(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所/湖北省動物胚胎工程及分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430064；2.信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院，河南 信陽 464000)

截葉鐵掃帚(Lespedezacuneata(Dum. Cours).G. Don)，又叫絹毛胡枝子、鐵掃帚、截葉鐵掃帚，是豆科胡枝子屬多年生植物，產(chǎn)陜西、甘肅、山東、河南、湖北、四川等省區(qū)，生于海拔2 500 m以下的山坡路旁[1]。具有較強(qiáng)的抗旱和耐水淹能力，耐寒，自然條件下，即使缺少雪被也能抵御-15 ℃的嚴(yán)寒。耐貧瘠，在土壤有機(jī)質(zhì)低于1%的條件下也能正常生長[2]。耐熱、耐酸，在南方紅壤丘陵崗地，夏季高溫伏旱，溫性豆科牧草白三葉、紅三葉、紫花苜蓿難于越夏或生長不良的地區(qū)，截葉鐵掃帚長勢旺盛，且播種第2年植株分枝急劇增加，平均達(dá)590個，單株干重112.0～390.0 g[3-4]。早在1406年朱橚編寫的《救荒草本》中就提到鐵掃帚，“采葉炸熟，換水浸去苦味，凈油鹽調(diào)食”[5]。1965年，孫醒東在《重要綠肥作物栽培》中介紹截葉特掃帚既是優(yōu)良飼草又是綠肥和水土保持植物[6]。朱佳文等則認(rèn)為該草可以作為鉛鋅尾礦庫重金屬污染地植被恢復(fù)的先鋒植物[7]。作為優(yōu)異種質(zhì)，1896年美國從我國引進(jìn)截葉鐵掃帚，之后開展了營養(yǎng)價值、栽培管理和遺傳育種等方面的深入研究，并先后培育出“Sericea common”、“Arlington”、“ Caricea”等十多個品種。到70年代末期，美國東南部已種植40 000 km2用于干草生產(chǎn)，幾百平方公里用于放牧家畜或土壤改良，240 km2用于種子生產(chǎn)[8]。

種子萌發(fā)是種苗建成及存活的關(guān)鍵過程，是完成植物生活史、實(shí)現(xiàn)種群更新和物種延續(xù)的重要環(huán)節(jié)，也是判斷種子品質(zhì)、確定播種量的一項重要指標(biāo)[9]。目前，關(guān)于截葉鐵掃帚種子方面的研究僅見于對硬實(shí)處理[10-11]，而針對不同種源地進(jìn)行種子萌發(fā)差異和與種子大小相關(guān)分析未見報道。為此，本試驗(yàn)以來自不同地區(qū)的截葉鐵掃帚為研究目標(biāo)，從種子大小和萌發(fā)兩方面進(jìn)行分析，以期為野生種質(zhì)資源的開發(fā)利用和新品種培育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料8份，其中2份為引進(jìn)品種，其余均為國內(nèi)收集的野生資源(見表1)。2018年種子成熟后收獲，去莢、清選、整理、干燥后貯藏于4 ℃冰箱備用。

表1 材料來源

編號來源地東經(jīng)北緯海拔/mJ-4云南昆明市小哨102°58′25°21′1960J-14神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)110°39′31°44′1100J-15四川廣元市利州區(qū) 105°53′32°28′632J-20河南信陽市浉河區(qū)107國道旁114°04′32°06′110J-21河南信陽市浉河區(qū)107國道旁114°04′32°06′110J-53引進(jìn)美國品種,品種名“奧羅坦”(來自國家牧草長期庫)———J-54引進(jìn)美國品種,品種名“州際”(來自國家牧草長期庫)———J-65廣西省大新縣全茗鎮(zhèn)(來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所海南儋州熱帶牧草備份庫)107°11′22°54′306

1.2 測定指標(biāo)和方法

1.2.1種子特性

隨機(jī)選健康、飽滿一致的截葉鐵掃帚種子100粒，用萬分之一的分析天平準(zhǔn)確稱重，精確到0.000 1 g，重復(fù)8次取平均值，換算為千粒重。同時，隨機(jī)取30粒種子，用游標(biāo)卡尺測量種子的長和寬。

