閆月 盧艷 崔程程 張鵬

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

種子休眠是高等植物中普遍存在的一種自然屬性[1-2]，而次生休眠是種子遇到不適宜的外界環(huán)境誘導(dǎo)所致[3]。近年來(lái)，全球氣候變化較為異常，極端環(huán)境條件的經(jīng)常出現(xiàn)致使植物種子容易產(chǎn)生次生休眠，導(dǎo)致種子無(wú)法達(dá)到預(yù)期的萌發(fā)效果，從而降低產(chǎn)量，這給農(nóng)林生產(chǎn)帶來(lái)減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失等問(wèn)題。水曲柳(Fraxinusmandshurica)為我國(guó)北方重要的造林樹(shù)種之一，目前生產(chǎn)中主要繁育方式仍為種子繁殖。水曲柳種子具有深度休眠的特性，需催芽處理解除休眠后才可萌發(fā)；但解除休眠的水曲柳種子，在較高溫度條件下萌發(fā)超過(guò)3 d會(huì)進(jìn)入次生休眠(熱休眠)，此時(shí)將進(jìn)入次生休眠的種子置于適宜萌發(fā)條件(10 ℃)下卻不能萌發(fā)，需要打破次生休眠才能萌發(fā)[4-5]。所以在播種前對(duì)水曲柳種子進(jìn)行必要的處理，防止其因高溫誘導(dǎo)進(jìn)入次生休眠是十分必要的。

引發(fā)處理是一種常見(jiàn)的促進(jìn)種子萌發(fā)的處理方式[6-7]，聚乙二醇(PEG)溶液作為一種常見(jiàn)的液體引發(fā)劑，能夠提高種子發(fā)芽率，增強(qiáng)種子抗逆性[8-11]。引發(fā)處理與滲透處理的區(qū)別，在于種子經(jīng)過(guò)滲透處理后經(jīng)歷了回干過(guò)程。目前已有研究表明，PEG滲透處理可以對(duì)水曲柳種子的熱休眠產(chǎn)生抑制作用[12]，但關(guān)于PEG溶液引發(fā)處理是否對(duì)水曲柳種子萌發(fā)有影響尚未見(jiàn)報(bào)道。本文以解除初生休眠水曲柳種子為材料，在不同引發(fā)溫度下經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG溶液引發(fā)處理不同時(shí)間的種子，分析不同PEG引發(fā)處理對(duì)水曲柳種子高溫下萌發(fā)、熱休眠誘導(dǎo)的影響。旨在為水曲柳種子適宜引發(fā)條件的確定、深入研究種子熱休眠調(diào)控的生理機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)用種子于2016年10月份采自吉林省露水河林業(yè)局水曲柳成年母樹(shù)。種子經(jīng)12周暖溫(18 ℃)裸(無(wú)基質(zhì))層積后，轉(zhuǎn)入低溫(5 ℃)條件下裸層積10周，解除初生休眠；以解除初生休眠的水曲柳種子作為試驗(yàn)材料。

PEG溶液的配制與引發(fā)處理：將PEG 6000與蒸餾水按照比例分別配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0(無(wú)PEG，溶液為蒸餾水)、5%、25%、50%的PEG溶液。將解除初生休眠的水曲柳種子分別在10、25 ℃的條件下，使用上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG溶液分別進(jìn)行1、3、7 d的浸泡處理，到達(dá)設(shè)置時(shí)間后的種子用蒸餾水沖洗清除表面溶液，將種子置于室溫黑暗條件下回干48 h。

種子萌發(fā)試驗(yàn)：種子在室溫黑暗條件下用蒸餾水浸泡復(fù)水48 h，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的高錳酸鉀溶液消毒30 min后，用清水沖洗至水清后進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)；種子在高溫(25 ℃)培養(yǎng)7 d后，轉(zhuǎn)移到10 ℃萌發(fā)30 d。種子置于底部鋪有兩層濾紙的直徑為9 cm塑料培養(yǎng)皿中，在黑暗條件下進(jìn)行萌發(fā)；每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)25粒種子，每天觀察記錄種子萌發(fā)情況，當(dāng)胚根突出種皮2 mm以上時(shí)即認(rèn)為種子萌發(fā)。試驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽時(shí)間，計(jì)算公式：發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)量/供試種子數(shù)量)×100%、發(fā)芽指數(shù)=∑(nt/t)、平均發(fā)芽時(shí)間=∑(nt×t)/∑nt。式中：t為發(fā)芽時(shí)間；nt為與t相對(duì)應(yīng)的每日發(fā)芽種子數(shù)。

