“種子萌發(fā)的溫周期現(xiàn)象”實驗條件的優(yōu)化

魏麗漫 管悅 左俊怡 余世金

(1.安慶師范大學 資源環(huán)境學院，安徽 安慶 246113；2.安徽農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036)

“種子萌發(fā)的溫周期現(xiàn)象”實驗條件的優(yōu)化

魏麗漫1管悅2左俊怡1余世金1

(1.安慶師范大學 資源環(huán)境學院，安徽 安慶 246113；2.安徽農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036)

為了探索“種子萌發(fā)的溫周期現(xiàn)象”實驗項目最優(yōu)的實驗材料和溫度條件，選擇水稻、辣椒、茄子和西芹等四種植物種子，參照各種子萌發(fā)的適宜溫度，以高溫與低溫相差5℃作為培養(yǎng)溫度，以高溫/低溫時間比12/12 h、14/10 h和16/8 h為變溫周期，以發(fā)芽指數(shù)(Gi)和發(fā)芽時間(t)來評價發(fā)芽結果。結果顯示：水稻、辣椒、茄子和西芹的溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)最好的溫度分別為30/25℃-16/8h、25/20℃-16/8h、25/20℃-12/12h和22/17℃-16/8h；變溫與恒溫發(fā)芽結果的差異顯著性依次為西芹、茄子、水稻、辣椒。從結果的顯著性和操作的可行性綜合考慮，實驗材料最優(yōu)的是水稻，其溫度條件最優(yōu)的是30/25℃-16/8h。

實驗教學；溫周期現(xiàn)象；實驗條件

生物長期生活在具有溫度交替變化的環(huán)境中，形成了對變溫環(huán)境的適應。植物在有晝夜溫度變化的環(huán)境中生長發(fā)育更好的現(xiàn)象稱為溫周期現(xiàn)象[1]。溫周期現(xiàn)象是生態(tài)學中重要的基本原理。為了加深對溫周期現(xiàn)象的理解，培養(yǎng)學生的動手能力與科技分析能力，將溫周期現(xiàn)象選編為實驗項目是非常合適的。雖然溫周期現(xiàn)象在植物不同的生長發(fā)育階段都有表現(xiàn)，但從實驗操作的可行性、指標的可觀測性等角度看，選擇種子萌發(fā)期間進行實驗要優(yōu)于其他生長階段。資料顯示，鴨茅(Dactylisglomerata)、草地早熟禾(Poppratensis)種子在萌發(fā)期間有溫周期現(xiàn)象[1]，辣椒(Capsicumannuum)、茄子(Solanummelongena)等農(nóng)作物種子萌發(fā)時在變溫條件下比恒溫條件下好[2]。但作為實驗項目，選擇哪一種植物種子作為實驗材料可以出現(xiàn)最明顯的實驗結果仍需要研究。另外，溫度值、變溫方式等將直接影響實驗結果，理想的溫度與變溫方式也需要通過試驗才能確定。本課題就“種子萌發(fā)的溫周期現(xiàn)象”實驗項目的實驗材料、培養(yǎng)溫度以及變溫方式進行優(yōu)化研究，以期找到具有理想實驗結果的實驗材料和實驗條件，使其能作為一個成熟的實驗項目，更好地為生態(tài)學教學服務。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

從資料記載的萌發(fā)期間具有溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)的種子中篩選出四種植物種子作為實驗材料，它們是水稻(Oryzasativa)種子(南梗9108)、辣椒(Capsicumannuum)種子(韓育特大牛角椒)、茄子(Solanummelongena)種子(紫紅長茄)、西芹(Apiumgraveolens)種子(美國西芹)。實驗中，水稻種子由江蘇省高科種業(yè)生產(chǎn)，茄子和辣椒種子由青縣純豐蔬菜良種繁育場生產(chǎn)，西芹種子由綠地種業(yè)生產(chǎn)。

四種植物種子萌發(fā)的最低、最適和最高溫度如表1所示[3-6]。

表1 四種植物種子萌發(fā)的最低、最適和最高溫度(℃)

1.2 溫度設定

用高溫、低溫恒溫和高-低變溫三種溫度，變溫采用高溫/低溫的時間比為12/12、14/10、16/8(h)三種變溫方式共五種溫度條件進行萌發(fā)實驗。參照植物種子萌發(fā)的適宜溫度，高溫與低溫相差5℃。實驗中四種種子的萌發(fā)溫度為：水稻30℃、25℃、30℃/25℃；辣椒25℃、20℃、25℃/20℃；茄子25℃、20℃、25℃/20℃；西芹22℃、17℃、22℃/17℃。

