温度和光照对羽扇豆种子发芽的影响

徐来仙， 艾训儒， 张应团， 朱 江

(湖北民族大学林学园艺学院， 湖北 恩施 445000)

羽扇豆(LupinusmicranthusGuss.)，为豆科羽扇豆属一年生草本植物，又称鲁冰花、母亲花，植株匀称、掌状复叶、花蝶形、颜色艳丽多彩、花叶错落有序，种子光滑扁平、卵形，原产地中海。羽扇豆可作切花、盆栽、园林绿化或花境背景，也可用作饲料、绿肥和覆盖作物[1]，在农、林、牧、食品业应用前景广阔，其引种生产与繁殖越来越受到关注[2]。

种子是种子植物的繁殖体，种子萌发与否对种子植物的繁衍和引种栽培具有决定性作用[3]。种子萌发是植物生长最重要、最关键、最脆弱的阶段[4]，其受到自身基因和生物学特征等属性因素和多种环境因素的综合影响，其中，温度和光照是影响种子发芽的主要因素之一[5-6]。目前，针对羽扇豆的种子萌发研究多集中于育种[7-9]、栽培[10-11]及不同种子处理条件[12-15]等方面，而缺乏不同温度、光照对羽扇豆种子发芽影响的系统研究。鄂西南山地与羽扇豆原产地均属亚热带，两地的气候既有相似之处又存在明显区别，对羽扇豆种子萌发的研究，有助于在鄂西南山地进行引种和培育。因此，本研究通过分析不同温度、光照对羽扇豆种子发芽率、发芽势以及发芽动态规律的影响，旨在探索羽扇豆种子发芽最适温度、光照条件和在鄂西南山地的最适播种季节，为鄂西南山地引种和培育羽扇豆的生产实践以及大量繁殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验用的羽扇豆种子来自内蒙古，种子千粒重为14.48 g，置于5 ℃的冰箱中保存备用。

1.2 方 法

将正常、饱满的羽扇豆种子置于装有500 mL蒸馏水的烧杯中，40 ℃水浴1 h[13-14]，然后在0.5%的高锰酸钾溶液中浸泡30 min，清水冲洗，滤干后备用。采用温度与光照双因素等重复完全随机设计，相互对照，将处理好的种子放入铺有一层湿润滤纸的培养皿中，每个试验单元1皿，均匀置床，3个重复，每个试验单元30粒种子。按试验设计将交替光暗和全黑暗放置在设置为11个温度水平的培养箱中，培养期间适时补充水分以保持滤纸的湿润。试验共22个水平组合，即22个试验处理，各试验处理设置如下：

1) 温度：设置11个水平，7个恒温水平：5、10、15、20、25、30、35 ℃，4个变温水平：12 ℃/22 ℃、22 ℃/32 ℃、14 ℃/22 ℃、5 ℃/10 ℃；其中4个变温水平分别根据鄂西南山地多年四季(春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月至翌年2月)平均温度及昼夜变化设置，春季12 h 12 ℃/12 h 22 ℃，夏季12 h 22 ℃/12 h 31 ℃，秋季12 h 14 ℃/12 h 22 ℃、冬季12 h 5 ℃/12 h 10 ℃。

2) 光照：设2个水平，交替光暗(LD)采用实验室培养箱的光暗条件(光暗各12 h)，全黑暗(D)条件采用不透光的锡箔纸包裹装有种子的培养皿。

1.3 数据采集与处理

参照文献[13]、文献[16]的方法，自羽扇豆种子置床24 h后开始观察并记录发芽情况，以胚根出现为萌发标志，按试验单元统计和计算发芽率、发芽期指标(发芽始期、发芽末期、发芽天数)、发芽势；观察持续到所有的种子都发芽完成。

发芽始期(d)：即发芽开始时间，指从发芽试验开始至第1粒种子开始萌发所需时间；

发芽末期(d)：即发芽结束时间，连续5 d无种子萌发视为发芽结束；

发芽天数(d)：即从第1粒种子萌发开始至最后1粒种子萌发的总天数(发芽末期-发芽始期)；

发芽率(%)=(正常发芽的种子数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(日发芽种子数达到高峰时正常发芽种子的总数/供试种子总数)×100%。

用SPSS 18.0软件完成数据整理并进行多因素方差分析和多重比较(Duncan法)分析；用GraphPad Prism 5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 温度对羽扇豆种子发芽的影响

