滇產納羅克非洲狗尾草種子種殼透性及種胚休眠性研究

羅富成，彭 健，段新慧，許文花，何 超，張亞當，范素汝，郭鳳根

（云南農業大學 動物科技學院草業科學系，云南 昆明 650201）

納羅克非洲狗尾草（Setariasphacelatacv.Narok）于1974年從澳大利亞引入中國廣西、廣東、江西等地試種，生長良好；1983年，中澳合作開展云南牲畜與草地改良項目，再次從澳大利亞引入［1］。推廣應用表明，納羅克非洲狗尾草是南方熱帶、亞熱帶和暖溫帶地區草山改良、人工草地建設和高速公路護坡、水庫護堤的骨干草種［2－7］。目前種子已國產化，但在大面積生產條件下，其種子產量只有45.0～60.0kg／hm2，發芽率在10%［8］，休眠程度深［9］，嚴重制約了優良牧草的推廣利用。盡管國內曾圍繞納羅克非洲狗尾草“種子生產關鍵”技術問題，開展了一系列研究［10，11］，使其種性在一定程度上得到了復壯［11］，種子產量在小區試驗條件下達到了326.4kg／hm2［10］，并提出了多項行之有效的栽培管理措施和收種技術，但種子休眠的原因尚不清楚。以云南自產納羅克非洲狗尾草種子為試驗材料，通過機械處理去除稃片、擦破種皮、去除種殼，觀測處理前后種子吸水率、呼吸強度的變化及種胚（含胚乳）的萌發特性，檢驗種殼對種子萌發的影響，判斷種胚的休眠性，為納羅克非洲狗尾草種子休眠機理提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗材料為云南省自產納羅克非洲狗尾草種子，2013年秋在成熟期收獲于昆明市黑龍潭云南農業大學草學基地。種子凈度為36.8%，發芽率為26%。收獲后，立即將雜質，包括空癟種子完全清除，用1.5%硫酸銅溶液浸泡消毒10min，晾干，于室內自然貯藏，備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 從消毒后的種子中隨機抽取2份材料，一份用于種殼透性測定，處理措施包括用大頭針擦破種皮，徒手搓去稃片，搓去稃片后再擦破種皮，獲得帶稃片擦破種皮種子、去除稃片種子（即裸種子）、擦破種皮的裸種子；另一份經徒手搓去稃片后，再用磨砂紙完全磨去種皮，然后挑選種胚（帶胚乳）完好的材料用于檢測種胚的萌發性。

1.2.2 種子透水性測定 取帶稃片的完整種子為對照（CK）、帶稃片擦破種皮種子、裸種子、擦破種皮的裸種子各0.1g（精確到萬分之一），分別置于不同的燒杯中，加入蒸餾水，在室溫下浸泡0、4、8、12、24、28、32、36h，取出后用濾紙吸干表面水分，然后，迅速用分析天平稱重。毎處理重復4次。根據種子吸水前后的重量變化計算種子的即時吸水率，種子開始萌動時的吸水率視為該種子的標準吸水率［12］。計算公式［13］：

種子吸水率（%）＝（W2－W1）／W1×100%式中：W2為種子吸水后重量；W1為種子吸水前重量。1.2.3 種子透氣性測定 取帶稃片的完整種子為對照（CK）、帶稃片擦破種皮種子各0.2g（精確到萬分之一），在室溫下用蒸餾水浸泡0、6、12、24、36、48、60h后，用美國LICOR公司生產的LI－6400光合作用儀測定呼吸強度，待其數據穩定后記錄，每個處理4次重復，每個重復記錄3次數據。比較擦破種皮前后種子呼吸強度的變化，確定種皮透氣性的高低。按儀器說明書，呼吸強度的計算公式：

式中：RI為種子的呼吸強度，μmol／（g·min）；R（CO2）為 參 比 室 二 氧 化 碳 濃 度，μmol CO2／mol；S（CO2）為樣品室二氧化碳濃度 μmol CO2／mol；R（H2O）為參比室水濃度，mmol H2O／mol；S（H2O）為樣品室水濃度，mmol H2O／mol；flow為氣體流進樣室的流速，μmol／s；W為樣品重量g。

1.2.4 種胚萌發性測定 以離體種胚（含胚乳）為研究對象，以完整種子為對照（CK），于人工氣候箱內在MS培養基上進行培養，4次重復，每重復100粒。箱內相對濕度為70%，溫度為（30±1）℃，24h光照。第7d和14d分別統計種子發芽勢和發芽率。發芽結束后，將幼苗置于105℃的烘箱中殺青15min，然后在80℃的烘箱中干燥24h［8］，稱其干重，并計算種子發芽指數和活力指數［14］。

1.3 數據處理

所有數據整理和作圖用Excel完成，統計分析用Spss 17.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 納羅克非洲狗尾草種子的透水性