1.3 計數(shù)方法

以發(fā)芽率Gr達到80%時的發(fā)芽指數(shù)Gi和時間t為比較標準(其中，西芹種子本身的Gr只有60%左右，故以60%×80%=48%作為西芹種子萌發(fā)實驗結束的依據(jù))，比較不同溫度下實驗種子的發(fā)芽結果。

水稻種子30℃溫水浸種30 h，辣椒種子30℃溫水浸種24 h，茄子種子30℃溫水浸種24 h，西芹種子置于50℃溫水中，并沿同一方向攪動，當水溫降至室溫后停止，放置24 h。每個培養(yǎng)皿墊三層濾紙，分別隨機取種子1 000粒，加蓋，分別放置于對應的培養(yǎng)箱中。早9:00開始培養(yǎng)，變溫以高溫開始。以后每天在9:00計數(shù)，酌情加水。

種子的萌發(fā)以胚根的出現(xiàn)為標準，將已萌發(fā)的種子去除。當種子的Gr達到80%時停止計數(shù)。Gr和Gi分別按照①②式計算。

①

式中，Gr為發(fā)芽率；m為供試種子的發(fā)芽個數(shù)，M為供試種子數(shù)。

②

式中：Gi為發(fā)芽指數(shù)；Gt為時間t天時的當日發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽日數(shù)。Gi的理想值為50(100/2)，Gi越大，萌發(fā)速度越快。

2 結果與討論

水稻、辣椒、茄子和西芹種子在各種溫度下的萌發(fā)結果如表2所示。

表2中，水稻種子在30/25℃變溫條件下的12/12、14/10、16/8(h)三種變溫方式的Gi分別為469.3、499.0和589.5，發(fā)芽率Gr達到80%的時間t(以下簡稱發(fā)芽時間t)分別為3d、2d、2d，與發(fā)芽較好的 30℃恒溫下的比較，30/25℃-12/12的t都是3 d，Gi低于30℃的483.8，而30/25℃-14/10h和16/8h的t為2 d，Gi都高于30℃的，因此水稻種子在30/25℃-14/10h和16/8h時有溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)，以 30/25℃-16/8h為最好。

表2 不同培養(yǎng)條件下四種植物種子的萌發(fā)結果

注：Gi-發(fā)芽指數(shù)；t-達到80%發(fā)芽數(shù)時的發(fā)芽天數(shù)。

辣椒種子在20℃、25℃兩種恒溫下發(fā)芽最好的是25℃，Gi為 113.3，t為14 d，在25/20℃條件下12/12、14/10、16/8(h)三種變溫方式的Gi分別為114.1、113.8和116.9，t 為11 d，三種變溫下的Gi都略高于恒溫25℃下，時間t都少于3 d，表明辣椒種子在25/20℃條件下具有溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)。14/10h與16/8h兩種變溫條件下，t都是11 d，Gi后者比前者高3.1個百分點，顯然辣椒種子萌發(fā)溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)最好的條件為25/20℃-16/8h。

茄子種子在兩種恒溫下發(fā)芽最好的是25℃，Gi為97.8，在25/20℃條件下的12/12、14/10、16/8(h)三種變溫方式的Gi分別為133.6、125.8和120.9，三種變溫下的Gi都高于恒溫25℃下，發(fā)芽時間t都是10 d，表明茄子種子在25/20℃條件下具有明顯的溫周期現(xiàn)象。三種變溫下12/12的Gi最高，因此茄子種子在25/20℃-12/12h的條件下具有最明顯的溫周期現(xiàn)象。

西芹種子在兩種恒溫條件下發(fā)芽較好的是22℃，Gi為38.1，而在22/17℃條件下的12/12、14/10、16/8(h)三種變溫方式的Gi分別為43.6、47.0、56.9，三種變溫下的Gi高于恒溫22℃下，表明西芹種子在22/17℃條件下具有明顯的溫周期現(xiàn)象。三種變溫下16/8h的Gi最高，t為最小，因此西芹種子萌發(fā)最佳的溫周期現(xiàn)象實驗條件是17/22℃-16/8h。

