不同植物生长调节剂对四种莎草科植物种子萌发特性的影响

王 娜, 张中华, 宁蓉春, 周华坤, 徐文华

(1.中国科学院西北高原生物研究所, 青海省寒区恢复生态学重点实验室, 西宁 810008;2.中国科学院大学, 北京 100049)

莎草科是青藏高原地区的优势科,分布广、数量多,部分种类是高寒草甸生态系统的建群种,也是天然草地资源中饲用价值较高、家畜喜食、耐牧性极强的一类优良牧草,其良好生长对维持青藏高原的生态平衡具有重要作用。而且莎草科多数植物具有适应性强、返青早、生长期长、根茎发达、耐践踏的优良特性,对于开发理想的草坪草种具有重要的潜在价值[1]。

高寒草甸生态系统极其脆弱,对人类干扰和气候变化极其敏感。这一特殊环境下的群落演替、植被恢复已成为生态学的研究重点。植物的繁殖更新扩散是群落演替、植被恢复过程中非常关键的一步,种子植物是地球上绿色植物群落的主体,而种子是种子植物的重要延存器官,种子活力的保持和成功萌发决定着整个植物种群的繁衍和生存,对其产量有着直接的影响,可能改变自然生态系统的演替方向和人类农牧业生产实践方式。因此,探索种子的萌发过程和机制具有重要的生态意义和经济意义[2]。

种子萌发是一个受基因遗传和外界环境因素调控的复杂生理过程。从干种子吸水开始,直到胚根突出种子覆盖层结束,此过程中水、空气、温度和光都是必需的。种子休眠是植物在长期进化过程中形成的一种抵抗不良环境的特性[3],是种子萌发的最大阻碍。种子休眠的原因大致可以分为两种,一种是由内源因素(胚本身的因素)引起的,如胚形态发育不完全、生理上未成熟、存在抑制萌发的物质或缺少萌发必须的激素等[4],可通过变温处理、激素处理、低温层积处理等解除休眠[5];另一种是由外源因素(种壳的限制)引起的,如种壳的不透气不透水性、种壳机械阻碍及种壳中存在的萌发抑制物等,可通过机械处理、化学药剂处理、温度处理等来解除休眠[6]。人为打破种子休眠是种子培育中的一个重要环节[7]。目前打破种子休眠的外界因素包括外源脱落酸、赤霉素、乙烯等植物生长调节剂调控及温度、光照等环境条件[8]。其中植物生长调节剂是一种人工合成或筛选的具有类似植物激素化学结构和生理活性的物质[9]。采用植物生长调节剂浸种是提高种子萌发率、培育壮苗的一种简单易行的有效方法。植物生长调节剂浸种,可促使休眠种子中存在的抑制萌发物质(如脱落酸)钝化或失效、改变种子的新陈代谢及提高种子部分酶活性[10-11]。植物生长调节剂浸种,有利于种子的吸水萌发,从而促进种子胚的发育和种子发芽,调控种子的萌发[11]。目前已有较多关于植物生长调节剂浸种处理对植物种子萌发和生长发育有促进作用的研究且都取得了良好效果[8,13-18]。

目前对莎草科植物种子的萌发技术研究存在较大的不足,而关于赤霉素(GA3)、乙烯利(ETH)、玉米素(ZT)、褪黑素(MLT)、氟啶酮(FL)等植物生长调节剂浸种处理以及植物生长调节剂+冷层积处理对莎草科植物种子萌发的影响也鲜有报道。因此,本研究以莎草科四种植物种子为材料,采用植物生长调节剂以及植物生长调节剂与冷层积相结合的方法处理莎草科植物种子,研究不同生长调节剂对莎草科植物种子休眠的影响。旨在找出解除莎草科植物种子休眠的最佳方法,以期为开发莎草科部分种质资源及青藏高原退化高寒草地的植被恢复开发适宜生态草种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试草种青藏薹草(Carexmoorcroftii) (以下简称QZ)、帕米尔薹草(Carexpamirensis) (以下简称PME)、华扁穗草(Blysmussinocompressus) (以下简称HB)、红棕薹草(CarexprzewalskiiEqorova) (以下简称HZ)的种子采集于青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(青海省海北藏族自治州门源回族自治县境内)。采集时间为2021年8—9月,种子置于干燥的室温环境中,定期翻晾以保持适宜温度。

