不同處理方式對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

陳興彬，劉子榮，婁永峰，肖以華，胡正良，王俊泊，肖復(fù)明

(1.江西省林業(yè)科學(xué)院/江西省植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330032；2.安福縣武功山林場(chǎng)，江西 吉安 343200；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520)

種子萌發(fā)是植物生命周期中的重要階段，也是植物實(shí)現(xiàn)自身繁衍的重要前提[1]。種子萌發(fā)除受到土壤含水量、光照、溫度、種子成熟度、種子含水量等因素影響外，還受種皮硬實(shí)性、貯藏時(shí)間及激素水平的影響[2-3]。不同植物因種皮(或果皮)細(xì)胞層次和排列及角質(zhì)、蠟質(zhì)、半纖維素等不透性物質(zhì)的差異，導(dǎo)致其種皮機(jī)械強(qiáng)度和透氣性不同，即硬實(shí)性不同[4]。植物自身的遺傳特性、生長(zhǎng)環(huán)境、種子成熟度等都會(huì)影響種子的硬實(shí)度[5]。赤霉素生理活性強(qiáng)，是調(diào)節(jié)植物種子萌發(fā)的重要生長(zhǎng)激素，能促進(jìn)種子萌發(fā)，不同植物種子對(duì)外源赤霉素的敏感性不同[6]。另外，貯藏時(shí)間會(huì)對(duì)種子活力和萌發(fā)力產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響植物的繁衍能力[7-8]。因此，研究種皮、赤霉素處理和貯藏時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響具有重要的實(shí)踐意義。

青岡(Cyclobalanopsisglauca(Thunberg) Oersted)是殼斗科青岡屬下的一種常綠喬木，別名青岡櫟、鐵椆，是在我國(guó)分布最廣的樹種之一，南至海南島，北至河南、山西及甘肅南部皆有分布，是江西、湖南、福建等亞熱帶地區(qū)優(yōu)良的鄉(xiāng)土闊葉珍貴用材樹種和常綠闊葉林的主要優(yōu)勢(shì)樹種[9-10]。其材質(zhì)堅(jiān)韌，強(qiáng)度大，是家具、建筑及裝飾品的優(yōu)良材料[11]。同時(shí)，青岡耐貧瘠，酸性至堿性基巖均可生長(zhǎng)，是石山綠化和植被恢復(fù)的先鋒樹種[12]。因此，青岡具有良好經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)功能。因上世紀(jì)人為砍伐嚴(yán)重，目前大面積分布的青岡闊葉林極少，因此大力培育青岡壯苗對(duì)于亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林植被的恢復(fù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[10]。種子繁殖是青岡種群繁殖的基本方式，但青岡種子果皮堅(jiān)硬，透水透氣性差，萌發(fā)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在自然條件下發(fā)芽率最高只有1.11%[13]。對(duì)青岡種子的研究主要有溫度、土壤含水量、光照、儲(chǔ)藏方式等對(duì)其萌發(fā)的影響，以及不同貯藏方式和種子萌發(fā)過程中生理指標(biāo)的變化[14-19]。但不同果皮處理方式、果皮厚度、貯藏時(shí)間及激素處理對(duì)青岡種子萌發(fā)影響的報(bào)道較少。為此，本研究通過探討果皮割傷和去除、果皮厚薄程度、赤霉素濃度和不同貯藏時(shí)間等對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響，為縮短青岡種子育苗時(shí)間和提高種子萌發(fā)率提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

青岡種子于2019年11月和2020年11月采集于江西景德鎮(zhèn)市興田鄉(xiāng)龍?jiān)创?117°28′E，29°31′N)，因單株間果皮厚度差異顯著，分單株進(jìn)行采種。采集的種子經(jīng)水浮法去除水面及懸浮在水中的種子后，挑選出生長(zhǎng)均勻一致、飽滿的種子，用2 g/L甲基托布津和4.5%的高效氯氰菊酯500倍液浸種5 h。自然干燥一天后裝入塑料封口袋中，儲(chǔ)藏于4 ℃的冰箱備用。

1.2 室內(nèi)發(fā)芽率試驗(yàn)

