合江方竹種子大小變異對萌發(fā)及幼苗生長的影響

劉艷江， 何選澤， 葉紅環(huán)， 鄭 濤， 付 維， 伍明理， 茍光前， 代朝霞

(1.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/農(nóng)業(yè)生物工程研究院，山地植物資源保護(hù)與保護(hù)種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山地生態(tài)與農(nóng)業(yè)生物工程協(xié)同創(chuàng)新中心， 貴陽 550025；2.貴州大學(xué)竹類研究所， 貴陽 550025； 3.貴州大學(xué)林學(xué)院， 貴陽 550025)

合江方竹(ChimonobambusahejiangensisC. D. Chu et C.S. Chao)為禾本科寒竹屬(Chimonobambusa)植物，別名為大竹，僅分布在四川敘永、古藺、合江縣和貴州赤水縣、習(xí)水縣的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生長地海拔為700～1 200 m，為我國西南地區(qū)特有的優(yōu)質(zhì)筍用竹，一般在10—11月出筍，肉厚肥嫩，味道鮮美，還富含鐵、硒、鋅等多種微量元素。此外，其外觀獨(dú)特、色澤美觀等特點(diǎn)，多被引種栽植于佛教寺廟，是著名的觀賞竹種[1]，其桿材富含纖維素，可制作為竹手工藝品、造紙、竹膠板和工藝家具等，具有較高的經(jīng)濟(jì)和食用價(jià)值[2-3]， 種子是兩代植物體相互聯(lián)系的樞紐，種子的大小、形狀對于種子萌發(fā)及幼苗的建成有重大影響，一般認(rèn)為種子的大小與萌發(fā)能力呈正相關(guān)，對苗高、地徑和根系生長也有一定的影響。在抗逆處理的情況下，大種子由于其所含的營養(yǎng)物質(zhì)較高表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性[4-6]；而小種子則具有較為廣泛地傳播、散布等優(yōu)勢，一直是植物學(xué)和作物學(xué)研究中的熱點(diǎn)問題[7-9]，在種子的選育、播種和建植等方面具有重要的指導(dǎo)意義。

由于大部分竹類植物的花期不固定，甚至有些物種整個生育期只開一次花[10-11]，其繁殖的特殊性，導(dǎo)致種子的獲取相當(dāng)困難，在一定程度上影響了對其種苗的深入研究。

目前，關(guān)于合江方竹的研究主要集中在引種栽培、營養(yǎng)成分分析及遺傳背景等方面[12-15]。關(guān)于其種子的特性和育種成苗技術(shù)一直都有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道，促進(jìn)種子萌發(fā)技術(shù)也是不斷創(chuàng)新[16-18]，但有關(guān)竹種子大小差異性狀與其萌發(fā)率、存活率以及對不同時期幼苗生長影響的研究欠缺。本研究將從合江方竹種子大小變異特性及形狀兩方面來探討不同等級種子對發(fā)芽能力及不同時期幼苗生長的影響，為其進(jìn)行科學(xué)的種子選育、提高存活率及降低育苗成本提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)所用種子于2019年在桐梓縣收集，種子千粒重267.733 g，恒溫烘箱測量含水量為60.66%。袋裝土壤采集于貴州大學(xué)校園附近的菜園土。

1.2 合江方竹種子大小變異測定

用精度為0.001 g的電子天平稱量每粒種子的重量，以每粒種子的重量代表種子大小，通過重量對種子進(jìn)行分級劃分。用精度為0.001 mm的電子游標(biāo)卡尺量取種子的縱向最大長度和橫向最大長度，種子的長、寬及長/寬比作為形狀指標(biāo)。

1.3 種子萌發(fā)及幼苗生長觀測

合江方竹種子于2019年6月初在大棚內(nèi)進(jìn)行播種，選用高度12 cm，內(nèi)徑8 cm的營養(yǎng)袋進(jìn)行裝土試驗(yàn)，分別依編號順序把種子播入袋中，每袋1粒種子，播種深度控制在2 cm左右，播種后蓋上些許土壤，每天觀察土壤水分、種子萌發(fā)和出苗情況，及時澆水，控制土壤含水量在60%～70%之間。30 d后用直尺測量莖高，5個月后收獲，并測量地徑、莖高、根長、植株生物量及分蘗數(shù)，作為幼苗生長建植指標(biāo)，其測量方法為靠近土壤表層用游標(biāo)卡尺測量其地徑，再從土壤表層至頂部最接近生長點(diǎn)莖節(jié)處使用直尺測量莖高。每次測量都統(tǒng)計(jì)一次幼苗死亡數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件統(tǒng)計(jì)種子形態(tài)特征，包括最大值、最小值、平均值等[19]；SPSS 21.0軟件對種子大小、形態(tài)特征進(jìn)行相關(guān)性分析[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子的大小性狀及其分級

