酸和赤霉素處理對3種薹草種子萌發特征的影響

袁繼紅，王銀柳，林友興，盛連喜，王　平

(1.東北師范大學環境學院，國家環境保護濕地生態與植被恢復重點實驗室，吉林 長春 130117；2.中國科學院熱帶森林生態學重點實驗室(西雙版納熱帶植物園)，云南 勐侖 666303)

酸和赤霉素處理對3種薹草種子萌發特征的影響

袁繼紅1，王銀柳1，林友興2，盛連喜1，王平1

(1.東北師范大學環境學院，國家環境保護濕地生態與植被恢復重點實驗室，吉林 長春 130117；2.中國科學院熱帶森林生態學重點實驗室(西雙版納熱帶植物園)，云南 勐侖 666303)

[摘要]為探討酸和赤霉素對打破種子休眠、提高種子萌發率的作用，確定薹草的最適萌發條件，以小星穗薹草(Carex angustior)、單穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)為對象，研究了酸和赤霉素處理對種子萌發的影響.結果表明：酸和赤霉素處理及其交互作用可顯著影響3種薹草種子的萌發特征，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發的影響大于濃度的影響.小星穗薹草種子、單穗薹草種子和沼薹草種子的最適萌發條件分別是酸浸泡3 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d、酸浸泡25 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d和酸浸泡20 min 后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d.

[關鍵詞]酸處理；赤霉素處理；種子萌發

莎草科薹草屬植物種類繁多，主要分布在溫帶[1].北方泥炭沼澤薹草屬植物，因環境的特異性，其植物群落的維持主要以無性繁殖為主，種子休眠現象十分明顯[2].隨著全球氣候變化以及人類對泥炭沼澤的開發利用，使原有的泥炭沼澤群落出現了不同程度的退化，薹草屬植物的無性繁殖能力因此受到較大影響[3]，并最終影響其群落結構和功能.因此，如何應用種子快速恢復種群是近年來退化濕地群落修復和重建的熱點[4].然而由于薹草屬種子存在很強的休眠特征，萌發率極低，使該屬植物的進一步開發利用受到限制[5-6].因此，研究探索打破薹草種子休眠、提高其萌發率對退化濕地群落恢復重建的生產實踐和基礎理論研究都具有重要意義.為此，本文以長白山區泥炭沼澤群落常見的3種薹草：小星穗薹草(Carex angustior)、單穗薹草(C.capillacea)和沼薹草(C.limosa)為研究對象，探討了酸和赤霉素處理對薹草種子萌發特征的影響.

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于吉林省通化市輝南縣金川鎮的金川泥炭沼澤(42°20′56.7″N，126°22′12.6″E)，該區域位于吉林省長白山北麓龍崗山脈中段，屬溫帶大陸性季風氣候，海拔613～619 m，年均溫3.3℃，年降水量853 mm.小星穗薹草在該區域中分布零散，分布面積較大，主要位于塔頭上；單穗薹草和沼薹草主要呈斑塊狀分布，分布的區域一般較濕.本研究中的3種供試薹草種子于2014年6—8月采集于該研究區，所有實驗種子經清選、去除雜質和空癟粒后裝入布袋置于室內風干備用.

1.2研究方法

1.2.1濃硫酸浸泡處理

利用98%硫酸浸泡種子是為了軟化種皮，從而打破種子休眠[7].由于不同薹草種子種皮的堅硬程度不一，因此在正式進行實驗之前，首先確定不同薹草適用的濃硫酸浸泡時間.用98%硫酸浸泡3種薹草種子，每隔0.5 min撈出部分種子用清水洗凈，放入裝有無菌水的小燒杯中，觀察種子是否存在下沉現象.以開始出現下沉時的硫酸浸泡時間作為浸泡的最短時間，以大部分種子出現下沉時的浸泡時間作為硫酸浸泡的最長時間，在最短和最長時間之間取一個中間值.通過上述方法，我們分別確定了3種薹草種子硫酸浸泡的時間處理分別為：小星穗薹草(0，1，3，5 min)；單穗薹草(0，10，25，40 min)；沼薹草(0，20，30，40 min).

1.2.2赤霉素處理

將經過不同浸泡處理的種子用200，400 mg/L的赤霉素分別浸泡1 d和3 d，以無赤霉素浸泡作為對照，設計5種赤霉素處理：0(無赤霉素浸泡)；1(200 mg/L赤霉素浸泡1 d)；2(200 mg/L赤霉素浸泡3 d)；3(400 mg/L赤霉素浸泡1 d)；4(400 mg/L赤霉素浸泡3 d).

1.2.3發芽實驗

參照楊光(2009)[8]的方法進行種子萌發實驗.將所有處理種子在萌發前用0.1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒10 min，然后用無菌水反復沖洗.將清洗干凈的種子均勻放置于鋪有兩層濾紙的培養皿中，每種處理3次重復，每次50粒種子[9].將培養皿放入GXZ植物光照生長箱中，萌發條件設置為光照12 h/12 h，溫度25℃/15℃.每天19：00記錄種子萌發情況，并用無菌水濕潤濾紙及時清理發霉和已經萌發的種子.種子突破種皮記為萌發，實驗持續60 d沒有萌發或萌發后持續20 d無種子萌發視為種子萌發實驗結束[10].

