低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽特性的影響

劉金海，王 琰，徐 翠，蔣金娟，羅富成，王鶴樺

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，昆明 650201；2.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 信陽 464000)

納羅克非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)于1974年從澳大利亞引入中國，四十多年的推廣栽培表明，該草是南方熱帶、亞熱帶以及暖溫帶地區(qū)人工草地建植、草山改良和公路護(hù)坡、水庫護(hù)堤的骨干草種[1-7]。該植物生態(tài)適應(yīng)廣、生長迅速、草質(zhì)好、生長年限長、抗逆性強(qiáng)、耐重牧，抽穗期莖葉柔軟，適口性好，反芻家畜喜食[8-9]。但納羅克非洲狗尾草種子休眠程度深。目前，國內(nèi)外關(guān)于非洲狗尾草的研究主要集中在栽培管理、飼草生產(chǎn)、抗逆性、放牧利用、種子生產(chǎn)、種性恢復(fù)、提高發(fā)芽率等方面[10]。關(guān)于破除納羅克非洲狗尾草種子休眠技術(shù)的研究近年來有較大進(jìn)展，羅富成等[7]提出，GA3溶液浸種是提高其發(fā)芽率可行的方法；赤霉素和聚乙二醇(PEG)處理，不僅可顯著提高納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率，而且還對(duì)幼苗芽長、根長、幼苗長勢(shì)有明顯的促進(jìn)作用[11]；羅富成等[12]研究表明，機(jī)械處理、硝酸鉀(KNO3)溶液浸種、硫酸溶液腐蝕種殼以及鹽酸溶液浸種均可不同程度破除納羅克非洲狗尾草種子的休眠；稀土化合物——硝酸鑭[La(NO3)3]溶液浸種也能顯著提高其種子發(fā)芽率[13]。

種子萌發(fā)主要受內(nèi)部自身因素和外部環(huán)境因素的互相作用[14-15]，內(nèi)部因素主要包括：種子的遺傳特性、種子壽命、種子成熟與否，外部環(huán)境因素包括：土壤、空氣、水分、光照、溫度、濕度等，其中溫度在種子萌發(fā)過程中起著關(guān)鍵作用[16]。杜錦華等[17]研究表明，溫度對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)具有顯著的影響；溫度還與其它因子交互作用從而影響種子的萌發(fā)[18-20]，而有關(guān)溫度對(duì)納羅克非洲狗尾草種子萌發(fā)影響的研究較少。因此，本研究以納羅克非洲狗尾草種子為對(duì)象，通過低溫處理和變溫處理技術(shù)，尋求有效破除納羅克非洲狗尾草種子休眠的最佳技術(shù)方案，以期為納羅克非洲狗尾草生產(chǎn)提供理論依據(jù)，促進(jìn)納羅克非洲狗尾草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為云南省永德縣永康鎮(zhèn)鴨塘村(24°09′35.03″N，99°23′1.17″E)人工草地成熟期收獲的納羅克非洲狗尾草種子，種子風(fēng)干后，用種子重力分離機(jī)分離去雜、清選后備用[21-22]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1種子生活力檢測(cè)

隨機(jī)取種子100粒，3次重復(fù)，采用TTC圖像法[23]測(cè)定種子生活力。

1.2.2種子處理

試驗(yàn)前，用1.5%硫酸銅溶液浸種消毒10 min[22]，風(fēng)干備用。處理方法：1) 取適量備用種子于燒杯中，置于4 ℃冰箱，分別于1、3、5 d和7 d取出做發(fā)芽試驗(yàn)，分別標(biāo)記為4-1、4-3、4-5和4-7，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子；2) 取適量備用種子于燒杯中，一部分干燥，一部分吸濕處理(加入與種子質(zhì)量相等的蒸餾水并充分晃動(dòng)混合均勻)，分別置于4 ℃冰箱16 h后再轉(zhuǎn)入25 ℃恒溫培養(yǎng)箱8 h，交替重復(fù)變溫3 d和5 d后，取出做發(fā)芽試驗(yàn)，干燥變溫處理分別標(biāo)記為D-16-8-3和D-16-8-5，吸濕變溫處理分別標(biāo)記為M-16-8-3和M-16-8-5，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子；3) 取適量備用種子于燒杯中，一部分干燥，一部分吸濕處理，分別置于4 ℃冰箱12 h后，再轉(zhuǎn)入25 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)12 h，交替重復(fù)變溫處理3 d和5 d[24]，取出進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，干燥變溫處理分別標(biāo)記為D-12-12-3和D-12-12-5)，吸濕變溫處理分別標(biāo)記為M-12-12-3和M-12-12-5，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒種子；4) 隨機(jī)取300粒備用種子，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒，用作對(duì)照(ck)。

1.2.3發(fā)芽試驗(yàn)

