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张义, 毛培胜, 苏红田, 高秋, 王梅娟, 李曼莉. 南方9种野生禾草种子发芽条件筛选与标准化. 草业科学, 2015,32(11):1854-1861
ZHANG Yi, MAO Pei-sheng, SU Hong-tian, GAO Qiu, WANG Mei-juan, LI Man-li. Screening and standardization of seed germination conditions of 9 wild grass species in southern China. Pratacultural Science,2015,32(11): 1854-1861  
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《草业科学》编辑部
南方9种野生禾草种子发芽条件筛选与标准化
张义1,2, 毛培胜2, 苏红田1, 高秋1, 王梅娟1, 李曼莉2
1.农业部全国畜牧总站,北京 100193
2.中国农业大学草业科学系,北京 100193
通讯作者:毛培胜(1970-),男,内蒙古东乌旗人,教授,博士,研究方向为种子生理。E-mail:maops@cau.edu.cn

第一作者:张义(1981-),女,北京人,硕士,研究方向为牧草种子生理与良种扩繁。E-mail:enen1105@sina.com

收稿日期: 2015-05-05
基金: 国家“十二五”科技支撑计划课题(2011BAD17B01-02); 中央高校基本科研业务费专项资金(2014JD026); 北京市科技计划课题(D131100000413002)
摘要

试验以国内收集的荩草( Arthraxon hispidus)、短柄草( Brachypodium sylvaticum)、细柄草( Capillipedium parviflorum)、牛筋草( Eleusine indica)、知风草( Eragrostis ferruginea)、千金子( Leptochloa chinensis)、棒头草( Polypogon fugax)、鼠尾粟( Sporobolus indicus var. purpurea-suffusus)、三毛草( Trisetum bifidum)野生禾本科牧草种子为研究对象,通过对不同培养温度、光照、预处理和计数时间等条件的比较筛选,确定供试种子的适宜发芽条件和种子预处理条件,以期为种子发芽测定的标准化提供参考和依据。根据发芽试验结果,筛选出了荩草、牛筋草、知风草、千金子、棒头草、鼠尾粟植物种子的最适发芽条件;基于发芽进程,确定了初次和末次计数时间;为荩草等种子推荐了解除休眠的预处理方法。另外,细柄草、三毛草种子发芽期间新鲜未发芽种子数较多,需要进一步研究破除其休眠的适宜方法。

关键词: 种子; 野生禾草; 发芽条件; 标准化
中图分类号:S543+.9 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2015)11-1854-08 doi: 10.11829\j.issn.1001-0629.2015-0088
Screening and standardization of seed germination conditions of 9 wild grass species in southern China
ZHANG Yi1,2, MAO Pei-sheng2, SU Hong-tian1, GAO Qiu1, WANG Mei-juan1, LI Man-li2
1.National Animal Husbandry & Veterinary Service of the Ministry of Agriculture (MOA), Beijing 100193, China
2.China Agricultural University, Beijing 100093, China
Corresponding author: MAO Pei-sheng E-mail:maops@cau.edu.cn
Abstract

In order to provide references for the standardization of seed germination test, nine domestic wild grass species including Arthraxon hispidus, Brachypodium sylvaticum, Capillipedium parviflorum, Eleusine indica, Eragrostis ferruginea, Leptochloa chinensis, Polypogon fugax, Sporobolus indicus var. purpurea-suffusus, Trisetum bifidum were selected to determine the optimal germination and pretreatment conditions by comprising and screening different temperature, illumination, pretreatment and counting time. The optimum germination conditions of A. hispidus and other 7 species seeds were screened according to germination testing, and the first and last counting time were determined based on the germination process. The pretreatment methods of dormancy breaking for A. hispidus and other seeds were recommended. Furthermore, it’s necessary to work out the effective methods for seed dormancy breaking of C. parviflorum and T. bifidum asthere was many fresh and ungerminated seeds during germination experiment.