1.2.2發(fā)芽特性

采用紙上發(fā)芽法，隨機(jī)選取成熟飽滿、均勻一致的種子用1% NaClO處理5 min，蒸餾水沖洗3次后均勻放入鋪有2層濾紙、直徑為11 cm的玻璃培養(yǎng)皿中，在30 ℃下進(jìn)行發(fā)芽，3次重復(fù)，每個重復(fù)100粒種子[12]。發(fā)芽期間每天補(bǔ)充水分保持濾紙濕潤，記錄發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為有正常、與種子本身等長的胚根且胚芽長度達(dá)種子一半。試驗(yàn)過程中如有發(fā)霉種子立刻取出，情況嚴(yán)重者更換培養(yǎng)皿。第7天隨機(jī)取10個幼苗測胚芽長和初生根長，計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽率(%)=(試驗(yàn)期正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，式中，Gt為t時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×(胚芽長+初生根長)。

萌發(fā)開始時間，即萌發(fā)時滯或延遲時間，就是培養(yǎng)開始到第1粒種子萌發(fā)所需時間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 17.10統(tǒng)計軟件對不同測定指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析(one-way, ANOVA)，并用Duncan法進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析，對種子特征和發(fā)芽特性進(jìn)行相關(guān)性分析，用Excel 2007軟件完成所有數(shù)據(jù)整理和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源截葉鐵掃帚種子特性變化

截葉鐵掃帚為總狀花序，通常2～4個腋生，而閉鎖花簇生于葉腋，可結(jié)實(shí)。種子淺黃色，常有紫色花斑，倒卵形，種皮光滑。對不同種源地截葉鐵掃帚種子研究發(fā)現(xiàn)(見表2)，其長度(F=8.389，p<0.01)、寬度(F=10.746，p<0.01)和千粒重(F=51.733，p<0.01)均差異極顯著，其中來自美國的引進(jìn)品種奧羅坦(J-53)和州際(J-54)種子較國內(nèi)收集的野生種質(zhì)資源外形要大，尤其在種子長度方面，兩品種達(dá)2.00 mm以上，與大多材料差異顯著(p<0.05)。種子寬度方面，同樣以外來品種相對較大，J-54種子寬達(dá)1.41 mm，是寬度最小材料J-15的1.29倍。8份材料種子的千粒重在1.16～1.70 g之間，差異較大，其中J-54最重，為1.70 g，但與J-53和J-20差異不顯著。

表2 截葉鐵掃帚種子特性

編號長/mm寬/mm千粒重/gJ-41.80±0.16cde1.19±0.10cd1.28±0.04dJ-141.66±0.18e1.21±0.06bcd1.39±0.04cJ-151.71±0.13de1.09±0.05e1.16±0.02eJ-201.98±0.16abc1.17±0.11d1.66±0.03aJ-211.94±0.28bc1.27±0.11bc1.54±0.09bJ-532.13±0.18a1.29±0.10b1.64±0.02aJ-542.07±0.13ab1.41±0.11a1.70±0.03aJ-651.85±0.19cd1.19±0.11cd1.45±0.03c平均值1.89±0.181.23±0.091.48±0.04F11.0421.4780.083F28.389??10.746??51.733??

注：同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(p<0.05)，下同。**極顯著(p<0.01)；*顯著(p<0.05)。

8份截葉鐵掃帚種子性狀的平均變異系數(shù)為6.49%(見表3)，其中種子長度變異系數(shù)最大，千粒重變異系數(shù)最小。在不同材料間，J-21種子性狀的變異幅度較大，長、寬和千粒重變異系數(shù)分別為14.49%、8.28%和6.00%，說明該種質(zhì)種子表型多樣性最為豐富，而J-15變異幅度較小。

表3 截葉鐵掃帚種子特性變異系數(shù) 單位：%

編號長寬千粒重平均值J-48.668.363.496.84J-1410.714.882.856.15J-157.864.251.294.47J-208.319.671.516.50J-2114.498.286.009.59J-538.507.761.445.90J-546.478.071.765.43J-6510.138.892.217.08平均值9.397.522.576.49

