激素和热水处理对姜荷花种子发芽的影响

叶远俊，谭健俊，李冬梅，刘金梅，柯 帅，郑夏华，徐晔春

（1. 广东省农业科学院环境园艺研究所/广东省园林花卉种质创新与利用重点实验室，广东 广州 510640；2. 湛江创景园农业发展有限公司，广东 湛江 524003）

【研究意义】姜荷花（Curcuma alismatifolia）隶属于姜科姜黄属，是一种多年生的球根花卉，因其花型优美、花期持久、花色艳丽等优点，可广泛用于街边绿化、公园造景和花海设计中[1]。姜荷花自然花期为6—10月，生长适宜温度为26～30 ℃，非常适合在广东等亚热带地区种植和推广。此外，姜荷花瓶插寿命可达15 d，是一种高档切花品种，具有很高的经济效益，开发利用前景广阔[2]。目前市场上主流的姜荷花品种大多数引进自泰国，我国姜荷花新品种选育处于起步阶段，具有自主知识产权的品种较为缺乏[3]。在新品种选育方面，姜荷花主要采用杂交育种，但姜荷花的种子种皮较硬，外层被蜡质，对外界刺激响应慢，具有一定的硬实特性。自然条件下，姜荷花种子休眠期较长，发芽时间通常为5月份左右，从收获种子到萌芽长达6个月。考虑到姜荷花秋冬季地上部分停止生长，正常萌芽的种子生长期只有6个月，当年播种的实生苗难以开花，延缓了新品种选育进程。而且，正常播的种子出苗极不整齐，不能满足大批量育苗的需求。因此，迫切需要寻找打破姜荷花种子休眠的方法，提前发芽期并提高发芽势和发芽率，缩短育种周期。

【前人研究进展】目前，对姜荷花的研究主要集中在资源鉴评、组培快繁、分子遗传等方面，对姜荷花种子打破休眠的问题报道较少[4-6]。对同类型硬实种子研究表明，打破种子休眠的方法包括层积处理、激素浸种处理、热水浸种处理、机械破皮处理、强氧化剂处理等[7-8]。其中激素和热水浸种处理具有取材简单、操作容易、废液回收处理方便等优点，常作为生产实践的有效手段。吴玉霞等[9]研究发现，60～80 ℃的热水浸种可以有效解除文冠果种子休眠，发芽率为对照的10倍，幼苗长势较好。苏晓敏等[10]研究了热水处理对14种植物种子萌芽的影响，发现热水可有效解除某些硬实种子的机械休眠，在生产实践中可选用这种经济环保的处理方式。在研究激素对种子休眠的影响中，赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）是最主要的两种，两者存在相互拮抗的关系，其中GA3可以解除种子休眠，而ABA则会诱导种子进入休眠进而延迟萌芽[11]。李植良等[12]研究不同浓度的GA3对茄子种子萌发和植株生长的影响，发现高浓度的GA3（＞1 000 mg/L）对解除茄子种子休眠具有显著效果，且对一叶一心期株高有极显著的增加。田琳琳等[13]探讨不同处理对雾灵香花芥种子萌发的影响，结果表明种子萌发的最适温度为20 ℃，发芽率、发芽势、发芽指数及幼苗根长随着GA3浓度的增加呈现不断上升的趋势，当GA3浓度达到500 mg/L时，发芽率、发芽势和发芽指数达到最大。

【本研究切入点】本课题组在2019年3—5月进行种子萌芽的初步试验，分别利用低温（4℃）冷藏30 d及不同浓度（50、100、150、200 mg/L）GA3处理，发现低温冷藏处理效果不佳，不能真正打破姜荷花种子休眠。赤霉素处理虽然一定程度打破休眠，但是效率并不高，出苗也不整齐，可能与赤霉素浓度、浸种时间及温度有关。考虑到姜荷花种子硬实的特性，在前期工作的基础上，本研究利用激素和热水分别对种子进行浸种处理，激素种类、浓度、热水温度、浸种时间各有差异，同时进行激素和热水的组合处理，比较不同方法对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响。【拟解决的关键问题】以姜荷花杂交种子为研究对象，通过不同浸种处理方法，对比分析姜荷花种子的发芽势和发芽率，筛选破除休眠最有效的处理方法，为姜荷花杂交育种提供便利，加快新品种选育进程。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料选取2019年姜荷花杂交F1代种子（姜荷花‘春天’× 姜荷花‘斯嘉丽’），使用的外源激素（GA3、IBA和6-BA）购自上海生工生物工程股份有限公司，试验于2020年3—5月在广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室内进行。