Keyword: seed; wild grass; germination condition; standardization

牧草种子检验工作在畜牧业发达国家普遍得到重视, 并且实现了牧草种子质量检验的标准化。我国牧草种子检验工作起步较晚, 1982年制定了《牧草种子检验规程GB/T2930-1982》[1], 结合多年的实践与应用, 一直进行不断的修改和完善, 国际种子检验规程每年也在不断地完善和修订, 以修订不适用的方法, 同时增加一些新的种子检验标准方法[2]。尽管我国于2001年颁布了新的《牧草种子检验规程GB/T2930-2001》[3], 但随着草业的发展, 标准中所涉及的牧草种类已经无法满足生产和科研的需要, 尤其是在我国野生牧草种质资源的开发利用过程中, 相关种子检验标准的缺乏限制了种质资源的推广利用。

国内关于牧草种子发芽标准方法的研究较多, 如赖草(Leymus secalinus)[4]、羊草(Leymus chinensis)[5]、碱茅(Puccinellia distans)[6]、白颖苔草(Carex rigescens)[7]、鹅观草(Roegneria kamoji)[8]等。国外对于种子发芽检测方面也做了许多研究, 其中Mclntyre等[9]研究了硝酸盐、水、擦破种皮预处理相互作用对打破野燕麦(Avena fatua)休眠的影响, 表明KNO3和擦破种皮均能提高种子的发芽率; Shafiq和In-Hwan[10]在2001年对栾树(Koelreuteria paniculata)种子进行了浸种及预冷处理, 有效地提高了种子的发芽率; Milberg[11]研究发现钝叶酸模(Rumex obtusifolius)和夜花蝇子草(Silene noctiflora)在光照暗的情况下发芽速度变慢, 簇生卷耳(Cerastium caespitosum)则无明显差异; Wagner等[12]研究显示, 预冷、赤霉素(GA3)等预处理方法可以提高发芽率, 从而改善播种用于恢复半天然草原。我国草地植物资源丰富, 种类繁多, 是牧草育种和种质资源利用的重要基础。但荩草(Arthraxon hispidus)、短柄草(Brachypodium sylvaticum)、细柄草(Capillipedium parviflorum)、牛筋草(Eleusine indica)、知风草(Eragrostis ferruginea)、千金子(Leptochloa chinensis)、棒头草(Polypogon fugax)、鼠尾粟(Sporobolus indicus var. purpurea-suffusus)、三毛草(Trisetum bifidum)等野生植物种子的发芽和贮藏特性研究较少。为此, 本研究以以上9种野生植物种子为试验材料, 研究探索不同禾草种子发芽适宜的温度和预处理条件, 筛选确定禾草种子发芽的适宜条件和标准化技术, 以期为种子质量评价和发芽的标准化提供参考和依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料

荩草、短柄草、细柄草、牛筋草、知风草、千金子、棒头草、鼠尾粟、三毛草种子样品均来源于全国畜牧总站国家草种质资源库中期库。

1.2 试验方法

1.2.1 发芽条件筛选 选取均匀、饱满一致的种子, 采用纸上发芽方法, 在培养箱中进行发芽测定。设置10个温度处理, 分别为恒温20、25、30、35 ℃, 变温15< => 25 ℃、15< => 30 ℃、15< => 35 ℃、20< => 30 ℃、20< => 35 ℃、25< => 35 ℃。每个处理4次重复, 每个重复100粒种子。每天高温条件下光照8 h, 低温条件下黑暗16 h。在发芽期间每日对发芽的种子进行观察, 记录发芽数量。待发芽试验结束后, 观察记录正常种苗、不正常种苗、新鲜未发芽、死种子的数量。并参照《牧草种子检验规程(GB/T2930-2001)》[3]计算种子发芽率, 根据种子在最适发芽条件下的发芽时间确定计数时间, 以种子发芽率超过50%的天数为初次计数时间, 以种子达到最大发芽率的天数为末次计数时间。

发芽率=(发芽终期全部正常种苗数/供试种子数)× 100%。

1.2.2 种子预处理 采用预冷和硝酸钾溶液处理, 以最适条件下种子发芽结果作为对照。

预冷处理:在6~7 ℃条件下处理7 d后, 再转移至植物光照培养箱中培养发芽。

KNO3溶液处理:使用0.2%的KNO3溶液取代水直到发芽试验结束。

1.3 数据处理与分析

试验数据采用SPSS 11.0软件对发芽率进行差异显著性统计分析, EXCEL软件作图。

2 结果与分析
2.1 不同温度处理对种子发芽的影响

发芽测定结果显示(表1), 荩草种子的适宜发芽温度为25 ℃、15< => 25 ℃、15< => 30 ℃; 短柄草种子最适温度为20、25 ℃; 棒头草种子最适发芽温度为25 ℃、15< => 30 ℃、20< => 35 ℃; 鼠尾粟种子的适宜发芽温度为25 ℃、20< => 30 ℃。

