曲 艷，李青豐

(內蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院“農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室”和“草地資源教育部重點實驗室”，內蒙古呼和浩特 010019)

種子是高等種子植物生活史中的關鍵組成部分，植物群落建成、演替也與種子萌發(fā)特性有關〔1〕，并影響植被分布、動態(tài)和多樣性〔2〕，植物要想成功的實現(xiàn)天然更新，種子萌發(fā)是必經(jīng)之路〔3〕。種子萌發(fā)就是某一生境下的群落布局、植被形成和演替的起點〔1〕。種子萌發(fā)是一個復雜的多步驟過程，種子萌發(fā)具有重要的經(jīng)濟和生態(tài)意義〔4〕。種子萌發(fā)是指種子吸水后膨脹，胚再生長的過程，胚根從胚乳和種皮突破出來后完成萌發(fā)這一過程〔5〕。為此，本次研究以豆科植物四種典型植物小冠花(Coronillavaria)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、刺果甘草(Glycyrrhizapallidiflora)、沙打旺(Astragalusadsurgens)作為試驗材料。小冠花為豆科多年生草本植物，原產(chǎn)于南歐和地中海地區(qū)。引進種的根系與根瘤發(fā)達，莖葉稠密，質地柔軟，是優(yōu)良的水土保持植物，同時也可以用來觀賞的蜜源植物，徐本美等人的研究結果指出濃硫酸處理后的小冠花種子萌發(fā)率大大提高〔6〕?？喽棺訛槎箍苹睂?，多年生草本植物，主要分布于我國新疆、寧夏和內蒙古等省區(qū)境內，具有耐鹽堿、抗干旱等特性，是北方地區(qū)的飼用植物資源和藥用植物資源〔7〕，同時也是我國西北荒漠地區(qū)廣泛分布的一種優(yōu)良野生植物〔8〕，而且具有防風固沙和改良鹽堿地的特性，呂篤康等對苦豆子種子萌發(fā)特性進行了研究〔9〕。沙打旺，豆科黃芪屬多年生草本，又名直立黃芪、麻豆秧等，是具有防風固沙和保持水土的優(yōu)良牧草及綠肥原料，鄭秀芳等的研究揭示了沙打旺種子的最適發(fā)芽溫度〔10〕。刺果甘草原產(chǎn)于溫帶，主要分布在我國黑龍江、遼寧、內蒙古、河北等地，種子有深而長的休眠。刺果甘草的優(yōu)良特性有很多，如抗寒、耐熱、耐旱、抗鹽堿等，刺果甘草還是一種重要的固沙植物，林艷艷等研究了刺果甘草的種子萌發(fā)特性和生物學特性〔11〕。

本文通過對四種種子的休眠特性進行研究，并針對不同的種子采取不同破除休眠的方法以提高種子的發(fā)芽率。利用科學的方法對取得的數(shù)據(jù)進行分析能夠幫助我們了解和認識植物在面對特殊生境時的不同生活史以及對策，從而了解植物種子萌發(fā)的特性和影響因素，尋找其種子最優(yōu)的萌發(fā)條件則為其育種繁殖，引種栽培、種質資源保存和生態(tài)環(huán)境保護奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所采用的4種試驗材料名稱、采集地點及時間等詳見表1。

表1 實驗材料

1.2 試驗方法

1.2.1 種子外部形態(tài)觀察

挑選發(fā)育良好的成熟飽滿的種子置于解剖鏡下，觀察其性狀、顏色、表面紋飾等特征。并拍照記錄。

1.2.2 種子千粒重測定

采用千粒法測量種子的千粒重。把四種種子每種選取1000粒種子，共設三次重復，分別進行稱重，三份重復的差數(shù)與平均數(shù)之比不超過5%，若超過則分析第四份重復，直至到達要求，取差距最小的兩份計算測定成果。

