， ， ， (東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150030)

解除稻稗種子休眠方法的研究

李敏，師慧，劉藍(lán)坤，劉亞光
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150030)

稻稗是世界性惡性雜草，研究其生物學(xué)特性、綜合防除技術(shù)及抗藥性意義重大，為加快其研究進(jìn)程，找到解除稻稗種子休眠快速、有效的方法尤為重要。本試驗(yàn)研究了濃硫酸、NaOH、KNO3及赤霉酸浸種等化學(xué)方法及人工剝?nèi)シf殼、溫水處理等物理方法對(duì)稻稗種子休眠的解除效果，結(jié)果表明，6種方法均能有效解除稻稗種子休眠。濃硫酸浸種40～50 min、2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h對(duì)打破稻稗種子休眠效果最好，種子發(fā)芽率在83%以上；0.062 5% NaOH溶液浸種24 h、1%KNO3溶液浸種24 h、80 ℃變溫處理、人工剝?nèi)シf殼亦能較有效地打破稻稗種子休眠，種子發(fā)芽率為64.67%～72.67%。

稻稗； 休眠； 解除方法

我國(guó)是世界最大的水稻生產(chǎn)國(guó)，水稻在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有重要地位[1]。稻稗(EchinochloaoryzicolaVasing.)是世界性惡性雜草，也是我國(guó)稻區(qū)分布最廣、危害最重的主要雜草之一，其危害面積高達(dá)42%[2]。稻稗是水稻的伴生植物，與水稻生活習(xí)性相近，但對(duì)逆境的適應(yīng)能力卻強(qiáng)于水稻，在水稻田間難以清除[3]。據(jù)調(diào)查，每平方米有3～5株稻稗時(shí)，可使水稻減產(chǎn)2%；每平方米有稻稗30～50株時(shí)水稻減產(chǎn)50%以上。插秧田夾心稻稗對(duì)水稻產(chǎn)量影響也很大，如1穴內(nèi)夾1株稻稗，水稻可減產(chǎn)45%～56%[4]。田間雜草種子具有復(fù)雜的休眠特性，萌發(fā)期參差不齊，導(dǎo)致雜草陸續(xù)出土，難以一次性徹底防除，同時(shí)延緩了雜草科研工作的進(jìn)展[5]。因此，經(jīng)常需要人工解除休眠。

有關(guān)稻稗的休眠特性及其解除方法的研究鮮有報(bào)道。稻稗作為稻田惡性雜草，研究其生物學(xué)特性、抗藥性及綜合防除技術(shù)意義重大。本課題組研究發(fā)現(xiàn)稻稗具有休眠特性[6]，為加快其研究進(jìn)程，本試驗(yàn)研究了解除稻稗種子休眠的幾種方法，旨在為進(jìn)一步研究其發(fā)生規(guī)律、抗藥性及綜合防治技術(shù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試稻稗

供試稻稗種子于2015年9月采自黑龍江省牡丹江市水稻田，室溫條件下晾干，裝入信封自然條件下保存待用。

1.1.2 供試化學(xué)試劑

濃硫酸(分析純，浙江臨平化工試劑廠)、NaOH(分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司)、75%赤霉酸結(jié)晶粉(GA3，上海同瑞生物科技有限公司)，KNO3(分析純，天津市四通化工廠)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 化學(xué)試劑對(duì)稻稗休眠的解除

用濃硫酸直接浸泡稻稗種子，處理時(shí)間分別為5，10，20，30，40，50，60 min，處理后洗凈；配制NaOH溶液濃度為0.031 3%、0.062 5%、0.125%、0.25%、0.5%、1%、2%，浸泡處理稻稗種子24 h，處理后洗凈；配制KNO3濃度為0.125%、0.25%、0.5%、1%、2%，浸泡處理稻稗種子12，24 h，處理后洗凈；分別用赤霉酸溶液100，200，400，800，1 200，2 000，4 000 mg/L浸泡稻稗種子，各濃度溶液分別浸種12，24，48 h，處理后洗凈。

1.2.2 機(jī)械損傷對(duì)稻稗休眠的解除

對(duì)采集的稻稗種子進(jìn)行人工剝?nèi)シf殼處理，以完整小穗作對(duì)照，用常溫蒸餾水浸泡處理24 h，處理后洗凈。

1.2.3 溫水處理對(duì)稻稗休眠的解除

分別將稻稗種子置于50，60，70，80，90，100 ℃的溫(熱)水中浸泡24 h(水溫自然降低，12 h 換水1次)，處理后洗凈，以常溫蒸餾水浸泡24 h為對(duì)照。

