二倍体、四倍体球茎大麦种子萌发特性研究

阿衣江·卡克尔曼，阿马努拉·依明尼亚孜，王振振，迪利夏提·哈斯木，董乙强

（新疆农业大学草业与环境科学学院／新疆草地资源与生态重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052）

球茎大麦（Hordeum bulbosum）为禾本科大麦属多年生草本植物，株高90～220 cm不等，因基部有球茎而得名。该植物主要产于欧洲及中亚地区，我国没有野生种分布［1，2］。该物种植株高大、营养成分较高，可作为优质马饲料［3，4］。球茎大麦具有较强抗寒性，还对大麦黄花叶病等多种病害具有抗性［5-8］。国内科研院所在20世纪80年代从前苏联引进球茎大麦，开展了单倍体育种和远缘杂交等方面研究［6-9］。而有关该物种种子萌发及其在盐碱胁迫下的反应未见报道。

本团队相关人员在执行“中亚项目”期间对球茎大麦在吉尔吉斯斯坦的分布特点、生长状况进行了调查，并将当地野生二倍体、四倍体球茎大麦引种到新疆农业大学试验地，尝试将该物种作为优良牧草在新疆进行推广的可能性。本试验拟通过研究以上两种球茎大麦种子的基本特征、萌发特性及盐胁迫对种子萌发的影响，了解其种子萌发的基本规律，为在新疆荒漠盐碱环境中作为高产牧草进行种植推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

二倍体、四倍体球茎大麦于2013年引自吉尔吉斯斯坦（表1）。两种材料2018年种植于新疆农业大学试验基地，并于2019年7月采集本试验所用种子。新种子采集后，置于实验室阴凉通风处自然风干，去除杂质，选择健康饱满种子置于信封中室温（25℃）储藏。

表1 吉尔吉斯斯坦的球茎大麦采集点

1.2 指标及测定方法

1.2.1 种子形态特征与千粒重 通过目测法观察种子大小、颜色、种皮等形态特征。选择颗粒饱满的二倍体、四倍体球茎大麦种子，随机抽取100粒用万分之一电子天平称重，重复10次，取其平均值，计算千粒重。

1.2.2 种子含水量测定 采用干燥法，重复3次。取常温干藏种子30粒，先称重后将其放在85℃烘箱中，每隔3 h称重1次，12 h后每隔12 h称重1次，直至待测样品重量连续3次恒重，取3个重复的平均值，计算种子含水量。种子含水量（%）＝（样品烘前重量-烘干后重量）／样品烘前重量×100。

1.2.3 种子吸水性测定 两种材料完整种子各取30粒，倒入100 mL三角瓶中，加蒸馏水50 mL，于25℃恒温培养箱内进行吸胀，分别于2、4、6、8、10、12、24、36、48、60、72、84、96 h取出种子，用吸水纸吸干表面水分后称重，直至种子重量不再变化为止，计算种子吸水率。吸水率（%）＝（吸水后重量-吸水前重量）／吸水前重量×100。1.2.4 种子活力测定 选取消毒洗净种子25粒，于25℃水中吸胀24 h，种子软化后用单面刀片横向对半剖开显露出种子胚，之后在25℃黑暗条件下浸在盛有0.5% TTC液中染色24 h，统计有活力的种胚，3个重复。

1.2.5 温度、光照对种子萌发影响测定 将有稃和去稃的二倍体、四倍体球茎大麦种子，消毒处理后按每皿25粒分别放入直径9 cm铺有两层滤纸的培 养 皿 中，再 分 别 置 于 5／2℃、15／2℃、20／10℃、25／15℃和30／15℃光照／黑暗和全黑暗的变温条件下进行培养，以模拟原生境种子的萌发状况，每处理4个重复。每天统计1次萌发情况，并将萌发种子移出培养皿，保持滤纸湿润；全黑暗条件下第28天为种子萌发结束期。记录每个处理萌发率达到50%的时间，选出种子最适萌发温度及处理条件。萌发率（%）＝（萌发种子数／供试种子数）×100。