1.2.3 種子萌發(fā)試驗

(1)種子休眠特性測定

四種種子均以每50粒為一組，四次重復，將種子隨機取出，放入鋪有2層以蒸餾水潤濕的濾紙做培養(yǎng)床的培養(yǎng)皿中，加入少量蒸餾水將種子浸濕，在25℃人工培養(yǎng)箱內進行萌發(fā)試驗，每天補加少許蒸餾水，要保證種子有充足的水分供應，如發(fā)現(xiàn)有發(fā)霉種子要及時撿出，萌發(fā)實驗持續(xù)12d。試驗時期每24h統(tǒng)計新萌發(fā)種子數(shù)目、發(fā)霉種子數(shù)目及硬實種子數(shù)目，以此測定種子休眠情況。

(2)擦皮處理萌發(fā)實驗

對萌發(fā)率極低的小冠花、沙打旺種子進行破除硬實的處理。隨機取出種子，用砂紙進行打磨，直至表面失去光澤〔12〕，使種子吸水萌發(fā)，重新進行一次萌發(fā)實驗(步驟同(1))。

(3)濃硫酸處理萌發(fā)實驗

將不易用砂紙打磨的、外表皮太硬的苦豆子、刺果甘草種子進行濃硫酸浸泡處理，將各種子50粒為一組，四次重復，用濃度為98%的濃硫酸浸泡30min，萌發(fā)試驗同(1)。每天觀察并記錄種子萌發(fā)的個數(shù)。

1.2.4 幼苗生物量測定

在萌發(fā)實驗第12d時，準備若干小信封袋，稱量袋重并記錄，然后從培養(yǎng)皿內取出植物幼苗按順序裝入不同小紙袋中，標記對應的標簽，稱量幼苗鮮重。稱重結束后將種子放入烘箱內，在恒溫75℃烘干約24h，然后取出幼苗稱量干重。根據(jù)發(fā)芽試驗記錄的數(shù)據(jù)按公式計算各種與發(fā)芽有關的指標。

1.2.5 萌發(fā)指標計算方法

參照《國際種子檢驗規(guī)程》及國內《牧草種子檢驗規(guī)程》，將種子新鮮胚根伸出超過種子長度以上視為發(fā)芽。種子相關發(fā)芽指標計算公式如下：

發(fā)芽率〔13〕(G)=n/N×100% n=發(fā)芽實驗結束后種子發(fā)芽數(shù) N=種子數(shù)

發(fā)芽勢〔13〕(Gr)=m/N×100% m=發(fā)芽實驗初期種子發(fā)芽數(shù) N=種子數(shù)

發(fā)芽指數(shù)〔13〕(Gi)=∑Gt/DtGt=在t日內發(fā)芽數(shù)Dt=發(fā)芽日數(shù)(12d)

活力指數(shù)(Vi)=Gi×S S=發(fā)芽實驗結束后幼苗重量

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用excel2016進行種子每天發(fā)芽粒數(shù)的統(tǒng)計、計算及繪圖，采用SAS9.0軟件對不同處理的差異性進行分析。

2 結果與分析

2.1 種子形態(tài)特征

通過對四種種子進行外表形態(tài)觀察并拍照記錄顯示：苦豆子種子為圓形，黃褐色，表面較光滑，長約3.8mm，寬約2.6mm；刺果甘草的種子為圓腎形，黑色，表面光滑，長約2.8mm，寬約2.2mm；沙打旺種子為腎形，黑褐色，表面較光滑，種子長約1.8mm，寬約1.5mm；小冠花的種子為腎形，黑褐色，細長狀，表面光滑，種子長約3.0mm，寬約1.2mm。

苦豆子種子形態(tài)刺果甘草種子

沙打旺種子形態(tài)小冠花種子形態(tài)

圖1四種種子形態(tài)特征

2.2 種子千粒重測定

千粒重是以克表現(xiàn)的一千粒種子的重量，它是體現(xiàn)種子大小與飽滿水平的一項指標，是查驗種子質量的指標〔14〕，也是預測產(chǎn)量時的重要依據(jù)。千粒重直接關系到種子的傳播、萌發(fā)和成活率等〔15〕。種子千粒重是反映種子質量性狀的重要指標。水分和養(yǎng)分的變化可影響種子的重量。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中若農(nóng)田水肥條件好，則作物籽粒飽滿，水肥跟不上，則作物所結籽粒小。