按照GB/T 2930.1-2001《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程》[25]，以芽長超過種長的50%作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[26]；第10天和第21天分別計(jì)算發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率[27]。發(fā)芽結(jié)束后(第21天)，參照王琰等[22]的方法測(cè)幼苗根長和芽長。并將幼苗干燥后稱其干重，計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[28-29]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖，用SPSS 22.0軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子生活力

種子經(jīng)TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑)染色后，在立體顯微鏡下觀測(cè)(圖1)，檢測(cè)到納羅克非洲狗尾草種子種胚被完全染色的種子占86%，說明種子的生活力為86%。

2.2 低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽率的影響

低溫處理(4-1、4-3、4-5和4-7)，干燥變溫處理(D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5)，吸濕變溫處理(M-16-8-3、M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5)幾種處理方法均能在一定程度上提高納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率(圖2)，其中D-12-12-5的發(fā)芽率最高，為70.67%，是ck的2.44倍，差異顯著(p<0.05)。低溫4 ℃處理1、3、5 d和7 d，隨著處理時(shí)間的延長發(fā)芽率不斷增高(圖2)，第7天的發(fā)芽率為50.33%，是ck的1.74倍，差異顯著(p<0.05)。干燥種子處理D-12-12-3和D-12-12-5發(fā)芽率分別為56.67%和70.67%，吸濕種子處理M-12-12-3和M-12-12-5的發(fā)芽率分別為43%和45.67%，隨著處理天數(shù)延長發(fā)芽率相應(yīng)增加，并且干燥種子發(fā)芽率與吸濕種子發(fā)芽率相比較差異顯著(p<0.05)；干燥種子處理D-16-8-3和D-16-8-5的發(fā)芽率分別為47%和55.67%，吸濕種子處理M-16-8-3和M-16-8-5的發(fā)芽率分別為32%和34%，隨著處理天數(shù)延長發(fā)芽率也相應(yīng)增加，并且干燥種子發(fā)芽率與吸濕種子發(fā)芽率相比較差異顯著(p<0.05)。由此可見，在對(duì)應(yīng)變溫處理和時(shí)間變化處理?xiàng)l件下，干燥種子的發(fā)芽率高于吸濕種子的發(fā)芽率。綜上可知，干燥種子D-12-12-5處理方法最好，發(fā)芽率最高，對(duì)納羅克非洲狗尾草種子的破眠效果顯著(p<0.05)。

2.3 低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

隨著處理時(shí)間的延長，低溫處理4-1、4-3、4-5和4-7的種子的發(fā)芽勢(shì)不斷增高(圖3)，且4-7的發(fā)芽勢(shì)最大，為40.33%，是ck的1.48倍，差異顯著(p<0.05)。干燥變溫處理D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5種子發(fā)芽勢(shì)都顯著高于ck的發(fā)芽勢(shì)(p<0.05)，其中，D-12-12-5處理種子發(fā)芽勢(shì)最高，為59%，是ck的2.16倍，差異顯著(p<0.05)；吸濕變溫處理M-16-8-3、M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5中，M-12-12-5的發(fā)芽勢(shì)最高，為39.67%，是ck的1.45倍，與ck比較差異顯著(p<0.05)；干燥、吸濕變溫處理5 d的種子發(fā)芽勢(shì)高于對(duì)應(yīng)干燥、吸濕變溫處理3 d的。綜上可知，D-12-12-5處理種子發(fā)芽勢(shì)最高。

2.4 低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

隨著低溫處理(4-1、4-3、4-5和4-7)時(shí)間的延長，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽指數(shù)不斷提高(圖4)，且4-5和4-7的發(fā)芽指數(shù)與ck相比，差異顯著(p<0.05)，其中4-7的發(fā)芽指數(shù)最高，為6.92，是ck的1.66倍；干燥變溫處理D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5的發(fā)芽指數(shù)(分別為7.73、10.98、8.64、13.17)與ck相比，差異顯著(p<0.05 )，分別是ck的1.86、2.64、2.08、3.17倍；吸濕變溫處理M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5的發(fā)芽指數(shù)顯著高于ck(p<0.05)；干燥、吸濕種子置于4 ℃冰箱12 h后再轉(zhuǎn)入25 ℃培養(yǎng)箱12 h，重復(fù)變溫5 d的發(fā)芽指數(shù)高于對(duì)應(yīng)處理3 d的發(fā)芽指數(shù)；干燥、吸濕種子置于4 ℃冰箱16 h后再轉(zhuǎn)入25 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)8 h，重復(fù)變溫5 d的發(fā)芽指數(shù)高于對(duì)應(yīng)處理3 d的發(fā)芽指數(shù)；綜上可知，D-12-12-5處理種子的發(fā)芽指數(shù)最高，為13.17，是ck的3.17倍，差異顯著(p<0.05)。

