打破硬实处理对几种野生山野豌豆种子萌发和生长的影响

刘佳星, 张 娟

(1.内蒙古自治区农牧业技术推广中心, 呼和浩特 010100;2.内蒙古自治区农牧业生态与资源保护中心, 呼和浩特 010100)

山野豌豆(Viciaamoena)属于豆科(Leguminosae)蝶形花亚科(Papilionatae)野豌豆族(Viciae)一、二年生或多年生草本[1]。世界野豌豆属植物有200余种,我国现有40余种,主要分布于华北、西北、西南和东北地区,多生长于山坡、草甸、灌丛或林缘等环境中[2]。

种子硬实是自然界普遍存在的现象[3-5],是指种皮坚硬不透水,在正常情况下不能吸胀萌发的现象,其中最常见于豆科植物的种子,如苦豆子、苜蓿、扁蓿豆[6-8]等。硬实的种子因种皮(果皮)含胶质、蜡质而不透气、不透水,对胚有机械阻碍的作用,在水、热等条件适宜时,种子仍不能吸胀,从而不能萌发[9]。山野豌豆种子小,种皮硬实,透水性差,硬实率高,发芽率低[10-11],需要经过一定处理才能提高种子发芽率和播种质量[12]。

山野豌豆味甘、性平,有解毒、活血、通络的功效,属于舒筋活络型祛风湿药。国内对山野豌豆大面积的人工栽培还较少,在改良退化草地的利用方面还不足。本试验通过对不同地区采集的野生山野豌豆种子形态特征及生物学特性进行研究,旨在为野生山野豌豆的引种驯化、人工培育、新品种选育等提供数据支持和理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为野生山野豌豆种子,2019年采集于莫旗、乌拉盖、喀喇沁旗,主要围绕该地区进行随机采集,同时记录其生境特征,及时保存,并将采集的植株和种子制作成标本。本试验选用3个地区采集的山野豌豆种子,同时对其进行初步研究(表1)。

表1 材料采集地点及生境特点

1.2 试验方法

1.2.1种子形态特征观测

用游标卡尺测量其长、宽、厚;随机取完整饱满的种子300粒用电子天平测定千粒重,求平均值。

1.2.2种子硬实特性观测

选取种子100粒设置3个重复,分别置于培养皿中,在恒温(25 ℃)下使其自然吸胀15 d,每隔24 h记录吸胀种子数,第1天吸胀的种子作为非硬实种子,第14天仍未吸胀的种子作为硬实种子。计算硬实率和吸胀率。

1.2.3种子吸水特性观测

选取种子在天平上逐一称重计录,分别置于培养皿中浸泡处理。每隔2 h将种子取出,吸干其表面水分后称重计录,然后浸润处理,称量记录,持续12 h;种子吸水基本稳定后每隔8 h将种子取出称重;48 h后每隔2 h将种子取出称重,直至有一半的种子萌动,胚根即将突破种皮为止,3次重复。绘制吸水率曲线。

1.2.4种子发芽实验

取供试种子各100粒,恒温下(25 ℃)逐日观察发芽情况并记录,3次重复。第5天计算发芽势,12 d结束发芽试验,并计算发芽率。将供试种子用刀片划破种皮打破硬实,然后进行发芽试验(25 ℃)观察种子发芽情况。

1.2.5植株生长性状观测

将处理后的山野豌豆种子播种于温室(25 ℃),播种时间为2020年2月1日,采用条播方式,喷水保持土壤湿润。温室内培育4个月之后,将其移栽到内蒙古自治区园艺研究院蒙药材资源圃,试验面积为40 m2,移栽行间距为35 cm。观察期间做好物候观测、水肥管理,清除杂草工作。

1.3 调查及测定的指标

硬实率/%=(第14天未吸胀种子数/供试种子数)×100%;

吸胀率/%=(第1天吸胀种子数/供试种子数)×100%;

吸水率/%=[(吸水后种子重量-吸水前种子重量)/吸水前种子重量]×100%;

发芽势/%=(第5天正常发芽种子数/供试种子数)×100%;