表4 截葉鐵掃帚種子發(fā)芽特性

編號發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)胚芽長/cm初生根長/cm活力指數(shù) J-460.33±11.85b31.84±7.03e2.09±0.61e1.38±0.43bcd108.97±10.17eJ-1496.52±1.23a143.13±6.03bc2.71±0.40cd1.36±0.35bcd582.21±44.12cJ-1594.97±1.23a115.79±6.37d2.75±0.18Vcd1.04±0.30d443.75±52.02dJ-2093.90±1.04a133.40±5.74c3.33±0.47a1.56±0.42abc651.93±64.80bcJ-2192.70±2.33a138.27±7.58bc2.89±0.31bc1.68±0.44ab634.91±48.63bcJ-5394.57±1.72a141.59±10.17bc3.24±0.47ab1.81±0.38a727.29±143.62abJ-5497.60±0.62a155.10±4.65ab3.33±0.52a1.76±0.14a784.03±58.22aJ-6595.71±2.18a169.52±17.67a2.46±0.57de1.27±0.25cd629.42±15.23bc

2.2 不同種源截葉鐵掃帚發(fā)芽特性變化

2.2.1不同種源截葉鐵掃帚種子發(fā)芽特性

發(fā)芽率是鑒別種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，是確定該種子能否作為播種材料以及適宜播種量的基礎(chǔ)。由表4可見，不同種源截葉鐵掃帚種子發(fā)芽率差異相對較小，除J-4發(fā)芽率(60.33%)稍低外，其余7份材料發(fā)芽率均高達(dá)90%以上，且差異不顯著。為了進(jìn)一步研究不同材料種子發(fā)芽的速度和整齊程度，試驗(yàn)對發(fā)芽指數(shù)進(jìn)行了測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，J-65的發(fā)芽指數(shù)最高，為169.52，除與J-54差異不顯著外，與其它6份材料差異均達(dá)顯著水平(p<0.05)。發(fā)芽指數(shù)相對較高的材料還有J-14、J-20、J-21和J-53，而J-4發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽率表現(xiàn)相同，是所有材料中最低的，僅為31.84。

截葉鐵掃帚的胚芽長度在不同種源材料間差異較大，其中野生資源J-20和2個引進(jìn)品種表現(xiàn)突出，均達(dá)3.0 cm以上；而J-4長勢最差，僅為最高值的62.76%。初生根長方面，各材料變化與胚芽長略有不同，但仍以引進(jìn)品種和來自河南信陽的種質(zhì)資源相對較好，而J-15根系生長最差，平均長度僅1.04 cm。綜合幼苗生長狀況，不同種源的截葉鐵掃帚活力指數(shù)變化較大，但總體以引進(jìn)品種J-54和J-53表現(xiàn)最好，分別為784.03和727.29，尤其是前者與6份野生資源差異達(dá)顯著水平(p<0.05)。所有材料中，J-4在發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)方面均表現(xiàn)較差。

2.2.2不同種源截葉鐵掃帚種子發(fā)芽累積

不同種源截葉鐵掃帚種子在發(fā)芽過程中，萌發(fā)開始所需時間略有差異(見圖1)，除J-4和J-14萌發(fā)起始稍晚外，其余材料均在第2天就有種子萌發(fā)。萌發(fā)速度方面，J-65和J-54相對較快，分別在第3天和第4天發(fā)芽率均已超過50%；J-14、J-21和J-53較之稍慢，但也在第5天發(fā)芽率超過一半。8份材料，J-4發(fā)芽率最低，萌發(fā)速度也最慢，直至試驗(yàn)結(jié)束發(fā)芽率僅有60%，而其余材料均高達(dá)90%以上。萌發(fā)所需的歷期(即萌發(fā)的種子中第一粒和最后一粒發(fā)芽的時間差)，以J-53最短，僅用11 d就達(dá)發(fā)芽最高值，其次為J-54和J-64，均為14 d，而發(fā)芽時間最長的是J-4，高達(dá)19 d。