由表1可以看出，合江方竹種子的平均長度是平均寬度的1.83倍，總體形狀呈長橢圓形。種子重量的變異系數(shù)最大，為23.34%，分別是長度和寬度的2.46倍、2.25倍，其最重粒種子是最輕粒種子的36倍，是反映種子大小變異最重要的性狀[20]。寬度的變異系數(shù)次之(10.38%)，長度的變異系數(shù)最小(9.47%)，最長粒種子長度約是最短粒的3倍，最寬粒種子寬度約是最窄粒種子的2倍，說明該種子大小差異懸殊。

由表1得知，合江方竹種子的重量變異系數(shù)最大，根據(jù)合江方竹種子重量性狀分級及其頻率情況，將種子重量差異范圍劃分為Ⅰ(>0. 2 g)、Ⅱ(>0.12～≤0.2 g)、Ⅲ(≤0.12 g)共3個數(shù)量級(表2)。從表2可看出，合江方竹種子單粒重在第Ⅱ級的頻率最高，占比達(dá)74.07%，第Ⅰ級種子和第Ⅲ級種子占比分別為19.66%和6.27%。由此可知，合江方竹的較大或較小重量的種子數(shù)量少，呈現(xiàn)稍微偏右的正態(tài)分布趨勢。由各等級所占比重將第Ⅰ級劃為大種子，第Ⅱ級劃為中種子，第Ⅲ級劃為小種子。

表1 合江方竹種子大小的變異情況Table 1 Variation of seed size of C. hejiangensis

表2 合江方竹各等級種子頻率Table 2 Seed frequency of different grades of C. hejiangensis

2.2 不同等級種子的萌發(fā)率及死亡率

合江方竹各等級種子的萌發(fā)率和死亡率如表3所示。從種子萌發(fā)株數(shù)上看，大、中、小3個等級種子之間的發(fā)芽株數(shù)占總實(shí)驗(yàn)數(shù)的比例相差不大(分別為65.42%、58.15%和65.30%)，說明合江方竹種子大小對萌發(fā)率的影響不大。分別于三葉期、六葉期調(diào)查幼苗的死亡情況，計(jì)算不同等級內(nèi)幼苗的死亡率。從整體上看，合江方竹種子萌發(fā)的幼苗在六葉期的死亡株數(shù)顯著高于三葉期。其中，在株苗的三葉期，小種子萌發(fā)的幼苗死亡率約是大、中種子的2倍，而在株苗的六葉期，小種子萌發(fā)的幼苗死亡率卻遠(yuǎn)低于大、中種子，這可能與后期未能及時給予養(yǎng)分及持續(xù)的酷熱天氣和苗圃遮陰強(qiáng)度有關(guān)。

表3 不同等級種子萌發(fā)率及死亡率Table 3 Germination rate and mortality of different grades of seeds

2.3 種子大小、形狀對幼苗生長進(jìn)程的影響

種子大小、形狀對幼苗建植的影響與幼苗生長發(fā)育進(jìn)程有關(guān)。由表4可以看出，當(dāng)種子萌發(fā)出苗至三葉期時，合江方竹種子的長度、寬度和重量3個性狀與竹苗的莖高都呈極顯著正相關(guān)，表明合江方竹的種子越大，重量越重，其幼苗生長高度越高。同時，無論幼苗生長到三葉期還是六葉期，其種子的長/寬比值與其幼苗的莖高無明顯相關(guān)關(guān)系，表明幼苗的生長過程與其種子的形狀沒有太大的關(guān)系。當(dāng)種子萌發(fā)出苗至六葉期時，種子性狀與幼苗莖高的相關(guān)系數(shù)降低，說明隨著植株的生長，種子間大小差異對植株生長的影響逐漸減弱。

表4 合江方竹種子大小、形狀與幼苗莖高的關(guān)系Table 4 Relationship between seed size,shape and seedling stem height of C. hejiangensis