发芽率/%=(前12 d正常发芽种子数/供试种子数)×100%。

1.4 数据与分析

采用Excel2010软件进行数据处理,SPSS17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 种子形态特征

采集的山野豌豆种子长3.20～4.60 mm,变异系数为6.135;宽和厚大致相等,2.49～2.98 mm,变异系数分别为7.854,7.384。总体来说,不同地区的山野豌豆种子形态特征相差不大(表2)。

表2 山野豌豆种子大小范围分析

2.2 种子的千粒重及硬实特征

不同地区种子千粒重不同(表3)。结果表明,不同地区的山野豌豆种子千粒重存在差异,1号山野豌豆的千粒重较大,为19.95 g,2、3号相差不大,分别为15.58 g、16.08 g 。

表3 3种野豌豆的千粒重

种子萌发是植物生命周期的起点,3种山野豌豆种子萌发时的吸胀动态如图1。不同地区的山野豌豆种子吸胀率差异不大,1号、2号、3号山野豌豆种子硬实率分别为73%,71%,71%。第一天的吸胀率分别为9%,8%,7%。3种山野豌豆的吸胀种子数在第一天后下降明显,之后趋于平缓,非硬实种子总数的66%都在4 d内吸胀。总体而言,非硬实种子集中在前期完成吸胀。

图1 种子的吸胀率

2.3 种子的吸水特性

如图2所示,不同地点采集的山野豌豆种子吸水率差异不显著,吸水量主要集中在前14 h。1号、2号在前10 h的吸水量持续上升,并达到萌发吸水高峰;3号在14 h达到吸水高峰,此时种子吸水率达到100%。从14～30 h,3种山野豌豆的吸水量缓步上升。从30 h之后吸水量基本稳定,此时种子处于萌动状态。之后吸水量继续上升,吸水率均超过110%,此时山野豌豆种子进入发芽状态,1号、3号是在76 h开始发芽;2号是在72 h开始发芽。

图2 山野豌豆种子吸水曲线

2.4 种子打破硬实处理

试验结果显示,在恒温条件(25 ℃)下,野生山野豌豆种子的发芽率为3%～6%,发芽势为3%～5%。表明山野豌豆种子存在硬实休眠特性,且具有较深的休眠程度(表4)。不同地区采集的山野豌豆种子硬实休眠特性差异不明显。

表4 野生山野豌豆属种子的发芽率、发芽势

由表5可知,采用物理方法划破种皮处理可使发芽率提高到70%～96%,能够有效破除山野豌豆的硬实休眠。1号山野豌豆的发芽率最低,为82.55%;2号山野豌豆的发芽率最高,为88.49%;2号的发芽势最低,为38.60%;3号的发芽势最高,为50.55%。

表5 打破硬实处理下的山野豌豆发芽势、发芽率

2.5 植株生长性状

由表6可知,播种的野生山野豌豆种子长势较好,株高70～80 cm,7月开花,花色鲜艳,呈紫红色和蓝紫色,9月种子成熟,种子较多,易落荚。此外,莫旗的山野豌豆生长天数相比其他两种多5～11 d,其余生长性状基本一致。

表6 3种山野豌豆的生长性状观测

3 结果与讨论

通过对野生山野豌豆种子的形态特征、吸水特征、硬实和萌发等的研究,得出如下结论:采集的3种山野豌豆形态特征相似;不同地点采集的山野豌豆种子千粒重存在相差,其中莫旗的最大,乌拉盖和喀喇沁旗的较小;不同地区采集的山野豌豆种子吸胀率差异不大,非硬实种子集中在前期完成吸胀;山野豌豆种子具有硬实休眠特性,且具有较深的休眠程度;物理方法划破种皮处理能够有效破除硬实休眠,可提高种子发芽率。山野豌豆种子萌发时吸水较快,10～14 h即达吸水高峰,然后进入吸水滞缓期,在72～74 h时种子开始发芽。播种的3种野生山野豌豆种子长势较好,生长天数存在差异,其他物候期基本一致。