草原毒草——醉马草种子的萌发试验研究
2019-07-13
(1.北方民族大学化学与化学工程学院， 宁夏 银川 750021;2.天津科技大学化工与材料学院， 天津 300457)
醉马草(Achnatherumintebrians)属禾本科芨芨草属植物，主要分布在新疆、内蒙、甘肃、宁夏、青海等海拔1 700～4 200 m的地区，是我国西北地区一种危害严重的毒草[1-3]。醉马草喜阳、耐寒、抗霜、耐旱，早春时节开始萌发，大面积群落生长，根浅、茎长，一般生长在阳坡、河滩及草场低洼、潮湿、土质松软的土壤。南华山、月亮山等山地牧场地处宁夏南部西吉县与海原县的交界处，属于干旱半干旱气候类型。这里多有河漫滩地及潮湿松软的沙壤土，为醉马草的繁衍提供了适宜条件[4]。
由于醉马草根系具有很强的柔韧性和生命力，与其他牧草争夺土壤中的水分和营养物质，导致优良牧草生长受限，产量降低，而醉马草却在草原上迅速生长成为优势种群，致使草地生态循环系统遭到破坏，草场等级下降，甚至严重退化而形成荒漠化[5-7]。另一方面，醉马草具有很强的毒性，主要危害马属(马、驴、骡)动物，当牲畜进食鲜草量占其体重的1%时，很快便表现出口吐白沫、精神萎靡、昏睡、厌食、走路步履蹒跚、左右摇晃等中毒现象，严重者甚至导致死亡[8-10]。因此，在西北地区如宁夏、内蒙古、甘肃、青海、新疆等毒草大面积繁衍的牧场和草场，亟待研发针对这些毒草的除草剂品种。
目前已有文献报道关于采用除草剂防除醉马草的试验，是直接在草场上进行的[11-13]，这需要耗费一定的人力和财力，且需喷施一定次数。另外，隔离区作为对照组，虽未直接喷施除草剂，但由于风吹雨淋等自然环境因素，也会导致部分除草剂漂移或淋溶至其间，给除草活性数据的准确性带来误差。因此，如果可以建立针对醉马草的科学有效的实验室生测模型，可以使除草活性试验能够在节约成本、节省时间的条件下进行。因此，本实验从影响醉马草种子萌发的因素考量，研究其种子萌发的最优条件[14-16]，为今后能够在实验室条件下人工种植醉马草，进而对其进行除草活性测试提供足够的物质基础，为防治草原毒草的研究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材 料
本实验所采用的醉马草种子于2017年9月采自宁夏固原市西吉县月亮山，地理位置为东经105°37.093′，北纬36°12.002′，海拔2 600 m。将收集到的种子自然晾干，精选大小一致、无坏损且颗粒饱满的种子于室温下保存备用。
1.2 主要仪器与试剂
数显恒温水浴锅；培养皿(90 mm)；电子天平；量筒；烧杯；砂纸；放大镜；浓硫酸(国产分析纯)；去离子水；氯化钠。
1.3 方 法
采用砂纸打磨处理、硫酸处理、水浴处理、盐胁迫等不同方法对醉马草种子进行破除休眠实验，并对其进行培养，探究不同的处理方法对醉马草种子萌发的影响。
1.3.1发芽方法
采用培养皿法：将培养皿用70%酒精消毒烘干备用，每个培养皿放置种子80粒，设置3个平行实验(1#、2#、3#)进行对照。培养时间为10 d，培养温度为23 ℃，避光培养，每天及时为种子补充水分，保持滤纸润湿。
1.3.2种子的前处理方法
分别对醉马草种子进行以下4种处理：
1) 取砂纸对种子进行打磨。打磨时以放大镜观察种皮的磨损情况，以观察到表皮有明显裂纹、种皮磨薄等痕迹为止。将打磨好的种子放置培养皿中培养。
2) 取适量的种子于200 mL烧杯中，使种子分别浸没于98%、80%、70%、60%、50%、40% 的硫酸中，各浓度分别浸泡10，20，30，40 min。之后用清水冲洗8～10遍，以确保种子表面没有硫酸残留。
3) 取醉马草种子于3个50 mL烧杯中，设置水浴温度梯度为：40，50，60 ℃，水浴加热1，1.5，2 h。
4) 设定氯化钠胁迫的浓度梯度为：25，50，100，150，200 mmol·L-1。将挑选后的种子放于培养皿中加入适量的氯化钠溶液进行培养。
上述处理组均以室温下蒸馏水浸泡30 min的醉马草种子为空白对照，实验组和对照组均设3个重复，每个重复放置80粒种子。
1.3.3数据处理与统计方法
通过观察测量种子的胚根长度(mm)，以胚根伸出种皮3 mm为萌发标准，间隔24 h观测1次，并取出已萌发种子，连续观测记录，在第10天计算种子的发芽率，在第5天计算种子的发芽势。用如下公式计算发芽率及发芽势：
应用SPSS 17.0软件对各组试验数据进行方差分析，并进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 砂纸打磨对醉马草种子萌发的影响
由表1可知，经过砂纸打磨的醉马草种子的发芽率仅为77.1%，而对照的醉马草种子发芽率可达85.4%。且由发芽势可知，经砂纸打磨处理的醉马草种子在发芽数达到最高峰的第5天时，种子的萌发率也低于空白对照。醉马草种皮相对于其他草原毒草(如小花棘豆、黄花棘豆)较薄[17]，经砂纸打磨后，放大镜观察发现种皮表面有许多破损，甚至伤及内部的种胚，导致感染而发霉。因此，砂纸打磨种皮不利于醉马草种子萌发。