數(shù)據(jù)處理：使用Microsoft Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；數(shù)據(jù)分析使用SPSS 18.0軟件，使用最小顯著性差異法(LSD法)進(jìn)行多重比較，由于發(fā)芽率為百分?jǐn)?shù)，分析時(shí)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子經(jīng)10 ℃和不同PEG引發(fā)處理后在高溫時(shí)的萌發(fā)表現(xiàn)

由表1可見(jiàn)：經(jīng)10 ℃(低溫)引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間、引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交互作用對(duì)高溫下種子發(fā)芽率影響極顯著(P<0.01)，但PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫下種子發(fā)芽率影響不顯著(P>0.05)。由表2可見(jiàn)：隨著引發(fā)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水曲柳種子發(fā)芽率呈上升趨勢(shì)。種子經(jīng)過(guò)短時(shí)間(1 d)引發(fā)處理后，蒸餾水引發(fā)處理種子發(fā)芽率最高(39.0%)，與低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%)、中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%)PEG引發(fā)處理種子發(fā)芽率差異不顯著，但是顯著高于高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)PEG引發(fā)處理種子發(fā)芽率(14.0%)；種子經(jīng)過(guò)中等時(shí)間(3 d)引發(fā)處理后，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)PEG引發(fā)處理種子發(fā)芽率最高(55.0%)，與其他處理間差異不顯著；種子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間(7 d)引發(fā)處理后，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%)PEG引發(fā)處理，種子發(fā)芽率(29.0%)明顯低于中高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%、50%)PEG引發(fā)處理種子的發(fā)芽率(54.0%、57.0%)，與蒸餾水引發(fā)種子發(fā)芽率(44.0%)差異不顯著。

表110℃引發(fā)后不同處理?xiàng)l件對(duì)水曲柳種子在高溫時(shí)發(fā)芽能力指標(biāo)影響的方差分析

變異來(lái)源P值發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)平均發(fā)芽時(shí)間引發(fā)處理時(shí)間00.0010.005PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1520.0400.046引發(fā)處理時(shí)間×PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0050.0040.836

由表1可見(jiàn)：經(jīng)10 ℃(低溫)引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間、引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交互作用對(duì)高溫下種子發(fā)芽指數(shù)影響極顯著(P<0.01)，PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫下種子發(fā)芽指數(shù)影響顯著(P<0.05)。由表2可見(jiàn)：隨著引發(fā)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水曲柳種子發(fā)芽指數(shù)呈上升趨勢(shì)。種子經(jīng)短時(shí)間(1 d)引發(fā)處理后，蒸餾水引發(fā)后的種子發(fā)芽指數(shù)最高(0.72)，顯著高于高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)PEG溶液引發(fā)后的種子發(fā)芽指數(shù)，與中低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%、5%)PEG溶液處理差異不顯著；種子經(jīng)中等時(shí)間(3 d)引發(fā)處理后，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG溶液引發(fā)后的種子發(fā)芽指數(shù)無(wú)顯著差異；種子經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間(7 d)引發(fā)處理后，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)PEG溶液引發(fā)后的種子發(fā)芽指數(shù)，顯著高于除中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)外的其他兩種處理后的種子發(fā)芽指數(shù)。

由表1可見(jiàn)：經(jīng)10 ℃(低溫)引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交互作用對(duì)高溫下種子平均發(fā)芽時(shí)間影響不顯著(P>0.05)，但引發(fā)處理時(shí)間對(duì)高溫下種子平均發(fā)芽時(shí)間影響極顯著(P<0.01)、PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫下種子平均發(fā)芽時(shí)間影響顯著(P<0.05)。由表2可見(jiàn)：隨著引發(fā)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，水曲柳種子平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。種子經(jīng)短時(shí)間(1 d)引發(fā)處理后，平均發(fā)芽時(shí)間(14.55 d)明顯低于經(jīng)中等和長(zhǎng)時(shí)間(3、7 d)引發(fā)處理后的種子平均發(fā)芽時(shí)間(15.89、16.65 d)；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)PEG引發(fā)處理后的種子平均發(fā)芽時(shí)間的平均值(14.47 d)，顯著低于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%)、中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%)PEG引發(fā)處理后的種子平均發(fā)芽時(shí)間的平均值(16.26、16.30 d)。

2.2 種子經(jīng)25 ℃和不同PEG引發(fā)處理后在高溫時(shí)的萌發(fā)表現(xiàn)