对试验各发芽指标进行方差分析显示，温度对发芽率、发芽始期、发芽末期、发芽天数和发芽势均影响极显著(F=15.766，p≈0<0.01；F=36.088，p≈0<0.01；F=43.688，p≈0<0.01；F=25.592，p≈0<0.01；F=5.549，p≈0<0.01)。进一步对不同温度条件下各发芽指标进行多重比较，结果见表1，发芽率最高的温度是5 ℃/10 ℃，为62.8%，但与5、10、15 ℃下的发芽率差异不显著，显著高于其他水平；7个恒温水平中，羽扇豆种子发芽率最高的温度是5、10、15 ℃，发芽率分别为54.4%、56.1%和54.4%，20～35 ℃恒温条件下，发芽率随着温度的升高而降低，35 ℃的发芽率最低(11.7%)，且试验中观察到35 ℃幼苗很快死亡；4个变温条件中，5 ℃/10 ℃条件下的发芽率最高(62.8%)，显著高于其他3个温度条件下的发芽率，发芽率变化趋势：5 ℃/10 ℃>12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃>22 ℃/31 ℃。

15～30 ℃的恒温、除5 ℃/10 ℃外的其他3个变温条件下，发芽最早，均置床1 d就开始发芽，但与35 ℃的发芽始期差异不显著，由早到晚依次是35 ℃、5 ℃/10 ℃、10 ℃，5 ℃的发芽始期最晚(第6天)；发芽率较高的低温条件下，即5 ℃/10 ℃、10 ℃、5 ℃，变温条件比恒温条件更利于羽扇豆种子提早萌发。恒温条件下，随着温度的升高，发芽末期越早，发芽天数越短，发芽末期、发芽天数变化趋势相似，分别为5 ℃>10 ℃>15 ℃>20 ℃≥25 ℃≥30 ℃、35 ℃，5 ℃、10 ℃>15 ℃>20 ℃≥25 ℃≥30 ℃、35 ℃；变温条件下，发芽末期和发芽天数具有相同的变化趋势：5 ℃/10 ℃>12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃>22 ℃/31 ℃。

注：a为恒温条件下的羽扇豆种子发芽率动态变化；b为变温条件下羽扇豆种子发芽率动态变化。

表1 不同温度、不同光照条件下各发芽指标及Duncan法多重比较

据日累积发芽粒数计算萌发过程中每日截止时的发芽率，绘制各温度萌发率动态曲线(图1)。由图1可知，5、10、15、20、25、30、35、12 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃、14 ℃/22、5 ℃/10 ℃日发芽高峰值，分别出现于置床后第8、4、2、1、1、1、1、2、1、1、3天，在恒温(5～20 ℃)条件下，发芽高峰随着温度的升高出现得越早，20～35 ℃置床后1 d进入发芽高峰，温度越高日发芽高峰处越陡峭；变温条件下，平均温度越高日发芽高峰出现越早；5 ℃/10 ℃条件下的日发芽高峰时间比5 ℃的早5 d，比10 ℃的早1 d，5 ℃/10 ℃发芽率曲线明显高于5 ℃、10 ℃条件下的曲线，说明低温下变温与恒温相比，更利于提早日发芽高峰和萌发，发芽期指标在各温度间的平均水平的大小关系也反映了相同的规律。据发芽日高峰计算发芽势，表1的多重比较结果表明，恒温条件5～30 ℃、变温的4个水平发芽势差异不显著，变化范围为26.1%～32.8%，均显著高于35 ℃的发芽势，说明高温条件下羽扇豆种子发芽势明显降低。

2.2 光照对羽扇豆种子发芽的影响

对试验各发芽指标进行方差分析显示，光照对发芽势具有显著影响(F=4.068，p≈0.050<0.05)，对发芽率、发芽始期、发芽末期和发芽天数均影响不显著(F=0.000，p=1.000>0.05；F=0.040，p=0.842>0.05；F=0.690，p=0.411>0.05；F=0.754，p=0.390>0.05)。表1显示，光照对种子萌发的影响主要表现在全黑暗条件下的平均发芽势(30.5%)显著高于交替光暗条件下平均发芽势(26.7%)。在全黑暗条件下羽扇豆的种子发芽末期和发芽天数较交替光暗条件下的略微推迟，但差异不显著。同时，光照通过与温度对发芽势的交互作用影响种子萌发。