表1 砂纸打磨对醉马草种子萌发的影响
处理发芽率/%发芽势/%砂纸打磨77.156.3对照(ck)85.461.7
2.2 硫酸处理对醉马草种子萌发的影响
由表2和表3可知，当硫酸浓度由40%提高到60%时，种子的发芽率和发芽势在10～30 min内随处理时间的延长呈递增趋势，但时间延长至40 min时，发芽率和发芽势都反而下降。这可能由于随着硫酸浓度的增大及处理时间的增长，对种皮的腐蚀程度增大，且不同于砂纸打磨；硫酸对种皮的腐蚀是均匀的使整个种子外表皮变薄，种子的胚芽易突破种皮而萌发，因此发芽率和发芽势呈上升趋势；但延长处理时间至40 min后，取处理后的种子肉眼观察可见，种子的外表皮腐蚀已较为严重，因此有可能伤及内部胚芽，导致种子受损，发芽率和发芽势均下降。当硫酸浓度由60%增大到98%时，种子的发芽率和发芽势随处理时间的增长基本呈递减趋势，甚至出现不发芽的情况。同样这也是由于过高浓度的硫酸对于种皮腐蚀过度，导致种子的胚芽受损而不能正常萌发。由表2和表3发芽率和发芽势的对比可以看出，随着硫酸浓度的增大，短时间的处理(如10 min)，会提高种子萌发的速度，即发芽势高于发芽率，种子的发芽速度快，但是发芽率低，也即发芽后由于高浓度的硫酸使种子表皮破损程度严重，易受感染而致使种子发霉，从而使种子不再继续生长，最后死亡。因此采用硫酸处理种子必须采用适宜的浓度及控制合适的时间。由实验结果可知，最适宜的处理方法为：采用50%硫酸浸泡30 min，醉马草种子的发芽率可达99.1%。
表2 不同浓度硫酸处理不同时间对醉马草种子发芽率的影响
硫酸浓度/%发芽率/%10min20min30min40min9830.4Ce0Df0Df0Df8037.9BCd0Df0Df0Df7044.6BCc0Df0Df0Df6092.5Ab98.3Aa97.9Aa90.1Ab5098.3Aa98.3Aa99.1Aa92.5Ab4097.5Aa97.3Aa97.5Aa91.3Ab
注：表中上标不同大写字母表示差异极显著(p<0.01 )，不同小写字母表示差异显著(p<0.05 )。下同。
表3 不同浓度硫酸处理不同时间对醉马草种子发芽势的影响
硫酸浓度/%发芽势/%10min20min30min40min9856.4Ce5.8Df0Eg0Eg8060.4Cd9.6Df0Eg0Eg7081.6Bc0Eg0Eg0Eg6083.7Bc93.3Aa92.9Aa90.1Ab5090.0Ab95.0Aa94.1Aa91.3Aa4085.4ABb86.6ABb87.5ABb86.6ABb
2.3 热水浸种处理对醉马草种子萌发的影响
如表4所示，当热水浸种的水浴温度为40 ℃时，醉马草种子的发芽率随时间的延长呈递减趋势，且最高发芽率仅为53.8%，远低于空白对照。当热水浸种的温度高于40 ℃时，种子发芽率仅为2.2%。不同于小花棘豆、黄花棘豆等其他草原毒草，在60～70 ℃的热水中浸种会提高种子的发芽率[18]，醉马草种子在同样的温度下已经失活。这是由于醉马草的种皮较薄，热水浸种时，高温将种子的蛋白质破坏，致使种子死亡，没有生命迹象。因此，热水浸种后种子不发霉也不发芽。
表4 热水浸种对醉马草种子发芽率和发芽势的影响
温度/℃ 发芽势/% 发芽率/% 1h1.5h2h1h1.5h2h4047.925.011.753.841.714.6506.7002.20060000000
2.4 氯化钠胁迫对醉马草种子萌发的影响
由表5可知，随着氯化钠溶液浓度的升高，醉马草种子的发芽率逐渐降低。当氯化钠溶液的浓度为100 mmol·L-1时，发芽势和发芽率明显降低，种子萌发受到抑制。这说明高浓度的氯化钠溶液对醉马草种子的萌发起抑制作用。当氯化钠浓度低于50 mmol·L-1时，种子的发芽势和发芽率与空白对照相比有较明显的提高。因此，低浓度氯化钠胁迫可以促进醉马草种子的萌发。
表5 氯化钠胁迫对醉马草种子发芽势和发芽率的影响
氯化钠浓度/(mmol·L-1)发芽势/%发芽率/%ck61.785.42585.495.45079.690.010040.058.815026.340.020025.032.8
3 结论与讨论
本实验比较了砂纸打磨、硫酸处理、热水浸种和盐胁迫这4种常用的方法对醉马草种子萌发的影响。结果表明，无任何前处理，只采用清水培养的醉马草种子的发芽率为85.4%，采用砂纸打磨和热水浸种处理后，醉马草种子的发芽势与发芽率均低于清水培养的空白对照。采用低浓度的氯化钠胁迫，可以提高醉马草种子的发芽率至95.4%。采用硫酸处理，也可以提高醉马草种子的发芽率，但要选择合适的浓度和处理时间。用浓度高于60%的硫酸处理，会使醉马草种子发霉、腐烂，不利于种子的生长。通过实验表明，采用50%硫酸浸泡30 min，醉马草种子的发芽率可提高至99.1%。