1.2.6 盐胁迫对种子萌发影响测定 根据种子萌发试验结果，15／2℃为二倍体和四倍体球茎大麦最适萌发温度。本试验设置0、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl浓度梯度研究盐胁迫对种子萌发的影响。将有稃和去稃的二倍体、四倍体球茎大麦种子消毒洗净后，按每皿25粒种子分别放置在含有上述6个浓度梯度NaCl溶液的培养皿中，于15／2℃变温和光照／黑暗条件下进行培养，每天观察并记录种子发芽情况，连续观察14天；14天内未萌发种子取出后用蒸馏水冲洗3次，再置于新培养皿中，加入2～6 mL蒸馏水并于最适温度培养箱中萌发7天，记录恢复萌发种子情况。

萌发指数（GI）＝∑（Gt／Dt），式中Gt为t时间内的萌发数，Dt为相应萌发天数。

1.3 数据处理与分析

试验数据采用WPS 2018软件制表，用Microsoft Excel作图，使用SPSS 20.0软件对数据进行单因素（One-way ANOVA）方差分析，设定显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 种子基本特征

二倍体、四倍体球茎大麦种子形态差异不明显，种子长9～12 mm，宽3～4 mm；成熟种子外种皮均为深黄色，表面无光泽，光滑无毛；千粒重分别为8.98、9.97 g；含水量分别为14.4%和20.1%；种子活力均达到98%。

种子浸水后前2 h立即吸胀，吸水率分别达到50%和55%；8 h内吸水率分别达到73%和76%；72 h后吸水率至稳定，最大吸水率为111%、112% （图1）。说明两种球茎大麦种子吸水性均较强，种皮不限制种子吸水。

2.2 温度、光照对种子萌发的影响

图2 显示，两种球茎大麦种子在15／2℃全黑暗条件下萌发率最高。二倍体有稃、去稃种子在15／2℃光照／黑暗条件下萌发率分别为32%和85%，在全黑暗条件下萌发率分别为62%和93%；二倍体全黑暗（去稃）比光照／黑暗（去稃）萌发率高。四倍体有稃、去稃种子在光照／黑暗条件下萌发率分别为55%和94%，在全黑暗条件下萌发率分别为68%和98%。因此，15／2℃是二倍体和四倍体球茎大麦最适合萌发温度；对各温度处理分析表明，四倍体萌发率显著高于二倍体（P＜0.05）。

2.3 盐胁迫对球茎大麦种子萌发的影响

2.3.1 不同浓度NaCl处理的萌发表现 15／2℃变温下，0（CK）、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl浓度处理的二倍体球茎大麦种子在光照／黑暗条件下发芽指数分别为7.5、3.0、2.4、1.0、0.2、0.2，全黑暗条件下分别为9.0、5.6、3.8、2.5、1.4、0.8；四倍体在光照／黑暗条件下分别为4.8、4.4、3.4、2.3、0.8、0.5，全黑暗条件下分别为9.6、6.3、6.0、3.3、2.6、1.8（图3）。

综合看出，二倍体和四倍体球茎大麦种子的发芽指数均随NaCl浓度增大而呈显著下降趋势；两种球茎大麦在全黑暗条件下的发芽指数均高于光照／黑暗条件；四倍体较二倍体对NaCl有更强的耐受力。

2.3.2 恢复萌发率 将80、120、160 mmol／L浓度NaCl处理的未萌发二倍体、四倍体球茎大麦种子转移到蒸馏水中，进行恢复萌发试验，结果显示：光照／黑暗条件下二倍体种子的恢复萌发率分别为27%、21%和18%，四倍体种子的恢复萌发率分别为28%、31%和28%；全黑暗条件下二倍体种子的恢复萌发率分别为26%、25%和22%，四倍体种子的恢复萌发率分别为31%、28%和33%。表明两种球茎大麦种子均有较高的恢复萌发率（表2）。