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)條件

發(fā)芽試驗(yàn)在常州海博Rx智能型人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行。利用培養(yǎng)皿法，將各處理后的稻稗種子50粒放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，加入5 mL蒸餾水或處理藥液后覆上保鮮膜以保持濕潤(rùn)狀態(tài)。然后將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中培養(yǎng)(光照時(shí)數(shù)為12 h光/12 h暗；光照強(qiáng)度8 000 lx；白天溫度30 ℃，晚上溫度27 ℃；相對(duì)濕度60%～80%)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過程中每天調(diào)查記錄發(fā)芽情況，7 d后計(jì)算發(fā)芽率。并用DPS軟件中Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)試劑對(duì)打破稻稗種子休眠的效果

2.1.1 濃硫酸對(duì)打破休眠的效果

由表1可以看出，用濃硫酸浸種處理對(duì)稻稗種子萌發(fā)具有很好的促進(jìn)作用。隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，種子萌發(fā)率呈先上升后下降的趨勢(shì)，浸種40 min時(shí)萌發(fā)率達(dá)到最高(為87.33%)。故用濃硫酸處理可以打破稻稗種子休眠，但應(yīng)注意掌握好浸泡時(shí)間，時(shí)間過短解除休眠效果不好，時(shí)間過長(zhǎng)硫酸可能損傷種子。本試驗(yàn)表明，用濃硫酸浸泡稻稗種子40～50 min為宜，與其他時(shí)間相比，差異極顯著。

表1 濃硫酸對(duì)稻稗種子休眠的影響

浸種時(shí)間(min)發(fā)芽率(%)0(ck)2．00±1．15Ef54．67±1．33Ef1024．67±0．67De2037．33±1．76Cd3068．00±3．06Bb4087．33±0．67Aa5083．33±2．40Aa6044．00±2．31Cc

注：表中大小寫字母分別表示新復(fù)極差1%和5%水平上差異顯著。下同。

2.1.2 NaOH對(duì)打破休眠的效果

由表2可以看出，用NaOH系列濃度溶液浸泡稻稗種子24 h，隨著NaOH溶液濃度的升高，種子萌發(fā)率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)NaOH濃度為0.062 5%時(shí)，稻稗種子發(fā)芽率最高為66.67%；隨后發(fā)芽率逐漸降低；當(dāng)NaOH濃度上升至0.5%～2%時(shí)，稻稗種子被氧化腐蝕變黃，內(nèi)部組織被嚴(yán)重破壞，發(fā)芽率基本為0。因此，宜用0.062 5% NaOH溶液浸種處理24 h，可極大提高種子萌發(fā)率，與其他濃度相比，差異極顯著。

表2 NaOH對(duì)稻稗種子休眠的影響

NaOH濃度(%)發(fā)芽率(%)0(ck)7．33±1．76De0．031337．33±1．33Cd0．062566．67±1．76Aa0．12549．33±2．40Bb0．2543．33±1．76BCc0．50．67±0．67Ef10．00±0．00Ef20．00±0．00Ef

2.1.3 KNO3對(duì)打破休眠的效果

由圖1可以看出，用KNO3系列濃度分別浸泡稻稗種子12，24 h，均能打破稻稗種子休眠，且浸種24 h打破休眠效果要優(yōu)于浸種12 h；且不同浸種時(shí)間下，隨著KNO3濃度的升高，稻稗種子發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)KNO3濃度為2%時(shí)，發(fā)芽率最高，浸種12，24 h發(fā)芽率分別達(dá)到37.33%、64.67%，與對(duì)照(4.67%、7.33%)相比差異極顯著。本試驗(yàn)表明，用1% KNO3溶液浸泡稻稗種子24 h解除休眠效果最好。