1.3數據處理和統計分析

依據下列公式計算種子萌發指標：

累計萌發率(G)：萌發結束后萌發種子數占種子總數的百分比[11].

起始萌發時間(t0)：從播種到第1粒種子萌發所需的天數[11].

萌發持續時間(td)：從開始萌發到萌發結束所需的天數[12].

萌發速度(S)[13]：

S =[N1+(N2-N1)/2+(N3-N2)/3+…+(Nn-Nn-1)/n]，

式中Nn表示第n天萌發種子的數量.

萌發齊性(T10～90，germination uniformity)：達到10%累計萌發率與達到90%累計萌發率之間所需的天數[14]，天數越小萌發越齊.

采用SPSS17.0軟件統計分析數據，Excel 2010軟件制圖.采用平方根、反正弦或倒數轉換數據以使數據滿足方差分析對正態分布和方差齊性的要求.以多因素方差分析法(univariate)比較酸和赤霉素處理對種子萌發特征的影響.若赤霉素處理對種子萌發特征具有顯著影響，則在每個酸處理下分析赤霉素質量濃度(200 mg/L和400 mg/L)和浸泡時間(1 d和3 d)對種子萌發特征的影響.

2結果分析

2.1累計萌發率

多因素方差分析的結果表明，僅酸處理對小星穗薹草種子的萌發率存在顯著影響；而酸和赤霉素處理及兩者的交互作用對單穗薹草和沼薹草均存在顯著影響(見表1).

不同處理下小星穗薹草的累計萌發率維持在30%～94%.未處理種子的萌發率為62.67%±8.67%，最高萌發率出現在酸浸泡3 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d的處理中.酸浸泡3 min后顯著提高種子萌發率，但浸泡5 min后種子萌發率顯著低于對照(見圖1A).

不同處理下單穗薹草的萌發率維持在4%～68%.未處理種子的萌發率為17.33%±3.53%，萌發率在酸浸泡25 min后200 mg/L赤霉素浸泡1 d時最高.三種酸浸泡處理均顯著提高了種子萌發率，大部分的赤霉素處理也顯著提高了種子萌發率(見圖1B).

沼薹草的萌發率很低，僅0%～20%.酸浸泡20 min后400 mg/L赤霉素浸泡1 d時該物種的種子萌發率最高.未進行酸浸泡處理的種子均不萌發，即累計萌發率為0(圖1C未列出數據值).赤霉素浸泡處理顯著提高了種子萌發率，且在不同酸處理條件下各個赤霉素處理水平的作用效果不同(見圖1C).雖然酸浸泡處理和赤霉素處理顯著提高了沼薹草的種子萌發率，但因萌發率仍然較低，因此不對該物種的其他萌發指標進行計算分析.

表1　不同處理對3種薹草萌發特征指標的影響的方差分析表

注：**表示P<0.01，*表示P<0.05.

圖中橫線為對照種子的平均萌發率.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.2萌發時間

酸處理和赤霉素處理均顯著縮短了小星穗薹草和單穗薹草的初始萌發時間，促進了種子快速萌發，且對單穗薹草的促進作用更大(見表1及圖2A，B).

酸和赤霉素處理顯著縮短了小星穗薹草的萌發持續時間，并且酸處理的影響遠高于赤霉素的影響，兩者存在顯著的交互作用(見表1及圖2C).無論是酸處理還是赤霉素處理對單穗薹草的萌發持續時間均無影響(見表1及圖2D).

2.3萌發速度

酸和赤霉素處理以及二者的交互作用顯著影響小星穗薹草的萌發速度；酸和赤霉素處理可顯著影響單穗薹草的萌發速度，但其交互作用影響不顯著(見表1).與未處理種子相比，小星穗薹草種子僅在400 mg/L赤霉素中浸泡1 d，或僅用濃硫酸浸泡1～3 min即可顯著提高萌發速度(見圖3A).對于單穗薹草，酸處理后用200 mg/L或400 mg/L的赤霉素浸泡1 d后即可顯著提高其萌發速率(見圖3B).

圖中橫線為對照種子的平均值.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

圖中橫線為對照種子的平均萌發速度.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.4萌發齊性

酸處理對小星穗薹草和單穗薹草的萌發齊性具有顯著影響，赤霉素作用效果不明顯(見表1).與未處理種子相比，濃硫酸處理1或3 min均顯著縮短了大部分種子的萌發時間，提高了其萌發齊性(見圖4A).酸浸泡和赤霉素浸泡處理對單穗薹草的萌發齊性的影響不大(見圖4B).

圖中橫線為對照種子的平均值.*與對照存在顯著差異，**與對照存在極顯著差異

2.5赤霉素濃度和浸泡時間對種子萌發特征的影響

上述結果表明，赤霉素處理對種子萌發的某些特征具有顯著影響；但赤霉素濃度和浸泡時間對種子萌發的影響作用有差異(見表2).赤霉素濃度對3種薹草種子萌發特征的影響不大，但赤霉素浸泡時間對3種薹草種子萌發特征具有較大影響.

