朱 莹， 宋 华， 张琮琦， 邓 莲， 安 晖， 张 蕾

(1.北京市植物园， 北京 100093； 2.北京市花卉园艺工程技术研究中心， 北京 100093)

鸢尾属(IrisL.)是鸢尾科多年生草本植物，全世界约有225种，广泛分布于北温带地区。中国有鸢尾属植物58个种，主要分布在西南、西北和东北地区[1]。鸢尾属植物不仅具有极高的观赏价值，还具有较广的生态适应性，自然分布可从水边湿地、沼泽地、高山草地到沙漠、半荒漠、沙质草地或沙丘上，是今后干旱半干旱地区园林植物开发利用的潜力军，具有广阔的应用前景[2]。播种繁殖是快速得到植物种苗的有效手段，但目前，国内外普遍认为鸢尾属植物种子具有休眠现象，对鸢尾属植物种子萌发特性的研究较少，且研究集中在探讨其休眠原因和如何打破休眠方面[3-9]，对判定有无休眠的报道较少[10-11]，且有的报道互相矛盾，如溪荪(I.sanguinea)的种子就有休眠和不休眠的报道[4,10]。近年，在野外调查中发现，有的鸢尾属植物如紫苞鸢尾(I.ruthenica)和粗根鸢尾(I.tigridia)种子成熟散落后很快能萌发，当年秋天就能长成幼苗。有的种类如黄菖蒲(I.pseudacorus)种子在果荚里碰上阴雨天就能萌发，有的种类如变色鸢尾(I.versicolorL.)和加拿大山鸢尾(I.setosassp.canadensis)清水浸泡2 d也能萌发。这与前人对鸢尾属植物种子萌发的报道不太一致。为了进一步探讨鸢尾属植物种子的萌发特性，本研究以20种鸢尾属植物种子为材料进行萌发试验，设定16个处理，记录和测定初始萌发天数、萌发率、校正的萌发速率指数等指标，以确定种子是否具有休眠特性并筛选出最适宜的萌发温度，为今后鸢尾属植物规模化繁殖提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料包含了鸢尾属5个亚属5个组的20个种，具体名单及采集地点见表1。采集时期为蒴果变黄欲裂开时，果实采回后将种子取出阴干，选取籽粒饱满的种子于4 ℃条件下储藏备用。

表1 20种鸢尾属植物种子信息

1.2 方 法

1.2.1种子千粒重测定

随机选取1 000粒成熟饱满的种子，万分之一分析天平称重，重复3次，求其平均值。

1.2.2种子活力测定

种子活力用TTC法进行测定[12]。

1.2.3种子萌发试验

试验分2组进行。第一组设8个温度处理(不进行冷层积处理)，其中恒温4个，分别为30 ℃、25 ℃、20 ℃和15 ℃；变温4个，分别为30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃、20 ℃/10 ℃和15 ℃/8 ℃，高温12 h，低温12 h。第二组先进行冷层积处理60 d(4 ℃沙藏)，然后设8个温度处理，温度设置同第一组。每个处理均为12 h光照和12 h黑暗交替进行。备用种子用清水浸泡48 h后，1%高锰酸钾溶液消毒20 min，流水冲洗干净后，整齐摆放在铺有湿润滤纸的培养皿内。每个培养皿内50粒种子，每个处理3次重复，放入不同温度的培养箱进行萌发。每组试验持续60 d，以胚根突破种皮判定为萌发。每天统计萌发数，记录不同处理下萌发起始时间，绘制不同温度处理下种子萌发的时间进程曲线，计算萌发率和校正的萌发速率指数(CGRI)[13]，第一组处理30 d时统计一次萌发率。计算公式为：

萌发率(%)=(N/S)×100%；

CGRI=∑(n/D)/S。

式中，S为供试种子总数；N为萌发种子总数；D为各次计算萌发种子数的时间，n为第D次计数时的萌发数。

1.3 数据分析

用Excel 2019软件进行数据整理、曲线拟合及计算，用SPSS 19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下鸢尾属植物种子萌发的起始时间

