苘麻不同种群的种子萌发特性

孟帅帅　黄兆峰　苏杰天等

中图分类号：S 451 文献标识码：A DOI：10.16688/j.zwbh.2020266

苘麻Abutilon theophrasti Medikus为锦葵科一年生难治恶性雜草，英文名velvetleaf，其生长速度快、竞争能力强，危害玉米、大豆、棉花等多种作物，显著降低农作物产量。研究表明，玉米田一定密度苘麻危害可使玉米减产70%;大豆田苘麻密度达到4～25株/m²时，可使大豆减产40%～50%;苘麻也是棉田中最具竞争力的杂草之一，严重危害棉花生长，导致籽棉产量下降50%。种子是苘麻在不同生境中传播扩散的根源，休眠与萌发是其生活史的重要阶段。国外对苘麻种子萌发的报道集中于温度、渗透势、光照、土壤pH、埋藏深度等环境因子，认为其休眠主要源于种皮被膜不透水。国内学者对苘麻种子的萌发机理也进行了一定研究，王金淑发现，采用温水浸种可以提高苘麻种子的萌发率。邓天福等发现低温处理能够打破种子休眠，苘麻的萌发率显著提高。常青山等对苘麻种子吸水率和内源抑制物质活性进行了初步测定，发现苘麻种子存在物理休眠与生理休眠。苘麻种胚被覆种皮和胚乳，对种子的休眠与萌发起重要调控作用。种皮由成熟的组织构成，保护种胚抵抗外界不利的环境条件。常青山等研究表明种皮极大阻碍种子对水分的吸收。种子萌发始于干种子吸胀，完成标志是包被胚的组织即胚乳被胚根突破。作为一种在我国广泛发生危害的农田杂草，针对苘麻不同种群种子萌发特性的研究尚未见报道。本研究通过对不同地区采集的苘麻种子进行萌发水平检测，从中筛选出差异显著的种群，并进行萌发进程中关键指标的比较，以期明确苘麻种子的休眠萌发特性，为进一步阐明其休眠和萌发的内在机理，进而为制定有针对性的萌发调控措施提供依据。

1材料与方法

1.1材料

18个供试苘麻种群种子于2018年采自全国7个省区，保存于中国农业科学院植物保护研究所杂草组种子库。各苘麻种群的种子采集信息见表1。

1.2方法

1.2.1苘麻种子萌发差异种群的筛选

参照常青山等促进苘麻种子萌发的专利和研究方法，选择均匀饱满的苘麻种子作为试验材料，每个种群设置3次重复，每个重复30粒种子。将各重复的苘麻种子用医用纱布包好，并使用吊牌做好标记，在电热恒温水浴锅（DK-S24，上海森信试验仪器有限公司）中用60℃的温水浸种30 min。取出已处理的苘麻种子，整齐摆放于直径9cm铺有两层滤纸的一次性塑料培养皿中，滤纸用5 ml_无菌水浸湿，使用封口膜将培养皿密封防止水分散失。所有培养皿置于智能人工气候培养箱（RX2-280C，宁波江南仪器厂）中培养，培养条件为恒温30'c，相对湿度60%，光周期L∥D=12h∥12h，每天定时补充水分始终保持滤纸湿润。试验过程中每天记录种子萌发数量，以胚根伸出种皮1mm视为萌发种子，种子连续3d不再萌发视为试验结束。萌发率、萌发势、萌发指数采用以下公式计算：