基于前期的种子试验,本研究所用试剂为赤霉素(HPLC,>96%)、褪黑素(AR,98%)、氟啶酮(FL,≥97%)、乙烯利(HPLC,>90%)、玉米素(UP)、戊二醛固定液(4%)、磷酸缓冲液(0.2 M,pH值为3.5)、丙酮(AR,99.5%)、乙酸异戊酯(AR,99%,2.5 L),试剂均购于麦克林试剂网。

1.2 方 法

1.2.1种子萌发试验

萌发试验开始于2022年3月,选取直径为9 cm的圆形玻璃培养皿,培养皿底部放置2层用无菌蒸馏水润湿的滤纸作为发芽床,将经过不同处理的种子轻放于发芽床上,每个处理设置3个重复(3个培养皿,每个培养皿50粒种子)。加盖后放置在培养箱里,培养条件设置为变温15 ℃/25 ℃,黑暗12 h/光照12 h。试验期间保持滤纸湿润,每天统计发芽种子数。以露白为种子发芽的标准。计算各种子的发芽率、萌发时滞天数。

萌发时滞:指从发芽试验开始到第1粒种子萌发所用时间;

萌发率/%=(萌发种子数/供试种子总数)×100%。

1.2.2模拟自然条件下种子萌发的处理

根据种子采集地的气温模拟自然条件下种子的萌发条件,设置对照组(ck)种子萌发培养的条件为:变温15 ℃/25 ℃,黑暗12 h/光照12 h,黑暗条件下温度设置为15 ℃,光照条件下的温度设置为25 ℃。

1.2.3植物生长调节剂浸种处理对种子萌发的影响

植物生长调节剂处理采用 100 μmol/L的GA3[15,19-21]分别浸种12 h、48 h、72 h;60 μmol/L的FL[20,22]分别浸种30 min、1 h、3 h;100 μmol/L[22-23]的MLT分别浸种6 h、36 h、72 h;100 μmol/L的ETH[24]分别浸种6 h、36 h、72 h;4 mg/L的ZT[25]分别浸种24 h、48 h、72 h。植物生长调节剂浓度选择的依据是历年莎草科或其他单子叶植物种子萌发研究中选择较多、较适宜的浓度。

上述经植物生长调节剂处理后的种子都用无菌蒸馏水反复冲洗后,置于培养箱中培养。温度设置变温15 ℃/25 ℃,光照为12 h/12 h(黑暗/光照),白天光照定期更换滤纸,及时处理发霉的种子。对照为同温度下不经任何处理的种子,每个处理3个重复,每个重复50粒种子,每天统计萌发个数,持续30 d。

1.2.4植物生长调节剂浸种+冷层积复合处理对种子萌发的影响

上述经植物生长调节剂100 μmol/L的GA3浸种12 h、60 μmol/L的FL浸种30 min、100 μmol/L的MLT浸种6 h、100 μmol/L的ETH浸种6 h、4 mg/L的ZT浸种24 h处理后的种子用无菌蒸馏水反复冲洗后,置于4 ℃ 冰箱中层积1个月,每隔5 d翻动检查一次,冲洗一次,保持种子湿润,然后放置于与植物生长调节剂处理相同的条件下进行萌发培养。

选择上述植物生长调节剂浸种时间最短的处理再加冷层积处理,考察植物生长调节剂+冷层积复合处理对种子萌发的影响。

1.2.5数据处理

所有数据在R语言(Version 4.1.1,R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)统计软件中进行分析。分析前对所有数据均进行正态分布Shapiro-Wilk检验和levene方差齐性检验, 对非正态分布或方差不齐的数据进行反正弦平方根转换;若转换后仍不能通过正态检验,则对数据进行kruskal非参数检验和Behrens-Fisher事后多重比较;若符合正态分布则对数据进行单因素方差分析(One way ANOVA),以Tukey’s HSD法检验处理间的差异显著性(α=0.05)。用R语言rcorr函数分析萌发率和萌发时滞之间的spearman相关系数。统计数据以平均值±标准误差(mean±SE)表示。采用Origin软件绘图。

