不同贮藏条件下龙葵种子的季节性休眠特性

马子晴　黄红娟　黄兆峰等

关键词 龙葵；休眠周期；种子；萌发；季节温度

中图分类号：S 451 文献标识码：A DOI：10.16688/j.zwbh 2022389

龙葵Solanum nigrum L.是茄科茄属一年生阔叶杂草，广泛分布于世界上大多数国家和地区，目前已成为我国棉花、玉米和大豆田的重要恶性杂草[1-2]。龙葵除了在生长过程中与棉花争夺营养物质和生长空间外，其黑色浆果还会在棉花机采时破裂，严重影响棉花的产量和品质[3-4]。在棉田现有的杂草防控体系中，化学防控是田间最常用的方法，但由于单一除草剂的连年使用以及膜下滴灌栽培技术的推广，龙葵在新疆棉田的发生数量逐年增加，危害程度不断上升，有效控制龙葵的发生对作物安全生产有重要意义[5]。

龙葵种子具有休眠特性，导致种子萌发不齐和萌发延迟多年，生产上难以精准高效防控。影响龙葵种子休眠和萌发的因素很多，包括溫度、水分、光照和土壤盐分等，在水分条件适宜的情况下，其休眠很大程度上取决于环境温度的变化[6]。龙葵种子在一定温度范围内才能萌发，Ma等[7]利用积温模型预测发现，采自新疆的龙葵种子萌发温度范围在5.4～38.6℃之间，最适温度为30℃，高于35℃萌发率降低。当环境条件不理想时，龙葵种子通常会休眠，其休眠时机与温度变化有关[8]。Taab等[3]研究发现，龙葵种子在夏季高温时休眠程度加深，秋季、冬季和早春时期的低温使休眠程度降低，呈现出季节性的休眠规律。然而，龙葵种子休眠与季节温度变化有何联系？不同温度条件下休眠行为有何差异？相关研究尚未见报道。

明确龙葵种子在不同温度变化模式下的休眠规律对其发生时间和危害程度预测具有重要意义。本研究通过对室内和室外贮藏条件下的龙葵种子的萌发行为进行研究，分析龙葵种子休眠水平的季节性变化以及对环境温度的响应规律，旨在为龙葵的发生预测和基于萌发调控的防控策略的制定提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

龙葵种子2019年采自新疆巴音郭楞蒙古自治州和硕县（87°04′E，42°15′N），编号为XJ2142。将野外采集成熟的黑紫色果实捣碎，取出种子，用水清洗干净后晾干，装入离心管在室温条件下密封保存。

1.2种子贮藏及萌发处理

将大小均匀、颜色一致、籽粒饱满的龙葵种子，每300粒装入一个茶包，共准备72包，分为2组（36包×2），分别在室内和室外贮藏。室外贮藏的茶包埋在中国农业科学院植物保护研究所（40°01′N，116°17′E）空地土壤深度5 cm处，室内贮藏的茶包置于室温（25±3）℃条件下的贮藏室中，同时将温度自动记录仪（MicroLite USB Temperature data Logger LITE5032，以色列Fourtec-Fourier Tech-nologies公司）放置在室内和室外茶包同一位置记录环境温度。为防止室内外水分对种子和温度记录仪的影响，所有茶包和温度记录仪均统一放人双层10#封口袋（340mm×24 mm）中。种子于2020年9月20日埋藏，随后每月20日定期取样，每处理每次取1个茶包，连续取样至2022年3月20日。将种子用无菌水冲洗干净，去除腐烂老化的种子，然后每40粒均匀摆放于铺有两层滤纸、直径9 cm的一次性培养皿中，加入5 mL无菌水，缠上封口膜，放人智能人工气候培养箱（宁波江南仪器厂）中培养，每处理3次重复。培养箱温度设置为恒温30℃，光周期为L∥D=12 h∥12 h，相对湿度50%。根据培养皿失水情况适当补充无菌水，使龙葵种子处于湿润状态。

1.3试验调查及数据处理

龙葵种子萌发处理后，从第1天开始连续10 d每天定时调查各培养皿的种子萌发数量，以胚根伸出种皮≥1 mm视为种子萌发。萌发率、萌发势和萌发指数的计算公式如下：

萌发率（G）=（G/G）×100%，式中G代表萌发期间（10d内）正常萌发种子数，G为供试种子总数。

萌发势（G）=（4d内萌发种子数／供试种子总数）×100%。

萌发指数（GD=∑（G/D），式中G代表t日的种子萌发数，D代表萌发日数。

使用Excel 2019录入数据，OriginPro 2018作图。利用SPSS 19.0软件进行统计分析，样本间的差异显著性用Duncan氏新复极差法进行多重比较检验，显著性水平为0.05。

2结果与分析

2.1龙葵种子萌发率的季节性变化

萌发率可以反映种子的萌发水平和休眠程度。从秋季10月到第二年5月春季末期，室外土壤平均温度较低，贮藏的龙葵种子萌发率均在95%以上，其中12月至翌年2月的种子萌发率可达100%（图1）。夏季室外土壤温度不断上升，从6月开始，龙葵种子萌发率逐渐下降，9月达到最低值（25.4%）。期间7月到8月的土壤温度达到了全年温度的最高值（34.4℃），短时高温可能诱导龙葵种子进入热休眠。下一周期从10月开始至次年1月，土壤温度不断下降，龙葵种子萌发率恢复到95%以上的水平，次年2月和3月的萌发率略有下降，分别为93.8%和88.3%。置于室内室温条件下的龙葵种子，由于所处环境温度较为恒定（在20～250C之间），其萌发率整体变化较小，在20%～50%之间。

