劉有軍,紀(jì)永福,李得祿
(甘肅省治沙研究所,荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,甘肅蘭州730070)
碟果蟲實(shí) (Corispermum patelliforme)為藜科(Chenopodiaceace)蟲實(shí)屬一年生植物,主要分布在內(nèi)蒙古的伊克昭盟和巴彥淖爾,寧夏的靈武和中衛(wèi),甘肅河西走廊的民勤,青海的柴達(dá)木盆地以及蒙古[1]。種子可以作為精飼料,青鮮時(shí)可以為駱駝和羊食用,適口性很好,對(duì)荒漠地區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展具有重要價(jià)值[2]。但是,碟果蟲實(shí)種子萌發(fā)存在休眠現(xiàn)象[3],嚴(yán)重地影響了其出苗率及出苗的整齊度。有研究表明,對(duì)種子進(jìn)行1.0 g·L-1GA3處理可以有效打破其休眠[2]。但是該濃度的激素處理會(huì)影響種子的激素水平,從而影響植物出苗的生長(zhǎng)狀況。因此,尋找打破其種子休眠的新方法就顯的非常重要。此外,通過對(duì)其種子休眠破除方法的研究有利于更加科學(xué)地理解和認(rèn)識(shí)碟果蟲實(shí)種子休眠機(jī)制。
國(guó)內(nèi)外關(guān)于打破種子休眠方法的研究較多,主要的方法有硫酸和熱水浸種[4-5]、機(jī)械打磨[6-7]、層積處理[8-9]、GA3處理[10-11]、種皮切除[11-12]及不同的儲(chǔ)藏方式[13-16]。儲(chǔ)藏方式被認(rèn)為是打破植物種子休眠的有效方法之一,例如,低溫層積被認(rèn)為是打破花棒(Hedysarum scoparium)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)和枸杞(L.chinense)種子休眠的有效方法之一[17];但是,在種子儲(chǔ)藏過程中種子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和生理生化代謝的物質(zhì)如萌發(fā)抑制物質(zhì)生物堿、赤霉素、脫落酸、油菜素內(nèi)酯等可能會(huì)隨著種子儲(chǔ)藏環(huán)境條件溫度和濕度的變化而發(fā)生變化,種子儲(chǔ)藏后,種子萌發(fā)的最佳溫度也可能發(fā)生變化,如果種子萌發(fā)的最適合溫度發(fā)生變化,那么,在種子萌發(fā)期間的幼苗生長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,因此,儲(chǔ)藏后種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)溫度的響應(yīng)就顯得非常重要。為此,以生長(zhǎng)在我國(guó)民勤荒漠區(qū)的野生飼用植物碟果蟲實(shí)為研究對(duì)象,通過室溫干藏、室溫沙藏、冷干藏、野外沙藏和野外自然濕沙藏5種儲(chǔ)藏方式處理后,對(duì)不同溫度下種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)進(jìn)行研究,旨在探索,1)不同儲(chǔ)藏處理后碟果蟲實(shí)種子生活力是否發(fā)生變化;2)5種儲(chǔ)藏方式中,哪一種種子儲(chǔ)藏方式可有效打破碟果蟲實(shí)種子休眠?3)不同儲(chǔ)藏處理后碟果蟲實(shí)種子萌發(fā)對(duì)萌發(fā)溫度的要求是否發(fā)生變化以及儲(chǔ)藏后幼苗生長(zhǎng)的最佳溫度,從而選擇最佳的種子儲(chǔ)藏方式,加深對(duì)碟果蟲實(shí)種子休眠機(jī)制的理解,為其人工建植提供參考。
