年度間溫度變化對黃檗種子性狀影響的研究△

段學偉，于晶，張昭，徐碩，范永芳

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 藥用植物研究所/中草藥物質(zhì)基礎與資源利用教育部重點試驗室，北京 100193

黃檗PhellodendronamurenseRupr.為蕓香科黃檗屬落葉喬木，樹皮作為中藥關黃柏使用，具瀉火除蒸、消炎殺菌、清熱燥濕的功效[1]。黃檗為國家二級重點保護野生植物，野生資源匱乏[2]。課題組發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地黃檗種子特性差異很大，尤其是休眠程度，所需低溫解除休眠天數(shù)可相差幾十乃至百天[3]，這種現(xiàn)象的存在對黃檗的人工種植造成諸多的困難。目前對種子休眠的研究大多集中在對種子休眠的解除上，而對黃檗種子休眠的原因很少涉及。本研究通過比較同一觀察點相同植株不同年份種子的性狀，控制其他變量，分析溫度因子對種子性狀的影響，以期為黃檗種子休眠的形成機制研究提供理論依據(jù)以及為人工種植提供指導意見。

1 材料

黃檗種子采集于北京藥用植物園，依據(jù)在園內(nèi)的不同位置，分別標記為Y1、Y2、Y3、Y4和Y5，五個觀察點的氣候條件基本相同，樹齡略有不同。固定植株采集種子，每個觀察點不少于兩棵樹，于每年的10月中旬采收黃檗果實。由于每年結(jié)果數(shù)量不同，Y1和Y2采集了2015、2016和2017連續(xù)三年的果實，Y3和Y4采集到了2015和2016年的果實，Y5采集到了2016和2017年的果實。采集到的果實曬干后，放置于陰涼干燥處保存，實驗前去除果肉，洗凈晾干后得到黃檗種子。樣品經(jīng)中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所張昭研究員鑒定為黃檗PhellodendronamurenseRupr.的種子，憑證標本保存于藥用植物研究所。

2 方法

2.1 種子長度、厚度及重量的測定

每個處理隨機選取60粒種子，隨機分成3組，每組20粒，游標卡尺測量種子長度及厚度；采用千粒法，3個重復測量種子重量。

2.2 種子休眠程度檢測

2.2.1 種子發(fā)芽率測定 取種子經(jīng)蒸餾水浸泡24 h后，放入4 ℃冰箱分別低溫層積0、15、30、45、60、75、90、105、120、135 d。從冰箱取出后置于光照培養(yǎng)箱中進行萌發(fā)實驗，萌發(fā)條件為：24 ℃，14 h，光照3000 lx；15 ℃，10 h，無光。每個處理設置5個重復，每個重復50粒種子。

2.2.2 種子休眠程度指標選擇 選取種子發(fā)芽率首次達到50%所需低溫層積天數(shù)和經(jīng)低溫層積后的最高發(fā)芽率作為種子休眠程度的衡量指標。

2.3 溫度數(shù)據(jù)的獲取

樣點溫度通過HOBO U23-001溫度記錄儀獲取，將溫度記錄儀放置于觀察點附近避光通風處，記錄儀每2 h記錄1次。通過物候觀察，得到黃檗萌芽期為每年的4月3日至11日；花期為每年的4月21日至27日；果期為每年的5月9日至8月26日；生長期為每年的4月3日至10月18日。各物候期的日均溫度總和為各物候期積溫；各物候期的日均溫平均值為各物候期均溫；各物候期日最高溫與日最低溫差值的平均值為各物候期的平均溫差；一年中日平均氣溫大于20 ℃日平均氣溫的總和為大于20 ℃積溫。溫度數(shù)據(jù)見表1。

表1 2015年至2017年溫度數(shù)據(jù) ℃

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS V21.0。差異性分析采用單因素方差分析法；相關性分析采用speraman法。

3 結(jié)果

3.1 不同年份種子長度、厚度及重量比較

在本研究中，通過長度表征種子大小、厚度表征子葉厚度。由于只有Y1和Y2連續(xù)三年采集到種子，種子年度間性狀的比較只選取Y1和Y2兩個觀察點數(shù)據(jù)。測量2015、2016和2017年Y1和Y2的種子長度、厚度和重量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同年份黃檗種子性狀比較

注：同一列不同字母表示差異顯著，大小寫字母分別代表P<0.01，P<0.05。

三年間種子性狀具有顯著性差異：Y1和Y2的種子長度均為2016年>2017年>2015年，差異最大為0.32 mm；Y1和Y2的種子厚度均為2017年>2015年>2016年，差異最大為0.19 mm；Y1和Y2種子重量均為2017年>2015年>2016年，差異最大為0.192 9 g。

3.2 不同年份種子休眠程度比較

不同年份種子休眠程度結(jié)果見圖1、表3。由圖1可以看出，兩個觀察點不同年份間的種子休眠程度總體趨勢相同，均為在低溫層積0～60 d內(nèi)，發(fā)芽率排序為2017年>2016年>2015年；在低溫層積120、135 d時，發(fā)芽率排序為2016年>2017年>2015年。

三年間Y1和Y2的休眠程度均具有顯著性差異(表3)。在觀察點Y1中，2015年種子休眠程度最深，三年間發(fā)芽率達到50%所需低溫天數(shù)最大差異可達61 d，最高發(fā)芽率差異可達25%；觀察點Y2與Y1結(jié)果相似，2015年種子休眠程度最深，三年間發(fā)芽率達到50%所需低溫天數(shù)最大差異可達60 d，最高發(fā)芽率差異可達30%。