為了進一步篩選最優(yōu)的溫周期現(xiàn)象實驗材料，將四種種子最優(yōu)變溫條件下的Gi與恒溫下發(fā)芽情況最好的一組進行比較，通過公式③計算出dGi，即為變溫與恒溫Gi差異的顯著性，結果如圖1所示。

③

圖1 四種植物種子的溫周期現(xiàn)象差異的顯著性比較

圖1中，四種植物種子以Gi計算出的差異顯著性dGi，依次是西芹49.3%、茄子36.6%、水稻21.8%、辣椒3.2%。從dGi看溫周期現(xiàn)象表現(xiàn)最明顯的是西芹，其次是茄子。

作為學生實驗，除了要有明顯的實驗結果外，還要特別考慮可行性。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，西芹種子培養(yǎng)時間長達20 d，且體積很小，發(fā)芽后觀察比較困難，在計數(shù)時容易產(chǎn)生誤差，所以西芹種子用做學生實驗有明顯的缺陷。茄子與水稻比較，實驗結果茄子明顯優(yōu)于水稻，但培養(yǎng)時間茄子為13 d，水稻僅為3 d，綜合實驗結果和可操作性，選擇水稻作為實驗材料比較適宜。

3 結論

(1)四種植物種子萌發(fā)最優(yōu)溫周期現(xiàn)象的實驗條件是：水稻30/25℃-16/8h、辣椒25/20℃-14/10h、茄子25/20℃-12/12h、西芹22/17℃-16/8h。

(2)從溫周期現(xiàn)象的顯著性看，四種植物種子中，西芹第一，其后依次是茄子、水稻、辣椒。

(3)從實驗結果和操作性綜合考慮，水稻是較為合適的實驗材料，其培養(yǎng)條件為30/25℃-16/8h。

[1]李博，林鵬，楊持.生態(tài)學[M].北京：高等教育出版社，2000：30-31.

[2]畢辛華，戴心維.種子學[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1993：60-75.

[3]白嵩，紀秀娥，史留功，等.模擬晝夜變溫對水稻種子萌發(fā)與種苗初期生長的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報，2007，30(1)：5-7.

[4]詹永發(fā)，田應書，楊紅，等.溫度對辣椒種子發(fā)芽的影響[J].農(nóng)技服務， 2012， 29(8)：949-951.

[5]陳繼兵.不同處理條件對休眠茄子種子發(fā)芽的影響[J].福建農(nóng)業(yè)科技， 2006(6)：12-13.

[6]陳遵銀.西芹種植技術[J].福建農(nóng)業(yè)，2010(7)：20-21.

責任編輯：富春凱

OptimizationoftheExperimentalConditionsfortheExperimentofThermoperiodisminGerminationStage

WEI Li-man1, GUAN Yue2, ZUO Jun-yi1, YU Shi-jin1

(1.Anqing Normal University, Anqing 246113, China; 2. Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

To find out the optimum experimental material and temperature condition for the experiment of thermoperiodismin germination stage, four kinds of seeds having thermoperodism, which are rice, pepper, eggplant and celery. Based on the suitable germination temperature of these seeds, two kinds of cultivation temperature were set, which was difference of 5 ℃ between high temperature and low temperature. There were two constant temperature and three alternating temperature in each set. The time of high temperature/low temperature in alternating temperature were 12/12, 14/10 and 16/8 (h), respectively. The results were evaluated by the germination index (Gi) and the germinating time (t).

The results showed that the optimal temperature condition for thermoperiodism of each seeds as follows: rice seed was 30/25 ℃ with alternating temperature of 16/8 (h), pepper seed 25/20 ℃ with 16/8 (h), eggplant seed 20/25 ℃ with 12/12 (h), and celery seed 22/17 ℃ with 16/8 (h). From the significance of thermoperiodism between heterotherm and constant temperature, celery seed was the best, followed by eggplant, pepper and rice. Considering the obviousness of experimental result and the feasibility of operation, the better experimental material is rice seed, and the optimum temperature conditions is 30/25 ℃ with alternating temperature of 16/8 (h) for the experiment of thermoperiodism in germination stage.

Experimental teaching; Thermoperiodism; Experimental condition.

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.06.008

G642.3

A

1674-6341(2017)06-0021-03

2017-06-27

魏麗漫(1997—)，女，安徽淮北人，在讀本科學生。