1.2 试验方法

挑选外观饱满，干净无损伤的姜荷花种子，每100粒作为一个处理组，放入50 mL离心管，先用0.5%多菌灵浸泡消毒15 min，消毒后用无菌水冲洗2～3次沥干备用。

1.2.1 不同激素处理 选用3种外源激素，分别用浓度梯度50、100、200、400、800、1 000 mg/L的GA3，浓度梯度 50、100、200、400 mg/L的 IBA和浓度梯度10、50、100、150 mg/L的6-BA进行处理。将种子倒入50 mL配制好的激素溶液，放在28 ℃恒温培养箱中浸泡24 h，无菌水浸泡24 h作为对照，每种处理3次重复。处理完成后用纱布过滤种子，无菌水冲洗2～3次，分散放入铺有2层灭菌湿润滤纸的90 mm培养皿中，置于28 ℃恒温培养箱暗培养。

1.2.2 不同温度热水浸种处理 利用45、60、80 ℃热水分别浸泡处理种子5、10、15 min，每种处理3次重复。处理完成后过滤取出种子，分散放入铺有2层灭菌湿润滤纸的90 mm培养皿中，置于28 ℃恒温培养箱暗培养。

1.2.3 热水浸种和外源激素浸泡共同处理 先将已消毒的种子用60 ℃热水浸种处理10 min，然后分别加入50 mL配制好的400 mg/L GA3溶液、100 mg/L IBA溶液和100 mg/L 6-BA溶液，在恒温培养箱中28 ℃恒温浸泡24 h，每种处理3次重复。处理完成后过滤取出种子，分散放入铺有2层灭菌湿润滤纸的90 mm培养皿中，置于28 ℃恒温培养箱暗培养。

1.3 数据分析

每天观察种子的发芽情况，并及时补充无菌水保持滤纸湿润，以肉眼明显可见种子胚根突破种皮至少1 mm为发芽标准，每2 d记录1次所有处理的发芽数量，由于姜荷花种子正常播种发芽缓慢，持续发芽时间可长达3个月以上，因此在播种60 d停止试验，并以播种60 d内的发芽总数计算发芽率，播种40 d种子发芽数量达到高峰时的发芽率作为发芽势，计算发芽率和发芽势：

试验数据采用Excel 2010和SPSS 21.0进行统计分析，并利用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同激素处理对姜荷花种子打破休眠的影响

姜荷花清水对照种子在播种60 d内发芽率和发芽势均为0，而利用外源激素处理则能有效打破姜荷花的休眠。GA3浓度为400 mg/L时处理效果最佳，播种26 d种子开始萌发，播种60 d发芽率为50.7%，发芽势为29.3%；IBA浓度为400 mg/L时处理效果最佳，播种28 d种子开始萌发，播种60 d发芽率为18.3%，发芽势为6.6%；6-BA浓度为50 mg/L时处理效果最佳，播种26 d种子开始萌发，播种60 d发芽率为18%，发芽势为11.3%（表1）。对比3种不同激素处理的结果，发现GA3浸种后的种子发芽势和发芽率均高于其他处理，说明GA3是最有效打破姜荷花种子休眠的外源激素。

