木芙蓉品种“单瓣红”种子萌发特性研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：为探究不同处理对木芙蓉品种“单瓣红”种子萌发的影响及其对干旱、盐碱胁迫的响应，采用机械损伤、浓硫酸浸种、赤霉素（GA3）浸种及复合处理破除种子休眠，并采用不同浓度PEG6000和NaCl处理种子后测定种子发芽指标。结果表明：机械损伤15 min和浓硫酸浸种15 min处理组合对于打破种子休眠的效果最佳，种子萌发率达到90%以上;种子萌发与PEG6000和NaCl的胁迫浓度呈线性相关关系，种子发芽率、发芽势均随PEG6000和NaCl浓度增加而降低，在低浓度PEG6000和NaCl处理条件下，种子萌发指标与对照差异不显著，“单瓣红”种子能够在中度盐碱胁迫下萌发、生长，其对NaCl的中耐受浓度为6.7 g/L。
　　关键词：木芙蓉;单瓣红;种子;萌发;胁迫
　　中图分类号：S685.99 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2020）08-0016-05
　　 Abstract： In this paper， abrading seed coat， seed-soaking with sulphuric acid and gibberellin solutions， and the corresponding combined treatments were used to break seed dormancy to explore their influences on seed germination of the Hibiscus mutabilis L. cultivar “Danbanhong”. In addition， the responses of “Danbanhong” seeds to simulated drought and saline-alkali stresses were studied by soaking seeds with different levels of PEG6000 and Nacl solutions， and then seed germination indices were measured.  The results showed that  abrading seed coat for 15 min combined with  soaking seeds in sulphuric acid solution for 15min was the best for seed dormancy break， and the germination percentage was more than 90%. There was a linear correlation between the germination percentage and the concentrations of PEG6000 and NaCl solutions. The germination percentage and germination energy decreased with the increase of PEG 6000 and NaCl concentrations. The seed germination indices under low concentrations of PEG6000 and NaCl had no significant difference in comparison with those of CK （15-min abrading seed coat + 15-min soaking seeds in sulphuric acid solution）. “Danbanhong” seeds can germinate and grow under moderate saline-alkali stress with a Macl-tolerant concentration of 6.7 g/L.
　　Key words： Hibiscus mutabilis L.; Danbanhong; seed; germination; stress
　　木芙蓉（Hibiscus mutabilis L.）別名拒霜花，为锦葵科木槿属花卉，原产于中国，在东亚及东南亚地区均有分布。木芙蓉花大色艳，花期较长，在成都地区栽植较为广泛[1]。种子休眠是指具有正常活力的种子在适宜的环境条件下仍然不能萌发的现象[2]。植物种子的休眠与其遗传特性相关，但外界环境因素在很大程度上也会影响种子的休眠特性[3]。植物种子的休眠能够帮助植物度过逆境，因此休眠对于植物适应环境具有重要的生态意义[4]。但与此同时，植物的休眠也给品种培育及应用带来诸多不便和困难，严重影响园林景观植物的丰富性。因此，研究如何打破园林景观植物种子的休眠非常重要。如何打破种子休眠一直是种子科学的研究热点[5]。破除种子休眠的方法主要有物理、化学、生物和综合法[6-7]。土壤干旱和盐碱化是制约种子萌发的主要影响因素[8]。He等[9]研究预测未来环境恶化程度将会加剧。木芙蓉作为成都市市花，观赏价值极高，但对于如何打破木芙蓉种子休眠及其与干旱胁迫和盐碱胁迫的相关性研究鲜有报道。为了进一步优化打破木芙蓉种子休眠的方法，并探讨木芙蓉种子对于干旱和盐碱的适应性，笔者以木芙蓉品种“单瓣红”种子为材料，研究了采用浓硫酸浸种、机械损伤、GA3浸种等方式打破种子休眠的效果，同时使用聚乙二醇（PEG6000）和NaCl溶液模拟干旱和盐胁迫，对木芙蓉种子萌发的抗旱抗盐特征进行研究。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　木芙蓉“单瓣红”种子（千粒重4.70±0.21 g）于2018年11月在成都市植物园苗圃采集。种子存放于干燥通风处，于2019年3—10月在成都市植物园开展试验。试验所用PEG6000和NaCl均为分析纯。 　　1.2 试验设计