鸢尾属植物种子萌发起始时间种间差异较大(表2)，从2～49 d不等，有的种子处理60 d尚未萌发。未经冷层积处理时，变色鸢尾、黄菖蒲等6个种的种子在7 d(含7 d)内开始萌发，北陵鸢尾、单花鸢尾等5个种在14 d(含14 d)内开始萌发，其中山鸢尾种子萌发最早，在25 ℃下4.67 d萌发。大苞鸢尾在所有处理下60 d内未见萌发，其余8种在14 d后开始萌发。变温处理对鸢尾属植物种子萌发起始时间无明显影响。

表2 不同处理下20种鸢尾属植物种子萌发起始时间

冷层积处理对不同种类鸢尾属植物的起始萌发时间影响不同，能显著缩短北陵鸢尾、单花鸢尾、燕子花、野鸢尾、玉蝉花和紫苞鸢尾等7个种的萌发起始时间，对变色鸢尾、黄菖蒲及金脉鸢尾等7个种在特定温度处理下(主要为低温或变温)也能显著缩短萌发起始时间。对矮鸢尾、囊花鸢尾、细叶鸢尾、马蔺和喜盐鸢尾则没有影响。

2.2 不同处理下鸢尾属植物种子萌发的时间进程

种子的萌发时间进程曲线能较好地反映不同种子、不同处理条件下种子批萌发进程[13]。曲线越靠左、上升越快表示种子萌发启动越早、整齐度越高。从图版Ⅰ和图版Ⅱ可以看出，未经冷层积处理，在一定的温度条件下，北陵鸢尾、变色鸢尾、单花鸢尾等9个种的种子群体中，少数种子萌发较早(3～11 d)，然后大多数种子陆续地迅速萌发，最后相当少的萌发个体出现，萌发曲线类似于非休眠的作物种子[14]。处理30 d时，9个种的最高萌发率大于80%(表3)，结合Baskin等[15]和吴海波等[16]对种子休眠的分类及定义，可判定这9个种的种子没有休眠。冷层积处理对北陵鸢尾、变色鸢尾及单花鸢尾等7个种的种子萌发时间进程曲线有不同程度的促进作用，但对鸢尾(I.tectorum)的萌发没有促进作用。

表3 不同处理下20种鸢尾属植物种子处理第30天萌发率

注：A～J分别为矮鸢尾、北陵鸢尾、变色鸢尾、大苞鸢尾、单花鸢尾、黄菖蒲、金脉鸢尾、马蔺、囊花鸢尾、山鸢尾；a为未经冷层积处理；b为冷层积处理60 d。

注：K～T分别为西南鸢尾、溪荪、喜盐鸢尾、细叶鸢尾、燕子花、野鸢尾、玉蝉花、鸢尾、中亚鸢尾、紫苞鸢尾；a为未经冷层积处理；b为冷层积处理60 d。

矮鸢尾、大苞鸢尾及囊花鸢尾等11个种的种子萌发时间进程曲线与上述9种鸢尾属植物不同，其共同特点是在未经冷层积处理条件下，曲线上升较为缓慢甚至为平直线，30 d时萌发率仍较低(<80%)，可判定为种子具有休眠特性，但休眠程度不同。

山鸢尾萌发时间进程曲线较非休眠种类的缓慢，30 ℃/20 ℃处理30 d最高萌发率能达到67.33%，之后曲线趋近平缓，但冷层积处理后种子能在更多的温度条件下迅速萌发，说明山鸢尾有比较浅的休眠，冷层积60 d即能有效打破休眠，休眠类型为低度生理休眠。

喜盐鸢尾在处理11 d时开始萌发，且在多个温度条件下曲线缓慢上升，在处理30 d时最高萌发率达到56.67%，之后继续萌发，25 ℃/15 ℃处理60 d时最高萌发率能达到83.33%。冷层积处理对喜盐鸢尾种子萌发没有促进作用，甚至使曲线上升变缓。说明喜盐鸢尾可能存在形态休眠，只需要适宜的温度让胚完成生长就能萌发，达到一个较高的萌发率。因其不能在30 d内有效萌发，可能还存在生理休眠，休眠类型可能为形态生理休眠。