2.1.1 GA3浸种处理对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响 GA3浸种处理姜荷花杂交种子的发芽势和发芽率均高于对照，起始萌发时间提前1个多月（图1）。在不同浓度梯度GA3处理试验中，发芽率和发芽势均随着GA3处理浓度先上升后下降。最低浓度（50 mg/L）的GA3处理，种子播种28 d开始萌发，播种60 d最大发芽率为26.7%，整个萌发阶段增长速度缓慢，没有明显的高峰期。最高浓度（1 000 mg/L）的GA3处理，种子在播种26 d萌发，播种60 d最大发芽率为39.3%，萌发前期增长速度快，后期增长速度放缓。当GA3处理浓度为400 mg/L时，发芽势和发芽率达到最大值，分别为29.3%和50.7%，且与其他处理差异显著，发芽率始终保持快速增长态势。

2.1.2 IBA浸种处理对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响 IBA浸种处理24 h姜荷花种子的发芽势和发芽率均高于对照，但其发芽势和发芽率整体低于GA3和6-BA浸种处理，起始萌发时间也晚于其他激素处理（图2）。在不同浓度梯度的IBA处理试验中，发芽势之间差异不显著，而发芽率随着IBA浓度的增加，呈现两头高中间低的现象，其中50、400 mg/L的IBA处理效果最好，与其他IBA浓度处理差异显著。对4种浓度的IBA处理结果进行动态观测发现，浸种24 h处理虽然可以诱导部分姜荷种子发芽，但是并没有出现明显的发芽高峰，发芽率始终保持缓慢增长态势，播种60 d发芽率最高仅为18.3%。

表1 不同浓度外源激素浸种处理对姜荷花种子发芽的影响Table 1 Effects of seed soaking with exogenous hormones at different concentrations on the germination of Curcuma alismatifolia seeds

图1 不同浓度GA3浸种处理24 h对姜荷花种子发芽率的动态影响Fig. 1 Dynamic effects of different concentrations of GA3 seed soaking treatment for 24 h on the germination rate of Curcuma alismatifolia seeds

2.1.3 6-BA浸种处理对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响 6-BA浸种处理24 h姜荷花种子的发芽势和发芽率均高于对照，但其发芽势和发芽率整体低于GA3浸种处理，稍高于IBA浸种处理，起始萌发时间与GA3浸种处理相近（图3）。在不同浓度梯度的6-BA处理试验中，10 mg/L的6-BA处理发芽势最低，与其他高浓度6-BA处理差异显著。在发芽率方面，随着6-BA浓度增加，发芽率呈现下降趋势，各处理间发芽率差异不显著。从发芽率动态变化可以看出，6-BA浸种24 h处理虽然可以诱导部分姜荷花种子发芽，但没有出现特别明显的发芽高峰，播种60 d内发芽率最高仅为19.7%。

图2 不同浓度IBA浸种处理24 h对姜荷花种子发芽率的动态影响Fig. 2 Dynamic effects of different concentrations of IBA seed soaking treatment for 24 h on the germination rate of Curcuma alismatifolia seeds

2.2 热水浸种处理对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响

图3 不同浓度6-BA浸种处理24 h对姜荷花种子发芽率的动态影响Fig. 3 Dynamic effects of different concentrations of 6-BA seed soaking treatment for 24 h on the germination rate of Curcuma alismatifolia seeds

热水浸种处理姜荷花种子发芽势和发芽率均优于对照，有一定的打破休眠效果（表2）。但热水浸种的发芽势普遍较弱，催芽效果不如激素浸种处理，起始发芽时间比激素处理晚4～8 d。通过不同温度的热水和浸种时间对比试验发现，随着温度的升高，平均发芽势和发芽率逐渐上升，在80 ℃热水浸种处理中，浸种时间10 min和15 min出现种子全部死亡的情况。80 ℃热水浸种5 min处理发芽势和发芽率最高，达到10.3%和17%，但从图4可以看出，在发芽高峰后发芽率增长几乎停滞，种子已经死亡。60 ℃热水浸种处理整体优于45 ℃热水浸种处理，效果更加稳定，没有出现大批种子死亡的现象，其中60 ℃热水浸种处理10 min效果最好，发芽势和发芽率分别达到6%和16.7%。可见，80 ℃热水浸种虽然在热水浸种处理中效果较好，但过高的浸种水温会导致部分种子死亡，降低后期发芽率。60 ℃热水浸种有一定的促进发芽作用，对种子损伤也不大，适宜搭配激素共同对姜荷花种子进行处理，打破种子休眠并提高萌发率。