2 结果与分析

2.1 五种植物生长调节剂处理对不同种子萌发率和萌发时滞的影响

通过分析植物生长调节剂对四种种子萌发率和萌发时滞影响的显著性(表1、表2),发现本实验的处理仅对HB、HZ、PME种子的萌发率产生了显著影响(p<0.05);对萌发时滞而言,仅HZ、PME种子对植物生长调节剂具有显著的响应(p<0.05)。对萌发率和萌发时滞两者的相关性进行分析,发现四种种子萌发率与萌发时滞的相关性均为负相关,且没有达到显著相关,其中HB种子萌发率、萌发时滞的相关性指数是-0.13;HZ种子萌发率、萌发时滞的相关性指数是-0.43;PME种子萌发率、萌发时滞的相关性指数是-0.29;QZ种子萌发率、萌发时滞的相关性指数是-0.04。

表1 植物生长调节剂处理对种子萌发率的影响Table 1 Effect of plant growth regulator treatment on seed germination rate

表2 植物生长调节剂处理对种子萌发时滞的影响Table 2 Effect of plant growth regulator treatment on seed germination delay

2.2 五种植物生长调节剂及不同浸种时间对HB种子萌发的影响

在植物生长调节剂GA3处理条件下,HB种子萌发率最高的处理是G 1+L处理,G 1+L处理下,第5～14天是快速萌发阶段(图1),G 1+L处理的萌发率为62.67%,比对照组(52.67%)提高了18.99%,与对照组相比差异不显著(图2 A)。G 2和G 2+L处理后HB种子的萌发时滞时间最短,比对照组的萌发时滞(10 d)提前了5 d (图2 B)。在植物生长调节剂FL处理条件下,HB种子萌发率最高的处理是F 1+L处理,F 1+L处理下,第3～16天是快速萌发阶段 (图1),由图2 A可知,F 1+L处理后HB种子的萌发率达到了86.00%,比对照组提高了63.28%,差异达显著水平。F 1+L处理后HB种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了7 d (图2 B)。在植物生长调节剂ETH处理条件下,E 1、E 2、E 3和E 1+L处理后HB种子的萌发率均显著低于对照组的萌发率(52.67%)(图2 A),相对来说E 1+L联合处理的萌发率比E 1、E 2、E 3单独处理的萌发率高,E 1+L处理下,第9～15天是快速萌发阶段。E 3处理后HB种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了6 d (图2 B)。在植物生长调节剂MLT处理条件下,萌发率最高的处理是M 1+L处理,萌发率为55.33%,比对照组(52.67%)仅提高了5.07% (图2 A),M 1+L处理下,第7～14天是快速萌发阶段。同时,M 1+L处理后HB种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了5 d (图2 B)。在植物生长调节剂ZT处理条件下,Z 1、Z 2、Z 3和Z 1+L处理后HB种子的萌发率均显著低于对照组(52.67%)。Z 1+L综合处理的萌发率为32.00%,比对照组降低了39.23%,但显著高于Z 1、Z 2和Z 3单独处理后的萌发率 (图2 A)。Z 1+L处理下,第8～13天是快速萌发阶段。Z 3和Z 1+L处理后HB种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了6 d (图2 B)。

图2 不同植物生长调节剂及不同浸种时间对HB种子萌发率和萌发时滞的影响Fig.2 Effects of different plant growth regulators and soaking time on HB seed germination rate and germination delay

注:ck为对照组;G 1为0.4 g/L的GA3溶液浸种12 h;G 2为0.4 g/L的GA3溶液浸种72 h;G 3为0.4 g/L的GA3溶液浸种96 h;E 1为14.45 mg/L的ETH溶液浸种6 h;E 2为14.45 mg/L的ETH溶液浸种36 h;E 3为14.45 mg/L的ETH溶液浸种72 h;Z 1为4 mg/L的ZT溶液浸种24 h;Z 2为4 mg/L的ZT溶液浸种48 h;Z 3为4 mg/L的ZT溶液浸种72 h;M 1为100 μmol/L的MLT溶液浸种6 h;M 2为100 μmol/L的MLT溶液浸种60 h;M 3为100 μmol/L的MLT溶液浸种84 h;F 1为60 μmol/L的FL溶液浸种30 min;F 2为60 μmol/L的FL溶液浸种1 h;F 3为60 μmol/L的FL溶液浸种3 h;G 1+L为0.4 g/L的GA3溶液浸种12 h处理+冷层积处理30 d;E 1+L为14.45 mg/L的ETH溶液浸种6 h处理+冷层积处理30 d;Z 1+L为4 mg/L的ZT溶液浸种24 h处理+冷层积处理30 d;M 1+L为100 μmol/L的MLT溶液浸种6 h处理+冷层积处理30 d;F 1+L为60 μmol/L的FL溶液浸种30 min处理+冷层积处理30 d。下同。图1 不同植物生长调节剂及不同浸种时间下 HB种子的累计萌发曲线Fig.1 Cumulative germination curve of HB seeds under different plant growth regulators and different soaking time