2021年3月，取出冰箱冷藏的青岡種子進(jìn)行果皮處理、赤霉素處理和不同貯藏時(shí)間的萌發(fā)試驗(yàn)。每種處理選取40粒種子，5次重復(fù)，將不同處理種子放入墊有紗布和雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，用少量水浸濕濾紙，置于25 ℃，光照8 h的培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。判斷種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為胚根長(zhǎng)度5 mm，每天固定時(shí)間統(tǒng)計(jì)一次萌發(fā)的種子數(shù)，根據(jù)情況補(bǔ)充水分，觀察時(shí)長(zhǎng)為120 d。發(fā)芽結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)不同處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速度[20]。

1.2.1不同果皮厚度劃分

依據(jù)單株間果皮厚度的不同，將種子分為厚果皮、薄果皮兩類。隨機(jī)抽取100粒種子，用電子天平(精度0.01 g)測(cè)百粒重，重復(fù)3次；隨機(jī)抽取35粒種子，用刀剝開果皮，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測(cè)定果皮厚度，重復(fù)3次。

1.2.2不同果皮處理

對(duì)于厚果皮青岡種子和薄果皮青岡種子分別用刀片剝?nèi)シN子果皮或只切除萌發(fā)孔一端的果皮，對(duì)照(ck)為保留完好果皮的種子。

1.2.3不同質(zhì)量濃度赤霉素處理

等量混合果皮完好的厚果皮和薄果皮青岡種子，分別用100 g/L、300 g/L、500 g/L、800 g/L和1 000 g/L的赤霉素溶液進(jìn)行浸泡，24 h后取出，用蒸餾水反復(fù)清洗3次后，再進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。以蒸餾水浸種24 h的種子為對(duì)照處理。

1.2.4不同貯藏時(shí)間

對(duì)4 ℃貯藏4個(gè)月和4 ℃貯藏16個(gè)月的青岡種子(厚果皮和薄果皮種子等量混合)去除果皮，研究不同貯藏時(shí)間對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響。

1.3 發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速度公式

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽勢(shì)(%)=(日平均發(fā)芽數(shù)最大值/供試種子數(shù))×100%

式中：Gt為在第t天的種子發(fā)芽數(shù)；Dt為處理種子發(fā)芽所用時(shí)間。

1.4 數(shù)據(jù)分析

方差分析在SPSS 13.0軟件上進(jìn)行，作圖在Miscrosoft Excel 2010軟件中完成。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同果皮處理對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，薄果皮青岡種子百粒重(113.0±1.62)g、果皮厚(0.45±0.07)mm，厚果皮青岡種子百粒重(151.9±1.68)g、果皮厚(1.08±0.09)mm，厚果皮青岡種子百粒重和果皮厚分別是薄果皮青岡種子的1.34倍和2.40倍，厚果皮種子與薄果皮種子的果皮厚差異極顯著。

果皮未處理的薄果皮青岡和厚果皮青岡分別于第13天和第20天開始萌發(fā)，培養(yǎng)80 d后基本沒有種子再萌發(fā)，第120天試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的萌發(fā)率分別為23.33%和24.00%(圖1)。去果皮和割傷果皮均能加快青岡種子萌發(fā)，去除果皮后，薄果皮青岡和厚果皮青岡種子均在第4天萌發(fā)，分別比對(duì)照提前9 d和16 d，萌發(fā)時(shí)長(zhǎng)分別是10 d和18 d；割傷果皮后，薄果皮青岡和厚果皮青岡種子分別在第8天和第13天開始萌發(fā)，分別比對(duì)照提前5 d和7 d，萌發(fā)時(shí)長(zhǎng)分別是37 d和76 d。

圖1 不同果皮處理方式對(duì)青岡種子萌發(fā)率的影響

不同果皮處理對(duì)青岡種子萌發(fā)力影響的方差分析及多重比較(表1、表2)表明，對(duì)于薄果皮青岡種子，不同果皮處理間的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和平均發(fā)芽速度達(dá)到極顯著水平，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到顯著水平；去除果皮的萌發(fā)效果最好，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間分別為96.00%，57.00%，2.61和7.83 d；去除果皮與割傷果皮，去除果皮與對(duì)照，割傷果皮與對(duì)照間的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別存在顯著差異；去除果皮與割傷果皮，去除果皮與對(duì)照間的平均發(fā)芽速度存在顯著差異，割傷果皮與對(duì)照的平均發(fā)芽速度差異不顯著。