表2 不同温度热水浸种处理对姜荷花种子发芽的影响Table 2 Effects of hot water seed soaking treatments at different temperatures on the germination of Curcuma alismatifolia seeds

图4 不同温度热水浸种处理对姜荷花种子发芽率的动态影响Fig. 4 Dynamic effects of hot water soaking treatments at different temperatures on the germination rate of Curcuma alismatifolia seeds

2.3 热水浸种和外源激素组合处理对姜荷花种子发芽势和发芽率的影响

从表3可以看出，热水浸种和3种激素组合处理均能显著提高姜荷花种子发芽势和发芽率。其中60℃热水+ GA3400 mg/L组合处理效果最好，发芽势和发芽率分别达到40.7%和64.3%，与单独使用GA3400 mg/L处理相比，分别提高11.4%和13.6%，差异达到极显著水平。其他两种激素与60℃热水组合处理中，60℃热水+ 6-BA 100 mg/L组合处理发芽势和发芽率分别提高5.7%和18.3%，差异达到极显著水平；60℃热水+ IBA 100 mg/L组合处理发芽势和发芽率分别提高4.7%和4.3%，差异达到显著水平。

表3 热水浸种和激素浸泡共同处理对姜荷花种子发芽势的影响Table 3 Effect of hot water soaking and hormone soaking on the germination energy of Curcuma alismatifolia seeds

3 讨论

休眠是植物在某个时期生长和代谢暂时停顿的现象，可避免以生命活动旺盛、易受逆境伤害的状态度过寒冷、干旱等严酷时期[14]。植物休眠是一种复杂的生理过程，受体内和外界多种因素决定，被认为是植物生理学最难攻克的难题之一。在农作物中，休眠有着非常重要的作用，如水稻和玉米，种子成熟后如果不进行休眠，则会造成大量的经济损失[15]。但过度休眠也存在诸多弊端，休眠导致种子发芽时间长、不整齐，对后续的育种工作和生产加工都有很大的影响。对于园林花卉来说，种子休眠期过长会制约生产育种，同时增加额外的储藏成本。在栽培育种上常常利用温度或激素处理的技术手段，对种子进行打破休眠，以实现促进发芽和提早开花的目的[16]。

引起种子休眠除了外界不良环境条件外，还与种子自身因素有关，即种子的原发性休眠。种子的原发性休眠大致可以分为3类，即外源休眠、内源休眠和综合休眠[17]。姜荷花种子的种皮外层被蜡质，透水透气性差，在自然播种条件下，发芽出苗持续时间长，且极不整齐，符合硬实种子的特征。研究表明，热水浸种处理可以去除种皮外层蜡质油脂，增强种皮透性，促进种子萌发[18-19]，解除外部休眠。本试验中利用适当温度的热水（60 ℃）浸种可以打破姜荷花种子的休眠，60 ℃热水浸种处理的姜荷花种子在60 d内的发芽率保持在10%～20%。高温度热水（80 ℃）短时间浸种虽然发芽势更强，但同时也出现了部分种子死亡的现象，过高的浸种温度和延长热水浸种时间均增加种子死亡数量，这与候文焕等[20]在菜用黄麻种子的热水浸种研究结果相似。由此推测，高温长时间浸种处理虽然软化了种皮，但同时也破坏了姜荷花种子内部的酶活性，导致种子丧失部分生物学功能，在后期不能正常萌发。因此，利用热水处理可以一定程度上打破姜荷花种子的休眠，提前发芽期，但要控制好温度和处理时间。