表1 不同温度处理对9种野生禾草种子发芽的影响 Table 1 Effects of different temperature treatments on seed germination percentage of 9 wild grass species

细柄草种子在不同温度条件下的发芽测定结果显示(表1), 在恒温处理时, 发芽率随温度的升高先增加而后降低, 死种子数也是同样, 新鲜未发芽种子数则反之; 在20< => 35 ℃变温处理时的发芽率最高达8%, 为最适温度, 因此, 在此温度下对细柄草种子进行预处理。由于细柄草种子15< => 35 ℃变温处理的新鲜种子较多, 且死种子少, 也进行预处理。

牛筋草种子在不同温度条件下的发芽测定结果显示(表1), 在恒温处理时, 发芽率随温度的升高而升高, 新鲜未发芽种子数则降低; 变温处理时在温度为15 ℃时, 发芽率随温度的升高则先降低而后升高, 新鲜未发芽种子数则反之; 在20< => 35 ℃变温处理下发芽率达到最高82%, 新鲜未发芽数也最少, 为最适温度。因此, 在此温度下对牛筋草种子进行预处理。

知风草种子在不同温度条件下的发芽测定结果显示(表1), 在恒温处理时, 发芽率随温度的升高而升高, 新鲜未发芽种子数则降低; 在35 ℃和15< => 30 ℃处理时发芽率分别为80%和81%, 发芽率与其他各温度处理差异显著(P< 0.05), 但由于在15< => 30 ℃变温处理下新鲜未发芽种子较少, 发芽率较高。因此, 15< => 30 ℃为最适温度, 在此温度下对知风草种子进行预处理。

千金子种子在不同温度条件下的发芽测定结果显示(表1), 在恒温处理时, 发芽率随温度的升高先升高而后降低, 新鲜未发芽种子数则先降低后升高; 在15< => 35 ℃变温处理时的发芽率达到89%, 为最适温度, 并且在15< => 35 ℃变温处理下还有新鲜未发芽种子8%。因此, 在此温度下对千金子种子进行预处理。

三毛草种子在不同发芽温度条件下的测定结果显示(表1), 在恒温处理时, 发芽率随温度的升高而降低; 在20 ℃恒温处理时的发芽率达到25%, 与其他各温度处理差异显著(P< 0.05), 为最适温度。因此, 在此温度下对三毛草种进行预处理。

荩草、短柄草、棒头草、鼠尾粟4种牧草在最适发芽条件下新鲜未发芽种子数最低, 无需进行发芽预处理。其他5种牧草由于新鲜未发芽种子数、不正常种苗数较多, 需要进行发芽预处理。

2.2 不同预处理条件对种子发芽的影响

牛筋草种子在20< => 35 ℃变温的条件下, 预处理发芽结果显示(表2), 采用0.2% KNO3处理发芽率达到87%, 显著高于预冷处理种子发芽率(P< 0.05)。预冷处理方法对发芽率没有显著提高(P> 0.05)。牛筋草种子的最适发芽条件为0.2% KNO3预处理、温度20< => 35 ℃。

表2 不同预处理条件对5种野生禾草种子发芽率的影响 Table 2 Effects of different pretreatments on seed germination percentage of 5 wild grass species

知风草种子在15< => 30 ℃变温的条件下, 预处理发芽结果显示(表2), 采用0.2% KNO3处理、预冷处理显著高于对照组(表1中最高发芽率处理组)的发芽率(P< 0.05), 发芽率分别达到93%和89%。由于预冷处理后死种子数远高于0.2% KNO3处理, 知风草种子最适发芽条件为0.2% KNO3预处理、温度15< => 30 ℃。