民勤沙生植物園位于 102°58'E、38°34'N,平均氣溫7.6℃,>10℃積溫為3 036.4℃·d,無霜期176 d;年均降水量為115.41 mm,主要集中在每年的7―9月,占年總降水量的60%以上;多年平均蒸發(fā)量為2 664.0 mm。2009年10月15日從民勤沙生植物園附近的丘間低地采集完全成熟的野生碟果蟲實(shí)種子,挑選生長(zhǎng)均勻一致、飽滿的種子;種子分離后,在實(shí)驗(yàn)室中自然風(fēng)干并裝于紙袋中儲(chǔ)藏于暗處,試驗(yàn)前用土壤篩移去大的卵石、種子和殘枝。
采用TTC法[18]。儲(chǔ)藏處理前,新采集的碟果蟲實(shí)種子最佳萌發(fā)率為18.00%[2],2009年11月1日至2010年4月12日對(duì)種子進(jìn)行5種不同的種子處理,處理結(jié)束后立即取出種子進(jìn)行種子生活力的測(cè)定,種子的生活力測(cè)定采用3次重復(fù),每次重復(fù)50粒種子。
將處理干凈的種子按照以下方法儲(chǔ)藏:室溫干藏(Room Dry Storage,RDS)、室溫沙藏(Room Sand Storage,RSS)、冷干藏(Cold Dry Storage,CDS)、野外干沙藏(Field Sand Storage,F(xiàn)SS)和野外濕沙藏(Field Storage Air,F(xiàn)SA)。
RDS:將種子裝入塑料袋放在室溫下(13~30℃,相對(duì)濕度RH<65%)保存5個(gè)月。
RSS:將種子放在裝有沙土(含水量為1.2% ~1.8%)塑料袋內(nèi)室溫下保存5個(gè)月,沙土來自碟果蟲實(shí)自然分布區(qū)。
CDS:將種子裝入塑料袋放在冰箱內(nèi)保存5個(gè)月,保存溫度在-10~-5℃。
FSS:2009年11月12日,將種子裝入含水量為0.8%沙土的塑料袋內(nèi),然后放在上面覆蓋5 cm沙土的種子自然分布區(qū),第2年4月中旬取出。
FSA:2009年11月12日,將種子裝入有沙土且能夠透水的尼龍網(wǎng)袋內(nèi),網(wǎng)袋的孔較小,種子不能漏出,然后放在上面覆蓋5 cm沙土的種子自然分布區(qū),第2年4月12日取出。
種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)在光照培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)黑暗的條件下進(jìn)行[2],試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù),每重復(fù)25 粒種子,溫度設(shè)置為5、10、15、20、25、30 和 35 ℃(由于種子在儲(chǔ)藏過程中最適的萌發(fā)溫度可能會(huì)發(fā)生改變),連續(xù)3 d種子不萌發(fā)視為試驗(yàn)結(jié)束,胚根突破種皮視為種子萌發(fā)[2]。幼苗的長(zhǎng)度待試驗(yàn)結(jié)束時(shí)使用20 cm的刻度尺進(jìn)行測(cè)量,每次重復(fù)測(cè)量3株,如果幼苗少于3個(gè),全部測(cè)量。
所有觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括碟果蟲實(shí)種子在不同溫度和不同儲(chǔ)藏方式下的萌發(fā)率和幼苗長(zhǎng)度,在數(shù)據(jù)分析之前,對(duì)本試驗(yàn)所得到的萌發(fā)率數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換使其服從正態(tài)分布。采用單因素方差(On-way ANOVA)分析儲(chǔ)藏方式和溫度對(duì)萌發(fā)率和幼苗長(zhǎng)度的影響,比較了不同儲(chǔ)藏方式不同溫度下種子萌發(fā)率和幼苗長(zhǎng)度的差異。數(shù)據(jù)分析采用DPS 3.0,作圖采用 Miscrosoft Excel 2003。
碟果蟲實(shí)當(dāng)年采集種子的生活力為100%。通過5個(gè)月的不同儲(chǔ)藏處理后,種子的生活力仍然為100%。