圖1 不同種源截葉鐵掃帚種子發(fā)芽累積

2.3 種子特征與發(fā)芽特性的相關(guān)性

對8份不同種源截葉鐵掃帚種子特征和發(fā)芽特性進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表5)發(fā)現(xiàn)，截葉鐵掃帚種子千粒重與種子長、寬均呈正相關(guān)，且相關(guān)程度分別達(dá)極顯著(p<0.01)和顯著水平(p<0.05)。種子開始萌發(fā)時間、50%發(fā)芽率的萌發(fā)時間與種子長、寬和千粒重均呈負(fù)相關(guān)，但差異不顯著。種子大小無論是長寬還是千粒重雖然與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)正相關(guān)，但均未達(dá)顯著水平；而種子開始萌發(fā)時間和發(fā)芽率達(dá)50%時間與這兩發(fā)芽指標(biāo)表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，其中后者與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.96和1.00，達(dá)極顯著水平(p<0.01)。與大多研究結(jié)果相似，截葉鐵掃帚種子大小與種苗生長相關(guān)性較高，其中種子長、寬極顯著影響初生根長度(p<0.01)，而千粒重則與胚芽長度、初生根長度和活力指數(shù)均顯著正相關(guān)(p<0.05)，其中與初生根長度相關(guān)系數(shù)達(dá)0.89，達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

3 討 論

種子作為植物個體發(fā)育的一個特定階段，既是植物遺傳信息的保存者與傳遞者，又是植物在環(huán)境脅迫下保證物種繁衍的適應(yīng)性策略。在自然選擇和進(jìn)化的雙重壓力下，物種為了延續(xù)后代，適應(yīng)地產(chǎn)生了不同大小的種子。種子大小的變異是對種子所處環(huán)境的適應(yīng)，并且在一定程度上降低了未來風(fēng)險[13]。一般認(rèn)為，較大種子會增加后代在群落中的生存適合度和豐富度，而較小種子會提高其后代在群落更新中的貢獻(xiàn)[14]。種子的變異不僅存在植被間、物種間，還普遍存在種群內(nèi)和植株內(nèi)[15]。Michaels等研究發(fā)現(xiàn)，物種內(nèi)種子大小變異系數(shù)平均在10%～50%之間[16]，Hare則發(fā)現(xiàn)，同一物種內(nèi)有68%～77%的變異發(fā)生在個體內(nèi)，只有9%～13%發(fā)生在個體間[17]。通常，同一物種對不同生境會表現(xiàn)出不同的反應(yīng)，高柱等對收集的中國西南地區(qū)31份木棉居群種子研究發(fā)現(xiàn)，種子變異系數(shù)為10.45%～28.85%，形態(tài)差異豐富，采集區(qū)內(nèi)東面收集的種子較北面圓，但西南種源地的種子千粒重最大[18]。田宏等[19]對來自全國的28份狼尾草資源研究表明狼尾草種子的長、寬和千粒重在不同來源的材料間均存在極顯著差異(p<0.01)，其最大種子千粒重是最小的3.56倍。本研究中，8份不同種源截葉鐵掃帚種子長、寬和千粒重在種內(nèi)差異顯著，尤其是種子長度，變異系數(shù)為6.47%～14.49%；千粒重盡管平均變異系數(shù)較低，但在各材料間表現(xiàn)差異較大，其中栽培品種J-53和J-54種子較多數(shù)野生資源要大，說明在品種培育過程中，長期有效選擇可使新品種具備粒大飽滿、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的潛能，這與張力君等[20]的研究結(jié)果相一致。

表5 截葉鐵掃帚種子特征與發(fā)芽特性的相關(guān)性

相關(guān)系數(shù)長寬千粒重萌發(fā)時間50%發(fā)芽率時間發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)胚芽長初生根長寬0.70千粒重0.86??0.74?萌發(fā)時間-0.60-0.18-0.46發(fā)芽達(dá)50%時間-0.30-0.33-0.510.62發(fā)芽率0.210.200.41-0.62-0.96??發(fā)芽指數(shù)0.300.330.53-0.60-1.00??0.94??胚芽長0.690.490.78?-0.63-0.610.680.59初生根長0.87??0.84??0.89??-0.26-0.240.140.240.64活力指數(shù)0.590.560.77?-0.66-0.93??0.89??0.92??0.83?0.56