表2　赤霉素濃度和浸泡時間處理對3種薹草萌發特征指標的影響的方差分析表

3討論

3.1酸處理對種子萌發特征的影響

本文的研究結果表明，酸處理顯著提高了3種薹草的種子萌發率，這與王芳等人(2013)[15]的研究結果一致，強酸具有去除抑制物、軟化種皮等作用，顯著提高了薹草種子的萌發率.酸處理不僅顯著提高薹草種子的萌發率，還促使種子發芽迅速且整齊，[7]表現為酸處理種子的起始萌發時間提前、萌發持續時間顯著縮短，萌發速度顯著上升.

小星穗薹草未處理種子的萌發率較高，表明該物種種子的休眠較弱，酸浸泡處理仍可顯著提高其種子萌發率；但酸浸泡的時間不可過長，否則會降低種子萌發率[16].小星穗薹草經過酸浸泡處理之后其萌發起始時間提前、萌發持續時間縮短、萌發速度提高且萌發更均勻.

單穗薹草未處理種子的萌發率較低，沼薹草未處理種子則不萌發，酸處理顯著提高了這2種薹草的種子萌發率.單穗薹草在對照條件下的萌發率較低，其種子休眠程度較高，酸處理對種子萌發的其他特征指標的影響較小，僅顯著縮短了單穗薹草的萌發起始時間，在一定程度上提高了種子的萌發速度.

3.2赤霉素處理對種子萌發特征的影響

赤霉素處理對小星穗薹草的種子萌發率無顯著影響，這與張瑞菊等人(2010)[17]的研究結果一致，但對小星穗薹草種子萌發的其他特征具有顯著差異.在不同的酸處理條件下，赤霉素處理的影響作用不同，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發的影響大于濃度的影響(見表2).赤霉素處理對單穗薹草和沼薹草的累計萌發率都具有顯著影響，[18]依然是赤霉素浸泡時間的影響大于其濃度影響.赤霉素對單穗薹草萌發特征的影響與小星穗薹草類似.

3.3酸和赤霉素處理交互作用對種子萌發的影響

酸和赤霉素的交互處理對小星穗薹草的萌發起始時間、萌發持續時間和萌發速度以及單穗薹草和沼薹草的累計萌發率具有顯著影響，而對單穗薹草的其他萌發特征無顯著影響.經過酸浸泡之后再進行赤霉素浸泡，可以使赤霉素更加容易進入種子內部，打破種子的休眠，可以解除種子的淺度休眠，[15]這與本研究的結果一致.

4結論

(1)酸浸泡處理和赤霉素處理以及它們的交互作用顯著影響3種薹草種子的萌發特征，并且赤霉素浸泡時間對種子萌發的影響大于濃度的影響.

(2)小星穗薹草種子的最適萌發條件是酸浸泡3 min后用200 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌發率由62.67%±8.67%提高到88.67%±2.91%.單穗薹草種子的最適萌發條件是酸浸泡25 min后用200 mg/L 的赤霉素浸泡1 d，萌發率由17.33%±3.53%提高到62.67%±3.53%.沼薹草種子的最適萌發條件是酸浸泡20 min后用400 mg/L的赤霉素浸泡1 d，萌發率由0提高到16.67%±2.40%.

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(責任編輯：方林)

The effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on the seed germination of three Carex species

YUAN Ji-hong1，WANG Yin-liu1，LIN You-xing2，SHENG Lian-xi1，WANG Ping1

(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration，School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China； 2.Key Laboratory of Tropical Forest Ecology，Xishuangbanna Tropical Botanical Garden，Chinese Academy of Sciences，Menglun 666303，China)

Abstract:To explore the effect of sulfuric acid and gibberellin on breaking seed dormancy and seed germination，and to find the optimum treatment for seed germination of Carex species，the effects of sulfuric acid and gibberellin treatments on seed germination of Carex angustior，C.capillacea and C.limosa were investigated.The results showed：sulfuric acid treatment，gibberellin treatment and their interaction had significant impacts on the seed germination characteristics of the three Carex species.Furthermore，the effect of gibberellin soaking time was more important than the gibberellin concentration on seed germination.The optimum treatments for C.angustior was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 3 min，for C.capillacea was soaking in 200 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 25 min，and for C.limosa was soaking in 400 mg/L gibberellin for 1 d after soaking in sulfuric acid for 20 min.

Keywords:sulfuric acid soaking； gibberellin soaking； seed germination

[文章編號]1000-1832(2016)02-0112-06

[收稿日期]2015-05-31

[基金項目]國家自然科學基金資助項目(31470018)；吉林省科技發展計劃項目(20130101101JC).

[作者簡介]袁繼紅(1991—)，女，碩士研究生；通訊作者：王平(1972—)，女，博士，副教授，主要從事濕地植物功能生態學研究.

[中圖分類號]Q 945.35[學科代碼]180·5140

[文獻標志碼]A

[DOI]10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.02.024