需光性火龙果种子萌发特性的分析

， (重庆师范大学植物环境适应分子生物学重庆市重点实验室， 重庆 401331)

需光性火龙果种子萌发特性的分析

严光荣，唐安军
(重庆师范大学植物环境适应分子生物学重庆市重点实验室， 重庆 401331)

用种子繁殖火龙果幼苗是非常有价值的育苗方式。本实验深入分析了火龙果种子萌发对温度、光照、赤霉素以及硝酸钾等因子的响应特性。结果表明：细小的火龙果种子在黑暗中不能萌发；播种深度较深时，出苗率急剧下降，甚至在8 cm深时不出苗。在黑暗中，即用赤霉素溶液和硝酸钾溶液预处理和培养，火龙果种子也未能萌发。在光照下，成熟的火龙果种子在8～30 ℃的范围内可以顺利萌发(100%)，其中25 ℃/17 ℃下的萌发速率最快。由此可知，火龙果种子是需光性的。在实践中，可在光下育苗；待种子萌发后，再培土养苗是行之有效的方法。

种子萌发； 需光性种子； 赤霉素； 火龙果

火龙果(Hylocereusundulatus(Haworth) Britton amp; Rose)又名红龙果、仙密果，隶属于仙人掌科(Cactaceae)三角柱属(Hylocereus)，起源于热带和亚热带美洲，如今被引种至世界各地，如泰国、越南、中国、马来西亚、斯里兰卡、以色列以及加那利群岛[1]。在我国，火龙果已被广泛种植于台湾、海南、广东、云南和广西。近年来，贵州和四川等省的山地农区也大量成功引种了火龙果。火龙果是一种浆果，果肉多汁，呈白色、红色或紫红色，不仅有很高的营养价值和观赏价值[2]，而且其生态适应性也比较强，耐旱、耐贫瘠[3]，能耐零上低温[4]。目前，扦插繁殖火龙果是最为常用的育苗方式，但是扦插苗的根系不发达，丰产性差，抗性较弱。由于其突出的营养价值和观赏价值，重庆地区的果农或花卉爱好者正在引种火龙果。火龙果的果实内含有大量的种子，如果采用适宜的育苗方法，可以在短时间内利用种子繁殖大量的种苗。然而在播种繁殖时发现，点播于花盆或苗床土壤中的种子未能萌发。有关火龙果的生物学特性、营养品质或生态适应性的报道很多，但火龙果种子萌发的信息极度缺乏。尽管有研究者初步研究了火龙果种子的一些萌发特性[5-6]，但是均未清楚地阐述火龙果种子萌发所需要的适宜条件，也没有具体描述火龙果种子萌发的正确方法或技术。

为了查明播种于花盆和田间土壤中的火龙果种子不发芽的原因，建立适宜的处理技术，本实验详细研究了火龙果种子的萌发特性，重点比较分析了温度、光照和播种深度对种子萌发的影响，并分析了赤霉素和硝酸钾对种子萌发的作用效应，旨在提高火龙果的种苗繁育效率，促进育种实践。

1 材料与方法

1.1 材 料

2016年4月，从4个白肉火龙果(H.undulatus)果实中手工分离出成熟的黑色种子，然后将其清洗干净，晾干后装入纸质袋，保存于11 ℃的种子储藏箱(相对湿度约50%)备用。

1.2 种子萌发对温度的响应

在4个恒温(18，23，27，30 ℃)和1个变温(25 ℃/17 ℃)下进行萌发检测。变温周期为光照12 h/黑暗12 h，且光照与变温的高温时段同步发生。此外，5个温度下的萌发均给予周期性光照(12 h/d)，其光通量约为30μmol/(m2·s)。为了避免温度与光照的系统位置差异效应，每天都随机地改变培养皿的位置。以胚根突破种皮并长至1 mm作为种子萌发的标准(下同)。每天计数萌发的种子，并将萌发的种子移出培养皿。萌发监测持续14 d。