2.5 低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子活力指數(shù)的影響

D-12-12-5處理種子的活力指數(shù)最高，為0.014(圖5)，是ck的3.5倍，差異顯著(p<0.05)。低溫處理4-1、4-3、4-5以及4-7種子的活力指數(shù)雖高于ck，但差異不顯著；干燥變溫處理D-16-8-5、D-12-12-3以及D-12-12-5的活力指數(shù)分別為0.009 5、0.009 9和0.014，顯著高于ck(p<0.05)；吸濕變溫處理M-16-8-5、M-12-12-3和M-12-12-5的活力指數(shù)分別為0.004 6、0.005 3和0.007 3，高于ck，但差異不顯著；干燥、吸濕變溫處理5 d的種子發(fā)芽勢(shì)高于對(duì)應(yīng)干燥、吸濕變溫處理3 d的種子發(fā)芽勢(shì)，差異顯著(p<0.05)。

2.6 低溫與變溫對(duì)納羅克非洲狗尾草種子根長、芽長的影響

低溫與變溫處理在一定程度上提高了納羅克非洲狗尾草種子的根長、芽長(表1)。低溫處理(4-1)、干燥種子變溫處理(D-12-12-5)以及吸濕種子變溫處理(M-12-12-5)納羅克非洲狗尾草種子的根長分別為4.1 cm、3.64 cm和3.64 cm，是ck的3.57倍、3.17倍和3.17倍，差異顯著(p<0.05)。干燥種子變溫處理(D-12-12-5)的芽長最長，為3.503 cm，是ck的2.13倍，差異顯著(p<0.05)。

表1 低溫與變溫處理后納羅克非洲狗尾草種子根長、芽長的變化Table 1 Effects of low temperature and variable temperature treatment on root length and bud length of S.sphacelata seeds

3 討 論

變溫處理可有效提高植物種子(如煙草、黃瓜和番茄等)的發(fā)芽率[24]，但利用變溫處理納羅克非洲狗尾草種子的研究較少。變溫鍛煉是種子引發(fā)時(shí)采用高低溫度交替處理的過程[30]。變溫處理分為吸濕種子變溫和干燥種子變溫2種，變溫處理可有效提高種子的束縛水、增加原生質(zhì)的粘度和持水量[31-32]，從而促進(jìn)種子的萌發(fā)[33]。

對(duì)于本研究而言，干燥種子變溫處理后納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率，各項(xiàng)活力指標(biāo)以及芽長、根長明顯高于吸濕種子變溫處理，這與孫蕾等[24]的研究結(jié)果一致。干燥種子變溫處理(D-16-8-3、D-16-8-5、D-12-12-3和D-12-12-5)中，D-12-12-5處理(4 ℃12 h-25 ℃12 h交替重復(fù)變溫處理5 d)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和芽長都最高，分別為70.67%、59%、13.17、0.014和3.503 cm，分別是ck的2.44、2.16、3.17倍和3.5倍。D-12-12-3和D-12-12-5的發(fā)芽率、各項(xiàng)活力指標(biāo)以及根長和芽長都在一定程度上高于相對(duì)應(yīng)的D-16-8-3和D-16-8-5的各指標(biāo)。結(jié)果說明4 ℃12 h，25 ℃12 h交替重復(fù)變溫處理效果要優(yōu)于4 ℃16 h，25 ℃8 h交替重復(fù)變溫的處理效果，并隨著變溫處理時(shí)間延長效果相應(yīng)增加。

低溫處理(4-1、4-3、4-5和4-7)中，隨著時(shí)間的延長，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率和各項(xiàng)活力指標(biāo)都不斷提高，這與張影等[34]的研究結(jié)果一致。其中4 ℃冰箱處理7 d納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別為50.33%、40.33%、6.92、0.006 7，分別是ck的1.25、1.48、1.66、1.52倍。

4 結(jié) 論

低溫處理(4-1、4-3、4-5和4-7)隨著處理時(shí)間的延長，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率和各項(xiàng)活力指標(biāo)都不斷提高，說明低溫處理能在一定程度打破納羅克非洲狗尾草種子的休眠。

對(duì)于干燥和吸濕兩類種子，各變溫處理均能顯著提高納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率、各項(xiàng)活力指標(biāo)、根長以及芽長，能顯著促進(jìn)納羅克非洲狗尾草種子的萌發(fā)，干燥種子的萌發(fā)效果要優(yōu)于吸濕種子，并且4 ℃12 h，25 ℃12 h交替重復(fù)變溫處理效果要優(yōu)于4 ℃16 h，25 ℃8 h交替重復(fù)變溫的處理效果，并隨著變溫處理時(shí)間延長效果相應(yīng)增加。

綜上，處理D-12-12-5是有效破除納羅克非洲狗尾草種子休眠的最佳技術(shù)方案，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和芽長都最高，分別為70.67%、59%、13.17、0.014和3.503 cm，分別是ck的2.44、2.16、3.17倍和3.5倍。