矮鸢尾种子在30 ℃/20 ℃和25 ℃下，30 d后种子开始萌发，曲线较快上升，60 d时萌发率86.67%。囊花鸢尾萌发时间进程曲线类似于矮鸢尾，20 ℃和25 ℃下分别处理21 d和30 d种子开始萌发，60 d萌发率分别为85.83%和88.33%。冷层积处理也未能有效改善二者的萌发时间进程曲线。种子充分吸水后，在30 ℃/20 ℃、25 ℃和20 ℃的湿润条件下可以起到暖层积的作用。说明二者具有较浅的休眠，且暖层积对打破休眠有效，冷层积无效，休眠类型可能是浅生理休眠或者较浅的形态生理休眠。

金脉鸢尾、西南鸢尾和燕子花经冷层积处理后，种子能够在一定温度条件下快速萌发，萌发曲线类似于非休眠种子，且能达到较高的萌发率。说明冷层积60 d能够有效打破这3个种的种子休眠，种子休眠类型为中度生理休眠[17]。

细叶鸢尾、马蔺和中亚鸢尾曲线非常缓慢，60 d时仍然处于较低位置。大苞鸢尾种子在所有处理条件下曲线基本为直线，处理60 d最高萌发率仅为4.44%。暖层积和冷层积60 d均未能有效打破此4种鸢尾属植物的休眠，说明这4个种的休眠较深，休眠类型可能是较深的形态生理休眠，也可能是深度生理休眠。

以上分析表明，鸢尾属植物种子萌发特性种间差异较大，一部分种类种子不休眠，一部分种类种子休眠，种子休眠的深浅和打破休眠的方式也各有不同。

2.3 不同处理下鸢尾属植物种子的萌发率

从表4可以看出，种子非休眠的9种鸢尾属植物和具有浅休眠的4种鸢尾属植物未经冷层积处理，在25 ℃、20 ℃或30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃条件下都有较高的萌发率，说明这4个温度条件适宜大多数非休眠或具有浅休眠的鸢尾属植物种子萌发。但种间适宜的萌发温度有差异，有的种类萌发温度范围较宽，在多个温度条件下都能取得较高的萌发率，如野鸢尾和鸢尾(I.tectorum)在3个恒温与2个变温处理下均能取得较高的萌发率。有的种类萌发温度范围较窄，仅在特定温度条件下萌发较好，如变色鸢尾仅在30 ℃/20 ℃下萌发率较高，黄菖蒲仅在3个变温条件下萌发率较高。冷层积处理后，鸢尾(I.tectorum)取得较高萌发率的温度范围变窄，仅在25 ℃和25 ℃/15 ℃下有较高萌发率，其余非休眠的8个种取得较高萌发率的温度范围都有不同程度增加，如单花鸢尾和紫苞鸢尾在所有温度条件下萌发率都能达到80%以上。对具有浅休眠的4种鸢尾属植物来说，冷层积处理的影响是不同的，显著降低了矮鸢尾和喜盐鸢尾的萌发率，但提高了山鸢尾的萌发率。

表4 不同处理下20种鸢尾属植物种子第60天萌发率

金脉鸢尾、西南鸢尾和燕子花冷层积处理后变温条件利于种子萌发，25 ℃/15 ℃条件下3个种的萌发率均为最高。

马蔺种子在30 ℃/20 ℃下无论冷层积与否均能取得相对较高的萌发率(45.33%和47.33%)，细叶鸢尾冷层积处理后25 ℃/15 ℃下萌发率能达到68.87%。

以上分析表明，非休眠、浅休眠和中度生理休眠的鸢尾属植物种子萌发率较高的处理温度为25 ℃、20 ℃或30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃，其中25 ℃/15 ℃处理下大部分种类的种子具有较高萌发率。