表1 果皮處理對(duì)薄果皮青岡種子萌發(fā)的影響

表2 果皮處理對(duì)厚果皮青岡種子萌發(fā)的影響

厚果皮青岡種子的不同果皮處理間的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速度均達(dá)到極顯著水平；去除果皮的萌發(fā)效果也是最好，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間分別為100%、66.00%、2.89和7.81 d；去除果皮與割傷果皮，去除果皮與對(duì)照，割傷果皮與對(duì)照間的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)分別存在顯著差異；去除果皮與割傷果皮，去除果皮與對(duì)照間的發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽速度存在顯著差異；割傷果皮與對(duì)照的發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速度差異不顯著。因此，去除果皮和割傷果皮均能有效改善種子水分與氣體交換，加速種子萌發(fā)，薄果皮青岡種子割傷果皮比厚果皮青岡種子割傷果皮對(duì)萌發(fā)更有效。

2.2 不同濃度赤霉素對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

表3為不同質(zhì)量濃度赤霉素對(duì)青岡種子萌發(fā)影響及多重比較的結(jié)果，與對(duì)照相比，隨著赤霉素質(zhì)量濃度的不斷提高，青岡種子發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)赤霉素質(zhì)量濃度為500 mg/L時(shí)，發(fā)芽率達(dá)到最大值(33.33%)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)同樣呈先升后降趨勢(shì)；質(zhì)量濃度為800 mg/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值(23.30%)；質(zhì)量濃度為500 mg/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值(0.28)；質(zhì)量濃度為800 mg/L時(shí)，青岡種子平均發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)(44.14 d)；質(zhì)量濃度為1 000 mg/L時(shí)，平均發(fā)芽時(shí)間最短(29.6 d)。1 000 mg/L處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均小于對(duì)照。結(jié)果表明，低濃度赤霉素處理可以促進(jìn)青岡種子萌發(fā)，而高濃度赤霉素會(huì)抑制青岡種子的萌發(fā)。

表3 不同濃度的赤霉素對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

2.3 低溫貯藏時(shí)間不同對(duì)青岡種子萌芽的影響

表4為不同貯藏時(shí)間對(duì)去皮青岡種子發(fā)芽的影響，結(jié)果表明，4 ℃貯藏4個(gè)月的青岡種子與4 ℃貯藏16個(gè)月的青岡種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速度均差異不顯著，說明低溫貯藏1年不會(huì)對(duì)青岡種子萌發(fā)率產(chǎn)生影響。

表4 不同貯藏時(shí)間對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

3 討 論

3.1 不同果皮厚度對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，不同青岡單株間種子果皮厚度差異顯著，厚果皮青岡種子果皮堅(jiān)硬，較難割破。遺傳因素、母株生長(zhǎng)的土壤營(yíng)養(yǎng)和水分供應(yīng)狀況，種子成熟度等因素都會(huì)影響種子的硬實(shí)度[5]。其他樹種不同單株間種子的果(種)皮厚度也可能存在顯著差異。發(fā)芽實(shí)驗(yàn)時(shí)，也易分開進(jìn)行處理。雖然厚皮青岡和薄皮青岡種子的萌發(fā)率差異不顯著，但平均萌發(fā)速度差異顯著。Daws等[21]和Atta等[22]也發(fā)現(xiàn)種子萌發(fā)時(shí)間與種皮厚度呈正相關(guān)，種皮越厚，所用的萌發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)。青岡種子致密的果皮結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)種子的透水性產(chǎn)生影響，但會(huì)抑制種子的透氣性，不利于氧氣進(jìn)入種子，阻礙了種子萌發(fā)[18]。胚萌發(fā)之前，為了細(xì)胞伸長(zhǎng)，必須充分吸脹，薄皮種子比厚皮種子吸水更快，更有利于氧氣進(jìn)入；同時(shí)，薄皮種子的果皮束縛力更小，因此萌發(fā)時(shí)間更快[23]。去果皮后，厚果皮和薄果皮青岡種子間的發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽速度差異不顯著，說明果皮厚薄程度是影響青岡種子萌發(fā)速度的因素之一。