通過比較小冠花、沙打旺、苦豆子和刺果甘草四種植物種子千粒重，得出四種植物千粒重依次為苦豆子(17.73g)>刺果甘草(13.49g)>小冠花(3.53g)>沙打旺(1.32g)，其中苦豆子的千粒重最高，沙打旺的千粒重最小(見圖2)。

圖2 四種種子千粒重大小比較

2.3 四種植物種子萌發(fā)特性

2.3.1 四種植物種子萌發(fā)指標測定

為明確四種種子是否有休眠現(xiàn)象，并明確種子的休眠率，首先用標準萌發(fā)實驗對種子的休眠率進行測定。發(fā)芽率是種子質量性狀的重要指標，也是種用價值的最重要的指標，發(fā)芽率高說明種子著的多，反之說明種子活著的少；發(fā)芽勢的大小表明發(fā)芽速度的快慢與齊整度，也表明種子活力的強弱，以發(fā)芽率相同為前提的情況下，如果發(fā)芽勢高，那么種子生命力一定強〔16〕。

根據(jù)表2可以看出，在常規(guī)發(fā)芽條件下苦豆子的發(fā)芽率及發(fā)芽勢均最高，分別為59.5%和47.0%，顯著高于其他三種種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢；刺果甘草的發(fā)芽率及發(fā)芽勢最低，二者均為2.0%。四種種子都存在著或多或少的休眠現(xiàn)象，其中小冠花的休眠程度最高，休眠率可達85.0%。沙打旺種子死亡率最高(70.5%)，出現(xiàn)了大量發(fā)霉死亡的現(xiàn)象。小冠花和刺果甘草種子雖死亡率較低，但存在著嚴重的硬實現(xiàn)象，休眠率特別高，在常規(guī)條件下萌發(fā)困難，需要對其進行一定的處理才能使種子正常萌發(fā)。

表2 標準萌發(fā)條件下種子發(fā)芽情況

注：同列不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)

2.3.2 破除休眠后種子萌發(fā)特性

(1)破除休眠后種子萌發(fā)指標測定

表3為經(jīng)過擦皮和98%濃硫酸處理后破除硬實效應后植物種子萌發(fā)情況。經(jīng)過擦皮處理的小冠花和沙打旺種子發(fā)芽率得到了很大程度上的提高，其中小冠花的發(fā)芽率由常規(guī)萌發(fā)14.5%升至87.5%。沙打旺的發(fā)芽率由常規(guī)萌發(fā)的28.0%升為46.5%；經(jīng)過98%濃硫酸處理的刺果甘草和苦豆子種子發(fā)芽率為47.5%和80.0%，分別提高了45.5%和20.0%，且經(jīng)過處理過的種子休眠率明顯低于未處理的種子。并且處理后的沙打旺種子死亡率大大低于未處理的種子，但刺果甘草種子卻比處理前的死亡率有所提高，小冠花與處理前的死亡率一樣?？梢?，處理后能夠明顯幫助種子突破硬實效應，達到更好的萌發(fā)的效果。

表3 擦皮和98%濃硫酸處理后種子萌發(fā)情況

(2)處理前后種子發(fā)芽指數(shù)的測定

發(fā)芽指數(shù)可以說是發(fā)芽率的詳細與具體，發(fā)芽指數(shù)高就說明該種子發(fā)芽過程所用的時間短，發(fā)芽速度快〔17〕，評價種子活力的好方法就是測定發(fā)芽指數(shù)〔18〕。

如圖3所示，處理前，刺果甘草的發(fā)芽指數(shù)最低為0.39，而沙打旺種子和苦豆子種子的發(fā)芽指數(shù)較高，其中，沙打旺種子的發(fā)芽指數(shù)為4.85，苦豆子種子最高的發(fā)芽指數(shù)達到7.16；經(jīng)過擦皮和98%濃硫酸浸泡處理后，苦豆子的發(fā)芽指數(shù)最高，刺果甘草的發(fā)芽指數(shù)最低。沙打旺處理前后有非常顯著的差異性，刺果甘草處理前后有較顯著差異。