2.4 不同处理下鸢尾属植物种子的CGRI

生产实践中不仅要种子萌发率高，还需要萌发迅速整齐，即萌发速率也要求高。反映种子萌发速率的指标较多，其中CGRI不容易受到种子批中未萌发种子的影响，能较好地反映一批种子萌发速度的快慢[13]。CGRI数值越大，表明萌发速率越快。从表5可以看出，未经冷层积处理的9种非休眠鸢尾属植物不同温度条件下CGRI值变化较大，最大值一般出现在25 ℃、20 ℃、30 ℃/20 ℃和25 ℃/15 ℃条件下。其中玉蝉花萌发最快，25 ℃/15 ℃下，CGRI值能达到0.138。冷层积处理后，在所有的温度条件下，鸢尾(I.tectorum)的CGRI值变化与萌发率变化基本一致。另外8个种在30 ℃条件下CGRI值变化趋势不一致，其余温度条件下除15 ℃的野鸢尾外，CGRI值均得到显著提高，最高值为25 ℃下的玉蝉花(0.228)，这说明冷层积能有效提高绝大部分种子非休眠的鸢尾属植物种子的萌发速率。

表5 不同处理下20种鸢尾属植物种子第60天校正的萌发速率指数

矮鸢尾、囊花鸢尾、山鸢尾和喜盐鸢尾4个具有浅休眠特性的鸢尾属植物在未经冷层积处理下CGRI值较低，最大值出现在25 ℃、20 ℃、30 ℃/20 ℃和25 ℃/15 ℃条件下。冷层积处理仅能使山鸢尾的CGRI值显著提高，最大值能达到0.209。

金脉鸢尾、西南鸢尾和燕子花未经冷层积处理CGRI值极低或为0，冷层积处理后25 ℃/15 ℃条件下CGRI值最高，最大值能达到0.108(西南鸢尾)。

大苞鸢尾、马蔺等4种具有深度休眠的鸢尾属植物在所有处理下CGRI值都极低或者为0。

以上分析表明，非休眠、浅休眠和中度生理休眠的鸢尾属植物种子萌发较快的处理温度为25 ℃、20 ℃或30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃。

3 讨 论

3.1 鸢尾属植物种子休眠及休眠类型的判定

种子休眠是一个非常复杂的生理现象，其研究虽已取得了一定的进展，但仍被认为是种子生物学领域中了解最少的现象之一。目前，要对种子休眠进行准确地描述或定义比较困难，因为缺乏衡量休眠释放的标记(通常用萌发率来表示)。对于单粒种子而言，萌发是一种全或无的事件；而种子批则表现出不同的休眠程度[18]，因此，判断种子批的休眠就比较困难。种子休眠的分类方案也有多种，目前，Baskin的二叉式检索表是迄今为止出版最全面的种子休眠分类系统：休眠分为生理休眠(PD)、形态休眠(MD)、形态生理休眠(MPD)、物理休眠(PY)和组合休眠(PY+PD)，不同的休眠类型有不同的判定标准，其中PD和MPD下又划分为不同等级[15-17]。种子在30 d内能够有效萌发(萌发率>80%)为非休眠，在30 d内不能有效萌发即为休眠[15-16]。本研究表明，鸢尾属植物种子萌发特性种间差异较大，在供试的20种鸢尾属植物中，45%的种类非休眠，55%的种类有不同程度的休眠。北陵鸢尾、单花鸢尾等9个种在一定的温度条件下14 d内开始萌发，然后迅速萌发并于30 d内萌发率>80%，判定为种子非休眠，这与刁晓华等[10]对溪荪和卢明艳等[11]对野鸢尾的研究结果一致，但与刁晓华等[10]对黄菖蒲、卢明艳等[4，19]对溪荪、路覃坦等[3，4，10]对玉蝉花、古力尼哥·塔依尔等[5]对紫苞鸢尾的研究结果不同，这可能与试验温度范围过窄[3，10]、采摘时间过早[4]、种子样本量少[3]及休眠的判定条件[5]有关。不同种类的鸢尾属植物种子萌发的适宜温度不一致，有的种类仅能在变温条件下快速萌发，如黄菖蒲。如果试验仅设定一个恒定温度，那就有可能导致种子萌发率偏低。种子提早采收有时可避免硬实种皮的形成或化学抑制物质的大量产生，降低种子的休眠程度，但提早采收的种子可能不萌发或萌发率偏低[20]。鸢尾属植物种子成熟后果皮开裂易种子散落，为避免种子流失常导致采摘时间过早，尤其是采自野外的种子，由于条件所限，更有可能导致采摘时间不当。根据Baskin等[15]最新的休眠判定标准，在适宜的萌发条件下，30 d内有效萌发即可视为非休眠，有的研究没有根据此标准来判定，如紫苞鸢尾种子处理28 d萌发率为82.2%，仍被判定为存在休眠现象[5]。也有的研究仅表明最佳萌发温度，未指出种子休眠与否，如单花鸢尾和矮紫苞鸢尾(I.ruthenicavar.nanaMaxim，现并为紫苞鸢尾)在25 ℃下萌发率分别为81.65%和83.3%[21]。