圖1 KNO3對(duì)稻稗種子休眠的影響

2.1.4 赤霉酸對(duì)打破休眠的效果

由圖2可以得出，用赤霉酸濃度分別浸泡稻稗種子12，24，48 h均能顯著提高稻稗種子萌發(fā)率，浸種48 h打破休眠效果要優(yōu)于浸種12，24 h；且不同浸種時(shí)間下，隨著赤霉酸濃度的升高，稻稗種子發(fā)芽率均呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)赤霉酸濃度為2 000 mg/L時(shí)，發(fā)芽率最高，浸種12，24，48 h時(shí)發(fā)芽率分別為59.33%、76.00%、88.67%，與對(duì)照(4.67%、7.33%、13.33%)相比差異極顯著。本研究結(jié)果表明：用2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h對(duì)解除稻稗種子休眠效果最好。

2.2 機(jī)械損傷對(duì)打破稻稗種子休眠的效果

常溫浸水24 h并置于人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d后，人工剝?nèi)サ景薹N子穎殼發(fā)芽率達(dá)到72.67%，而對(duì)照發(fā)芽率只有7.33%，說明機(jī)械處理能理想打破稻稗種子休眠。但不易操作，因此不建議實(shí)際使用。

圖2 赤霉酸對(duì)稻稗種子休眠的影響

2.3 溫水處理對(duì)打破稻稗種子休眠的效果

由表3可以看出，不同溫度的水浸種24 h解除稻稗種子休眠效果不同，隨著水溫的升高，發(fā)芽率先上升后下降。當(dāng)溫度為80 ℃時(shí)，發(fā)芽率最高為69.33%，與其他水溫相比差異極顯著；當(dāng)水溫為100 ℃時(shí)，種子被燙壞，不再萌發(fā)。因此，宜用80 ℃溫水浸種24 h(水溫自然冷卻，12 h換水1次)，對(duì)稻稗種子休眠的解除效果最好。

表3 溫水處理對(duì)稻稗種子休眠的影響

水溫(℃)發(fā)芽率(%)ck13．33±1．76Ee5030．00±3．46Dd6038．00±3．06CDc7052．67±1．33Bb8069．33±2．40Aa9042．67±1．76Cc1000．00±0．00Ef

3 結(jié)論與討論

種子休眠是指具生活力的種子在適宜條件下仍不萌發(fā)的現(xiàn)象，是植物在長(zhǎng)期系統(tǒng)發(fā)育過程中獲得的一種抵抗不良環(huán)境的適應(yīng)性[7]。種子休眠的原因大致有2種。

1) 內(nèi)源因素即胚本身的因素，包括胚形態(tài)發(fā)育尚未完全、生理上未成熟以及存在抑制萌發(fā)的物質(zhì)或缺少萌發(fā)必須的激素等[8]，通過變溫處理、激素處理、低溫層積處理等可解除休眠[9]。

2) 外源因素即胚以外的種殼(種皮、胚乳、果皮等)的限制，包括種殼的不透氣透水性、種殼機(jī)械阻礙及種殼中存在的萌發(fā)抑制物等[10]，可通過機(jī)械處理、化學(xué)藥劑(包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、無機(jī)鉀鹽等)處理、溫度處理等來解除休眠。本試驗(yàn)運(yùn)用一些常見的物理、化學(xué)方法來打破稻稗種子休眠。

本研究結(jié)果表明，濃硫酸、NaOH、KNO3及赤霉酸浸種等化學(xué)手段及人工剝?nèi)シf殼、溫水處理等物理手段均可有效打破稻稗種子休眠。用濃硫酸浸種40～50 min、2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h均能打破稻稗種子休眠，種子發(fā)芽率在83%以上；0.062 5%NaOH溶液浸種24 h、1%KNO3溶液浸種24 h、80 ℃變溫處理、人工剝?nèi)シf殼亦能較有效地打破稻稗種子休眠，種子發(fā)芽率在64.67%～72.67%之間。以上結(jié)果顯示，用濃硫酸浸種40～50 min、2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h對(duì)打破休眠效果最好，但相對(duì)來說80 ℃變溫浸種最為簡(jiǎn)單方便且亦能有效打破休眠。