不同儲(chǔ)藏方式處理后,碟果蟲實(shí)在5~35℃溫度范圍內(nèi)種子的萌發(fā)率隨著溫度的增加均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)(圖1),雖然種子萌發(fā)率小于30%,但在這5種儲(chǔ)藏方式下最高萌發(fā)率均大于18.00%,所以,種子休眠部分被打破。當(dāng)溫度為35℃時(shí),種子幾乎不萌發(fā),在5℃儲(chǔ)藏方式下的萌發(fā)率均小于10%,最適的萌發(fā)溫度集中在20~25℃,但是不同處理方式最適的萌發(fā)溫度不同。對(duì)于RDS而言,最適的萌發(fā)溫度為20和25℃,萌發(fā)率分別為25.18%和25.23%;對(duì)于 RSS,最適的萌發(fā)溫度為25 ℃,萌發(fā)率為24.00%;對(duì)于 CDS、FSS 和 FSA,最適的萌發(fā)溫度均為20℃,萌發(fā)率分別為26.67%、19.73%和 25.33%。
圖1 不同溫度各儲(chǔ)藏方式下碟果蟲實(shí)種子的萌發(fā)率Fig.1 Effects of storage methods on germination percentage of Corispermum patelliforme seeds at different temperatures
在20和25℃下,各儲(chǔ)藏方式碟果蟲實(shí)萌發(fā)率不一(圖2)。20℃時(shí),以CDS為最高,但5種儲(chǔ)藏方式差異不顯著(P>0.05);25℃時(shí),以RDS下萌發(fā)率最高,顯著高于 FSS(P<0.05),但與 RSS、CDS、FSA儲(chǔ)藏方式下的萌發(fā)率差異不顯著。
圖2 20和25℃下不同儲(chǔ)藏方式下對(duì)碟果蟲實(shí)種子的萌發(fā)率差異Fig.2 Germination of Corispermum patelliforme among different storage methods at 20 and 25 ℃
不同儲(chǔ)藏方式處理后,在5~35℃下,碟果蟲實(shí)幼苗長(zhǎng)度隨著溫度的升高基本呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)(圖3),不同的種子儲(chǔ)藏方式,幼苗最適生長(zhǎng)溫度不同。對(duì)于RDS來說,幼苗適宜生長(zhǎng)的溫度為15~30℃,在此范圍內(nèi),各溫度間幼苗長(zhǎng)度的差異不顯著(P>0.05),但在20℃時(shí)幼苗長(zhǎng)度最大,為11.93 cm。對(duì)于RSS,幼苗適宜生長(zhǎng)的溫度為15和20℃,在20℃下幼苗的高度(12.80 cm)長(zhǎng)于15℃。對(duì)于CDS、FSS和FSA幼苗生長(zhǎng)最適的溫度均為20 ℃,幼苗長(zhǎng)度分別為 17.53、12.00 和 12.73 cm,其中,CDS顯著高于其他儲(chǔ)藏方式(P>0.05)。
儲(chǔ)藏是打破種子休眠的有效方法之一。它主要通過改變種子儲(chǔ)藏過程中的溫度和濕度而影響著種子的休眠和活力[19-20],最終改變種子的萌發(fā)率。李雪華等[21]研究認(rèn)為,常溫干藏和野外冷藏(干種子,4個(gè)月)對(duì)畫眉草(Eragrostis minor)種子萌發(fā)率沒有顯著影響,但是較長(zhǎng)時(shí)間的貯藏(干藏1年)則能促進(jìn)種子成熟;野外埋藏可以促進(jìn)種子的萌發(fā)[16],如,差巴嘎蒿(Artemisia halodendron);也可抑制種子的萌發(fā),如,大籽蒿(A.sieversiana);或?qū)ΨN子的萌發(fā)沒有影響,如,鶴虱(Lappula myosotis)。埋藏對(duì)種子萌發(fā)特性的具體影響會(huì)因植物生態(tài)類群而異。