　　1.2.1 种子预处理 选取饱满健壮，大小均一，无病虫为害的种子，用1%高锰酸钾消毒20 min，用清水洗净后待用。
　　1.2.2 打破种子休眠方法 打破种子休眠方法试验包括：机械破损、硫酸浸种、GA3/丙酮浸种及不同因素的复合处理，共4个试验。
　　（1）机械损伤试验。用砂纸磨擦种子，擦破种皮，但不伤及其胚，磨擦时间设5、10、15、20 min 4个处理，每个处理30粒种子，重复3次。
　　（2）硫酸浸种试验。用98%的浓硫酸浸种，并不停搅拌。浸种时间设5、10、15、20 min 4个处理，处理完后，用清水将种子洗净，pH试纸检测呈中性后晾干备用，每个处理30粒种子，重复3次。
　　（3）GA3/丙酮浸种试验。以丙酮为溶剂，配制100 mg/L的GA3溶液，用该溶液浸种。浸种时间设3、6、12、24 h 4个处理，处理完后将种子洗净备用，每个处理30粒种子，重复3次。
　　（4）复合处理试验。包括下列3个处理。机械损伤+硫酸浸种：选用（1）和（2）中发芽率最高的处理水平进行复合处理。机械损伤+GA3/丙酮浸种：选用（1）和（3）中效果最好的处理水平进行复合处理。硫酸浸种+GA3/丙酮浸种：选用（2）和（3）中效果最好的处理水平进行复合处理。机械损伤+硫酸浸种+GA3/丙酮浸种：选用（1）、（2）和（3）中效果最好的处理水平进行复合处理。每个处理均为30粒种子，重复3次。
　　上述试验均以不处理作对照（CK）。将种子置于垫有2层滤纸的培养皿中，放入人工气候箱中培养。培养条件设置为恒温20℃，光照12 h，黑暗12 h。每日定期观察种子萌发情况，“露白”即认定为发芽。
　　1.2.3 PEG和NaCl胁迫对种子萌发的影响 采用PEG6000和NaCl溶液模拟渗透势和盐胁迫。以1.2.2中最佳处理方式作为对照。将“单瓣红”种子按照1.2.2中最佳处理方式处理后，分别使用不同浓度的PEG6000和NaCl溶液浸种，PEG6000浓度设0、5%、10%、15%、20%、25%、30%共7个处理水平;NaCl浓度设0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%共6个处理水平。浸种24 h后置于暗处，沥干水分后放于培养皿中，置于人工气候箱中培养。培养条件设置为恒温20℃，光照12 h，黑暗12 h。每个处理30粒种子，重复3次。每日定期观察种子萌发情况，“露白”即认定为发芽。胁迫试验结束后5 d，统计各处理萌发幼苗根长。
　　1.3 种子萌发指标
　　统计各处理发芽15 d的发芽情况。分别按公式（1）、（2）、（3）、（4）计算发芽率（GP）、发芽势（GE）、发芽指数（GI）、平均发芽时间（MGT）。
　　1.4 数据处理
　　数据采用Excel 2010软件进行整理，采用SPSS18.0统计软件对GP、GE、GI、MGT進行处理和差异显著性分析（LSD法）。
　　2 结果与分析
　　2.1 打破木芙蓉种子休眠的方法研究
　　2.1.1 机械损伤打破种子休眠的效果 木芙蓉“单瓣红”种子经机械损伤种皮后其萌发指标均显著提高（见表1）。种子经机械损伤15 min处理的发芽率、发芽势和发芽指数分别为40.00%、28.89%和15.36，均显著高于CK和机械损伤5 min的处理（除机械损伤5 min处理的发芽率外），但与机械损伤10和20 min的处理差异不显著。平均发芽时间在机械损伤不同时长之间没有显著差异。
　　2.1.2 硫酸浸种打破种子休眠的效果 不同硫酸浸种时长对木芙蓉“单瓣红”种子萌发指标的影响不同（见表2）。未处理（CK）的种子发芽率极低，为1.10%，硫酸浸种处理后的发芽率、发芽势和发芽指数都显著高于对照（P<0.05）。其中，硫酸浸种15 min的发芽率最高，为43.33%，为CK发芽率的39.4倍，发芽势由CK的0显著提高到了25.56%，发芽指数由CK的0显著提高到了14.14。浸种5～20 min处理之间的发芽率无显著性差异，但浸种5 min的发芽势和发芽指数显著低于其他时长处理，其他时长处理之间的发芽势和发芽指数差异不显著。对照（CK）在试验结束时种子仍未萌发，故平均发芽时间（MGT）记为∞。
　　2.1.3 GA3/丙酮浸种打破种子休眠的效果 GA3/丙酮浸种能够显著提高发芽率、发芽势和发芽指数，降低平均发芽时间（见表3）。以GA3/丙酮浸种24 h处理的效果最好，其种子萌发指标均显著高于对照，且发芽率和发芽指数2个指标均显著高于其他时长处理，结果与梁静等[10]的研究结果部分一致，其差异可能由于供试材料和处理时间梯度不同所致。