稗屬雜草種子休眠的原因之一是籽實(shí)皮堅(jiān)硬透水性差，胚得不到充足的水分而處于休眠狀態(tài)[11]。一定濃度的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿能使種皮軟化或腐蝕，增加種皮透性，導(dǎo)致種子對(duì)水、空氣、溶質(zhì)等透性發(fā)生改變，使胚根和胚芽的張力足以突破種殼；也可將種子內(nèi)的還原性物質(zhì)氧化變性、增強(qiáng)種子代謝，從而打破種子的休眠[12]。吳聲敢[13]、陳小奇[14]分別用濃硫酸浸泡稗草種子20，15 min，能使稗草種子萌發(fā)率分別達(dá)到68.07%、78.67%，均能很好地解除稗草種子的休眠；楊彩宏[11]用1.5%的NaOH溶液浸泡稗草種子24 h可使種子萌發(fā)率達(dá)到94.67%。本研究用濃硫酸浸種40～50 min，0.062 5%NaOH溶液浸種24 h，萌發(fā)率均可達(dá)83%以上。由此可見，一定濃度的強(qiáng)酸強(qiáng)堿可以有效打破休眠，但要控制好時(shí)間，以免由于強(qiáng)酸強(qiáng)堿的強(qiáng)氧化性及腐蝕性對(duì)種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，導(dǎo)致對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制效果。

一定濃度KNO3溶液浸種處理對(duì)一些植物種子萌發(fā)具有很好的促進(jìn)效果，一方面是由于元素鉀是植物體內(nèi)重要酶的活化劑，可以促進(jìn)糖分運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化和氮代謝，進(jìn)而促進(jìn)種子萌發(fā)[15]；另一方面，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以被植物種子吸收，加強(qiáng)種子的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)而促進(jìn)其萌發(fā)；再者KNO3是強(qiáng)氧化劑，可能通過強(qiáng)迫供氧促進(jìn)代謝，從而促進(jìn)種子的萌發(fā)[11]。陳小奇[14]用2% KNO3浸泡稗草種子12 h可使稻稗種子發(fā)芽率達(dá)到34.67%。本研究用KNO3系列濃度分別浸泡稻稗種子12、24 h，隨著濃度升高，種子萌發(fā)率先上升后下降，且浸種24 h打破休眠效果要優(yōu)于浸種12 h。用1% KNO3溶液浸種24 h對(duì)打破稻稗種子休眠效果最好，發(fā)芽率達(dá)到64.67%；當(dāng)濃度為2%時(shí)，稻稗種子發(fā)芽率反而下降，可能是因?yàn)榉N子萌發(fā)吸水的過程也是內(nèi)含物質(zhì)外滲的過程，隨著溶液濃度增加，浸種時(shí)間增長(zhǎng)，外滲越嚴(yán)重，從而對(duì)萌發(fā)產(chǎn)生抑制。

赤霉素能誘導(dǎo)種子內(nèi)多種水解酶活化或合成，促進(jìn)糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，為種子萌發(fā)提供能量來源和物質(zhì)保障，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[16-19]。陳小奇[14]用1 200 mg/L赤霉素溶液浸泡稗草種子24 h可使稗草種子的發(fā)芽率達(dá)到74.67%；吳聲敢[13]用1 000 mg/L GA3溶液浸泡稗草種子240 h后，萌發(fā)率達(dá)到75.88%。本研究用一定濃度范圍的赤霉酸溶液分別浸泡稻稗種子12，24，48 h，均能顯著提高稻稗種子萌發(fā)率，且浸種時(shí)間越長(zhǎng)，打破休眠效果越好。當(dāng)用2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h時(shí)，打破稻稗種子休眠效果最好，發(fā)芽率達(dá)88.67%。機(jī)械處理可提高種殼透性，使種子能迅速吸水，從而易于萌發(fā)。孫婷等研究發(fā)現(xiàn)，通過機(jī)械破皮方法可有效提高栝樓的種子萌發(fā)率，去除種皮后種子萌發(fā)率達(dá)到67.6%[20]。本研究中，人工剝?nèi)シf殼能顯著提高稻稗種子的發(fā)芽率至72.67%，說明由種殼透性障礙引起的休眠是稻稗休眠的部分原因。但由于操作比較麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以大量處理，因而不建議通過人工剝?nèi)シf殼來解除稻稗種子休眠。

溫水有利于種子萌發(fā)，種子經(jīng)高溫處理后，種殼透性改變，促進(jìn)種子新陳代謝，從而解除由種殼引起的休眠[21]。張建華等研究發(fā)現(xiàn)，70 ℃的溫水處理更有利于藜種子的萌發(fā)[22]。本研究中，80 ℃變溫浸種對(duì)打破稻稗種子休眠效果最好，可達(dá)69.33%。在50～80 ℃范圍內(nèi)隨著變溫溫差的提高，稻稗種子發(fā)芽率也逐漸升高，說明稻稗不僅可耐受高溫處理，而且溫差越大越有助于解除稻稗種子的休眠。

