穆海婷, 賈 雪, 苗一凡, 郁偉杰, 劉 穩(wěn), 徐 博(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)， 長春 130118)

東方山羊豆(GalegaorientalisL.)又稱飼用山羊豆，為根蘗型、多年生豆科牧草。具有產(chǎn)草量高、飼用價值高、易調(diào)制青貯飼料、干草，并具有耐寒抗旱，抗病性、抗昆蟲、抗侵害能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是利用價值較高的優(yōu)良豆科牧草[1]。

種子硬實(shí)是豆科植物種子中廣泛存在的現(xiàn)象，硬實(shí)率低者為1%，高者達(dá)100%[2]。種子硬實(shí)即種子在適宜的環(huán)境條件 (光照、氣溫、濕度和氧氣等)下[3]，長期保持堅(jiān)硬緊實(shí)的狀態(tài)，種皮不透水、不膨脹、不生長萌發(fā)[4]。種子硬實(shí)度受遺傳因素、母本環(huán)境、貯藏溫度、水分以及采收方法等因素的影響[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中種子硬實(shí)也帶來諸多難題，如收獲后的種子具有硬實(shí)則無法立即進(jìn)行播種，給種子在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中增加工序[4,6]。種子硬實(shí)的存在降低了種子的萌發(fā)率，導(dǎo)致播種后種子發(fā)芽時間較長，造成缺苗或出苗不整齊，甚至斷壟的現(xiàn)象，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成直接影響[7]。因此，對于硬實(shí)率較高的種子，在實(shí)際播種前需要對其進(jìn)行處理，選擇適宜的破除方法打破種子硬實(shí)。

注:同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。圖1 熱水處理對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、硬實(shí)率的影響Fig.1 Effect of hot water treatment on the germination rate, germination potential and hardness of Galega orientalis L.

國內(nèi)外對種子硬實(shí)破除及其機(jī)理已有大量研究，化學(xué)處理、物理處理、生物處理是破除種子硬實(shí)常用的3種方法[8]。其中硫酸、機(jī)械處理及熱水處理最為常用[9-10]。許多研究表明，硫酸腐蝕和熱水軟化種皮對破除種子硬實(shí)效果較明顯，但對種子硬實(shí)的破除則因品種及試驗(yàn)方法的不同而有一定差異[11]，若試驗(yàn)方法不適(如浸泡時間過長或處理濃度、溫度過高等)，則可能造成種子死亡率高或畸形苗增多[6]，也有研究表明，采用摩擦處理對種子的硬實(shí)有較好的破除效果[12]。因此，在大量種子播種之前,須確定硬實(shí)種子最佳破除方法?；谏鲜鲅芯浚驹囼?yàn)以東方山羊豆種子為研究對象，采用熱水浸種、磨破種皮、濃硫酸浸種、高錳酸鉀浸種等處理方式，尋找硬實(shí)破除的最佳方法，提高種子萌發(fā)率，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試材料為東方山羊豆，種子來源于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1物理方法

1) 磨破種皮。取120粒干凈飽滿的種子放入研缽，加少量水濕潤，再加入石英砂充分研磨，直至種皮出現(xiàn)砂劃痕跡，每個處理選用100粒，重復(fù)3次，放入人工氣候箱中進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

2) 熱水處理。挑選適量干凈飽滿的種子分別放入50、65、75、85 ℃的熱水(300 mL)中，處理期間攪拌種子，使之自然浸泡24 h后取出，每個處理100粒，重復(fù)3次，放入人工氣候箱進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

1.2.2化學(xué)方法

1) 濃硫酸處理。挑選好的種子放入容器中，利用濃硫酸處理種子5、10、15、20、30、40 min，處理期間晃動容器，使溶液均勻地浸泡種子，達(dá)到處理時間后，取出反復(fù)沖洗干凈，放入人工氣候箱進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

2) 高錳酸鉀處理。挑選飽滿的種子放入容器中，用濃度為0.3%的高錳酸鉀溶液分別處理1、2、4、6 h，達(dá)到處理時間后，取出反復(fù)沖洗干凈，放入人工氣候箱進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。

1.2.3觀測與記錄

在種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)期間，每天觀察人工氣候箱內(nèi)的溫度和水分。溫度保持在25 ℃左右，每天進(jìn)行一次萌發(fā)檢測，胚根達(dá)2 mm左右即視為萌發(fā)，觀測持續(xù)15 d左右，直到?jīng)]有任何發(fā)芽新記錄為終止。計(jì)算種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、硬實(shí)率。

發(fā)芽率(%)=(全部正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(4 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

硬實(shí)率(%)=(未吸脹種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱水處理對東方山羊豆種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和硬實(shí)率的影響

未經(jīng)處理的東方山羊豆種子發(fā)芽率20%、發(fā)芽勢13%、硬實(shí)率高達(dá)78%。經(jīng)熱水浸種處理的東方山羊豆種子隨著水溫的升高，發(fā)芽率和發(fā)芽勢逐漸升高，硬實(shí)率逐漸降低。當(dāng)浸種溫度為75 ℃、85 ℃時，發(fā)芽率分別為26%、31.67%，發(fā)芽勢分別為15.67%、27.67%，顯著高于對照(圖1)，硬實(shí)率分別為76.67%、69%，硬實(shí)率顯著下降。說明，浸種溫度為75 ℃、85 ℃處理效果相對較好。50 ℃和65 ℃與對照相比發(fā)芽勢、發(fā)芽率均無顯著變化，較低溫度對硬實(shí)種皮軟化效果最差。在上述條件下，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢隨熱水溫度升高而逐漸提高，在一定的處理溫度范圍內(nèi)，溫度越高，對軟化種皮、解除種子硬實(shí)、提高發(fā)芽率作用越顯著。

2.2 磨破種皮對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和硬實(shí)率的影響

由圖2可以看出，研缽磨破種皮處理的東方山羊豆種子的發(fā)芽率達(dá)93.33%、發(fā)芽勢92.33%，硬實(shí)率6.67%。各項(xiàng)指標(biāo)與對照相比，效果均極顯著(p<0.01)。

圖2 磨破種皮對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及硬實(shí)率的影響Fig.2 Effect of grinding the seed coat on the germination rate,germination potential and hardness of Galega orientalis L.

