、抗干旱等特性，是北方地区的饲用植物资源和药用植物资源〔7〕，同时也是我国西北荒漠地区广泛分布的一种优良野生植物〔8〕，而且具有防风固沙和改良盐碱地的特性，吕笃康等对苦豆子种子萌发特性进行了研究〔9〕。沙打旺，豆科黄芪属多年生草本，又名直立黄芪、麻豆秧等，是具有防风固沙和保持水土的优良牧草及绿肥原料，郑秀芳等的研究揭示了沙打旺种子的最适发芽温度〔10〕。刺果甘草原产于温带，主要分布在我国黑龙江、辽宁、内蒙古、河北等地，种子有深而长的休眠。刺果甘草的优良特性有很多，如抗寒、耐热、耐旱、抗盐碱等，刺果甘草还是一种重要的固沙植物，林艳艳等研究了刺果甘草的种子萌发特性和生物学特性〔11〕。

本文通过对四种种子的休眠特性进行研究，并针对不同的种子采取不同破除休眠的方法以提高种子的发芽率。利用科学的方法对取得的数据进行分析能够帮助我们了解和认识植物在面对特殊生境时的不同生活史以及对策，从而了解植物种子萌发的特性和影响因素，寻找其种子最优的萌发条件则为其育种繁殖，引种栽培、种质资源保存和生态环境保护奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所采用的4种试验材料名称、采集地点及时间等详见表1。

表1 实验材料

1.2 试验方法

1.2.1 种子外部形态观察

挑选发育良好的成熟饱满的种子置于解剖镜下，观察其性状、颜色、表面纹饰等特征。并拍照记录。

1.2.2 种子千粒重测定

采用千粒法测量种子的千粒重。把四种种子每种选取1000粒种子，共设三次重复，分别进行称重，三份重复的差数与平均数之比不超过5%，若超过则分析第四份重复，直至到达要求，取差距最小的两份计算测定成果。

1.2.3 种子萌发试验

(1)种子休眠特性测定

四种种子均以每50粒为一组，四次重复，将种子随机取出，放入铺有2层以蒸馏水润湿的滤纸做培养床的培养皿中，加入少量蒸馏水将种子浸湿，在25℃人工培养箱内进行萌发试验，每天补加少许蒸馏水，要保证种子有充足的水分供应，如发现有发霉种子要及时捡出，萌发实验持续12d。试验时期每24h统计新萌发种子数目、发霉种子数目及硬实种子数目，以此测定种子休眠情况。

(2)擦皮处理萌发实验

对萌发率极低的小冠花、沙打旺种子进行破除硬实的处理。随机取出种子，用砂纸进行打磨，直至表面失去光泽〔12〕，使种子吸水萌发，重新进行一次萌发实验(步骤同(1))。

(3)浓硫酸处理萌发实验

将不易用砂纸打磨的、外表皮太硬的苦豆子、刺果甘草种子进行浓硫酸浸泡处理，将各种子50粒为一组，四次重复，用浓度为98%的浓硫酸浸泡30min，萌发试验同(1)。每天观察并记录种子萌发的个数。

1.2.4 幼苗生物量测定

在萌发实验第12d时，准备若干小信封袋，称量袋重并记录，然后从培养皿内取出植物幼苗按顺序装入不同小纸袋中，标记对应的标签，称量幼苗鲜重。称重结束后将种子放入烘箱内，在恒温75℃烘干约24h，然后取出幼苗称量干重。根据发芽试验记录的数据按公式计算各种与发芽有关的指标。

1.2.5 萌发指标计算方法

参照《国际种子检验规程》及国内《牧草种子检验规程》，将种子新鲜胚根伸出超过种子长度以上视为发芽。种子相关发芽指标计算公式如下：

发芽率〔13〕(G)=n/N×100% n=发芽实验结束后种子发芽数 N=种子数

发芽势〔13〕(Gr)=m/N×100% m=发芽实验初期种子发芽数 N=种子数

发芽指数〔13〕(Gi)=∑Gt/DtGt=在t日内发芽数Dt=发芽日数(12d)