3.2 去除果皮和割傷果皮對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

去掉果皮后，青岡種子萌發(fā)率顯著提高，萌發(fā)時(shí)間顯著縮短，相似的，白櫟去皮處理的種子根的平均萌發(fā)時(shí)間比對(duì)照縮短39 d，出根率提高57.8%[24]。遼東櫟去皮處理，也得出類似的結(jié)論[25]。去果皮能顯著縮短種子萌發(fā)時(shí)間和增加萌發(fā)率主要是因?yàn)槿コず笾苯咏獬斯?duì)種子的機(jī)械束縛力，胚根較易萌發(fā)，同時(shí)有利于種子吸水和進(jìn)行氣體交換[26]。與果皮完好的種子相比，割傷果皮顯著提高了青岡種子的發(fā)芽率，這與燕山紅栗[27]去除頂端部分種皮的研究結(jié)果相一致。割傷果皮縮短了薄果皮種子的平均發(fā)芽時(shí)間，但延長(zhǎng)了厚果皮青岡種子的平均萌發(fā)時(shí)間。主要是因?yàn)殡m然割傷果皮在一定程度上減少了果皮對(duì)種子萌發(fā)的束縛，有利于種子的氣體和水分交換，促進(jìn)了種子萌發(fā)，但剩余的果皮對(duì)種子仍有較大的機(jī)械限制。由于剩余果皮對(duì)厚果皮種子萌發(fā)的機(jī)械限制作用要高于其對(duì)薄果皮種子萌發(fā)的限制作用，因此延長(zhǎng)了厚果皮種子萌發(fā)時(shí)間。

3.3 赤霉素對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

赤霉素可誘導(dǎo)α-淀粉酶、蛋白酶等合成，提高內(nèi)源IAA的水平，促進(jìn)種子內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[28]。適量的赤霉素濃度浸種后可以提高種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)，而過高的赤霉素濃度浸種會(huì)抑制種子萌發(fā)[29]。本研究結(jié)果表明，500 mg/L赤霉素處理24 h的青岡種子萌發(fā)效果好于對(duì)照和其他赤霉素處理。為促進(jìn)種子萌發(fā)，不同木本植物所需赤霉素的濃度并不相同，景美清等[30]發(fā)現(xiàn)，600 mg/L濃度赤霉素處理的赤皮青岡(Cyclobalanopsisgilva)萌發(fā)率效果較佳，300 mg/L赤霉素浸種24 h處理對(duì)紫丹牡丹種子生根效果最好[31]，100 mg/L赤霉素浸種6 h的楓香種子萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)最高[32]，這可能與物種特性、種皮(或果皮)結(jié)構(gòu)以及種子休眠方式有關(guān)。

3.4 貯藏時(shí)間對(duì)青岡種子萌發(fā)的影響

種子的貯藏條件如溫度、貯藏時(shí)間、空氣濕度等均會(huì)影響種子活力[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，低溫保存1年不會(huì)對(duì)青岡種子萌發(fā)產(chǎn)生影響。野生大豆硬實(shí)種子保存4年的發(fā)芽率仍在90%以上，而非硬實(shí)種子在2年左右就會(huì)失去活力[34]。一般認(rèn)為，堅(jiān)硬的種皮能有效隔離種子內(nèi)部與外界環(huán)境中氣體、水分的交換，以及阻止微生物、蛀蟲等的入侵，有利于種子在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較強(qiáng)的活力[5]。因此，青岡種子堅(jiān)硬的果皮有助于其長(zhǎng)期保存生活力，對(duì)于物種生存和傳播具有重要意義。隨著儲(chǔ)藏年限的延長(zhǎng)，會(huì)對(duì)薄果皮青岡種子和厚果皮青岡種子萌發(fā)產(chǎn)生哪些不同影響，有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

青岡單株間果皮厚度差異顯著，自然狀態(tài)下萌發(fā)時(shí)間有很大差異，為提高苗木整齊性，在育苗實(shí)踐中，果皮厚薄程度不同的青岡種子易分開進(jìn)行處理。使用適量濃度的赤霉素可以提高青岡種子的萌發(fā)率，青岡種子耐貯藏，低溫貯藏1年不會(huì)影響青岡種子發(fā)芽率。去除果皮和割傷果皮可以迅速解除青岡種子的種皮限制，增加種子透性，顯著提高種子的發(fā)芽率和縮短萌發(fā)時(shí)間，是最好的處理青岡種子的方法，但此方法費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，不適宜大量處理種子。今后需加大對(duì)硬實(shí)種子去皮處理方法的研究，以提高其發(fā)芽率和萌發(fā)整齊性。