由表3可見(jiàn)：經(jīng)25 ℃引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)高溫時(shí)種子發(fā)芽率影響不顯著(P>0.05)，但引發(fā)處理時(shí)間對(duì)高溫時(shí)種子發(fā)芽率影響極顯著(P<0.01)、PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫時(shí)種子發(fā)芽率影響顯著(P<0.05)。由表4可見(jiàn)：隨著引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，種子發(fā)芽率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。種子經(jīng)短時(shí)間(1 d)引發(fā)處理后，種子發(fā)芽率平均值(22.5%)明顯低于經(jīng)中等和長(zhǎng)時(shí)間(3、7 d)引發(fā)后的種子發(fā)芽率平均值(36.8%、39.5%)；中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%)PEG引發(fā)后的種子發(fā)芽率平均值(41.3%)顯著高于蒸餾水與低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%)PEG引發(fā)后的種子發(fā)芽率平均值(27.0%、29.0%)，與高質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG引發(fā)后種子發(fā)芽率平均值(34.3%)差異不顯著。

表210℃引發(fā)后的水曲柳種子在高溫時(shí)的發(fā)芽能力指標(biāo)狀態(tài)

引發(fā)處理時(shí)間/dPEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)平均發(fā)芽時(shí)間/d1 0(39.0±7.5)abc(0.72±0.15)bc (14.15±0.55)bc5(22.0±2.6)cd(0.43±0.10)cd(14.72±1.19)abc25(32.0±7.1)bc(0.53±0.11)cd(15.63±0.57)abc50(14.0±7.6)d(0.27±0.14)d(13.69±0.24)c30(39.0±7.7)abc(0.69±0.16)bc(15.65±0.78)abc5(42.0±3.5)abc(0.67±0.05)bc(16.65±0.73)ab25(39.0±2.5)abc(0.63±0.04)bcd(16.35±0.50)abc50(55.0±3.4)a(0.99±0.08)ab(14.90±0.65)abc70(44.0±7.7)ab(0.73±0.13)bc(17.47±0.93)a5(29.0±7.0)bc(0.45±0.06)cd(17.40±1.69)a25(54.0±7.4)a(0.97±0.15)ab(16.91±0.98)ab50(57.0±4.7)a(1.10±0.12)a(14.80±0.63)abc

注：表中數(shù)值為“均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”；同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間發(fā)芽能力指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

由表3可見(jiàn)：經(jīng)25 ℃引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間、PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)高溫時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)影響均不顯著(P>0.05)。

由表3可見(jiàn)：經(jīng)25 ℃引發(fā)處理，引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)高溫時(shí)種子平均發(fā)芽時(shí)間影響顯著(P<0.05)，引發(fā)處理時(shí)間對(duì)高溫時(shí)種子平均發(fā)芽時(shí)間影響極顯著(P<0.01)，但PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫時(shí)種子發(fā)芽時(shí)間影響不顯著(P>0.05)。由表4可見(jiàn)：隨著引發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，種子的平均發(fā)芽時(shí)間呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。種子經(jīng)過(guò)短時(shí)間(1 d)引發(fā)處理后，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%)PEG引發(fā)的種子發(fā)芽時(shí)間顯著高于其他質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理；種子經(jīng)過(guò)中等時(shí)間(3 d)引發(fā)處理后，中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%)PEG引發(fā)的種子平均發(fā)芽時(shí)間(18.80 d)明顯低于蒸餾水引發(fā)的種子平均發(fā)芽時(shí)間(22.00 d)，但與低質(zhì)量分?jǐn)?shù)、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG引發(fā)的種子平均發(fā)芽時(shí)間(21.11、19.59 d)差異不顯著；種子經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間(7 d)引發(fā)處理后，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG引發(fā)的種子平均發(fā)芽時(shí)間差異不顯著。

表325℃引發(fā)后不同處理?xiàng)l件對(duì)水曲柳種子在高溫時(shí)發(fā)芽能力指標(biāo)影響的方差分析

變異來(lái)源P值發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)平均發(fā)芽時(shí)間引發(fā)處理時(shí)間00.1000PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0270.2980.070引發(fā)處理時(shí)間×PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1490.6160.043

表425℃引發(fā)后的水曲柳種子在高溫時(shí)的發(fā)芽能力指標(biāo)狀態(tài)

引發(fā)處理時(shí)間/dPEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)平均發(fā)芽時(shí)間/d1 0(25.0±3.0)de 0.43±0.06(15.09±0.91)e 5(24.0±7.7)de0.34±0.11(18.41±0.37)d25(25.0±3.4)de0.45±0.04(14.46±0.95)e50(16.0±3.7)e0.28±0.06(14.44±0.38)e30(31.0±5.0)bcde0.39±0.07(22.00±1.02)abc5(35.0±4.7)abcd0.48±0.11(21.11±1.37)bcd25(51.0±8.2)a0.72±0.08(18.80±0.84)d50(41.0±6.8)abcd0.56±0.12(19.59±0.90)cd70(25.0±6.8)de0.42±0.13(22.05±1.07)abc5(28.0±6.3)cde0.45±0.21(23.72±1.18)ab25(48.0±7.3)ab0.52±0.06(24.42±0.94)a50(46.0±4.2)abc0.56±0.09(23.67±0.93)ab