種子大小和種子萌發(fā)不但是植物生活史中的2個關(guān)鍵特征，而且常被用來評價一定范圍內(nèi)種子的品質(zhì)[21]。研究表明，種子大小可通過影響種子萌發(fā)，從而影響幼苗生長、植被建成、最終為整個群落結(jié)構(gòu)[22]。Hendrix發(fā)現(xiàn)，美洲防風(fēng)(Pastinacasativa)同一植株上的不同種子萌發(fā)率與其大小呈顯著正相關(guān)[23]；Greipsson等研究36個沙濱草(Leymusarenarius)種群發(fā)現(xiàn)，小種子種群的萌發(fā)率是大種子種群的50%，在同一種群內(nèi)和同一果序內(nèi)不同大小種子的萌發(fā)能力與種子大小呈顯著正相關(guān)[24]；Hopper等在大豆的種群研究中也發(fā)現(xiàn)，小種子萌發(fā)明顯慢于大種子[25]。但也有研究表明，種子大小與發(fā)芽率相關(guān)性不顯著[26]，甚至在雞腳草中得出較小和較大種子都降低了萌發(fā)率，而中等大小的種子才具備較高的萌發(fā)率[27]。在本研究中，8份截葉鐵掃帚種子大小無論是長、寬還是千粒重均與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)正相關(guān)，與萌發(fā)時間和發(fā)芽率達(dá)50%時間負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較低，未達(dá)顯著水平。由此說明，不管是野生種還是栽培種，種子大小對截葉鐵掃帚種子萌發(fā)影響不明顯。

種子大小雖然對萌發(fā)影響各有差異，但對幼苗生長發(fā)育研究結(jié)果大體一致。研究表明，大小不同的小葉錦雞兒種子在萌發(fā)率和出苗率方面不存在差異，但卻與幼苗個體大小、葉莖根生物量呈極顯著的正相關(guān)[28]。在玉米中，無論是采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽還是抗冷測定，結(jié)果均顯示不同分級種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)差別不顯著，但大粒玉米活力指數(shù)、苗干重顯著高于小粒種子[29]；在不同草種間，同樣存在類似結(jié)果，種子大小與胚芽鞘長度、苗高、根長之間的相關(guān)關(guān)系顯著[30]。本試驗(yàn)中，截葉鐵掃帚種子的長、寬與初生根長極顯著正相關(guān)，而千粒重與胚芽長、根長和活力指數(shù)均呈顯著正相關(guān)，這可能因?yàn)榉N子越大，胚所占比例就越小，相對所含貯藏營養(yǎng)物質(zhì)就越多，從而為幼苗初期生長提供了充足的資源，以致最大可能地用于生長。

4 結(jié) 論

4.1不同種源截葉鐵掃帚千粒重變化在1.16～1.70 g之間，種子大小差異極顯著(p<0.01)。種子長度變異系數(shù)最大，千粒重最?。徊煌牧祥g，J-21種子性狀平均變異系數(shù)最大，長、寬、千粒重分別為14.49%、8.28%和6.00%，而J-15平均變異較小，為4.47%。

4.28份截葉鐵掃帚種子發(fā)芽率除J-4發(fā)芽率(60.33%)稍低外，其余材料均高達(dá)90%以上，且差異不顯著?；盍χ笖?shù)以引進(jìn)品種表現(xiàn)較好，所有材料中J-4各發(fā)芽指標(biāo)表現(xiàn)最差。

4.3截葉鐵掃帚種子大小無論是長、寬還是千粒重均與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)正相關(guān)性不顯著，但與種苗生長相關(guān)性較高，其中種子長寬極顯著影響初生根長度(p<0.01)，而千粒重則顯著正相關(guān)胚芽長度和活力指數(shù)(p<0.05)、極顯著相關(guān)初生根長度(p<0.01)。