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，采用適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)方法均可有效打破稻稗種子休眠。其中濃硫酸浸種40～50 min、2 000 mg/L赤霉酸溶液浸種48 h對(duì)打破稻稗種子休眠效果最好，但相對(duì)來說80 ℃變溫浸種最為簡(jiǎn)單方便且亦能有效打破休眠。此研究將為更深入地研究稻稗種子休眠機(jī)理、抗藥性及綜合防治提供技術(shù)支持。

[1]楊紅旗,郝仰坤.中國(guó)水稻生產(chǎn)制約因素及發(fā)展對(duì)策[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(8):351-354.

[2]李儉,李海粟,陳凱,等.吉林省稻區(qū)稻稗、稻李氏禾的抗藥性特征[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(1):18-24.

[3]馬宏娟,林長(zhǎng)福,高爽.5種水田除草劑對(duì)稻稗和稗草的生物活性研究[J].現(xiàn)代農(nóng)藥,2007,6(5):42-43.

[4]袁明.稻稗的發(fā)生及防治[J].農(nóng)村實(shí)用科技信息,2007(11):28.

[5]Bewley JD.Seed germination and dormancy[J].Plant cell,1997(9):1 055-1 066.

[6]馮蕾.黑龍江省水田稻稗對(duì)四種除草劑抗藥性的初步研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2013．

[7]張桂蓮,陳立云,廖紅英.解除常規(guī)水稻品種“4628”種子休眠的方法初探[J].種子,2009,28(4):70-72.

[8]張志鵬.水芹種子萌發(fā)的因素及其休眠生理研究[D].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[9]閆翠香,丁新泉,宋閃閃,等.懸鉤子屬植物種子休眠及其解除方法探討[J].種子,2014,33(3):55-58.

[10]董秀霞.種子休眠研究進(jìn)展[J].中國(guó)園藝文摘,2010(4):170.

[11]楊彩宏,馮莉,岳茂峰.化學(xué)試劑和GA3處理對(duì)稗草種子萌發(fā)的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(9):118-120.

[12]尚旭嵐.青錢柳種子休眠機(jī)理及其解除休眠方法的研究[D].南京林業(yè)大學(xué),2007.

[13]吳聲敢,王強(qiáng),趙學(xué)平,等.稗草休眠特性及其解除[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,19(3):225-228.

[14]陳小奇,黃紅娟,魏守輝,等.不同化學(xué)試劑及人工處理對(duì)稗草種子休眠的影響[J].雜草科學(xué),2013,31(3):32-35.

[15]劉自剛.桔梗種子休眠解除方法研究[J].種子,2009,28(1):72-74.

[16]LOONEY N E.Hormones and horticulture[J].Hort Science,1997,32:1 014-1 018.

[17]SHARMA R R,SINGH R.Gibberellic acid influences the production of malformed and button berries,and fruit yield and quality in strawberry(Fragaria×ananassaDuch.)[J].Scientia Horticulturae,2009,119:430-433.

[18]KUCERA B,COHN M,LEUBNER-METZGER G.Plant hormone interactions during seed dormancy release and germination[J].Seed Science Research,2005,15:281-307.

[19]劉悅秋,孫向陽,王保平.異株蕁麻(Urticadioica)種子萌發(fā)特性研究[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,21(3):34-38.

[20]孫婷,劉鵬,徐根娣.栝樓種子休眠特性分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41(12):4 273-4 280.

[21]青格樂,王玉芝,張瓊琳,等.植物種子休眠及破除方法研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(11):4 715-4 716.

[22]張建華,董良利,曹昌林,等.解除藜種子休眠的方法研究[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào),2015,5(7):47-50.

Studies on Dormancy-breaking Methods ofEchinochloaoryzicolaVasing. Seeds

LIMin，SHIHui，LIULankun，LIUYaguang

2016-05-28

李 敏(1992—)，女，山西省運(yùn)城市人；碩士研究生，研究方向：除草劑應(yīng)用技術(shù)與雜草抗性；E-mail：lm1067392009@163.com。

劉亞光(1968—)，女，教授，博士，研究方向：除草劑應(yīng)用技術(shù)與雜草抗性；E-mail：liuyaguang929@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.09.094

S 451

A

1001-4705(2016)09-0094-04