种子内源休眠的由种子内部自身因素导致，如种皮或者胚乳含有ABA等抑制发芽的物质，胚尚未发育成熟等[21]。在实际应用中，多种外源激素浸种处理均有打破种子内部休眠的作用，常见报道的有GA3、6-BA、IBA、IAA等[22-23]。GA3是最常用于植物种子打破休眠的激素，可以刺激胚芽的营养生长，增加自由生长素的含量，提高细胞膜通透性，促进种子内部贮藏物质的降解，还可以调节种子内部其他激素之间的平衡，实现种子提前萌芽的目标。但对于不同的植物材料，GA3处理的效果可能不太一样，适宜的浓度也有很大差别。韦妍等[24]在研究赤霉素浸种对刺蒺藜种子萌发特性中发现，浓度为300 mg/L时能显著提升发芽率和活力指数，浓度为400 mg/L时可以显著提高发芽势，浓度在200～400 mg/L时能增加刺蒺藜幼苗根重量、茎长度和茎重量。在茄子种子萌发试验中，利用不同浓度GA3处理红茄、水茄和刺天茄的种子，发现1 000 mg/L GA3处理水茄和刺天茄的发芽率最高，而600 mg/L GA3处理红茄发芽率达到最大值[25]。IAA是通过影响植物细胞的分裂、伸长和分化，以此来促进种子的提前发芽，而IBA可诱导根原体的形成，促进细胞分化和分裂，有利于新根生成和维管束系统的分化。林华忠[26]同时利用多种外源激素处理红花槐和刺槐，发现一定浓度的激素处理可以起到促进种子萌发的作用，当6-BA和IBA处理浓度为10～50 mg/L时，种子萌发率和发芽势随着浓度的升高逐渐上升。本试验结果表明，一定浓度的激素浸种处理24 h对打破姜荷花种子休眠有显著效果，其中效果最好的外源激素是GA3，最佳浸种浓度为400 mg/L，播种60 d内发芽率达到50.7%，发芽势达到29.3%，发芽率曲线上出现明显的发芽高峰期。催芽效果其次是6-BA和IBA，播种60 d内发芽率保持在10%～20%，发芽率曲线上未出现明显的发芽高峰期，发芽势较弱。由此可以推断，GA3是最适宜用于打破姜荷花种子休眠的外源激素，可直接用于生产实践中的品种选育。

热水浸种处理和外源激素浸种处理均能不同程度的打破姜荷花种子休眠，说明姜荷花种子兼具外部休眠和内部休眠的特性，属于综合休眠类型。在热水浸种处理和外源激素浸种组合处理试验中比较发现，热水浸种处理催芽效果与外源激素浸种处理催芽效果可以叠加，发芽率和发芽势优于单独使用热水和外源激素浸种处理。其中60℃热水浸种10 min+400 mg/L GA3浸种24 h是本试验得到的最佳处理组合，播种60 d内发芽率达到64.3%，发芽势达到40.7%。虽然这种组合处理提高了姜荷花种子发芽率，但与雾灵香花芥（95%）[13]、菜用黄麻（87.3%）[20]等植物比起来，发芽率仍然偏低。因此，后续研究考虑使用其他物理和化学的处理方法，结合已有的研究结果，进一步寻求更加高效的处理组合。

4 结论

为了解除姜荷花种子的休眠，提高发芽势和发芽率，使用热水和外源激素共同浸种处理效果最好。但是，热水温度及外源激素浓度过高有可能抑制或者杀死种子，降低发芽率。结果表明，热水浸种温度越高催芽效果越明显，使用60℃热水浸种为宜，浸种时间不超过15 min，当水温达到80℃时，部分种子出现死亡现象；外源激素浸种处理中GA3的催芽效果最明显，最佳处理浓度为400 mg/L；两种浸种方法组合使用，播种60 d发芽率达到64.3%，发芽势达到40.7%，与对照相比发芽势和发芽率均显著提高。经处理后的姜荷花种子萌发提前、发芽率高，幼苗出苗整齐，生长健壮，无任何异常。本研究比较了不同处理方法对姜荷花种子解除休眠的影响，缩短了姜荷花新品种选育周期，适合育种实践中推广应用。