1.3 种子萌发对光照的响应

在变温25 ℃/17 ℃下检测了光照对种子萌发的影响。所用的2个光照条件分别是周期性光照[30μmol/(m2·s)]和黑暗。无论是光照，还是黑暗，每个培养皿里的种子均为25粒，各有4个重复。在进行黑暗处理时，用2层铝箔纸严实地包裹培养皿。在实验结束时，揭开铝箔纸，计数萌发的种子。然后，将黑暗下未萌发的种子转移至变温(25 ℃/17 ℃)下萌发，逐日观察和计数萌发的种子，观察持续的时间为14 d。

为了进一步明确光照对种子萌发的影响，进行了种子掩埋实验。在实验室，将火龙果种子播种于4个不同的土层深度，即0，3 cm和8 cm。所用的沙质土壤由腐植土与蛭石按一定的比例配制(V腐植土/V蛭石=4∶1)。具体操作如下： 1) 0 cm深度，用4个直径为9 cm的玻璃培养皿盛装湿润的土壤，在土壤表面各点播25粒种子； 2) 在4个小的塑料盒(长×宽×高，12 cm×8 cm×6 cm)中，先在底部平铺1层约1 cm厚的土壤，然后在其表面点播25粒种子，随后覆盖3 cm厚的湿润土壤，加盖； 3) 在4个塑料盒(20 cm×10 cm×15 cm)的底部平铺约3 cm厚的湿润土壤，然后在土壤表面点播25粒种子，随后覆盖8 cm厚的湿润土壤。将上述的培养皿或塑料盒放入2个相同温度(24 ℃/10 ℃，光照12 h/黑暗12 h)的周期性光照培养箱中，每3 d查看1次出苗情况。在检查过程中，随机地改变培养皿或塑料盒的位置，以减少光照系统的位置效应，并喷洒适量的蒸馏水以保持土壤湿润。实验持续时间为28 d。

1.4 赤霉素(GA3)溶液对种子萌发的影响

首先，用浓度分别为0(蒸馏水)，50，100，200 mmol/L的GA3溶液浸泡火龙果种子，24 h后取出，将50粒种子置于直径为9 cm铺有滤纸的玻璃培养皿中；分别添加适量的对应浓度的GA3溶液；然后将培养皿置于温度为23 ℃的光照培养箱。每个浓度分别重复4次。其次，将种子于200 mmol/L的GA3溶液中浸泡24 h后取出，100粒火龙果种子均匀地摆放于4个铺有滤纸的培养皿中，然后添加适量GA3溶液(200 mmol/L)，并用铝箔纸严实地包裹培养皿(简写为200+dark)，萌发温度为23 ℃。逐日观察种子的萌发情况，及时添加相应浓度的GA3溶液以保持滤纸湿润。以蒸馏水处理的为对照组(ck)。当胚根突破种皮并长至1 mm时，种子视为已萌发(下同)。萌发监测持续14 d。

1.5 硝酸钾(KNO3)溶液对种子萌发的影响

用浓度分别为0(蒸馏水)，5，10，20，30 mmol/L的KNO3溶液浸泡火龙果种子，24 h后取出，每个培养皿摆放25粒种子，4个重复。光照培养箱的温度设定为23 ℃。以蒸馏水处理的为对照组(ck)。在观察种子萌发的过程中，及时添加相应浓度的KNO3溶液。种子萌发标准及持续时间同1.4所述。

1.6 数据统计分析

为了能客观地比较不同温度下的萌发速率，以平均萌发时间作为评价萌发速率的指标，其计算公式如下：

平均萌发时间=∑(t·n)/∑n

式中，t是以天(d)为单位的萌发时间(播种天数)，n是第t天已萌发的种子数。

种子萌发率(%)以4个重复的平均数 ± 标准偏差表示。用单因子方差分析和最小显著差异法比较种子在不同萌发条件下的萌发能力。在进行方差分析时，先将种子萌发率(%)进行反正弦转换。所用的软件为SPSS 19.0。