表2 球茎大麦种子不同浓度NaCl处理的萌发率、恢复萌发率和最终萌发率 （%）

3 讨论

种子萌发是个体生长发育的重要阶段，也是种群繁衍的关键［11］。种子发芽率高低直接关系到草地建植成败［12］。本试验结果显示，二倍体、四倍体球茎大麦种子，浸水2 h的吸水率分别达到50%、55%，72 h后的最大吸水率为111%、112%，说明两种球茎大麦种皮的透水性较好、吸水性较强，种皮对种子萌发没有阻碍。对芒颖大麦草种子萌发的研究表明，种子萌发受夏季高温抑制，而受低贮藏温度、预先冷冻处理的促进［13］。本试验结果显示，两种球茎大麦种子均在较低温度下萌发率高，高温有一定抑制作用，且其最大萌发率均大于85%，说明种子没有休眠现象。该物种在荒漠环境下，夏季高温干旱，多数种子会在秋季多雨低温条件下萌发，未萌发种子埋在土壤或雪中，于第二年春季利用雪水低温萌发。

种子萌发特性与生境的关系具有明显依赖性，且不同物种发展出与其生境相适应的对策［14］。种子的萌发率与物种在自然群落中的分布状况有关，光照对部分植物种子萌发有一定影响，黑暗条件可以提高芒颖大麦草种子的萌发率［15］。光照是种子萌发的重要条件之一，有些种子需要光照才能萌发，而有些种子在光照条件下则会被抑制萌发［16，17］。本试验结果显示，二倍体、四倍体去稃种子在光照／黑暗和全黑暗条件下萌发率分别为85%、93%和94%、98%，说明其种子在全黑暗条件下具有较高萌发率，这也是该物种在不同生境中形成的一种适应性。颖和稃对禾本科植物种子萌发有一定影响，脱颖处理能明显提高早熟禾、鸭茅、野大麦和高羊茅等禾本科牧草种子的萌发率［18］。本试验结果表明，二倍体和四倍体有稃、去稃种子在全黑暗条件下萌发率分别为62%、93%和68%、98%，去稃种子具有较高萌发率。

盐碱胁迫是影响植物生长的逆境胁迫因子之一［19］。大麦属多数植物具有较强抗寒、抗盐碱能力［20］。大麦（H.vulgareL.）耐盐性仅次于棉花，高于小麦、玉米等［21］。随NaCl浓度升高，玉米发芽率、发芽势、发芽指数受到的抑制增强［22］。本研究结果显示，最适温度和全黑暗条件下，20 mmol／L NaCl浓度处理的二倍体、四倍体种子萌发率分别达到35%和37%，160 mmol／L时二者种子萌发率分别为5%和10%；0（CK）、20、40、80、120、160 mmol／L NaCl浓度处理，二倍体、四倍体种子全黑暗条件下的种子发芽指数分别为9.0、5.6、3.8、2.5、1.4、0.8和9.6、6.3、6.0、3.3、2.6、1.8，说明该物种具有较强的抗盐能力。本试验结果显示，两种球茎大麦种子均有较高的恢复萌发率，说明该物种在高盐浓度条件下萌发率虽有所降低，但一旦出现雨水等有利条件，就可迅速提高萌发率，而在干旱盐碱环境中生长。

4 结论

二倍体、四倍体球茎大麦种子千粒重分别为8.98、9.97 g；含水量分别为14.4%和20.1%；72 h后的最大吸水率为111%和112%，种皮的透水性较好，种皮对种子萌发没有阻碍。

二倍体、四倍体球茎大麦种子的最适萌发温度均为15／2℃，高温对种子萌发有抑制作用，全黑暗条件下的种子萌发率高于光照／黑暗条件下。

二倍体、四倍体球茎大麦种子均具有较强的抗盐能力和较高的恢复萌发率，80 mmol／L NaCl浓度是该物种种子萌发的阀值。

以上结果显示，该物种具有在新疆荒漠盐碱环境中作为牧草进行种植推广的可能性。