在具有休眠特性的11种鸢尾属植物中，休眠类型也不尽相同。其中山鸢尾、金脉鸢尾、西南鸢尾和燕子花冷层积处理60 d能有效打破休眠，使种子迅速萌发，可以判定为生理休眠，与路覃坦等[22]研究结果较一致。山鸢尾休眠程度较浅，可能为低度生理休眠，其余3种休眠程度较山鸢尾深，为中度生理休眠。矮鸢尾和囊花鸢尾具有较浅的休眠，且暖层积对打破休眠有效，冷层积无效，二者都不能在30 d内有效萌发，可能还存在生理休眠，休眠类型可能为形态生理休眠(MPD)或者低度生理休眠。喜盐鸢尾具有较浅的休眠，冷层积处理对种子萌发起抑制作用，用不同浓度的赤霉素(GA3)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)和激动素(KT)处理也未能有效打破休眠(未发表)，休眠类型可能为形态生理休眠(MPD)。

马蔺、细叶鸢尾、中亚鸢尾和大苞鸢尾萌发率较低或者极低，甚至为0，冷层积60 d未能有效打破休眠，休眠程度较深，与王永春等[23]对马蔺的研究结果一致。用不同浓度的GA3、6-BA和KT对马蔺、中亚鸢尾和大苞鸢尾进行处理(未发表)，也未能有效打破休眠。这说明激素和冷层积60 d均不能有效打破休眠，休眠类型可能是较深的形态生理休眠(MPD)，也可能是深度生理休眠(PD)，具体类型还需要进一步研究。

3.2 冷层积处理对鸢尾属植物种子萌发的影响

冷层积处理是打破种子休眠的方式之一，2～3个月的冷层积可打破中度生理休眠，3～4个月的冷层积可以打破深度生理休眠。冷层积或者冷层积与暖层积结合能打破不同层次的形态生理休眠[17]。本试验中，冷层积60 d能够打破山鸢尾、金脉鸢尾、西南鸢尾和燕子花等4个种的种子休眠，对其余7个种无效，有的种类甚至抑制种子萌发，如矮鸢尾、喜盐鸢尾和马蔺。这可能是冷层积时间不够长或者是需要与暖层积结合才能有效打破休眠。冷层积对没有休眠的鸢尾属植物种子萌发也有一定影响。本试验中，冷层积抑制了鸢尾(I.tectorum)的萌发，但对其余8个种的萌发有不同程度的促进作用。冷层积对萌发率的影响主要体现在较低温度(15 ℃、20 ℃/10 ℃和15 ℃/8 ℃)和较高温度(30 ℃)下，在上述温度下能显著提高萌发率。冷层积对萌发速率的影响主要体现在除30 ℃外的温度处理下，冷层积能使萌发速率显著提高(仅15 ℃处理下的野鸢尾例外)。因此，在生产实践中，对大部分非休眠的鸢尾属植物种子可通过冷层积处理来提高萌发速率。