　　2.1.4 复合处理打破种子休眠的效果 由图1可知，机械损伤种皮15 min结合硫酸浸种15 min处理的萌发效果最好，其发芽率、发芽势和发芽指数分别达到97.78%、97.78%和69.17，显著高于其他处理和对照，其平均发芽时间为2.00 d，显著低于其他处理和对照，表明该复合处理为打破种子休眠的最佳条件。
　　2.2 PEG和NaCl胁迫对木芙蓉种子萌发特性的影响
　　2.2.1 种子萌发特性对干旱胁迫的响应 由表4可知，“单瓣红”种子的各项萌发指标都随着PEG6000的处理浓度提高而降低。5%PEG处理的发芽率、发芽势和平均发芽时间与对照差异不显著，PEG浓度达到10%以上时，发芽率、发芽势和发芽指数都显著低于对照。当PEG浓度为25%时，发芽率、发芽势和发芽指数极低，分别仅为1.11%，1.11%和0.70，且有2个重复种子没有萌发。当PEG浓度为30%时，3个重复种子均没有萌发。
　　如图2所示，随着PEG6000处理浓度的增加，“单瓣红”幼苗根长呈现先增加后下降的趋势。处理浓度为5%时，幼苗根长为71.58 mm，比对照长14.06 mm，说明轻度干旱胁迫能够促进幼苗根系生长。当处理浓度为10%及以上时，幼苗根长均短于对照，且处理浓度达到25%和30%（此时溶液的渗透势分别为-0.79和-1.10 Mpa）时，幼苗根长显著低于其他处理和对照。 　　2.2.2 种子萌发特性对盐碱胁迫的响应 根据表5可知，低浓度NaCl胁迫（0.2%～0.4%）对“单瓣红”种子的萌发指标影响不显著。在0.6%和0.8%NaCl胁迫下，其发芽率显著低于对照组，但仍能达到65.56%和55.56%。而在1%NaCl胁迫下的发芽率下降到22.22%，显著低于CK和其他处理，发芽势和发芽指数也分别仅为4.44%和3.62，平均发芽时间则高到10.09 d，显著高于其他处理和对照。
　　如图2可示，“单瓣红”幼苗的根长随着NaCl溶液浓度的提高而降低。0.2%和0.4%NaCl处理的根长分别为55.61和44.81 mm，与对照差异不显著。但0.6%及以上浓度处理则会显著抑制幼苗根的生长。
　　2.2.3 “单瓣红”种子对不同胁迫剂的耐受浓度 以胁迫剂的浓度为自变量（x），以种子发芽指数为因变量（y）建立回归方程（表6）。再以种子发芽指数分别为对照的50%和10%作为“单瓣红”种子对胁迫剂的半耐受剂量和极限耐受剂量，可以计算出PEG6000的中耐受浓度和极限耐受浓度分别为129和244 g/L;NaCl的中耐受浓度和极限耐受浓度分别为6.7和9.5 g/L。
　　3 讨 论
　　环境和激素的变化是决定种子休眠与萌发的重要因素。由于种子的种皮致密、坚硬及具有蜡质而导致水分不能进入，也是造成植物种子休眠的主要原因[10]。PEG和NaCl已被广泛应用于植物的抗旱、抗盐研究[11]。PEG是一种高分子渗透剂，能够控制进入种子的水分含量，使植物种子处于类似干旱胁迫之中。低浓度NaCl能够参与部分酶的激活[12]，但高浓度盐胁迫一方面会对植物造成渗透胁迫引起植物失水，另一方面也会引起植物离子中毒[13]。
　　试验采用的打破种子休眠方法均能显著提高“单瓣红”种子的发芽率。梁静等[14]的研究结果表明，机械损伤处理和GA3浸种都能有效打破木芙蓉种子休眠，笔者的研究也得出了同样的结果。硫酸浸种对打破木芙蓉种子休眠鲜有报道，试验采用98%浓硫酸浸种后，“单瓣红”的发芽率呈现先上升后下降的趋势，浸种15 min为促进种子萌发的最佳浸种时长，但当浸种时间继续延长时则发芽率开始下降，可能原因是长时间浓硫酸浸泡使种皮崩溃，伤及了种胚[15]。采用机械损伤种皮15 min结合硫酸浸种15 min对打破“单瓣红”种子休眠的效果最好，该处理的发芽率能够达到90%以上，可以在生产上应用。
　　试验采用聚乙二醇（PEG6000）模拟干旱胁迫，研究其对“单瓣红”种子萌发影响的结果是：PEG胁迫对种子萌发具有一定的抑制和延缓作用，在低浓度条件下，PEG对种子萌发的延缓和抑制作用不明显，轻度干旱胁迫（5%PEG）还能促进木芙蓉幼苗根部生长。“单瓣红”种子萌发这种对干旱胁迫的响应与木荷（Schima superba）、矮沙冬青及馬尾松的响应机制[16-18]相一致。但陈士超等[19]对紫花苜蓿（Medicago sativa）的研究结果表明，随着PEG浓度的增加，紫花苜蓿种子的萌发指标呈现先上升后下降的趋势，说明低浓度的PEG胁迫能够对紫花苜蓿种子产生正向影响，其原因可能是由于不同物种本身的生物学特性对干旱胁迫的响应程度和范围不同。
　　试验表明，低浓度NaCl胁迫对“单瓣红”种子萌发无显著抑制作用，这与白菜、紫花苜蓿种子对低盐碱胁迫的响应[20]一致。当NaCl溶液的浓度提高到0.6%及以上时，对“单瓣红”种子萌发开始有显著的抑制作用，但在0.6%的NaCl胁迫下，发芽率仍然达到65.56%，发芽势和发芽指数分别达到45.56%和32.50，“单瓣红”种子对NaCl的中耐受浓度为6.7 g/L。
　　因此，“单瓣红”种子对中度盐碱胁迫具有一定的适应性，木芙蓉可以在一定程度上用于盐碱土壤的改良。但若在盐碱地区大面积推广应用木芙蓉，还需对其成株的抗盐性进行进一步研究和观察。
　　参考文献：
　　[1] 杨苑钊，曾心美，马 娇，等. 木芙蓉不同早花品种花期特征观察与分析[J]. 现代农业科技，2019（17）：144-145，150.