HB种子在不同的植物生长调节剂和浸种时间处理下,萌发过程不一致。由图1可知,萌发速率最快、累计发芽数最高的实验处理是F 1+L,在第4天就有3粒种子萌发,到实验结束有43粒种子萌发,其次是G 1+L和M 1+L。F 1+L、G 1+L和M 1+L处理后HB种子的萌发速率和累计发芽数均高于对照组。其余处理条件下,HB种子的萌发速率和最终累计发芽数均低于对照组。在统计发芽数期间,前15 d内,Z 3和E 1+L处理下萌发速率高于对照组,但最终累计发芽数低于对照。由图2 A可以看出,对于HB种子来说,所有植物生长调节剂处理+冷层积处理后的萌发率均显著高于仅用植物生长调节剂处理后的萌发率。其中处理F 1+L萌发率最高,达到86.00%,显著高于对照组的52.67%。不同植物生长调节剂、不同浸种时间及植物生长调节剂处理+冷层积处理对HB种子萌发时滞的影响并没有显著差异,其中萌发时滞天数最低的处理是F 1+L,为3 d (图2 B)。

本研究结果表明,用60 μmol/L的FL溶液浸种30 min处理+冷层积处理30 d萌发率和萌发速率最高,萌发率最高为86.00%,且萌发时滞最短,为3 d。因此,F 1+L处理是打破HB种子休眠的理想方法。

2.3 五种植物生长调节剂及不同浸种时间对HZ种子萌发的影响

在植物生长调节剂GA3处理条件下,HZ种子萌发率最高的处理是G 2处理。G 2处理下,第9～19天是快速萌发阶段(图3)。G 2和G 1+L处理后,HZ种子的萌发率均显著高于对照组 (30.67%),G 2处理的萌发率最高,为51.33%,比ck提高了67.36% (图4 A)。G 2处理后HZ种子萌发时滞时间最短,比对照提前了9 d(图4 B)。在植物生长调节剂FL处理条件下,HZ种子萌发率最高的处理是F 3,F 3处理下,第10～15天是快速萌发阶段(图3),F 3处理的HZ种子的萌发率达48.67%,比对照组提高了58.69%,差异显著(图4 A)。F 1+L处理后HZ种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了6 d(图4 B)。在植物生长调节剂ETH处理条件下,HZ种子萌发率最高的处理是E 2处理,E 2处理下,第9～16天是快速萌发阶段(图3),E 2处理HZ种子的萌发率为45.33%,比对照组提高了47.80%,差异不显著(图4 A)。E 3处理后HZ种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了11 d (图4 B)。在植物生长调节剂MLT处理条件下,HZ种子萌发率最高的处理是M 2处理,M 2处理下,第9～15天是快速萌发阶段(图3),M 2处理的萌发率为46.67%,比对照组提高了52.16%,与对照组相比没有显著性差异 (图4 A)。M 3处理后HZ种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了9 d (图4 B)。在植物生长调节剂ZT处理条件下,HZ种子萌发率最高的处理是Z 1+L处理,Z 1+L处理下,第7～13天是快速萌发阶段(图1)。Z 1+L处理的萌发率为56.67%,比对照组显著性提高了84.77%(图4 A)。Z 1+L处理后萌发时滞时间最短,比对照组提前了8 d(图4 B)。

图3 不同种类植物生长调节剂及不同浸种时间下HZ种子的累计萌发曲线Fig.3 Cumulative germination curves of HZ seeds under different plant growth regulators and different soaking time

图4 不同植物生长调节剂及不同浸种时间对HZ种子萌发率和萌发时滞的影响Fig.4 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on seed germination rate and germination delay of HZ