萌发率：F=n/N×100%。

式中n为供试种子萌发数量，N为供试种子总数量，下同。

萌发势：Fs=n₁/N×100%。

式中n₁，为规定时间内萌发的种子数量（苘麻以培养3d内正常萌发的种子数量计算）。

萌发指数：GI=∑G_t/D_t。

式中G_t为t日的萌发数量，D_t为相应的萌发天数。

1.2.2不同苘麻种群萌发关键期指标的比较

苘麻种子萌发进程中经历3个明显形态变化阶段：1）吸胀：种子较干种子体积显著增大，且颜色由暗褐色转变为棕色;2）破皮：种子胚根尖端处种皮出现肉眼可见裂缝，白色胚乳清晰可见;3）露白：种子破皮处可见胚根顶破胚乳帽，显现出白色胚根尖端。针对1. 2.1中筛选出的萌发水平较高和较低的2个苘麻种群，以萌发过程中的吸胀、破皮和露白种子数量为研究指标，进行不同种群萌发关键期特征的比较。试验设置3次重复，每次重复30粒种子，并进行3次相同的试验。分别记录各处理在温水浸种后于培养皿内30℃恒温培养2h种子吸胀数量、10 h种子破皮数量，以及20 h种子露白数量，比较2个种群在各时间节点形态指标的数量差异，进而比较不同苘麻种群的萌发进程差异。

根据1.2.1的筛选结果，从18个苘麻种群中选择8个种群，每种群设置5次重复，每次重复50粒种子。采用1.2.1的方法对苘麻种子进行处理，分别记录各处理种群种子经30 0C恒温培养2h的吸胀数量、10 h的破皮数量与20 h的露白数量，比较不同种群种子萌发进程中的差异。

1.3数据处理方法

试验数据采用Excel 2013进行处理和绘图，并采用SPSS 24.0软件进行统计分析，应用独立样本t测验方法在0. 05水平对两组数据进行差异显著性分析，采用Duncan氏新复极差法在0.05水平对多组数据进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1苘麻种群的萌发差异

不同苘麻种群种子的萌发率呈现显著差异。种群XJ01、JL04、HLJ01、JL01的萌发率较高，分别为89. 95%、89. 18%、88.35%、87.77%，它们与除SX01外的其他种群的萌发率差异均达到显著水平。萌发率最低的种群为HB01，其萌发率仅41. 50%，而其他种群的萌发率在45.80%～67. 20%之间。不同种群萌发势和萌发指数也表现出较大差异，其中种群XJ01、JL04萌发势较高，JL01和SX01萌发势次之，BJ01萌发势最低;种群JL01萌发指数最高，HB01萌发指数最低。在供试种群中，BJ01和HB02萌发势与萌发指数较其他种群存在较大差异。其原因是两种群单日萌发高峰期较大多数种群滞后1～2d。NMG01种群萌发指数偏低，可能与种子萌发数量集中于第3天相关。结合不同种群的萌发率、萌发势以及萌发指数的统计分析结果，综合萌发能力较优种群有XJ01、JL04、JL01，综合萌发能力较差种群有HB01、BJ01（表2）。

2.2苘麻种群萌发关键期指标分析

2.2.1苘麻种群的萌发进程比较

苘麻种子经60℃温水处理30min后，在30℃恒温培养条件下0～2 h为快速吸水期，种子基本达到萌发所需水分;2～10 h为缓慢吸水期，种子吸水缓慢并逐渐趋于饱和状态。培养10 h左右出现种皮破裂现象，且随着培养时间延长，破皮的苘麻种子数量不断增加。在恒温培养的第20 h左右，出现胚根顶破并伸出胚乳帽，随着时间推移胚根不断伸长，直至种子完成萌发。

种群JL01吸胀数量是种群HB01的1.37倍，且3次平行试验中两种群均存在显著差异。10 h JL01种群种子破皮数量是HB01种群1.76倍，两种群存在显著差异。20 h JL01种群露白种子数量是HB01种群2. 96倍，在此时间节点，两种群种子露白数量差异显著（表3）。两种群萌发进程指标均表现出显著差异，说明其种子在休眠萌发特性上具有较大差别。

2.2.2不同苘麻种群种子的吸胀

供试的8个苘麻种群2h平均吸胀数量为40.0粒，平均吸胀率为80%。种群JL01吸胀数量最多，达到47.8粒（吸胀率95. 6%），与种群LN01、HB01和NMG01差异均达到显著水平，而种群LN01、HB01和NMG01间不存在显著差异。种群I.N01吸胀数最少，为38.6粒（图1）。