2.3 濃硫酸處理對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和硬實(shí)率的影響

由圖3可以看出，東方山羊豆種子經(jīng)濃硫酸處理15～20 min，發(fā)芽率、發(fā)芽勢均有明顯提高，硬實(shí)率呈下降趨勢。在濃硫酸處理30 min時發(fā)芽率升高至59.33%，發(fā)芽勢56.67%，硬實(shí)率降低至45%以下。與對照相比，濃硫酸處理15～30 min均顯著提高了東方山羊豆硬實(shí)種子的萌發(fā)率(p<0.05)。浸種時間達(dá)到40 min時發(fā)芽率為40.33%，隨著浸種時間的延長，開始呈下降趨勢,發(fā)芽的種子根系出現(xiàn)變短的現(xiàn)象。說明隨著酸蝕時間的增加會對種子產(chǎn)生一定的傷害。因此，綜合來看，濃硫酸處理30 min是打破東方山羊豆種子硬實(shí)的最佳處理時間。

圖3 濃硫酸處理對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及硬實(shí)率的影響Fig.3 Effect of concentrated sulfuric acid on the germination rate,germination potential and hardness of Galega orientalis L.

2.4 高錳酸鉀處理對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和硬實(shí)率的影響

由圖4可知。與對照相比,經(jīng)0.3%高錳酸鉀溶液處理1～6 h，不同處理的各項(xiàng)活力指標(biāo)均無顯著變化 (p>0.05)。表明規(guī)定時間內(nèi)東方山羊豆硬實(shí)種子在低濃度的高錳酸鉀溶液浸泡下，對種子破除硬實(shí)、提高發(fā)芽率無顯著作用。

圖4 高錳酸鉀處理對東方山羊豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及硬實(shí)率的影響Fig.4 Effect of potassium permanganate on the germination rate, germination potential and hardness of Galega orientalis L.

3 討論與結(jié)論

植物中普遍存在種子硬實(shí)的現(xiàn)象,是指種皮堅(jiān)厚不透水、不透氣，在正常不做處理情況下不能吸水、萌發(fā)的現(xiàn)象[13]，其中最常見于豆科種子。寶力德巴特等[14]對東方山羊豆硬實(shí)種子以不同處理進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，結(jié)果表明，東方山羊豆硬實(shí)率達(dá)77%，不做處理時種子萌發(fā)率較低。因種皮透水性差，在播種后不能很好地吸水膨脹和萌發(fā),不做處理時50%～95%的種子不能正常發(fā)芽。在播種前須采取一定的措施進(jìn)行硬實(shí)破除處理。

熱水浸種可以軟化種皮，改善種子透性，從而提高種子的發(fā)芽率。但破除硬實(shí)適宜溫度因品種不同而存在一定差異，浸種時間與種子大小、種子表皮堅(jiān)硬程度及水溫有一定的關(guān)系[15]。采用熱水浸種處理下東方山羊豆種子在75 ℃、85 ℃浸泡的種子發(fā)芽率分別為26%、31.67%，相較于對照組的發(fā)芽率21%，說明熱水浸種對解除種子硬實(shí)促進(jìn)萌發(fā)有一定的作用，但整體發(fā)芽率未超過48%，未達(dá)到提高種子萌發(fā)率的目的。

磨破種皮是通過研缽的摩擦使硬實(shí)種子種皮破損，促使種子吸脹萌發(fā)。許多研究表明，種皮損傷是提高種子發(fā)芽率最直接有效的方法[16-19]。試驗(yàn)中，采用磨破種皮的處理方法，提高發(fā)芽率效果顯著，發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別提高至93.33%、92.33%，硬實(shí)率下降到10%以下。磨破種皮雖然能顯著降低種子硬實(shí)率，但如果摩擦力度不合適，常易傷胚而導(dǎo)致死亡率增加，且大量操作費(fèi)時費(fèi)工，在實(shí)際生產(chǎn)中種子數(shù)量不多時，可用磨破種皮的方法。

濃硫酸通過腐蝕種子破壞種皮堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)種子透水性來提高發(fā)芽率[12]，常作為植物硬實(shí)種子破除的處理方法[20]。本研究中，濃硫酸處理15～40 min，均顯著提高種子發(fā)芽率，其中處理30 min時效果最好，隨時間延長，濃硫酸處理40 min后種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢開始呈現(xiàn)下降趨勢。濃硫酸處理時間過長，會增加發(fā)芽種子的死亡。這可能是濃硫酸對種胚有所傷害導(dǎo)致。綜合濃硫酸對東方山羊豆硬實(shí)處理的各項(xiàng)指標(biāo)，以濃硫酸處理30 min對破除種子硬實(shí)效果最佳，處理時間過短，種皮未被完全腐蝕，處理時間過長則對種子的結(jié)構(gòu)有破壞作用，從而導(dǎo)致發(fā)芽率低，死亡率高。

高錳酸鉀處理對提高硬實(shí)種子發(fā)芽率，降低硬實(shí)率無明顯作用。這可能是高錳酸鉀短時間浸種不能破壞種皮堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，致使種子不能吸水萌發(fā)，從而使高錳酸鉀浸泡對打破硬實(shí)種子均無顯著作用。