活力指数(Vi)=Gi×S S=发芽实验结束后幼苗重量

1.3 数据统计分析

采用excel2016进行种子每天发芽粒数的统计、计算及绘图，采用SAS9.0软件对不同处理的差异性进行分析。

2 结果与分析

2.1 种子形态特征

通过对四种种子进行外表形态观察并拍照记录显示：苦豆子种子为圆形，黄褐色，表面较光滑，长约3.8mm，宽约2.6mm；刺果甘草的种子为圆肾形，黑色，表面光滑，长约2.8mm，宽约2.2mm；沙打旺种子为肾形，黑褐色，表面较光滑，种子长约1.8mm，宽约1.5mm；小冠花的种子为肾形，黑褐色，细长状，表面光滑，种子长约3.0mm，宽约1.2mm。

苦豆子种子形态刺果甘草种子

沙打旺种子形态小冠花种子形态

图1四种种子形态特征

2.2 种子千粒重测定

千粒重是以克表现的一千粒种子的重量，它是体现种子大小与饱满水平的一项指标，是查验种子质量的指标〔14〕，也是预测产量时的重要依据。千粒重直接关系到种子的传播、萌发和成活率等〔15〕。种子千粒重是反映种子质量性状的重要指标。水分和养分的变化可影响种子的重量。农业生产中若农田水肥条件好，则作物籽粒饱满，水肥跟不上，则作物所结籽粒小。

通过比较小冠花、沙打旺、苦豆子和刺果甘草四种植物种子千粒重，得出四种植物千粒重依次为苦豆子(17.73g)>刺果甘草(13.49g)>小冠花(3.53g)>沙打旺(1.32g)，其中苦豆子的千粒重最高，沙打旺的千粒重最小(见图2)。

图2 四种种子千粒重大小比较

2.3 四种植物种子萌发特性

2.3.1 四种植物种子萌发指标测定

为明确四种种子是否有休眠现象，并明确种子的休眠率，首先用标准萌发实验对种子的休眠率进行测定。发芽率是种子质量性状的重要指标，也是种用价值的最重要的指标，发芽率高说明种子着的多，反之说明种子活着的少；发芽势的大小表明发芽速度的快慢与齐整度，也表明种子活力的强弱，以发芽率相同为前提的情况下，如果发芽势高，那么种子生命力一定强〔16〕。

根据表2可以看出，在常规发芽条件下苦豆子的发芽率及发芽势均最高，分别为59.5%和47.0%，显著高于其他三种种子发芽率和发芽势；刺果甘草的发芽率及发芽势最低，二者均为2.0%。四种种子都存在着或多或少的休眠现象，其中小冠花的休眠程度最高，休眠率可达85.0%。沙打旺种子死亡率最高(70.5%)，出现了大量发霉死亡的现象。小冠花和刺果甘草种子虽死亡率较低，但存在着严重的硬实现象，休眠率特别高，在常规条件下萌发困难，需要对其进行一定的处理才能使种子正常萌发。

表2 标准萌发条件下种子发芽情况

注：同列不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)

2.3.2 破除休眠后种子萌发特性

(1)破除休眠后种子萌发指标测定

表3为经过擦皮和98%浓硫酸处理后破除硬实效应后植物种子萌发情况。经过擦皮处理的小冠花和沙打旺种子发芽率得到了很大程度上的提高，其中小冠花的发芽率由常规萌发14.5%升至87.5%。沙打旺的发芽率由常规萌发的28.0%升为46.5%；经过98%浓硫酸处理的刺果甘草和苦豆子种子发芽率为47.5%和80.0%，分别提高了45.5%和20.0%，且经过处理过的种子休眠率明显低于未处理的种子。并且处理后的沙打旺种子死亡率大大低于未处理的种子，但刺果甘草种子却比处理前的死亡率有所提高，小冠花与处理前的死亡率一样。可见，处理后能够明显帮助种子突破硬实效应，达到更好的萌发的效果。