　　[2] 杨期和，叶万辉，宋松泉，等. 植物种子休眠的原因及休眠的多形性[J]. 西北植物学报，2003，23（5）：837-843.
　　[3] 傅 强，杨期和，叶万辉. 种子休眠的解除方法[J]. 基因组学与应用生物学，2003，22（3）：230-234.
　　[4] 陈乙实，娜丽克斯·外里，王树林，等. 不同处理方法对7种豆科植物种子休眠以及成苗特性的影响[J]. 草地学报，2017，25（4）：823-831.
　　[5] 胡小文，武艳培，王彦荣，等. 豆科种子休眠破除方法初探[J]. 西北植物学报，2009，29（3）：568-573.
　　[6] 李兵兵，魏小红，徐 严. 麻花秦艽种子休眠机理及其破除方法[J]. 生态学报，2013，33（15）：4631-4638.
　　[7] 鱼小军，王 芳，龙瑞军. 破除种子休眠方法研究进展[J]. 种子，2005，24（7）：46-49.
　　[8] 王 楠，高 静，黄文静，等. 赤霉素浸种时长和施用浓度对重度干旱和盐胁迫下黄芪种子萌发的影响[J]. 生态学杂志，2018，37（8）：2339-2344.
　　[9] He X，Wada Y，Wanders N，et al. Intensification of hydrological drought in California by human water management[J]. Geophysical Research Letters，2017，44（4）：1777-1785.
　　[10] 冯 燕. 苦豆子（Sophora alopecuroides L.）不同种群种子物理休眠释放的研究[D]. 兰州：兰州大学，2011. 　　[11] Attree S M， Fowke L C. Embryogeny of gymnosperms：advances in synthetic seed technology of conifers[J]. Plant Cell Tissue and Organ Culture，1993，35（1）：1-35.
　　[12] Xia F S，Chen L L，Yan H F，et al. Antioxidant and ultrastructural responses to priming with PEG in aged，ultra-dry oat seed[J]. Seed Science & Technology，2016，44（3）：1-13.
　　[13] 張树清，张夫道，刘秀梅，等. NaCl对大白菜种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2006，12（1）：138-141.
　　[14] 梁 静，王仲朗，张瑞宾，等. 木芙蓉种子萌发特性研究[J]. 种子，2006（6）：41-42，46.
　　[15] 龚维红，王月森. 浓硫酸不同处理时间对梧桐种子萌发率及根系生长的影响[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：161-162.
　　[16] 李振基，宋爱琴. 聚乙二醇（PEG）模拟水分胁迫对木荷种子萌发的影响[J]. 福建林业科技，2007，34（4）：1-3.
　　[17] 于 军，焦培培. 聚乙二醇（PEG6000）模拟干旱胁迫抑制矮沙冬青
　　种子的萌发[J]. 基因组学与应用生物学，2016，29（2）：355-360.
　　[18] 施积炎，丁贵杰. 水分胁迫对不同种源马尾松种子发芽的影响[J]. 山地农业生物学报，2000，19（5）：332-337.
　　[19] 陈士超，王 猛，汪 季，等. 紫花苜蓿种子萌发及幼苗生理特性对PEG6000模拟渗透势的响应[J]. 应用生态学报，2017，28（9）：2923-2931.
　　[20] 王建科，王 钧，胡延萍，等. 紫花苜蓿种子萌发过程中对不同盐胁迫的响应[J]. 分子植物育种，2018，16（1）：268-274.
　　（责任编辑：肖光辉）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15320549.htm