圖3 經(jīng)過處理前后種子發(fā)芽指數(shù)對比

(3)處理前后種子活力指數(shù)測定

活力指數(shù)是種子萌芽速度和生長量的綜合反映，是種子活力的綜合指標。種子活力是一種潛在能力及表示種子萌發(fā)及幼苗成長的，發(fā)芽速度快，齊整劃一，幼苗生長健壯即表明種子活力高〔19〕。

由圖4可以得出苦豆子的活力指數(shù)高于小冠花的活力指數(shù)?；盍χ笖?shù)=發(fā)芽指數(shù)×發(fā)芽實驗結束后幼苗重量，所以在發(fā)芽實驗結束時苦豆子的幼苗重量明顯高于小冠花的幼苗重量。比較圖4，除小冠花種子，其它種子的活力指數(shù)都有顯著性差異，說明處理后的種子對種子萌發(fā)特性有顯著影響。并且活力指數(shù)具有明顯差異的種子發(fā)芽指數(shù)也有明顯差異。

圖4 經(jīng)過處理前后種子活力指數(shù)的對比

3 討論

3.1 四種植物種子的千粒重分析

四個種子千粒重有明顯的顯著差異，千粒重大的種子對其發(fā)芽率也有一定影響。贠晶和贠文卿的研究表明紅芪種子的發(fā)芽率受儲藏年限和種子千粒重的影響，儲藏時間短、千粒重高的種子發(fā)芽率高〔20〕。

3.2 四種植物種子的休眠現(xiàn)象分析

沙打旺和小冠花種皮硬，用砂磨法處理時很少破碎、種胚不易受到外界的傷害〔21〕。在很多種子預處理方法中，砂磨法一直被看作是最好的處理方法。本實驗選取擦皮前后的兩種植物種子進行萌發(fā)實驗，通過實驗結果表明擦皮可明顯提高沙打旺和小冠花種子的萌發(fā)率。用98%濃硫酸處理后的苦豆子和刺果甘草的萌發(fā)率也得到明顯提高，這說明沙打旺和小冠花種子不易萌發(fā)的重要原因就是受種皮機械抑制的影響。此外，是否存在有其他抑制因素影響兩種植物種子萌發(fā)還有待研究。四種植物種子都存在休眠現(xiàn)象。沙打旺和小冠花的種子休眠的最主要原因就是硬實作用太明顯，擦皮能用來突破硬實效應?？喽棺雍痛坦什萦?8%濃硫酸處理后能突破硬實效應。

3.3 破除硬實效應前后種子死亡率變化

進行標準萌發(fā)實驗時，種子的死亡率較高，而擦皮處理后，種子的死亡率明顯降低，根據(jù)實驗過程分析，造成種子發(fā)霉的主要原因有水分太多，氧氣不足，種子進行無氧呼吸，產(chǎn)生了有害物質使種子死亡，最后發(fā)霉；種子本身就有傷口，被其他微生物侵入而發(fā)霉。在進行標準萌發(fā)實驗時種子自身不能夠萌發(fā)而長期浸泡在水中容易進行無氧呼吸，同時種子可能有傷口，被其他腐爛種子攜帶的微生物入侵，而在擦皮后進行的萌發(fā)實驗中，種子的發(fā)芽勢均較高，在初期萌發(fā)后幼苗可進行有氧呼吸，以至腐爛發(fā)霉率降低，但不排除是濃硫酸處理時間太久燒傷種胚，而具體由哪一種因素導致種子腐爛死亡仍需進一步研究才能確定。

4 結論

在標準萌發(fā)條件下，四種豆科種子千粒重越大，對應的發(fā)芽率也越高，具體表現(xiàn)為苦豆子>刺果甘草>小冠花>沙打旺。從整體上看四種豆科種子在標準萌發(fā)條件下發(fā)芽情況均不佳且硬實作用明顯，硬實作用是導致種子休眠的主要原因，尤其小冠花和刺果甘草。但經(jīng)過擦皮和98%濃硫酸處理過后的四種豆科種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)均顯著提高，其中苦豆子的發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)呈完全線性正相關，發(fā)芽勢與發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)之間呈顯著的線性正相關。