千金子种子在15< => 35 ℃变温的条件下, 预处理发芽结果显示(表2), 采用0.2% KNO3处理、预冷处理显著高于对照组(表1中最高发芽率处理组)发芽率(P< 0.05), 发芽率分别达到96%和95%。但由于预冷处理中死种子数高于0.2% KNO3处理, 千金子种子最适发芽条件为0.2% KNO3预处理、温度15< => 35 ℃。

细柄草种子在20< => 35 ℃和15< => 35 ℃变温的条件下, 预处理发芽结果显示(表2), 分别采用预冷和0.2% KNO3预处理, 两组试验中0.2% KNO3处理使发芽率得到了显著升高(P< 0.05), 分别为11%和10%, 但发芽率仍较低。两组试验中的新鲜未发芽种子数还很多, 需要进一步试验破除其休眠, 寻找最适发芽预处理条件。

三毛草种子在20 ℃恒温的条件下, 预处理发芽结果显示(表2), 分别采用预冷和0.2% KNO3预处理, 但发芽率未提高反而显著低于对照(P< 0.05)。预处理试验中新鲜未发芽种子数还很多, 需要进一步试验破除其休眠, 寻找最适发芽预处理条件。

2.3 禾草种子在适宜萌发条件下的累计发芽率

根据荩草种子在3个温度变化范围下的累积发芽率变化规律(图1), 初次计数时间确定为第4天, 末次计数时间为第7天; 短柄草种子初次计数时间为第7天, 末次计数时间为第16天; 牛筋草种子初次计数时间为第3天, 末次计数时间为第10天; 知风草种子初次计数时间为第6天, 末次计数时间为第14天; 千金子种子初次计数时间为第5天, 末次计数时间为第10天; 棒头草种子初次计数时间为第5天, 末次计数时间为第14天; 鼠尾粟种子初次计数时间为第5天, 末次计数时间为第7天。

图1 7种野生禾草种子累积发芽率
注:a1a2a3, 荩草; b, 短柄草; c, 牛筋草; d, 知风草; e, 千金子; f1f2f3, 棒头草; g1g2, 鼠尾粟。Fig.1 Accumulative germination percentage of 7 wild grass species
Note: a1a2a3, Arthraxon hispidus; b, Brachypodium sylvaticum; c, Eleusine indica; d, Eragrostis ferruginea; e, Leptochloa chinensis; f1f2f3, Polypogon fugax; g1g2, Sporobolus indicus var. purpurea-suffusus.

3 讨论与结论

本研究表明, 荩草、短柄草、棒头草、鼠尾粟种子发芽率在适宜温度下不需预处理均能超过90%, 且不存在新鲜未发芽的种子; 其他禾草种子均进行预处理, 牛筋草、知风草、千金子种子使用合适的处理都得到了80%以上的发芽率, 可以作为标准发芽方法使用。通过摸索发芽方法, 发现KNO3处理是一个促进禾本科植物种子萌发的较好方法, KNO3是广泛应用于促进种子萌发的化学物质。董立尧等[13]研究表明, 千金子是光敏性种子, 光照是萌发的必要条件, 地下5 cm混湿沙层积80 d处理发芽率最高可达100%, 但发芽处理时间较长, 不适用于实验室处理。本研究对千金子进行0.2% KNO3处理后明显提高了千金子的发芽率。因此, 试验表明采用硝酸钾处理可以促进禾本科种子的发芽, 对于破除禾本科植物种子休眠具有较好的效果。

还有两种牧草种子即细柄草和三毛草, 尚未找到合适的发芽方法, 在试验所有预处理中均发芽率较低且休眠种子数量多。考虑到由于国家草种质资源库对野生牧草种子的入库发芽率要求不高, 很多种子入库时的发芽率就较低。因此, 在种质资源库贮存植物进行发芽试验之前, 宜先检测种子的生活力, 可初步了解种子的萌发情况。

综上所述, 通过对荩草等9种野生禾本科牧草种子适宜发芽的温度、光照、预处理条件和计数时间的试验研究, 并参照《牧草种子检验规程 GB/T2930-2001》[3]的规定和要求, 确定了7种野生禾草种子的最适发芽条件(表3)。

表3 7种野生禾草的适宜发芽条件 Table 3 The optimum conditions for seed germination of 7 wild grass species

The authors have declared that no competing interests exist.

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