圖1 不同年份黃檗種子發(fā)芽率比較

年份達到50%所需低溫天數(shù)/d最高發(fā)芽率/%Y1Y2Y1Y22015年91Aa71Aa64Bc66Bc2016年45Bb15Bb89Aa96Aa2017年30Bc11Bc78Ab93Ab

注：同一列不同字母表示差異顯著，大小寫字母分別代表P<0.01，P<0.05。

3.3 相關性分析結(jié)果

3.3.1 種子長度、厚度和重量與溫度的相關性 在研究溫度對黃檗種子性狀的影響時，考慮到萌芽期、花期時，種子尚未長出，所以只考察了果期、生長期的年度溫度數(shù)據(jù)對種子性狀的影響。種子長度、厚度和重量與溫度的相關性見表4。

表4 種子長度、厚度和重量與溫度的相關性

注：**表示P<0.01。

由表4可以看出，溫度對種子長度、厚度和重量均有影響。除果期平均溫差、生長期平均溫差和年平均最低溫外，各物候期溫度均與種子長度呈正相關，其中影響最大的溫度因素是果期平均最低溫與生長期平均最低溫，相關系數(shù)均達到了0.701。結(jié)果顯示年均溫度與種子長度呈正相關，這與童應鵬、胡梟劍對薏苡[4]、車前[5]的研究結(jié)果相同。果期平均最低溫與生長期平均最低溫對種子厚度影響呈負相關，相關系數(shù)為-0.612，果期平均溫差，生長期平均溫差和年平均最低溫對種子厚度的影響呈正相關，相關系數(shù)為0.583。影響種子重量的溫度因子只有生長期平均溫差與年平均最低溫，均為正相關，相關系數(shù)為0.435。

3.3.2 休眠程度與溫度的相關性 在休眠程度與溫度的相關性分析中，包含5個觀察點的全部數(shù)據(jù)，Y1與Y2觀察點的種子休眠程度見表3，Y3、Y4、Y5觀察點的種子休眠程度見表5。種子休眠程度與溫度的相關系數(shù)見表6。

表5 Y3、Y4、Y5觀察點黃檗種子休眠程度

表6 休眠程度與溫度的相關性

注：**表示P<0.01。

對種子達到50%發(fā)芽率所需低溫天數(shù)影響最大的溫度因子是萌芽期均溫、果期均溫、生長期均溫、年均溫、年平均溫差和大于20 ℃積溫，相關系數(shù)為-0.743；對黃檗種子最高發(fā)芽率影響最大的是花期積溫，相關系數(shù)為0.84，與最高發(fā)芽率呈負相關的溫度因子有花期平均溫差、果期平均溫差，生長期平均溫差和年平均最低溫。

種子達到50%發(fā)芽率所需低溫天數(shù)和最高發(fā)芽率從不同側(cè)面反映了種子的休眠程度，由表6可以看出，溫度與兩者相關系數(shù)的正負值均為相反，除溫差外，溫度因子均與休眠程度均呈顯著性負相關，這與擬南芥、紫花苜宿種子休眠程度對溫度的響應一致[6-7]。在具有顯著相關的因子中，只有花期、果期和生長期的溫差與休眠程度呈正相關，說明在溫暖的氣候條件下，種子休眠程度較淺，各物候期的溫差存在較大差異時，種子的休眠程度較深。

4 結(jié)論

除果期平均溫差、生長期平均溫差和年平均低溫外，其余溫度因子均對種子長度均有顯著性影響，說明全年溫度均對種子大小產(chǎn)生影響；對厚度和重量有顯著性影響的溫度因子分別只有5個和2個，且全為最低溫和溫差，說明子葉厚度與種子重量主要與最低溫和溫差有關。

Y1和Y2兩個觀察點中，三年間的休眠程度趨勢基本相同，溫度與休眠程度的相關性數(shù)據(jù)表明，各物候期積溫和均溫均與休眠程度呈負相關，說明積溫和均溫越高，休眠程度越低，在溫暖和溫差較小的氣候條件下生長的黃檗，其種子休眠程度較淺；寒冷和溫差較大的氣候條件下生長的黃檗，其種子的休眠程度較深。

5 討論

本研究選取同一觀察點不同年份的黃檗種子作為分析對象，可以單純考察不同年份間氣候因子對黃檗種子性狀的影響。課題組之前研究表明，氣候?qū)S檗的影響主要體現(xiàn)在溫度因子上[8]，現(xiàn)在的大多數(shù)研究中溫度數(shù)據(jù)都較為粗糙，多為年均數(shù)據(jù)或月均數(shù)據(jù)，本研究通過在樣點放置溫度檢測器，記錄樣點每日溫度，可以將年均數(shù)據(jù)細分為各物候期溫度，這樣得出的數(shù)據(jù)更具有針對性。在評價黃檗種子休眠程度時，采用了種子達到50%發(fā)芽率所需低溫層積天數(shù)和種子能達到的最高發(fā)芽率兩個指標，這兩個評價指標比大多數(shù)研究中評價休眠程度時采用的相同低溫天數(shù)處理下達到的發(fā)芽率更能客觀的反映種子的休眠程度。

目前黃檗育苗主要有春播和秋播兩種方式，春播需要沙藏低溫處理[9]。本研究表明不同年份間的黃檗種子休眠程度具有差異，生產(chǎn)所用種子可能取自不同地點，休眠程度差別更大，沙藏低溫處理的時間很難把握，因此建議育苗時選擇秋播。

全球氣候的變化會對不同物種的種子產(chǎn)生不同的影響[10]，全球變暖有利于輪葉馬先蒿種子的萌發(fā)和擴散[11]，不利于華北落葉松種群的更新[12]。黃檗產(chǎn)區(qū)的溫度隨著全球變暖會變得更高，這將有利于黃檗的物種繁殖，對緩解黃檗資源衰竭的狀況有利。