不同溫度處理打破早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子休眠的作用

闞家亮， 葉禹彤， 張雨峰， 王金星， 王中華， 楊青松， 常有宏， 李曉剛， 藺 經(jīng)

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210014)

梨是我國(guó)三大水果之一，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在全國(guó)各地均有栽植，由于梨樹(shù)種植效益較高，近幾年栽培面積不斷擴(kuò)大，在我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮了重要的作用。梨品種資源豐富，約有 2 000 多個(gè)品種，主要栽培種類有白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨和西洋梨等5大類。其中，砂梨主要分布在我國(guó)淮河、長(zhǎng)江中下游以及華南地區(qū)，作為重要的種質(zhì)資源，不僅可以產(chǎn)生豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，更可作為梨新品種選育的重要親本材料。

蘇翠1號(hào)為2018年由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所選育出的極早熟砂梨新品種，父本為翠冠，母本為華酥。蘇翠1號(hào)品質(zhì)較好，成熟期早，在長(zhǎng)江中下游地區(qū)7月上旬即可成熟，是我國(guó)早熟梨品種中品質(zhì)最優(yōu)的品種之一，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以蘇翠1號(hào)為雜交親本，對(duì)于育成優(yōu)質(zhì)極早熟梨新品種具有重要意義。但與其他梨屬植物一樣，蘇翠1號(hào)種子也存在休眠現(xiàn)象，即成熟后的種子即使給予適宜的環(huán)境條件也不能立即萌發(fā)，嚴(yán)重影響了梨新品種選育的效率。

梨種子的休眠在應(yīng)對(duì)外界不良環(huán)境變化、維持種群的生存繁衍方面具有重要的意義，是較難解釋的生命現(xiàn)象之一。梨種子休眠的原因具有復(fù)雜性，主要包括胚胎發(fā)育不完全、種胚休眠和種皮限制等，導(dǎo)致種子萌發(fā)率較低，出苗質(zhì)量參差不齊。目前，關(guān)于打破梨種子休眠、促進(jìn)萌發(fā)的研究多集中于低溫層積處理、激素處理、種皮破除處理等方式，關(guān)于不同溫度對(duì)破除種子休眠作用的研究相對(duì)較少，尤其是關(guān)于不同變溫處理的研究還罕見(jiàn)報(bào)道。溫度對(duì)于打破種子休眠、促進(jìn)種子萌發(fā)生長(zhǎng)具有重要意義。通常來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度較高可以加深種子的休眠程度，而低溫則利于促使種子解除休眠，有些植物在特定的溫度下便可萌發(fā)，有些植物則需要在變化的環(huán)境溫度中更易于徹底解除休眠。不同的溫度處理對(duì)破除種子休眠的效果不同，王利英對(duì)毛冬青種子采用不同低溫層積處理發(fā)現(xiàn)，在0 ℃層積2個(gè)月后種子出苗率為28.8%，而 4 ℃ 層積處理后種子萌發(fā)率可達(dá)92.0%。崔現(xiàn)亮等通過(guò)對(duì)12種灌木種子進(jìn)行5～25 ℃變溫處理，發(fā)現(xiàn)變溫處理后種子萌發(fā)率較高，而且萌發(fā)速率也較快。

本研究以砂梨品種蘇翠1號(hào)實(shí)生種子為試材，首先對(duì)蘇翠1號(hào)種子的質(zhì)量以及吸水特性進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)置不同恒溫及變溫梯度對(duì)蘇翠1號(hào)種子進(jìn)行休眠破除處理，研究不同溫度對(duì)打破蘇翠1號(hào)種子休眠的作用以及對(duì)萌發(fā)后幼苗生長(zhǎng)的影響，以期明確溫度對(duì)破除種子休眠及幼苗生長(zhǎng)的影響，為指導(dǎo)果樹(shù)和林木的育種以及種苗生產(chǎn)提供技術(shù)路徑和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料采集與消毒

使用砂梨優(yōu)新品種蘇翠1號(hào)為試驗(yàn)材料，蘇翠1號(hào)果實(shí)于2020年7月采集自江蘇省南京市玄武區(qū)江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)與利用平臺(tái)果樹(shù)種質(zhì)圃，室溫放置1周，待果實(shí)完成熟化過(guò)程后，切開(kāi)果實(shí)取出種子。種子用清水沖洗干凈后在室溫條件下自然陰干待用。

1.2 種子基本性狀測(cè)定

使用游標(biāo)卡尺測(cè)量種子縱橫徑及種子厚度。隨機(jī)挑選出100粒自然風(fēng)干、充實(shí)飽滿的砂梨種子，使用精密電子天平稱質(zhì)量，計(jì)算種子千粒質(zhì)量，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3 種子吸脹性測(cè)定