注：表中數(shù)值為“均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”；同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間發(fā)芽能力指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

3 討論與結(jié)論

PEG溶液作為一種常見(jiàn)的引發(fā)劑，對(duì)種子的作用主要體現(xiàn)在提高種子活力、增強(qiáng)種子抗逆性、提高種子發(fā)芽率、提高種子發(fā)芽指數(shù)、縮短種子發(fā)芽時(shí)間[8-11]；但PEG引發(fā)過(guò)程中，引發(fā)溫度、引發(fā)時(shí)間及PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，往往會(huì)對(duì)引發(fā)結(jié)果產(chǎn)生極大的影響[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)10 ℃引發(fā)處理后種子的萌發(fā)表現(xiàn)，優(yōu)于25 ℃引發(fā)處理后的種子萌發(fā)表現(xiàn)，且除25 ℃引發(fā)處理后，引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)水曲柳種子的發(fā)芽指數(shù)無(wú)顯著影響外，引發(fā)處理時(shí)間和PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)均單獨(dú)或同時(shí)對(duì)種子的其他發(fā)芽能力指標(biāo)有顯著的影響，說(shuō)明不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG引發(fā)處理對(duì)水曲柳種子高溫時(shí)萌發(fā)的作用效果不同。這與朱燦燦等在使用PEG溶液對(duì)油松種子進(jìn)行的引發(fā)研究[14]、朱迎樹(shù)等對(duì)老化的大麥種子進(jìn)行的引發(fā)研究[15]等結(jié)果相似。研究表明，在不發(fā)生引發(fā)吸脹冷害的前提下，種子經(jīng)較低溫度引發(fā)后的生理?xiàng)l件，應(yīng)優(yōu)于較高溫度引發(fā)后的種子[16-17]。本研究中經(jīng)10 ℃引發(fā)處理后種子的萌發(fā)表現(xiàn)，優(yōu)于25 ℃引發(fā)處理后的種子萌發(fā)表現(xiàn)，此結(jié)果也肯定了種子經(jīng)較低溫度引發(fā)后的萌發(fā)能力優(yōu)于較高溫度引發(fā)后的種子萌發(fā)能力這一觀點(diǎn)。

解除休眠的水曲柳種子，在較高溫度時(shí)萌發(fā)超過(guò)3 d會(huì)將進(jìn)入次生休眠(熱休眠)，此時(shí)將進(jìn)入次生休眠的種子置于適宜的萌發(fā)溫度(10 ℃)時(shí)則不能萌發(fā)[4-5]。本研究發(fā)現(xiàn)，在25 ℃進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)時(shí)，各引發(fā)處理種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)比不引發(fā)種子均有所提高。10 ℃引發(fā)處理，中等時(shí)間(3 d)和長(zhǎng)時(shí)間(7 d)引發(fā)處理時(shí)，種子發(fā)芽率優(yōu)于短時(shí)間(1 d)引發(fā)后的種子發(fā)芽率、高質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG(50%)作為引發(fā)溶液能獲得較好效果；25 ℃引發(fā)處理，使用中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG(25%)溶液對(duì)種子進(jìn)行中等時(shí)間(3 d)的引發(fā)處理，可以顯著提高發(fā)芽率，但延長(zhǎng)了種子的平均發(fā)芽時(shí)間，說(shuō)明PEG引發(fā)處理能夠減弱高溫時(shí)水曲柳種子熱休眠的誘導(dǎo)。這與其他關(guān)于引發(fā)對(duì)種子在脅迫生境下萌發(fā)的研究結(jié)果相似[18-22]。

綜上所述，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG引發(fā)處理，對(duì)水曲柳種子高溫時(shí)萌發(fā)的作用效果不同；10 ℃引發(fā)處理的各處理種子萌發(fā)能力，普遍好于25 ℃引發(fā)處理的種子萌發(fā)能力。PEG引發(fā)處理能減弱高溫時(shí)水曲柳種子熱休眠的誘導(dǎo)，其中：25 ℃引發(fā)處理，使用中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%)的PEG溶液對(duì)種子進(jìn)行中等時(shí)間(3 d)的引發(fā)處理，可以顯著提高發(fā)芽率，但延長(zhǎng)了種子的平均發(fā)芽時(shí)間；10 ℃引發(fā)處理，使用高質(zhì)量分?jǐn)?shù)(50%)的PEG溶液對(duì)種子進(jìn)行中等時(shí)間(3 d)或長(zhǎng)時(shí)間(7 d)的引發(fā)處理，可以在不延長(zhǎng)平均發(fā)芽時(shí)間的情況下，顯著提高其發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)，有效阻止種子進(jìn)入熱休眠。