不同温度处理打破早熟砂梨苏翠1号种子休眠的作用

阚家亮， 叶禹彤， 张雨峰， 王金星， 王中华， 杨青松， 常有宏， 李晓刚， 蔺 经

(江苏省农业科学院果树研究所/江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验室，江苏南京 210014)

梨是我国三大水果之一，具有较高的经济价值，在全国各地均有栽植，由于梨树种植效益较高，近几年栽培面积不断扩大，在我国农业结构调整中发挥了重要的作用。梨品种资源丰富，约有 2 000 多个品种，主要栽培种类有白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨和西洋梨等5大类。其中，砂梨主要分布在我国淮河、长江中下游以及华南地区，作为重要的种质资源，不仅可以产生丰厚的经济效益，更可作为梨新品种选育的重要亲本材料。

苏翠1号为2018年由江苏省农业科学院果树研究所选育出的极早熟砂梨新品种，父本为翠冠，母本为华酥。苏翠1号品质较好，成熟期早，在长江中下游地区7月上旬即可成熟，是我国早熟梨品种中品质最优的品种之一，具有较高的经济价值。以苏翠1号为杂交亲本，对于育成优质极早熟梨新品种具有重要意义。但与其他梨属植物一样，苏翠1号种子也存在休眠现象，即成熟后的种子即使给予适宜的环境条件也不能立即萌发，严重影响了梨新品种选育的效率。

梨种子的休眠在应对外界不良环境变化、维持种群的生存繁衍方面具有重要的意义，是较难解释的生命现象之一。梨种子休眠的原因具有复杂性，主要包括胚胎发育不完全、种胚休眠和种皮限制等，导致种子萌发率较低，出苗质量参差不齐。目前，关于打破梨种子休眠、促进萌发的研究多集中于低温层积处理、激素处理、种皮破除处理等方式，关于不同温度对破除种子休眠作用的研究相对较少，尤其是关于不同变温处理的研究还罕见报道。温度对于打破种子休眠、促进种子萌发生长具有重要意义。通常来说，环境温度较高可以加深种子的休眠程度，而低温则利于促使种子解除休眠，有些植物在特定的温度下便可萌发，有些植物则需要在变化的环境温度中更易于彻底解除休眠。不同的温度处理对破除种子休眠的效果不同，王利英对毛冬青种子采用不同低温层积处理发现，在0 ℃层积2个月后种子出苗率为28.8%，而 4 ℃ 层积处理后种子萌发率可达92.0%。崔现亮等通过对12种灌木种子进行5～25 ℃变温处理，发现变温处理后种子萌发率较高，而且萌发速率也较快。

本研究以砂梨品种苏翠1号实生种子为试材，首先对苏翠1号种子的质量以及吸水特性进行研究，在此基础上设置不同恒温及变温梯度对苏翠1号种子进行休眠破除处理，研究不同温度对打破苏翠1号种子休眠的作用以及对萌发后幼苗生长的影响，以期明确温度对破除种子休眠及幼苗生长的影响，为指导果树和林木的育种以及种苗生产提供技术路径和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料采集与消毒

使用砂梨优新品种苏翠1号为试验材料，苏翠1号果实于2020年7月采集自江苏省南京市玄武区江苏省农业种质资源保护与利用平台果树种质圃，室温放置1周，待果实完成熟化过程后，切开果实取出种子。种子用清水冲洗干净后在室温条件下自然阴干待用。

1.2 种子基本性状测定

使用游标卡尺测量种子纵横径及种子厚度。随机挑选出100粒自然风干、充实饱满的砂梨种子，使用精密电子天平称质量，计算种子千粒质量，试验重复3次。

1.3 种子吸胀性测定

随机挑选出30粒自然风干、充实饱满的砂梨种子，称质量后室温条件下浸泡于清水中。分别在浸泡后2、4、6、8、10、12、14、16 h取出种子，用滤纸擦干表面水分后测量种子质量，试验重复3次。种子吸水率=(吸水后种子质量-风干种子质量)/风干种子质量×100%。

1.4 不同温度处理破除种子休眠

采用4、8、12 ℃恒温处理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃变温处理作为破除苏翠1号种子萌发的试验温度，变温处理每个温度处理15 d，每组温度处理总时长为45 d，以25 ℃处理作为对照。苏翠1号种子用清水冲洗干净后采用75%乙醇进行表面消毒1 min，使用无菌水冲洗 3～5次，然后使用无菌水进行浸泡处理14 h。种子充分吸水后，采用湿滤纸法将种子均匀分散于培养皿中，每皿放置种子100粒，每个温度处理设置重复3次。为避免污染，每隔5 d清洗1次种子并更换滤纸。