Milberg和Andersson[22]對(duì)33種一年生雜草種子在不同儲(chǔ)存條件下的萌發(fā)特性進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn),大多數(shù)夏季一年生植物種子萌發(fā)率提高,冬季一年生植物種子萌發(fā)率降低;本研究結(jié)果表明,碟果蟲實(shí)種子經(jīng)過5個(gè)月不同方式的儲(chǔ)藏后,首先,種子活力沒有受到影響,仍然為100%;其次,種子萌發(fā)率不同程度地被提高,種子休眠部分被打破(新種子在恒溫下最高萌發(fā)率僅為18.00%[2]);這與 Milberg和 Andersson的研究結(jié)果相一致,因?yàn)榈x實(shí)為夏季一年生植物,只是在不同的儲(chǔ)藏方式下最高萌發(fā)率的提高程度不同,對(duì)于 RDS來說,提高了 7.23百分點(diǎn);對(duì)于RSS,提高了6.00百分點(diǎn);對(duì)于CDS提高了8.67百分點(diǎn);對(duì)于 FSS,提高了1.73百分點(diǎn);對(duì)于 FSA,提高了 7.33百分點(diǎn);這表明 RDS、RSS、CDS和FSA相對(duì)于FSS為有效的儲(chǔ)藏方式,Liu等[23]進(jìn)一步的研究表明,碟果蟲實(shí)如果在室溫下儲(chǔ)藏5年以上,種子萌發(fā)的最適溫度發(fā)生變化,休眠被打破,萌發(fā)率可達(dá)到82.67%。而采用FSS幾乎不能打破種子休眠。這表明:1)如果種子儲(chǔ)藏在溫度和濕度利于種子萌發(fā)的環(huán)境中,種子的休眠越容易被打破;如果儲(chǔ)藏在溫度和濕度不利于種子萌發(fā)的環(huán)境中,種子的休眠越不容易被打破,對(duì)于RDS和RSS而言,在種子儲(chǔ)藏期間的溫度都保持在20℃左右,濕度接近室內(nèi)空氣濕度。而對(duì)于FSS,在民勤沙區(qū)每年的11月至第2年的4月份0-5 cm土層的溫度均在零下,而且晝夜溫度變化較大,都不利于種子的萌發(fā)。2)對(duì)于FSA來說,因?yàn)樵诿袂诘貐^(qū)11月至第2年的4月份降水量相對(duì)較少,但是少量的降水能夠濕潤(rùn)0-5 cm的沙層,而且在這段時(shí)間內(nèi)0-5 cm的土層處于凍層時(shí)期,所以儲(chǔ)藏的環(huán)境條件為濕冷條件,濕冷的儲(chǔ)藏條件有利于打破種子的休眠,從而提高種子的萌發(fā)率,這與劉坤[24]的
研究結(jié)果一致。本研究表明冷干藏能夠提高種子的萌發(fā)率,這與Qu等[25]的研究結(jié)果一致。此外,對(duì)于RDS和RSS來說,種子萌發(fā)最適溫度發(fā)生變化,RDS變?yōu)?0~25℃,RSS變?yōu)?5℃,它們都表現(xiàn)為最適溫度范圍變寬的趨勢(shì),這一點(diǎn)與Huang等[26]的研究結(jié)果一致。CDS、FSS和FSA儲(chǔ)藏方式下,種子萌發(fā)最適溫度沒有發(fā)生改變,這可能與種子儲(chǔ)藏的環(huán)境條件有關(guān),RDS和RSS的最適儲(chǔ)藏溫度為15~30℃,儲(chǔ)藏處理后,種子萌發(fā)最適溫度變化在該區(qū)間內(nèi),而FSA和FSS為碟果蟲實(shí)自然分布區(qū)的儲(chǔ)藏,儲(chǔ)藏后種子萌發(fā)的最適溫度沒有發(fā)生改變,仍然為20℃,對(duì)于CDS,儲(chǔ)藏溫度-10~5℃,在FSS儲(chǔ)藏溫度范圍之內(nèi),所以,種子儲(chǔ)藏處理后最適萌發(fā)溫度與儲(chǔ)藏條件的溫度有關(guān),如果儲(chǔ)藏條件溫度與棲息地的溫度一致或接近,最適萌發(fā)溫度可能不會(huì)改變;如果儲(chǔ)藏環(huán)境條件的溫度與棲息地的溫度不一致,那么,最適的萌發(fā)溫度可能發(fā)生改變,而且改變的幅度會(huì)在儲(chǔ)藏溫度的范圍之內(nèi);關(guān)于這一發(fā)現(xiàn),有待進(jìn)一步研究。另外,對(duì)于FSS(提高了7.33百分點(diǎn))和FSA(提高了31.73百分點(diǎn))來說,都是在棲息地條件下儲(chǔ)藏,為什么FSA比FSS萌發(fā)率提高的幅度大?二者唯一的差別是FSA為濕沙藏,F(xiàn)SS為干沙藏。所以,本研究認(rèn)為碟果蟲實(shí)種子儲(chǔ)藏后的最適萌發(fā)溫度可能與儲(chǔ)藏溫度關(guān)系密切,萌發(fā)率的提高程度可能與儲(chǔ)藏的水分狀況有關(guān),這還有待進(jìn)一步研究來證明。