3.3 不同温度对鸢尾属植物种子萌发的影响

温度既能影响种子的发芽能力，又能影响种子的萌发百分率。每种种子都能在一个特征性的限定温度内萌发[14]。温度过高或过低都不利于种子的萌发。试验表明，对非休眠鸢尾属植物种子萌发比较有利的萌发温度为25 ℃、20 ℃或30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃，不同的种类对温度又有不同的要求，其中25 ℃/15 ℃能满足更多种鸢尾属植物的种子萌发，其次为30 ℃/20 ℃。在25 ℃或20 ℃下能取得较高萌发率的种类，在25 ℃/15 ℃或者30 ℃/20 ℃下也能取得较高的萌发率。30 ℃处理降低了所有供试种子的萌发率，且种子容易发霉。15 ℃、20 ℃/10 ℃处理下少数种类有较高的萌发率和萌发速率。15 ℃/8 ℃处理下仅北陵鸢尾萌发率较高，但萌发速率较低。说明30 ℃和15 ℃/8 ℃不适宜鸢尾属种子的萌发。对具有中浅休眠的鸢尾属植物来说，最适宜的温度范围是恒温25 ℃、20 ℃或变温30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃。囊花鸢尾和矮鸢尾较适宜恒温条件，其余5种较适宜变温条件。

综合各项指标，筛选出最适宜非休眠和具有中浅度休眠的16种鸢尾属植物的萌发温度如下：5个种不适宜冷层积，最适萌发温度分别为25 ℃(矮鸢尾、鸢尾、紫苞鸢尾)、20 ℃(囊花鸢尾)和25 ℃/15 ℃(喜盐鸢尾)。11个种适宜冷层积60 d，最适萌发温度为30 ℃/20 ℃(山鸢尾)、25 ℃/15 ℃(北陵鸢尾、变色鸢尾、金脉鸢尾、西南鸢尾、燕子花)、25 ℃(紫苞鸢尾)、20 ℃(单花鸢尾)。4种鸢尾属植物在多个温度下都能又好又快的萌发，如黄菖蒲与溪荪在20 ℃和25 ℃/15 ℃下、野鸢尾在25 ℃和25 ℃/15 ℃下、玉蝉花在25 ℃、25 ℃/15 ℃和20 ℃/10 ℃下都能达到较高的萌发率和萌发速率。对具有深度休眠的4种鸢尾属植物来说，虽然未能有效打破休眠，但马蔺在30 ℃/20 ℃下萌发率可达45.33%，细叶鸢尾在冷层积60 d 25 ℃/15 ℃下萌发率可达68.87%，在种子量足够大的情况下可以推荐用于生产中，但中亚鸢尾和大苞鸢尾还需要进一步的研究。

4 结 论

鸢尾属植物种子萌发特性种间差异很大，部分种类种子不休眠，30 d内萌发率可达80%以上。部分种类种子具有休眠特性，休眠类型和深浅程度不一，打破休眠的方式也不一样。暖层积能打破矮鸢尾和囊花鸢尾的休眠，冷层积60 d能打破山鸢尾、西南鸢尾、金脉鸢尾和燕子花的休眠。冷层积60 d能提高绝大部分非休眠鸢尾属植物种子的萌发速率，但降低了鸢尾(I.tectorum)的萌发速率。16种非休眠和具有中浅度休眠的鸢尾属植物中，5个种不适宜冷层积60 d，最适萌发温度分别为25 ℃、20 ℃或25 ℃/15 ℃，11个种适宜冷层积60 d，最适萌发温度分别为30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃、20 ℃/10 ℃、25 ℃或20 ℃。不同的种有其最适宜的特定温度，但25 ℃/15 ℃是一个适宜绝大多数鸢尾属植物种子萌发的温度。