1.5 统计与分析

不同温度处理后将盛在湿皿中的种子取出，放于25 ℃培养室促进萌发。分别于种子取出后0、2、4、6、8、10 d统计种子萌发数量，并在取出后10 d测量萌发后幼苗的生根率、子叶伸展率、培根长、地上部分长、单株质量。各参数计算公式如下：萌发率=(萌发种子数/供试种子数)×100%；萌发势=(取出后4 d萌发种子数/供试种子数)×100%；发芽指数=∑()，式中：为发芽试验期内每天萌发的种子数，为萌发统计时的天数；平均萌发时间=∑(×)∑；生根率=培根长大于 0.5 cm 的幼苗数/供试种子总数×100%；子叶伸展率=子叶伸展的幼苗数/供试种子总数×100%。

运用Excel、SPSS等软件对试验所得数据进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 早熟砂梨苏翠1号种子基本性状及种子吸胀特性

种子基本性状，苏翠1号种子性状为卵圆形，纵径为0.93 cm，横径为0.43 cm，种子厚度为 0.21 cm。千粒质量测定结果显示，砂梨苏翠1号的种子在自然阴干后千粒质量约为34.71 g，种子较为充实饱满，内含营养物质丰富。

对种子吸水特性进行观察发现，在浸泡4～6 h 种子的吸胀吸水效率最高，吸水率可达29.6%，在10～16 h种子吸胀吸水速度变缓，原生质体的水合程度趋向饱和，种子质量趋于稳定，约为2.19 g，是吸胀吸水前的2.1倍(图1)。

2.2 不同温度处理对早熟砂梨苏翠1号种子萌发的影响

采用4、8、12 ℃恒温处理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃变温处理45 d后，将种子转移至25 ℃光照培养室促进种子萌发，并于取出后0、2、4、6、8、10 d进行萌发情况统计。由表1可知，随着时间的增加，处理后的种子的萌发率逐渐升高，随后趋于稳定。在10 d后各处理萌发率达到最高，其中4 ℃—8 ℃—12 ℃处理的种子萌发率显著高于其他温度处理，达到了78.83%，8 ℃ 恒温处理、8 ℃—4 ℃—8 ℃变温处理的萌发率次之，分别为62.30%、54.05%。12、4 ℃处理后的种子萌发率较低，分别为31.47%、28.59%。对照(25 ℃)处理的种子萌发率为0(图2)。

表1 不同温度处理后早熟砂梨苏翠1号种子萌发率

从表2可以看出，不同温度处理后，除萌发率之外，砂梨种子在萌发势、萌发指数、平均萌发时间上也有显著差异(<0.05)，4 ℃—8 ℃—12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃ 变温处理的种子萌发势最高，分别为16.04%、10.17%，萌发指数以4 ℃—8 ℃—12 ℃ 处理达到最高，为13.29%。4、8、12 ℃恒温处理种子的萌发率、萌发势较变温处理均较低。此外，不同处理间的平均萌发时间也不相同，4 ℃—8 ℃—12 ℃处理的种子平均萌发时间较短，为 2.63 d；4 ℃处理的种子平均萌发时间最长，为 5.38 d，12 ℃处理的种子萌发时间最短，为2.16 d，但后续种子萌发率较低，种子萌发指数也不高。

表2 不同温度处理后早熟砂梨苏翠1号种子萌发状况

2.3 不同温度处理对早熟砂梨苏翠1号萌发后幼苗生长发育的影响

不同温度破除种子休眠后，在16 d后调查萌发后幼苗的生长特性。调查结果(表3)表明，4 ℃—8 ℃—12 ℃处理后的幼苗生根率、子叶伸展率均为最高，分别达到76.67%、45.83%，其次为8 ℃处理，幼苗生根率和子叶伸展率分别为61.67%、35.83%。12、4 ℃生根率和子叶伸展率较低，分别为28.94%和22.37%、24.80%和20.65%。

表3 不同温度处理对早熟砂梨苏翠1号种子萌发后生长状况

而幼苗根部、地上部分生长情况和单株质量则明显不同，生长情况见图3。12 ℃处理后萌发的幼苗植株生长量明显大于其他温度处理组，根长为 6.39 cm，地上部分长为6.05 cm，单株质量达 208.44 mg，但幼苗细弱。4 ℃—8 ℃—12 ℃变温处理生长量稍小，根长为5.19 cm，地上部分长为 3.62 cm，单株质量为183.65 mg，幼苗长势强壮。4 ℃ 处理后的萌发苗木生长量最小，根长仅为 2.03 cm，地上部分长仅为0.94 cm，单株质量为 112.78 mg，幼苗长势较弱。

3 讨论与结论

种子的休眠现象在自然界中广泛存在，对植物体躲避不良气候状况、维持种群生殖繁衍具有重要的意义。种子休眠的解除是一个十分复杂的过程，种子可以通过感知外界细微的环境变化来调节自身的物质转化，进而调控休眠状态，为种子在适宜的条件中萌发做好准备。研究结果表明，种子吸水吸胀后，种子膜通透性增加、种胚内代谢酶活性增加，有利于种子打破休眠，促进种子萌发。本研究中早熟砂梨苏翠1号种子在吸胀吸水12 h后逐渐趋于稳定，受种皮限制，种胚吸胀吸水速度减缓，种子质量不再增加，因此后续试验将浸种时间设为14 h，可确保种子充分吸水，有利于后期种子突破种皮萌发出苗。