隨機(jī)挑選出30粒自然風(fēng)干、充實(shí)飽滿的砂梨種子，稱質(zhì)量后室溫條件下浸泡于清水中。分別在浸泡后2、4、6、8、10、12、14、16 h取出種子，用濾紙擦干表面水分后測(cè)量種子質(zhì)量，試驗(yàn)重復(fù)3次。種子吸水率=(吸水后種子質(zhì)量-風(fēng)干種子質(zhì)量)/風(fēng)干種子質(zhì)量×100%。

1.4 不同溫度處理破除種子休眠

采用4、8、12 ℃恒溫處理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理作為破除蘇翠1號(hào)種子萌發(fā)的試驗(yàn)溫度，變溫處理每個(gè)溫度處理15 d，每組溫度處理總時(shí)長(zhǎng)為45 d，以25 ℃處理作為對(duì)照。蘇翠1號(hào)種子用清水沖洗干凈后采用75%乙醇進(jìn)行表面消毒1 min，使用無(wú)菌水沖洗 3～5次，然后使用無(wú)菌水進(jìn)行浸泡處理14 h。種子充分吸水后，采用濕濾紙法將種子均勻分散于培養(yǎng)皿中，每皿放置種子100粒，每個(gè)溫度處理設(shè)置重復(fù)3次。為避免污染，每隔5 d清洗1次種子并更換濾紙。

1.5 統(tǒng)計(jì)與分析

不同溫度處理后將盛在濕皿中的種子取出，放于25 ℃培養(yǎng)室促進(jìn)萌發(fā)。分別于種子取出后0、2、4、6、8、10 d統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)量，并在取出后10 d測(cè)量萌發(fā)后幼苗的生根率、子葉伸展率、培根長(zhǎng)、地上部分長(zhǎng)、單株質(zhì)量。各參數(shù)計(jì)算公式如下：萌發(fā)率=(萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；萌發(fā)勢(shì)=(取出后4 d萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；發(fā)芽指數(shù)=∑()，式中：為發(fā)芽試驗(yàn)期內(nèi)每天萌發(fā)的種子數(shù)，為萌發(fā)統(tǒng)計(jì)時(shí)的天數(shù)；平均萌發(fā)時(shí)間=∑(×)∑；生根率=培根長(zhǎng)大于 0.5 cm 的幼苗數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；子葉伸展率=子葉伸展的幼苗數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

運(yùn)用Excel、SPSS等軟件對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子基本性狀及種子吸脹特性

種子基本性狀，蘇翠1號(hào)種子性狀為卵圓形，縱徑為0.93 cm，橫徑為0.43 cm，種子厚度為 0.21 cm。千粒質(zhì)量測(cè)定結(jié)果顯示，砂梨蘇翠1號(hào)的種子在自然陰干后千粒質(zhì)量約為34.71 g，種子較為充實(shí)飽滿，內(nèi)含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。

對(duì)種子吸水特性進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在浸泡4～6 h 種子的吸脹吸水效率最高，吸水率可達(dá)29.6%，在10～16 h種子吸脹吸水速度變緩，原生質(zhì)體的水合程度趨向飽和，種子質(zhì)量趨于穩(wěn)定，約為2.19 g，是吸脹吸水前的2.1倍(圖1)。

2.2 不同溫度處理對(duì)早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子萌發(fā)的影響

采用4、8、12 ℃恒溫處理和8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理45 d后，將種子轉(zhuǎn)移至25 ℃光照培養(yǎng)室促進(jìn)種子萌發(fā)，并于取出后0、2、4、6、8、10 d進(jìn)行萌發(fā)情況統(tǒng)計(jì)。由表1可知，隨著時(shí)間的增加，處理后的種子的萌發(fā)率逐漸升高，隨后趨于穩(wěn)定。在10 d后各處理萌發(fā)率達(dá)到最高，其中4 ℃—8 ℃—12 ℃處理的種子萌發(fā)率顯著高于其他溫度處理，達(dá)到了78.83%，8 ℃ 恒溫處理、8 ℃—4 ℃—8 ℃變溫處理的萌發(fā)率次之，分別為62.30%、54.05%。12、4 ℃處理后的種子萌發(fā)率較低，分別為31.47%、28.59%。對(duì)照(25 ℃)處理的種子萌發(fā)率為0(圖2)。

表1 不同溫度處理后早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子萌發(fā)率

從表2可以看出，不同溫度處理后，除萌發(fā)率之外，砂梨種子在萌發(fā)勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、平均萌發(fā)時(shí)間上也有顯著差異(<0.05)，4 ℃—8 ℃—12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃ 變溫處理的種子萌發(fā)勢(shì)最高，分別為16.04%、10.17%，萌發(fā)指數(shù)以4 ℃—8 ℃—12 ℃ 處理達(dá)到最高，為13.29%。4、8、12 ℃恒溫處理種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)較變溫處理均較低。此外，不同處理間的平均萌發(fā)時(shí)間也不相同，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理的種子平均萌發(fā)時(shí)間較短，為 2.63 d；4 ℃處理的種子平均萌發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)，為 5.38 d，12 ℃處理的種子萌發(fā)時(shí)間最短，為2.16 d，但后續(xù)種子萌發(fā)率較低，種子萌發(fā)指數(shù)也不高。