表3 擦皮和98%浓硫酸处理后种子萌发情况

(2)处理前后种子发芽指数的测定

发芽指数可以说是发芽率的详细与具体，发芽指数高就说明该种子发芽过程所用的时间短，发芽速度快〔17〕，评价种子活力的好方法就是测定发芽指数〔18〕。

如图3所示，处理前，刺果甘草的发芽指数最低为0.39，而沙打旺种子和苦豆子种子的发芽指数较高，其中，沙打旺种子的发芽指数为4.85，苦豆子种子最高的发芽指数达到7.16；经过擦皮和98%浓硫酸浸泡处理后，苦豆子的发芽指数最高，刺果甘草的发芽指数最低。沙打旺处理前后有非常显著的差异性，刺果甘草处理前后有较显著差异。

图3 经过处理前后种子发芽指数对比

(3)处理前后种子活力指数测定

活力指数是种子萌芽速度和生长量的综合反映，是种子活力的综合指标。种子活力是一种潜在能力及表示种子萌发及幼苗成长的，发芽速度快，齐整划一，幼苗生长健壮即表明种子活力高〔19〕。

由图4可以得出苦豆子的活力指数高于小冠花的活力指数。活力指数=发芽指数×发芽实验结束后幼苗重量，所以在发芽实验结束时苦豆子的幼苗重量明显高于小冠花的幼苗重量。比较图4，除小冠花种子，其它种子的活力指数都有显著性差异，说明处理后的种子对种子萌发特性有显著影响。并且活力指数具有明显差异的种子发芽指数也有明显差异。

图4 经过处理前后种子活力指数的对比

3 讨论

3.1 四种植物种子的千粒重分析

四个种子千粒重有明显的显著差异，千粒重大的种子对其发芽率也有一定影响。贠晶和贠文卿的研究表明红芪种子的发芽率受储藏年限和种子千粒重的影响，储藏时间短、千粒重高的种子发芽率高〔20〕。

3.2 四种植物种子的休眠现象分析

沙打旺和小冠花种皮硬，用砂磨法处理时很少破碎、种胚不易受到外界的伤害〔21〕。在很多种子预处理方法中，砂磨法一直被看作是最好的处理方法。本实验选取擦皮前后的两种植物种子进行萌发实验，通过实验结果表明擦皮可明显提高沙打旺和小冠花种子的萌发率。用98%浓硫酸处理后的苦豆子和刺果甘草的萌发率也得到明显提高，这说明沙打旺和小冠花种子不易萌发的重要原因就是受种皮机械抑制的影响。此外，是否存在有其他抑制因素影响两种植物种子萌发还有待研究。四种植物种子都存在休眠现象。沙打旺和小冠花的种子休眠的最主要原因就是硬实作用太明显，擦皮能用来突破硬实效应。苦豆子和刺果甘草用98%浓硫酸处理后能突破硬实效应。

3.3 破除硬实效应前后种子死亡率变化

进行标准萌发实验时，种子的死亡率较高，而擦皮处理后，种子的死亡率明显降低，根据实验过程分析，造成种子发霉的主要原因有水分太多，氧气不足，种子进行无氧呼吸，产生了有害物质使种子死亡，最后发霉；种子本身就有伤口，被其他微生物侵入而发霉。在进行标准萌发实验时种子自身不能够萌发而长期浸泡在水中容易进行无氧呼吸，同时种子可能有伤口，被其他腐烂种子携带的微生物入侵，而在擦皮后进行的萌发实验中，种子的发芽势均较高，在初期萌发后幼苗可进行有氧呼吸，以至腐烂发霉率降低，但不排除是浓硫酸处理时间太久烧伤种胚，而具体由哪一种因素导致种子腐烂死亡仍需进一步研究才能确定。

4 结论

在标准萌发条件下，四种豆科种子千粒重越大，对应的发芽率也越高，具体表现为苦豆子>刺果甘草>小冠花>沙打旺。从整体上看四种豆科种子在标准萌发条件下发芽情况均不佳且硬实作用明显，硬实作用是导致种子休眠的主要原因，尤其小冠花和刺果甘草。但经过擦皮和98%浓硫酸处理过后的四种豆科种子发芽率与发芽指数均显著提高，其中苦豆子的发芽率与发芽指数呈完全线性正相关，发芽势与发芽率、发芽势与发芽指数之间呈显著的线性正相关。