种子萌发是植物个体发育周期中一个重要的过程，是植物生命周期的开始。外界环境中温度、光照、水分等因素均可影响种子的休眠状态，调节种子的萌发，其中温度是植物种子萌发和生长的必要条件。程奇等通过对杜梨种子进行4 ℃低温不同时长的层积处理后发现，4 ℃层积处理30 d后杜梨种子萌发率可达80%。 王月志等以早熟砂梨翠冠、翠玉种子为试材，通过结合低温和剥除种壳处理可以快速打破种子的休眠过程，提高种子的萌发率。本研究通过设置4、8、12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃、25 ℃ 6个温度处理对充分吸胀吸水后的苏翠1号种子进行破除休眠研究发现，25 ℃处理种子萌发率为0，说明低温对打破砂梨种子休眠至关重要，这与笔者等在珍珠梨中的研究结果相符。取出后0～10 d种子的萌发趋势显示，处理后的种子萌发率随着时间的增加而不断升高，随后趋于稳定，并在取出后10 d达到最高。

对不同温度处理后种子的萌发率和萌发势等指标统计结果显示，4 ℃—8 ℃—12 ℃变温处理组种子的萌发率、萌发势和萌发指数均最高，平均萌发时间也较短，萌发效果显著优于4、8、12 ℃各恒温处理组。说明适宜的变温处理较单一温度处理有利于打破种子休眠，促进种子萌发。变温处理对解除生理后熟种子和硬实种子的休眠具有非常明显的效果，这与变温处理对打破野生苔藓草种子、五味子种子和老山芹种子休眠的研究结果相似。4 ℃—8 ℃—12 ℃处理后不仅种子萌发效果较好，而且萌发后幼苗的长势也较为健壮，对不同处理后幼苗的生长指标调查结果显示，4 ℃—8 ℃—12 ℃处理后幼苗出苗整齐，幼苗生根率和子叶伸展率较高，练苗移栽后幼苗成活率高达96%，说明变化的温度更适于促进砂梨种子内物质的代谢与转换。4 ℃—8 ℃—12 ℃处理模拟了自然界中种子萌发时期的温度变化，利于种胚内酶活反应过程，可以促进各种生理生化过程，利于种胚内贮藏物质的转换、胚的萌发和生长。此外，变化的温度还可以加速种胚的机械变化、增加种子膜的通透性，这也利于种子的萌发。

其他温度处理调查结果显示，4 ℃处理对破除砂梨种子休眠的效果较差，种子萌发率较低，且平均萌发时间较长，幼苗萌发参差不齐。8 ℃处理后砂梨种子的萌发效果较好，相较于常规4 ℃低温处理更适于打破砂梨种子的休眠、促进萌发。这可能是因为在南方砂梨产区气候温和湿润，自然条件下砂梨种子所需打破休眠的温度较北方稍高，后期变温处理组中可适当延长8 ℃处理时间。8 ℃—4 ℃—8 ℃ 变温处理后种子萌发和生长状况均不如8 ℃恒温处理，可能是因为4 ℃低温对种胚内的物质转化产生了阻碍作用，不利于种子萌发。12 ℃处理后的种子平均萌发时间最短，且幼苗生长量最大，但是12 ℃处理后的种子萌发率较低，幼苗根部和茎部细长，总体长势较弱，在后续练苗移栽后的成活率低于其他处理组。表明12 ℃处理对打破种子休眠的作用较差，但是对促进后期生长具有积极意义，因此在后期变温处理时可适当缩短12 ℃处理时间。综合不同温度对种子萌发和生长的影响，对促进解除砂梨苏翠1号种子休眠的温度组合的效果表现为 4 ℃—8 ℃—12 ℃处理>8 ℃处理>8 ℃—4 ℃—8 ℃处理>12 ℃处理>4 ℃处理>25 ℃处理。

植物种子的休眠解除和萌发与外界环境条件密切相关，是长期以来自然进化的结果。低温是影响砂梨种子休眠过程中的重要因子，影响种胚中相关酶活性的变化，进一步影响种子的水分吸收、呼吸作用、营养物质转化等代谢活动，最终影响种子的萌发与生长。本研究通过对砂梨极早熟品种苏翠1号种子进行不同温度的处理，明确了不同温度对破除砂梨种子休眠以及后续幼苗生长的影响，综合效果表现为4 ℃—8 ℃—12 ℃处理>8 ℃处理>8 ℃—4 ℃—8 ℃处理>12 ℃处理>4 ℃处理>25 ℃处理。本研究确定了 4 ℃—8 ℃—12 ℃变温处理可作为破除砂梨苏翠1号种子休眠的最佳处理方式，为梨树新品种选育提供了可靠的技术手段。下一步将就种子感知温度变化来破除休眠过程中种胚内部的营养物质变化、激素变化等进行研究，以期进一步明确变温处理对解除种子休眠作用的分子机制。