不同种类植物生长调节剂及不同浸种时间对于HZ种子萌发过程的影响并没有显著性差异。由图3可以看出,多数处理下HZ种子的最早萌发时间在第6天左右,其中萌发速率最快、累计发芽数最高的实验处理是Z 1+L,萌发率最低的是G 1处理,除M 1、E 1和G 1三种处理外的大部分植物生长调节剂处理后HZ种子的萌发速率和累计发芽数高于对照组。通过图4可以看出,不同处理下HZ种子萌发率差异不大。只有处理G 2、F 3、G 1+L、Z 1+L的萌发率显著高于对照组的萌发率;其中Z 1+L处理下HZ种子萌发率最高,为56.67%,G 1处理下HZ种子萌发率最低为10.67%,显著低于对照组种子的萌发率。植物生长调节剂处理+冷层积处理与单独的植物生长调节剂处理相比并没有显著提高HZ种子的萌发率。萌发时滞最短是E 3处理,仅3 d,萌发时滞最长是G 1+L,为20 d。结合萌发率可以看出,萌发时滞最短的处理萌发率并不是最高,萌发时滞与萌发率之间没有明显的线性关系。

本研究结果表明,提高HZ种子萌发率和萌发速率最好的处理是Z 1+L,即4 mg/L的ZT溶液浸种24 h处理+冷层积处理30 d,萌发率最高,为56.67%;降低HZ种子萌发时滞最好的处理是E 3,即14.45 mg/L的ETH溶液浸种72 h,萌发时滞最短,为3 d。

2.4 五种植物生长调节剂及不同浸种时间对PME种子萌发的影响

在植物生长调节剂GA3处理条件下,PME种子萌发率最高的处理是G 1+L,G 1+L处理下,第10～22天是快速萌发阶段(图5),G 1+L处理的萌发率为54.00%,比对照组(41.33%) 提高了30.65%,与对照组相比差异不显著(图6 A),G 2处理后PME种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了4 d(图6 B)。在植物生长调节剂FL处理条件下,PME种子萌发率最高的处理是F 1+L处理,F 1+L处理下,第11～25天是快速萌发阶段(图5)。F 1+L处理的萌发率为62.00%,比对照组(41.33%)显著性提高了50.01%(图6 A),F 3处理后PME种子的萌发时滞时间最短,比对照组提前了8 d(图6 B)。在植物生长调节剂ETH处理条件下,PME种子萌发率最高的处理是E 3,E 3处理下,第15天和第18天是快速萌发阶段(图5),萌发率为39.33%,比对照组降低了4.84%,与对照组相比没有显著性差异(图6 A)。E 1+L处理后PME种子的萌发时滞最短,比对照组提前了4 d(图6 B)。在植物生长调节剂MLT处理条件下,PME种子萌发率最高的处理是M 1+L处理,M 1+L处理下,第18～26天是快速萌发阶段(图5),M 1+L处理的萌发率为36.00%,比对照组降低了12.89%,与对照组相比没有显著性差异(图6 A)。M 2处理后萌发时滞时间最短,比对照组提前了4 d (图6 B)。在植物生长调节剂ZT处理条件下,PME种子萌发率最高的处理是Z 1+L处理,Z 1+L处理下,第10～22天是快速萌发阶段(图5),Z 1+L处理的萌发率为71.33%,比对照组显著性提高了72.60% (图6 A)。Z 3处理后萌发时滞时间最短,比对照组的萌发时滞 (14 d) 提前了13 d (图6 B)。

图5 不同植物生长调节剂及不同浸种时间下PME种子的累计萌发曲线Fig.5 Cumulative germination curves of PME seeds under different plant growth regulators and different soaking time

图6 不同植物生长调节剂及不同浸种时间对PME种子萌发率和萌发时滞的影响Fig.6 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on germination rate and germination delay of PME seeds