2.2.3不同苘麻种群种子的破皮

供试的8个种群在10 h平均破皮种子数量为26.5粒，破皮率在42%～76%之间，呈现较大波动（图1）。其中种群JL01破皮数量最多，为37.9粒（破皮率76%），与其他种群差异显著;种群HB01破皮数量最少，为21.0粒（破皮率42%），与JL01种群相差16.9粒，并与破皮率较高的种群JL01、NMG01以及HLJ01差异显著。

2.2.4不同苘麻种群种子的露白

8个供试苘麻种群在20 h露白数量呈现较大的差异（图1），其中种群JL01露白数量为31.2粒，种群LN01最少，为6.4粒，种群露白率在12.8%～62.4%之间。统计分析结果表明，种群JL01露白种子31.2粒（露白率62.4%）与LN01种群6.4粒（露白率12. 8%）相差24.8粒，且种群JL01与其他种群种子露白率差异显著。除JL01和LN01外，其余种群种子露白率在30%左右。

3讨论

种子萌发进程中，吸胀阶段是最初也是最重要的阶段。通过60℃温水浸种30 min后恒温培养，不同苘麻种群表现出吸胀数量差异，未能完成吸胀的种子保持坚硬休眠状态。常青山等通过吸水率试验表明，苘麻种皮极大地阻碍了种子的萌发吸水，即苘麻存在较强的物理休眠。温水浸种能够软化种皮，增加厚实种皮的吸水吸胀能力，稀释萌发抑制物。常青山等研究发现苘麻种子在清水中的萌发率极低，只有5.33%，经60℃温水处理后种子萌发率达56. 00%，萌发率得到显著提高。生长环境能够影响苘麻种子的种皮厚度进而影响种子的休眠与萌发，可能是不同环境条件使苘麻植株生长的营养状况不同，导致种子形成过程中种皮发育所需的资源分配不均衡。因此，生产中要根据苘麻种子的休眠状况因地制宜地制定其防控措施，科学高效地将苘麻危害降低到经济阈值以下。

苘麻种子经60℃温水浸种30min后，于30℃恒温培养0～2 h为快速吸水期，含水量基本滿足萌发需求。在恒温培养2～20 h阶段，苘麻种子进入吸水缓慢期，此时段种子进行胚中细胞器活化、酶代谢增强、大分子物质水解等生命活动。同时，胚乳在各种细胞壁修饰基因及其表达产物调控作用下逐渐弱化，致使胚乳帽降解。吸胀、破皮是苘麻种子内部各种生化反应的外部宏观表现，苘麻种群JL01和HB01在2h吸胀和10 h破皮种子数量存在显著差异，表明种子内部新陈代谢不同。两种群在20 h露白种子数量的显著差异，表明胚乳帽弱化相关基因在两种群的露白之前可能出现差异化表达，进而产生不同的表型。吸胀、破皮与露白是种子萌发进程的重要标志，不同种群吸胀、破皮、露白率可以衡量种群的休眠与萌发状况。苘麻种群JL01和HB01在各时间节点的萌发指标显著性差异的原因，有待后续研究。基于8个供试苘麻种群的萌发指标，苘麻各种群吸胀与破皮种子数量变化趋势基本一致，说明吸胀较大程度影响种子破皮。温水浸种后，供试的8个苘麻种群破皮与露白数量表现出的显著差异，表明其种子并非只有物理休眠，该结果与常青山等的研究一致。常青山等认为苘麻种子种仁中存在内源抑制物质，但并未就内源抑制物质开展深入研究。不同苘麻种群的萌发进程差异，有可能是种子萌发进程中某些基因在不同种群中差异化表达的结果。

综上所述，不同种群的苘麻种子存在较大的休眠萌发差异，其原因可能与种子成熟时受母体环境因子影响，调控休眠和萌发的相关基因出现差异化表达有关，后续将继续深入研究，以期进一步揭示苘麻种子休眠萌发的内在分子机理，为农田苘麻的区域化防控提供科学、精准的指导。