2 结 果

2.1 温度对种子萌发的影响

在试验的5个温度(8，17，23，30 ℃和变温25 ℃/17 ℃)下，种子的最终萌发率均达100%；但是，在变温25 ℃/17 ℃下，种子的萌发速率明显快于其余几个温度(plt; 0.05)(图1)。

图1 温度对火龙果种子萌发的影响

2.2 光照对种子萌发的影响

光照对火龙果种子的萌发有显著的影响(plt; 0.05)。在周期性光照与变温25 ℃/17 ℃条件下，火龙果种子的萌发率在第4天达到了100%；在黑暗下，种子的萌发率极低(2%)。但是，被转移至光照下，经历6 d后，余下的98颗种子也能全部萌发。

播种深度对火龙果种子萌发有显著的影响(plt; 0.05)。当播种于湿润的沙土表面时，种子的萌发率为100%；覆土3 cm时，出苗率下降至15%；播种于8 cm深时，已无出土的幼苗。

2.3 GA3和KNO3溶液对种子萌发的影响

在23 ℃且光照时，GA3溶液能加速火龙果种子的萌发，其平均萌发时间从对照组(ck)的3.98 d下降到200 mmol/L的2.6 d(plt;0.05)，尽管其最终萌发率均为100%；其中以200 mmol/L的GA3溶液的处理效果最好。但是，在黑暗条件下，200 mmol/L的GA3溶液也不能促进种子的萌发(表1)。

表1 赤霉素和硝酸钾溶液对火龙果种子萌发的影响

KNO3溶液(mmol/L) GA3溶液(mmol/L) 0(ck)5103030+暗休眠0(ck)50100200200+暗休眠种子平均萌发时间(d)5．5d2．9c2．56b2．10a-3．98c3．87c3．16b2．6a—种子萌发率(%)10010010010001001001001000

注：“-”表示未计算平均萌发时间；上标的不同小写字母表示差异显著性。

类似的KNO3溶液也能提高其萌发速率，并且也存在明显的剂量效应(plt;0.05)(表1)；但是，用浓度为50 mmol/L的KNO3溶液浸种后，种子的萌发率和萌发速率都显著下降。

图2 火龙果种子在光照和黑暗条件下的萌发率

图3 播种深度对火龙果种子出苗的影响

3 讨 论

成熟的火龙果种子在恒温(8，17，23，30 ℃)和变温(24 ℃/17 ℃)下均能快速萌发，其最终萌发率为100%(图1)。说明火龙果种子是非休眠的，其萌发温度生态位较宽。但是，火龙果种子在果肉中，即使在光照下，也不能萌发(数据未呈现)，这表明果肉中存在萌发抑制物。由此可知，在光照下，离体的成熟的火龙果种子在8～30 ℃之间能顺利萌发，其中以变温25 ℃/17 ℃为最好。此外，光环境和播种深度显著地影响火龙果种子的萌发。光照有助于火龙果种子萌发，而黑暗抑制种子萌发(图2)。不仅如此，随着播种深度的增加，出苗率急剧下降；当播种深度达8 cm时，未见出土的幼苗(图3)。这说明火龙果种子是需光性的，在黑暗下不能萌发。

除了水分、温度和氧气外，某些非休眠的有活力的种子能否萌发及其萌发时机受光照的调控。例如，非休眠的拟南芥(Arabidopsisthaliana)的种子在黑暗中不萌发，一旦转移至光照条件下就能顺利萌发[7]。诸如此类在暗处不能萌发的现象，称之为暗休眠；相应地，这类种子被称为需光性种子[8]。由于土层能减弱甚至阻挡光的透过，导致土壤中的光质和光强强烈地变化，从而抑制需光性种子萌发。Cogoni等发现，沙丘植物(Dianthusmorisianus)的种子是光敏性的，最佳出苗发生于土深1～2 cm处，随着埋藏深度的增加，出土的幼苗急剧减少；埋于10 cm深时，已无出土的幼苗[9]。由此可知，光的缺乏(暗休眠)是阻止播种于花盆或苗床土壤中的火龙果种子不萌发的主要原因。因此，播种繁殖火龙果种苗时，不能覆盖土壤，待发芽后方可覆土培植。