圖3 不同溫度下儲(chǔ)藏方式對(duì)碟果蟲實(shí)種子幼苗生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of storage methods on seedling length of Corispermum patelliforme seeds at different temperatures
本研究表明,種子經(jīng)過RSS和RDS儲(chǔ)藏后,種子萌發(fā)最適溫度范圍發(fā)生變化,這樣就會(huì)對(duì)幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。碟果蟲實(shí)種子幼苗生長(zhǎng)隨著溫度的升高先增加后下降,在15~30℃的范圍內(nèi)達(dá)到了最大值,可見通過儲(chǔ)藏處理后,幼苗生長(zhǎng)最適溫度發(fā)生了改變(儲(chǔ)藏處理之前為20℃);可能是因?yàn)閮?chǔ)藏使得影響幼苗生長(zhǎng)的酶系統(tǒng)發(fā)生了改變,這還有待進(jìn)一步研究;對(duì)RDS來說,種子萌發(fā)的最適溫度為20和25℃,可是幼苗生長(zhǎng)最適的溫度范圍為15~30℃,而且在此溫度范圍幼苗長(zhǎng)度沒有顯著變化,幼苗長(zhǎng)度最大出現(xiàn)在20℃。對(duì)RSS來說,種子萌發(fā)最適的溫度為25℃,可是幼苗生長(zhǎng)最適的溫度范圍為15~20℃,而且在此溫度范圍幼苗長(zhǎng)度沒有顯著變化,幼苗長(zhǎng)度最大出現(xiàn)在20℃。對(duì)CDS、FSS和FSA來說,種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)最適溫度均為20℃,由此可見,CDS,F(xiàn)SS和FSA種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最適溫度相同,而RDS和RSS幼苗生長(zhǎng)的最適溫度在種子萌發(fā)的最適溫度左右波動(dòng),而且這種波動(dòng)在其種子儲(chǔ)藏溫度范圍之內(nèi)波動(dòng)。對(duì)于FSS和FSA來說,種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最適溫度均為20℃,與新采集的種子最適萌發(fā)溫度相一致,其萌發(fā)率與新種子相比也有所提高,說明在碟果蟲實(shí)棲息地的土壤種子庫(kù)中其種子的休眠會(huì)隨著在土壤種子庫(kù)中時(shí)間的不斷延長(zhǎng)逐步地被打破,而且種子的活力不會(huì)受到很大的影響。對(duì)于CDS來說,最適種子萌發(fā)溫度和幼苗生長(zhǎng)最適溫度均為20℃,只是種子萌發(fā)率和幼苗生長(zhǎng)速度得到很大的提高。
通過5種種子儲(chǔ)藏處理,種子的生活力沒有變化。通過RDS、RSS處理,種子萌發(fā)的最適溫度依次變?yōu)?0和25℃、25℃,其他兩種儲(chǔ)藏方式?jīng)]有改變,5種儲(chǔ)藏處理部分打破種子休眠的能力大小依次為CDS>FSA>RDS>RSS>FSS,其中冷干藏的效果最為明顯。通過RDS和RSS,碟果蟲實(shí)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最適溫度會(huì)在其儲(chǔ)藏溫度范圍之內(nèi)波動(dòng);通過CDS、FSS和FSA,種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的最適溫度不會(huì)改變。只是萌發(fā)率有所提高。
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