隨浸種時間的延長，帶稃片的完整種子（CK）、帶稃片擦破種皮種子、裸種子和擦破種皮的裸種子，吸水速率的變化趨勢相同（圖1）。吸水初期，各處理種子的即時吸水率均快速上升，浸種32h后，吸水趨于穩定，接近飽和狀態，此時種子逐漸開始萌動，吸水率不再增加，但均顯著（P＜0.01）高于浸種初期（0～12h）。無論是否擦破種皮，只要帶稃片，種子吸水率均保持在55.0%，去稃片后種子吸水率則均停留在30.5%，前者較后者高24.5%；不僅如此，在種子整個吸水過程中，帶稃片種子的即時吸水率均遠大于去稃片種子。究其原因，是由于納羅克非洲狗尾草種子具有能充分吸水、半張開、比重較大的附屬物——稃片所致（圖2）；此外，無論是否去除稃片，只要擦破種皮，種子的吸水速度明顯加快，說明擦破種皮可改善種子的透水性。這一點可由其致密而堅硬的種殼結構加以佐證（圖2、3）。

圖1 納羅克非洲狗尾草種子吸水率Fig.1 The change of water absorption on＇Narok＇seeds

圖2 納羅克非洲狗尾草種子電鏡掃描圖Fig.2 ‘Narok’seed SEM image

圖3 納羅克非洲狗尾草種子體視顯微圖Fig.3 ‘Narok’seed stereo microscope image

2.2 納羅克非洲狗尾草種子的透氣性

浸種時間為0h（即干種子）時，CK與擦破種皮種子的呼吸強度分別為 0.044 3μmol／（g·min）和0.227 4μmol／（g·min），后者是前者的5.1倍，擦破種皮可顯著提高種子透氣性（P＜0.01）。從種子浸泡、吸水膨脹過程來看，浸泡初期（0～6h），擦破種皮種子的呼吸強度顯著高于完整種子（P＜0.01），之后，二者的呼吸強度具有一致的變化趨勢，即隨著浸種時間的延長，呼吸強度逐步提高，至36h后逐漸開始下降，接近60h達到同一呼吸水平（圖4）。呼吸強度的下降與此時體內積累的CO2濃度有關。整個吸脹過程，擦破種皮種子的呼吸強度均高于完整種子，說明擦破種皮可增強種子透性，從而促進種子呼吸。浸種36h，完整種子和擦破種皮種子的呼吸強度達到最高值，分別為0.416 7μmol／（g·min）和0.402 1μmol／（g·min），是浸種前的1.83倍和9.07倍。浸種，尤其是擦破種皮后再浸種，對促進種子呼吸的效果十分顯著（P＜0.01）。

圖4 不同浸種時間納羅克非洲狗尾草種子的呼吸強度Fig.4 The Change of respiratory on Setaria sphacelata cv.‘Narok’seeds

2.3 納羅克非洲狗尾草離體種胚的萌發性

2.3.1 離體種胚發芽勢和發芽率 納羅克非洲狗尾草離體種胚與完整種子（CK）的發芽勢和發芽率均隨著貯藏時間的延長而逐步遞增，最后穩定在一定水平上（圖5，6）。離體種胚和完整種子均存在休眠現象。

種子收獲時（貯藏0d），離體種胚的發芽勢與完整種子無差異（P＞0.05），發芽率已有差異（P＜0.05）；貯藏30～150d，其發芽勢較完整種子有顯著差異；貯藏0～180d，其發芽率均高于完整種子。種殼限制了種子的萌發。

從貯藏時間對材料本身的影響來看，貯藏30d后，離體種胚的發芽勢為40%，發芽率為49%，與種子收獲時差異極顯著（P＜0.01），休眠的種胚已開始萌動，至120d前后發芽勢、發芽率分別穩定在60%和70%，分別是種子收獲時的2.8倍和1.7倍，種胚休眠已基本解除。貯藏60d后，對照——完整種子的發芽勢、發芽率分別達到36%和44%，較種子收獲時均有顯著提高（P＜0.01），同時隨貯藏時間的延長種殼對種胚的束縛已逐漸削弱，至210d前后已完全失去其負面影響，發芽勢、發芽率分別穩定在67%和74%，分別是種子收獲時的3.0倍和2.8倍。

2.3.2 離體種胚的發芽指數和活力指數 隨貯藏時間的延長，離體種胚及完整種子（CK）的發芽指數和活力指數均呈現逐漸增加的趨勢（表1）。離體種胚貯藏至60d，發芽指數、活力指數遞增變緩，指標值較前期有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），此時種胚休眠多已釋放；貯藏至150d活力指數、貯藏至180d發芽指數分別達到最大值（P＜0.05），說明種胚休眠已完全解除。完整種子貯藏180d，活力指數遞增變緩，貯藏至210d，發芽指數遞增減緩，兩指標較前期均有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），此時種子的綜合休眠已基本解除。