2.2龙葵种子萌发势的季节性变化

萌发势反映了种子的萌发速度，龙葵种子萌发势总体与萌发率的变化趋势基本一致（图2）。贮藏在室外的龙葵种子萌发速度较快，通常浸种培养2d内开始萌发，大部分种子在第4天完成萌发。春末夏初的6月以后，随着土壤温度不断上升，龙葵种子的萌发势逐渐下降，到9月降到最低，仅为20.8%，显著低于其他月份。相比较而言，放置在室内室温条件下的龙葵种子萌发势普遍较低，种子在浸种培养的第3天开始萌发，到第7～8天才陆续完成萌发，萌发势在4.2%～32.5%之间。

2.3龙葵种子萌发指数的季节性变化

萌发指数可以反映种子萌发的整齐度和种子的活力。贮藏在室外的龙葵种子萌发指数在秋冬季的10月至翌年2月维持在较高水平，在26.2～34.1之间。初春3月以后萌发指数显著下降，在春季和夏季的3月-8月维持在13.5～19.8之间（图3）。到初秋9月，萌发指数进一步降低，达到最低值2.8。随后10月和11月萌发指数开始恢复，分别为29.2和33.9。室内室温条件下龙葵种子萌发指数一直维持在较低水平，在2.2～6.1之间。

3结论与讨论

土壤中的种子会通过感知和整合环境信号来不断调整休眠状态，温度是影响种子休眠程度的主要因素[9-15]。种子在土壤中通常难以感知日照时间的长短，但可以感知随季节缓慢变化的温度高低，从而确定季节周期和休眠程度，调整其萌发出苗的最佳时间[16-17]。本研究表明，埋藏于中国农业科学院植物保护研究所室外自然条件下的龙葵种子具有季节性休眠规律，冬季和春季相对较低的温度可以解除龙葵种子休眠，夏季较高的温度则诱导种子进入休眠。龙葵种子在室外贮藏的10月至翌年2月期间，随着土壤温度逐渐下降并达到0℃以下，龙葵种子萌发率接近100%，表明持续低温可能降低了龙葵种子的休眠程度。这一结果与Andersson等[8]的研究结果一致，他们发现在8周的低温层积处理后，龙葵种子休眠逐渐被打破，其萌发率可以达到70%以上。另外，龙葵种子经历低温后，其萌发速度也维持在较高水平，据观察，每年12月份取样的种子24 h内便开始萌发，萌发势可达98%以上。

种子贮藏的第二年3月-5月，随着土壤温度的逐渐升高，龙葵种子萌发率略有降低但差异不显著，但6月和7月土壤温度进一步上升，龙葵种子萌发率显著降低。已有研究表明，龙葵种子萌发的最适温度范围在25～30℃，当温度高于30℃时，萌发率开始降低[7]。我们推测，在某一温度阈值以上的持续高温可能会诱导龙葵种子进入热休眠。基于5月至9月间土壤的温度情况，32℃左右的温度可能是使龙葵种子从非休眠状态转变为休眠状态的临界温度。6月份本研究中种子室外贮藏点土壤最高温度可达32℃以上，高温的持续累积使部分龙葵种子进入热休眠，导致种子萌发率降低；7月份以后，32℃以上的土壤高温持续时间增加，导致更多龙葵种子进入热休眠，其萌发率进一步下降。虽然8月和9月土壤平均温度不断降低，但由于仍存在种子热休眠温度阈值以上的高温时段，高温累积效应使热休眠程度加深，导致龙葵种子在9月达到休眠高峰，此时种子萌发率、萌发势和萌发指数均出现最低值。

种子休眠可通过低温处理来解除，休眠和非休眠状态之间的切换会因季节温度的变化而呈周期性的变化[18-20]。每年10月初以后，室外种子贮藏点土壤温度进一步下降，平均温度10℃左右，当温度降至解除热休眠所需的某个低温阈值时，龙葵种子的休眠被解除，逐渐恢复高萌发率。总体来看，龙葵种子的萌发水平在秋末至夏初的较长时间内均较高，只是在夏末秋初存在一个短时间的休眠高峰，年际间种子休眠的解除和诱导呈现周期性的变化规律。前人研究表明，种子休眠的周期性变化受季节性温度节律的调节，休眠的诱导和解除过程可能同时存在[21-23]。如果环境条件不利于萌发，非休眠种子可能会重新进入休眠状态[22]。虽然温度是影响种子休眠的重要环境因子，但与室内贮藏的种子相比，室外贮藏的龙葵种子还受到土壤水分、pH和盐分的影响，其季节性休眠规律可能是这些因子综合作用的结果。环境单因子或多因子互作对种子季节性休眠的影响机制尚需进一步深入研究。

温度可能是驱动龙葵种子休眠季节性周期变化的重要环境信号。龙葵种子休眠的诱导主要发生在每年的7月—9月，当环境温度超过32℃时种子萌发率逐渐下降，部分种子逐渐由非休眠状态转变为休眠状态，经历低温会使其解除休眠。这种周期性休眠模式是秋冬季节的低温解除龙葵种子休眠和夏季的高温诱导种子休眠共同作用的结果。掌握种子的周期性休眠规律是准确预测杂草出苗时间的重要基础，其中温度是一个关键、可靠的判断依据。在龙葵出苗的前一个季节，土壤低温会解除种子休眠，随后夏季的高温会诱导种子进入热休眠，从而避免种子在不利环境下萌发。本研究结果可为草害的萌发预测和基于萌發调控的绿色防控策略的制订提供依据。