在自然界，需光性种子可被不同的植物产生，它们的共性是比较细小[8](lt;1 mg)；GA3和KNO3溶液能有效地促进需光性种子在黑暗下萌发，如拟南芥[7]和华中碎米荠[10]。暗处或隐蔽环境中的红光/远红光比值较低，如土壤深处，不能有效地启动萌发的生理调节机制，如赤霉素的合成[11]。在本研究中，黑暗条件下，200 mmol/L GA3溶液或30 mmol/L KON3溶液不能代替光照而有效地促进火龙果种子萌发(表1)；但是，黑暗中未能萌发的种子被暴露于光照下时就能顺利萌发(图2)，说明控制火龙果种子萌发的生理的或分子机制不同于拟南芥等其他需光性种子。因此，深入分析光环境调控火龙果种子萌发的内在机制，尚需比较分析温度和光照对火龙果种子萌发的相互作用，全面地揭示萌发模式。

综上所述，在光照下，无需添加赤霉素溶液或硝酸钾溶液，火龙果种子就可在8～30 ℃之间顺利萌发，其中以变温25 ℃/17 ℃更适宜。在播种时，不宜覆土，待种子萌发后再培土养苗。

[1]Ortiz TA,Moritz A,Takahashi LSA.Physiological maturity of pitahaya (Hylocereusundulates) seeds and its correlation with fruit equatorial diameter[J].Australian Journal of Crop Science,2015,9(12):1 197-1 204.

[2]陈冠林,邓晓婷,胡坤,等.火龙果的营养价值、生物学活性及开发应用[J].现代预防医学,2013,40(11):2 030-2 033.

[3]冯奕玺.火龙果生物学特性、栽培技术及其发展前景[J].云南热作科技,2002,25(3):36,40.

[4]高国丽,张冰雪,乔光,等.火龙果种质资源的耐寒性综合评价[J].华中农业大学学报,2014,33(3):26-32.

[5]赵春香,王心燕,李宏彬,等.火龙果种子萌发特性初探[J].种子,2005,24(8):37-40.

[6]王彬,郑伟,蔡永强,等.火龙果种子萌发特性研究[J].种子,2007,26(5):16-19.

[7]Footitt S,Douterelo-Soler L,Clay H,et al.Dormancy cycling in Arabidopsis seeds is controlled by seasonally distinct hormone-signaling pathways[J].PNAS,2013,108(50):20 236-20 241.

[8]Pons TL.Seed responses to light.In:Fenner M (ed).Seeds:The Ecology of Regeneration in Plant Communities (2 nd edn)[M].Oxford:CAB International,2000:237-260.

[9]Cogoni D,Mattana E,Fenu G,et al.From seed to seedling:a critical transitional stage For the Mediterranean psammophilous speciesDianthusmorisianus(Caryophyllaceae)[J].Plant Biosystem,2012,146(4):910-917.

[10]田美华,罗安才,杨永清,等.亚高山区华中碎米荠种子的休眠/萌发生理及出苗模式[J].植物生理学报,2016,52(2):187-194.

[11]Penfield S,Josse EM,Kannangara R,et al.Cold and light control seed germination through the bHLH transcription factor SPATULA[J].Current Biology,2005,15:1 998-2 006.

Analysis on Germination Characteristics of Light-requiring Pitahaya (Hylocereusundulates) Seeds

YANGuangrong,TANGAnjun

2017-05-29

重庆市科委科技项目(cstc 2013 jcyjA 00002)；重庆市教委科技项目(KJ 1400504)。

严光荣(1995—)，女，重庆人；在读本科生；研究方向：生物技术。

唐安军，教授，博士；E-mail: tanganjun@mail.kib.ac.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.10.080

S 667

A

1001-4705(2017)10-0080-04