萌发速率和累计发芽数比对照组明显提高的处理是Z 1+L、F 1+L、G 1+L,其中萌发速率最快、累计发芽数最高的实验处理是Z 1+L,从第10天开始萌发,累计平均发芽数有35.67粒;萌发速率最低、累计发芽数最低的实验处理是M 1,从第19天开始萌发,累计发芽数平均仅18粒 (图5)。萌发率显著高于对照组的处理是Z 1+L和F 1+L,分别为62.00%和71.33%;萌发率最低的处理是M 3,仅为34.00%,显著低于对照组的萌发率 (图6 A)。萌发时滞最短的处理是Z 3,仅为1 d (图6 B)。本研究结果表明,提高PME种子萌发速率和萌发率的最佳处理是Z 1+L,即4 mg/L的ZT溶液浸种24 h处理+冷层积处理30 d,萌发率最高为62.00%;降低PME种子萌发时滞最好的处理是Z 3,即4 mg/L的ZT溶液浸种72 h,萌发时滞最短,仅1 d。

2.5 五种植物生长调节剂及不同浸种时间对QZ种子萌发的影响

实验中QZ种子难以萌发,Z 1+L处理下,QZ种子萌发种子数最多,但是平均仅有1.7粒,有许多处理中QZ种子没有萌发,各植物生长调节剂处理下的QZ萌发过程没有显著差异 (图7)。从萌发率中也可以看出 (图8 A),相比于对照,植物生长调节剂处理能提高QZ种子的萌发率,整体来看,所有植物生长调节剂处理中的QZ种子萌发率均不高于5%,而且植物生长调节剂处理+冷层积处理并没有比单独的试剂处理显著增加萌发率,萌发率最高的是Z 1+L、F 1+L和E 3处理。QZ种子的萌发时滞比较长,均在10 d以上,部分处理甚至在实验结束时才开始萌发,所有处理之间萌发时滞没有显著差异 (图8 B)。

图7 不同植物生长调节剂及不同浸种时间下QZ种子的累计萌发曲线Fig.7 Cumulative germination curves of QZ seeds under different plant growth regulators and different soaking time

图8 不同植物生长调节剂及不同浸种时间对QZ种子萌发率和萌发时滞的影响Fig.8 Effects of different plant growth regulators and different soaking time on germination rate and germination delay of QZ seeds

3 讨 论

3.1 五种植物生长调节剂处理对四种莎草种子萌发的影响

GA3是一类四环二萜类化合物,能取代一些种子对低温后熟的需求,对植物生长起到调节作用,使用GA3处理种子能使细胞分裂分化而促进种子胚的发育和促进种子解除休眠发芽,从而提高发芽率[8,26-30];GA3广泛应用于解除种子的休眠,尤其对解除种子的生理性休眠效果更好[31]。有关GA3促进植物种子萌发的报道很多,李欣勇[22]研究发现,GA3能破除球穗扁莎种子的休眠,显著提高其萌发率。另外,GA3在黄瓜[32]、石生茶藨[33]、紫果型黑蕊猕猴桃[34]、酸枣[35]等多种植物的种子萌发中都具有不同程度的促进作用,这对提高植物的产量具有重要的价值和实际意义。本研究发现,GA3对四种莎草科植物种子的影响存在物种特异性,其中HB和PME种子在GA3处理后萌发率下降,HZ和QZ在GA3处理后萌发率上升,而且不同的GA3浓度对于种子萌发的影响并没有呈现规律性的变化。

ETH对ABA信号的转导起拮抗作用,适宜浓度的ETH能够打破种子休眠,促进种子萌发,4 000 mg/L与5 000 mg/L ETH浸种都可以极显著提高黄瓜种子发芽率和发芽势(p<0.01)[36];150 mg/L ETH浸种能显著提高苦瓜[37]和美女樱种子[38]的发芽率(p<0.01)。本研究结果表明,ETH处理不能提高HB和PME种子的萌发率,但能降低HB种子的萌发时滞;ETH处理能提高HZ和QZ种子的萌发率,并能显著降低HZ种子的萌发时滞。

CTK可解除因ABA抑制造成的休眠[39],比如同时存在GA和ABA,则GA诱导萌发的作用就会受到抑制,而GA、ABA、CTK同时存在,则CTK能起到解除这种抑制作用而使萌发成为可能,所以CTK仅在ABA存在时才是必需的[40]。ZT是植物体内天然存在的一种天然细胞分裂素。本研究结果表明,ZT处理能提高HZ、QZ种子的萌发率,并能降低HZ、PME种子的萌发时滞。