種子收獲時（貯藏0d），離體種胚的發芽指數、活力指數較完整種子（CK）均無差異（P＞0.05）。此時，影響種子萌發的主要原因并非種殼的束縛，而是種胚的不成熟。貯藏30～180d，離體種胚的發芽指數、貯藏30～150d離體種胚的活力指數均顯著大于完整種子（P＜0.05），之后無差異（P＞0.05）。說明此段時間，種殼對種子萌發也同樣具有顯著的抑制作用。之后的各個貯藏時期，離體種胚的發芽指數和活力指數較完整種子均無顯著差異（P＞0.05），并穩定在一定水平上（表1）。

圖5 納羅克非洲狗尾草離體種胚的發芽勢Fig.5 The germination potential of embryo in vitro of‘Narok’seeds

圖6 納羅克非洲狗尾草離體胚的發芽率Fig.6 The germination rat of embryo in vitro of‘Narok’seeds

表1 不同貯藏時間納羅克非洲狗尾草離體種胚的發芽指數與活力指數Table1 The change of different storage time for embryo of‘Narok’seeds on germination index and vigor index

綜上所述，納羅克非洲狗尾草種子的休眠屬于綜合休眠，除種殼阻礙種子萌發外，種胚（含胚乳）也會引起種子休眠。在種子貯藏60d后，休眠的種胚多數已開始自然釋放休眠，至180d，種胚休眠已完全解除；在種子貯藏210d后，種殼基本失去對種子萌發的阻礙作用。因此，納羅克非洲狗尾草種子休眠期210d。

3 討論

（1）由于納羅克非洲狗尾草種子具有能充分吸水、半張開、比重較大的附屬物稃片，無論是否擦破種皮，帶稃片種子的吸水率較去稃片種子高24.5%；無論是否去除稃片，只要擦破種皮，均可改善種子透水性，種子吸水速度明顯加快，這些特性都與熱帶牧草木質化程度高有關，這與溫帶牧草［15］稍有不同。擦破種皮后，納羅克非洲狗尾草干種子的呼吸強度較擦破種皮前提高4.1倍；無論是否擦破種皮，浸種時間（36h）均能顯著提高種子的呼吸強度（P＜0.01）。說明種子稃片及致密的種皮阻礙了種子內外氣體交換，而吸水膨脹能夠改善種子內外氣體交換狀況。說明納羅克非洲狗尾草的種殼（含種皮）是引起種子休眠的一個重要原因。

（2）在種子收獲后不同的貯藏階段（0～240d），離體種胚和完整種子的發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數均隨貯藏時間的延長而逐步遞增，最后穩定在一定水平上。說明離體種胚和完整種子均存在休眠現象。種子發芽指數是對發芽率的細化和深化，它放大了種子活力特征，使優劣種子的差異加大［16］，評判結果更可靠。種子收獲時（貯藏0d），離體種胚的發芽指數、活力指數較完整種子（CK）均無差異（P＞0.05），說明此時影響種子萌發的主要原因除種殼障礙外，尚存在著種胚休眠。離體種胚貯藏至60d，發芽指數、活力指數遞增同時變緩，指標值較前期有顯著差異（P＜0.05），較后期差異不大（P＞0.05），說明此時種胚休眠多已開始釋放，這與曹幫華等［17］對銀杏種子、張恩和等［18］對野生羌活種子的研究結果一致；貯藏30～180d，離體種胚的發芽指數、貯藏30～150d離體種胚的活力指數均顯著大于完整種子（P＜0.05），之后無差異（P＞0.05）。說明此時種殼對種子萌發仍然存在顯著的抑制作用，這與馮毓琴等［19］對苜蓿、王永春等［20］對肥皂草的研究結果一致。之后的各個貯藏時期，離體種胚的發芽指數和活力指數較完整種子均無顯著差異（P＞0.05），并穩定在一定水平上，說明此時種子綜合休眠已基本解除。但種胚（帶胚乳）引起種子休眠的具體原因有待于進一步研究。

4 結論

（1）納羅克非洲狗尾草的種殼（含種皮）有阻礙種子吸收水分、進行氣體交換的負面作用，是引起種子休眠的重要原因之一，種胚（含胚乳）也具有休眠特性，其種子休眠屬于綜合休眠。

（2）在納羅克非洲狗尾草種子收獲后不同的貯藏階段（0～240d），離體種胚和完整種子的活力指標均隨貯藏時間的延長而逐步遞增，最后穩定在一定水平上。在種子貯藏后60d，種胚休眠多數已開始釋放；貯藏至180d，已釋放完畢。種殼在種子貯藏210d已基本失去對種子萌發的束縛作用，納羅克非洲狗尾草種子的休眠期至少為210d。

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