2.4 種子大小、形狀對幼苗建植的影響

由表5可看出，合江方竹種子長/寬比值與幼苗建植間無明顯的相關(guān)性或呈負(fù)相關(guān)，種子重量指標(biāo)除與其根長呈顯著相關(guān)外(相關(guān)系數(shù)為0.075)，其余與地徑、植株鮮重及分蘗數(shù)都呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.113、0.160和0.117，種子的長、寬與幼苗的地徑和植株鮮重也都呈極顯著相關(guān)性，卻與幼苗的根長無明顯的相關(guān)性。

表5 種子大小、形狀對幼苗建植的影響Table 5 Effects of seed size and shape on seedling establishment

3 討 論

在本實(shí)驗(yàn)中，通過對合江方竹的種子大小差異性狀進(jìn)行描述，其變異系數(shù)依次為重量(23.34%)、寬度(10.38%)和長度(9.47%)，重量的變異性最大，縱向長度與橫向?qū)挾鹊淖儺愋韵嗖畈淮?。種子單粒重量頻率呈稍偏右側(cè)的偏態(tài)分布，說明整體上合江方竹大、中種子較多，小種子較少，粒重主要集中在0.12～0.2 g之間，同時對其種子進(jìn)行分級處理，研究其種子的大小、形狀對萌發(fā)率及幼苗生長的影響。

3.1 種子大小對不同時期幼苗的影響

合江方竹種子的大小對其萌發(fā)率的影響不大，但不同等級三葉期和六葉期的幼苗死亡率有差異。在三葉期時，小種子萌發(fā)的幼苗死亡率最高，而六葉期時，小種子萌發(fā)的幼苗死亡率卻最低。推測其原因，有可能在植物生長前期，大種子內(nèi)有足夠的營養(yǎng)物質(zhì)支撐幼苗茁壯成長，而小種子萌發(fā)的幼苗營養(yǎng)跟不上，出現(xiàn)了較多的死亡植株，但到了六葉期，種子內(nèi)儲存的營養(yǎng)物質(zhì)較少，此時幼苗的生長需要從外界吸取養(yǎng)分，而大、中種子萌發(fā)的幼苗也相對于小種子來說，需要更多的營養(yǎng)物質(zhì)。

3.2 種子大小對幼苗生長的影響

其他植物的研究結(jié)果表明，種子的大小與種苗活力呈正相關(guān)，大粒種子的萌發(fā)率和存活率相對于中、小粒種子高，且其具有能夠持續(xù)長成大苗的潛力[21]，主要是因?yàn)榇罅７N子內(nèi)儲存了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和較為完整的酶系統(tǒng)，從而促進(jìn)種子更快且整齊地萌發(fā)。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都會選擇粒大飽滿的種子作為優(yōu)質(zhì)的種源，以期獲得良好的收益[7-8,20,22-23]。但也有研究表明，種子的大小和形狀對種子萌發(fā)率沒有明顯的相關(guān)性[24-25]，這主要是由于大豆、小麥等種子種皮角質(zhì)化組織松散，其大粒種所含的蛋白質(zhì)高，發(fā)芽所需水分多，遇水后易分解、腐爛，因而導(dǎo)致大種子的發(fā)芽率與出苗率較低[26-27]。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合江方竹的種子大小與幼苗生長的莖高、地徑，根長、植株鮮重及分蘗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，即大粒種子萌發(fā)的幼苗數(shù)量較小粒種子多，所形成的幼苗徑較粗、其根系也更加發(fā)達(dá)，吸收水分和養(yǎng)分的能力更強(qiáng)，有助于幼苗的茁壯成長，而種子的長/寬比值對幼苗生長及建植無明顯影響。合江方竹種子大小、形狀對幼苗早期的生長發(fā)育影響較為顯著，即種子重量越重，長度和寬度越大，其幼苗的高度越高，但隨著幼苗生長至六葉期，其影響程度逐漸降低，可能是因?yàn)橛酌绲竭_(dá)高生長停止后，進(jìn)入了營養(yǎng)物質(zhì)的積累階段，大粒種子的優(yōu)勢不再顯著[9,28-30]。

因此，在合江方竹種子選育和栽培實(shí)踐中，應(yīng)優(yōu)先選擇單粒重量大于>0.2 g的大粒種子，以及當(dāng)幼苗生長至三葉期后，及時對其進(jìn)行撫育、適當(dāng)施肥、補(bǔ)充水分，可獲得健壯的幼苗及提高種子出苗后的存活率。