FL是一种脱落酸抑制剂,可破除因ABA存在抑制种子萌发而产生的休眠,一方面可以阻碍脱落酸合成,使其含量降低,另一方面脱落酸的减少间接促进赤霉素的合成,促进种胚突破种皮[41]。如FL可显著促进肉苁蓉(Cistanchedeserticola)种子萌发[42]。本研究表明,FL处理能提高HB、HZ及QZ种子的萌发率并降低HB、HZ种子的萌发时滞,不能提高PME种子的萌发率,但能降低PME种子的萌发时滞。

MLT对水分和脂类有较强的亲和力,易于穿透种皮和细胞膜,进入种子细胞内部,不仅能减轻外部不良环境引起的氧化伤害,还能增强保护性酶活,从而提高种子的活力和萌发率,如MLT能提高黄瓜对低温与干旱的抗性[43-44],促进 NaCl 胁迫下狼尾草的萌发势和萌发率[45]。李欣勇[22]研究发现,FL和MLT均可破除碎米莎草在低温下的休眠,显著提高其萌发率,MLT可提高碎米莎草种胚的生长能力,增强种子保护性酶活,从而解除其在低温下的休眠。本研究发现,MLT处理能提高HZ、QZ种子的萌发率,并降低HB、HZ及PME种子的萌发时滞。

同一植物生长调节剂浸种不同时间对种子萌发率和萌发时滞的影响不同,例如使用适量GA3以后会诱导α-淀粉酶的产生,促使细胞分裂,新陈代谢加速,进而使种子萌发;GA3过量(浸泡时间过长)则会抑制种子萌发,这是因为过量的GA3可能破坏了细胞结构。还有使用适量的ETH会活化细胞的某种酶,促使细胞分裂,使种子萌发,过量的ETH则会破坏细胞结构[46],这在本研究中体现在不同的物种种子对GA3和ETH浓度梯度有不同的响应。同一植物生长调节剂同一浸种时间对不同种子的萌发率和萌发时滞的影响也不同,产生差异的原因可能与种皮特性有关,不同种子具有不同的种皮结构和厚度,其吸水能力不同[47],还有可能是不同种子内源ABA和GA3的含量不同所致[38],产生差异的根本原因还有待进一步深入研究。在本研究中使用的五种植物生长调节剂对QZ种子发芽的影响并不明显,可能与QZ种子本身对其不敏感或者QZ属于深度生理休眠有关,需要进一步研究。

3.2 植物生长调节剂+冷层积复合处理对种子萌发的影响

通常认为冷层积可软化种壳,在层积过程中使种子内部的生理指标发生变化,使种子生理成熟,进入待萌发状态[43]。本研究发现,对于HB种子萌发来说,植物生长调节剂+冷层积综合处理后的萌发效果(萌发率、萌发速率和萌发时滞)明显好于仅用植物生长调节剂处理和对照组的萌发效果;对于PME种子萌发,大部分植物生长调节剂+冷层积综合处理比单独使用植物生长调节剂的萌发效果好;但是与单独的植物生长调节剂处理相比,植物生长调节剂处理+冷层积处理并没有显著提高HZ和QZ种子的萌发率。

4 结 论

本试验以青海四种莎草科当年生种子为试验材料,研究不同植物生长调节剂及不同浸种时间对四种莎草科植物种子萌发特性的影响。结果表明,四种种子发芽率与发芽时滞的相关性均为负相关,F 1+L处理下,HB种子萌发率、萌发速率最高且萌发时滞最短,其中萌发率最高为86%,萌发时滞最短为3 d;HZ种子萌发率和萌发速率最高的处理是Z 1+L,为56.67%,萌发时滞最短的处理是E 3,为3 d;PME种子萌发率最高的处理是F 1+L,为71.33%,萌发时滞最短的处理是Z 3,为1 d;实验中QZ种子比较难萌发,本实验的几种试剂处理中Z 1+L处理下QZ种子萌发数最多,但是平均仅有1.7粒的种子萌发。本研究发现一般规律是:对于自然状态易萌发种子,植物生长调节剂对其萌发是负面效应,而植物生长调节剂+冷层积复合处理之后可以提升其萌发率;对于自然状态下不易萌发的种子,植物生长调节剂可以促进其萌发过程,而冷层积的影响并不大。