表2 不同溫度處理后早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子萌發(fā)狀況

2.3 不同溫度處理對(duì)早熟砂梨蘇翠1號(hào)萌發(fā)后幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響

不同溫度破除種子休眠后，在16 d后調(diào)查萌發(fā)后幼苗的生長(zhǎng)特性。調(diào)查結(jié)果(表3)表明，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后的幼苗生根率、子葉伸展率均為最高，分別達(dá)到76.67%、45.83%，其次為8 ℃處理，幼苗生根率和子葉伸展率分別為61.67%、35.83%。12、4 ℃生根率和子葉伸展率較低，分別為28.94%和22.37%、24.80%和20.65%。

表3 不同溫度處理對(duì)早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子萌發(fā)后生長(zhǎng)狀況

而幼苗根部、地上部分生長(zhǎng)情況和單株質(zhì)量則明顯不同，生長(zhǎng)情況見(jiàn)圖3。12 ℃處理后萌發(fā)的幼苗植株生長(zhǎng)量明顯大于其他溫度處理組，根長(zhǎng)為 6.39 cm，地上部分長(zhǎng)為6.05 cm，單株質(zhì)量達(dá) 208.44 mg，但幼苗細(xì)弱。4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理生長(zhǎng)量稍小，根長(zhǎng)為5.19 cm，地上部分長(zhǎng)為 3.62 cm，單株質(zhì)量為183.65 mg，幼苗長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯。4 ℃ 處理后的萌發(fā)苗木生長(zhǎng)量最小，根長(zhǎng)僅為 2.03 cm，地上部分長(zhǎng)僅為0.94 cm，單株質(zhì)量為 112.78 mg，幼苗長(zhǎng)勢(shì)較弱。

3 討論與結(jié)論

種子的休眠現(xiàn)象在自然界中廣泛存在，對(duì)植物體躲避不良?xì)夂驙顩r、維持種群生殖繁衍具有重要的意義。種子休眠的解除是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，種子可以通過(guò)感知外界細(xì)微的環(huán)境變化來(lái)調(diào)節(jié)自身的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而調(diào)控休眠狀態(tài)，為種子在適宜的條件中萌發(fā)做好準(zhǔn)備。研究結(jié)果表明，種子吸水吸脹后，種子膜通透性增加、種胚內(nèi)代謝酶活性增加，有利于種子打破休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)。本研究中早熟砂梨蘇翠1號(hào)種子在吸脹吸水12 h后逐漸趨于穩(wěn)定，受種皮限制，種胚吸脹吸水速度減緩，種子質(zhì)量不再增加，因此后續(xù)試驗(yàn)將浸種時(shí)間設(shè)為14 h，可確保種子充分吸水，有利于后期種子突破種皮萌發(fā)出苗。

種子萌發(fā)是植物個(gè)體發(fā)育周期中一個(gè)重要的過(guò)程，是植物生命周期的開(kāi)始。外界環(huán)境中溫度、光照、水分等因素均可影響種子的休眠狀態(tài)，調(diào)節(jié)種子的萌發(fā)，其中溫度是植物種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的必要條件。程奇等通過(guò)對(duì)杜梨種子進(jìn)行4 ℃低溫不同時(shí)長(zhǎng)的層積處理后發(fā)現(xiàn)，4 ℃層積處理30 d后杜梨種子萌發(fā)率可達(dá)80%。 王月志等以早熟砂梨翠冠、翠玉種子為試材，通過(guò)結(jié)合低溫和剝除種殼處理可以快速打破種子的休眠過(guò)程，提高種子的萌發(fā)率。本研究通過(guò)設(shè)置4、8、12 ℃、8 ℃—4 ℃—8 ℃、4 ℃—8 ℃—12 ℃、25 ℃ 6個(gè)溫度處理對(duì)充分吸脹吸水后的蘇翠1號(hào)種子進(jìn)行破除休眠研究發(fā)現(xiàn)，25 ℃處理種子萌發(fā)率為0，說(shuō)明低溫對(duì)打破砂梨種子休眠至關(guān)重要，這與筆者等在珍珠梨中的研究結(jié)果相符。取出后0～10 d種子的萌發(fā)趨勢(shì)顯示，處理后的種子萌發(fā)率隨著時(shí)間的增加而不斷升高，隨后趨于穩(wěn)定，并在取出后10 d達(dá)到最高。