表2 不同温度与不同光照试验各处理种子萌发指标及Duncan法多重比较

2.3 温度与光照的交互作用对羽扇豆种子发芽的影响

温度与光照对发芽势具有显著交互作用(F=2.475，p=0.019<0.05)，对发芽率、发芽始期、发芽末期和发芽天数的交互作用均不显著(F=1.651，p=0.124>0.05；F=0.040，p=1.000>0.05；F=1.147，p=0.259>0.05；F=1.304，p=0.258>0.05)。进一步对各处理发芽势多重比较，结果见表2，温度与光照对发芽势的交互效应表现为：25、35、22 ℃/31 ℃，同一温度下交替光暗和全黑暗条件下的发芽势具有完全相同的分组和排序；15、30、14 ℃/22 ℃，在全黑暗条件下的发芽势小于交替光暗条件下的发芽势，但差异不显著；5、20、5 ℃/10 ℃、12 ℃/22 ℃，在全黑暗条件下的发芽势大于交替光暗条件下的发芽势，但差异不显著，即具有相同的分组但排序不一致；在10 ℃全黑暗条件下，发芽势显著大于交替光暗条件下的发芽势，分组和排序均不同。

3 讨论与结论

适宜的温度能够提高种子萌发率和促进幼苗生长[17]。本研究结果表明，温度对羽扇豆种子萌发影响极显著，低温(5、10、15 ℃)条件优于中温(20、25、30 ℃)、高温(35 ℃)条件，变温条件中5 ℃/10 ℃发芽率显著高于12 ℃/22 ℃、14 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃，这与楚爱香等[18]研究中多叶羽扇豆种子的最高发芽率为中温(20 ℃)的结果不同，可能是因为种、种源或产地不同。但黄振英等[19]研究表明，低温比中、高温有利于提高梭梭种子的萌发率；徐来仙等[13]研究表明，15 ℃最利于羽扇豆获得较高发芽率，本研究结果与之一致。试验中发芽率较高的低温条件下，5 ℃/10 ℃比10 ℃、5 ℃更利于羽扇豆种子提早日发芽高峰和萌发，变温优于恒温培育，与贾永华等[20]对多叶羽扇豆种子萌发的研究结果一致。

试验中变温水平12 ℃/22 ℃、22 ℃/31 ℃、14 ℃/22 ℃、5 ℃/10 ℃，对应鄂西南山地春、夏、秋、冬四季的温度，4个水平的种子萌发指标分析结果说明，在鄂西南山地羽扇豆种子发芽率最高的季节是冬季，其次是春季和秋季，最低的是夏季。冬季露天播种，冰雪天气到来时幼苗太小不利于越冬，所以冬播宜早；春季播种太迟，夏季高温时停止开花、植株死亡，所以春季播种宜早以便保障较长的观花期；秋季播种次年达一定温度才能开花，需要较长的管理时间，所以春季优于秋季；夏季种子萌发率低、幼苗不易存活，不适合播种。

光照影响许多种子的萌发[21-22]，羽扇豆种子在交替光暗和全黑暗条件下均能萌发。不同光照条件显著影响羽扇豆种子发芽势并与温度交互作用显著，10 ℃条件下全黑暗(D+10 ℃)的发芽势显著高于交替光暗(LD+10 ℃)的发芽势，发芽势可以评价种子的发芽速度和发芽整齐度，因此可认为，10 ℃条件下全黑暗条件可以增强发芽速度和发芽整齐度。然而，交替光暗条件下羽扇豆种子的发芽末期和发芽天数较全黑暗条件下的稍有提早，交替光暗条件更有利于缩短培育和管理时间。本研究还发现，20、25、30、35 ℃4个恒温水平，2种光照条件的发芽率在多重比较中的分组与排序均与同一温度水平的主效应一致，5～10 ℃范围的恒温和4个变温，同一温度2种光照条件下的发芽率差异不显著，分组与同一温度的主效应一致，但在排序上与温度的主效应不完全一致，说明不同的温度条件下光照对发芽率的作用不一致，即可能存在交互作用，而本研究光照试验条件仅设置时长变化且水平少，有待于进一步增加光照水平，覆盖更大的变化范围、设置更小的变化梯度，更细致地探讨光照的作用规律及其与温度间的互作效应。

综上所述，光照显著影响羽扇豆种子发芽势并与温度交互作用显著，10 ℃条件下全黑暗(D+10 ℃)的发芽势显著高于交替光暗(LD+10 ℃)的发芽势，对其他指标影响不显著；交替光暗条件更有利于缩短羽扇豆管理时间。温度对种子萌发影响明显，是羽扇豆种子萌发最重要的环境因子，5 ℃、10 ℃、15 ℃的恒温和5 ℃/10 ℃的变温条件最利于获得较高发芽率，变温优于恒温度条件。鄂西南山地露天条件下，引种栽培羽扇豆的最适宜播种季节是冬季，其次是春季，再是秋季，避免高温的夏季播种。