對(duì)不同溫度處理后種子的萌發(fā)率和萌發(fā)勢(shì)等指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理組種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)和萌發(fā)指數(shù)均最高，平均萌發(fā)時(shí)間也較短，萌發(fā)效果顯著優(yōu)于4、8、12 ℃各恒溫處理組。說(shuō)明適宜的變溫處理較單一溫度處理有利于打破種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)。變溫處理對(duì)解除生理后熟種子和硬實(shí)種子的休眠具有非常明顯的效果，這與變溫處理對(duì)打破野生苔蘚草種子、五味子種子和老山芹種子休眠的研究結(jié)果相似。4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后不僅種子萌發(fā)效果較好，而且萌發(fā)后幼苗的長(zhǎng)勢(shì)也較為健壯，對(duì)不同處理后幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)調(diào)查結(jié)果顯示，4 ℃—8 ℃—12 ℃處理后幼苗出苗整齊，幼苗生根率和子葉伸展率較高，練苗移栽后幼苗成活率高達(dá)96%，說(shuō)明變化的溫度更適于促進(jìn)砂梨種子內(nèi)物質(zhì)的代謝與轉(zhuǎn)換。4 ℃—8 ℃—12 ℃處理模擬了自然界中種子萌發(fā)時(shí)期的溫度變化，利于種胚內(nèi)酶活反應(yīng)過(guò)程，可以促進(jìn)各種生理生化過(guò)程，利于種胚內(nèi)貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)換、胚的萌發(fā)和生長(zhǎng)。此外，變化的溫度還可以加速種胚的機(jī)械變化、增加種子膜的通透性，這也利于種子的萌發(fā)。

其他溫度處理調(diào)查結(jié)果顯示，4 ℃處理對(duì)破除砂梨種子休眠的效果較差，種子萌發(fā)率較低，且平均萌發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，幼苗萌發(fā)參差不齊。8 ℃處理后砂梨種子的萌發(fā)效果較好，相較于常規(guī)4 ℃低溫處理更適于打破砂梨種子的休眠、促進(jìn)萌發(fā)。這可能是因?yàn)樵谀戏缴袄娈a(chǎn)區(qū)氣候溫和濕潤(rùn)，自然條件下砂梨種子所需打破休眠的溫度較北方稍高，后期變溫處理組中可適當(dāng)延長(zhǎng)8 ℃處理時(shí)間。8 ℃—4 ℃—8 ℃ 變溫處理后種子萌發(fā)和生長(zhǎng)狀況均不如8 ℃恒溫處理，可能是因?yàn)? ℃低溫對(duì)種胚內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了阻礙作用，不利于種子萌發(fā)。12 ℃處理后的種子平均萌發(fā)時(shí)間最短，且幼苗生長(zhǎng)量最大，但是12 ℃處理后的種子萌發(fā)率較低，幼苗根部和莖部細(xì)長(zhǎng)，總體長(zhǎng)勢(shì)較弱，在后續(xù)練苗移栽后的成活率低于其他處理組。表明12 ℃處理對(duì)打破種子休眠的作用較差，但是對(duì)促進(jìn)后期生長(zhǎng)具有積極意義，因此在后期變溫處理時(shí)可適當(dāng)縮短12 ℃處理時(shí)間。綜合不同溫度對(duì)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響，對(duì)促進(jìn)解除砂梨蘇翠1號(hào)種子休眠的溫度組合的效果表現(xiàn)為 4 ℃—8 ℃—12 ℃處理>8 ℃處理>8 ℃—4 ℃—8 ℃處理>12 ℃處理>4 ℃處理>25 ℃處理。

植物種子的休眠解除和萌發(fā)與外界環(huán)境條件密切相關(guān)，是長(zhǎng)期以來(lái)自然進(jìn)化的結(jié)果。低溫是影響砂梨種子休眠過(guò)程中的重要因子，影響種胚中相關(guān)酶活性的變化，進(jìn)一步影響種子的水分吸收、呼吸作用、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化等代謝活動(dòng)，最終影響種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)。本研究通過(guò)對(duì)砂梨極早熟品種蘇翠1號(hào)種子進(jìn)行不同溫度的處理，明確了不同溫度對(duì)破除砂梨種子休眠以及后續(xù)幼苗生長(zhǎng)的影響，綜合效果表現(xiàn)為4 ℃—8 ℃—12 ℃處理>8 ℃處理>8 ℃—4 ℃—8 ℃處理>12 ℃處理>4 ℃處理>25 ℃處理。本研究確定了 4 ℃—8 ℃—12 ℃變溫處理可作為破除砂梨蘇翠1號(hào)種子休眠的最佳處理方式，為梨樹(shù)新品種選育提供了可靠的技術(shù)手段。下一步將就種子感知溫度變化來(lái)破除休眠過(guò)程中種胚內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化、激素變化等進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步明確變溫處理對(duì)解除種子休眠作用的分子機(jī)制。