外源激素和基質(zhì)對滇油杉種子發(fā)芽的影響

王姝茜，李蓮芳，劉 暢，姜若超，黃孝杰，合金鑫，李俞鑫

（西南林業(yè)大學，昆明 650224）

0 引言

滇油杉(Keteleeria evelyniana)為松科(Pinaceae)油杉屬常綠喬木，其主要分布于云南及四川西南部，垂直分布于海拔1400～2500 m之間[1-2]。滇油杉對環(huán)境的適應(yīng)性強且樹干高大通直，材質(zhì)優(yōu)良、耐腐，是分布區(qū)理想的造林和用材樹種[3]。目前，滇油杉多呈零星分布且人工林極少，種子產(chǎn)量及萌發(fā)率低，天然更新幼苗生長緩慢，且由于人為砍伐以及自然環(huán)境等綜合因素，其資源日漸匱乏[4]。已有滇油杉的研究主要在遺傳分類、化學成分和病蟲害防治等方面[5-7]，滇油杉種子發(fā)芽的研究鮮少從資料中查及。

松科植物幼苗屬子葉出土類，其種子萌發(fā)通常胚根先突破種皮，然后胚根向下生長、胚軸迅速伸長，將子葉帶離種殼推出地面，子葉出土后變?yōu)榫G色，進行光合作用為進一步生長發(fā)育提供能量，胚根、胚芽則相繼發(fā)育為地下的根系和地上莖葉器官[8]。麻建強等[9]采用正交設(shè)計對江南油杉(K.cyclolepis)種子開展苗木培育實驗，根據(jù)鋸木屑:泥炭:炭化谷殼體積比7:1:2為基質(zhì)并施配緩釋肥3 kg/m3裝入5 cm×10 cm無紡布容器的苗木生長最優(yōu)（地徑、苗高和高徑比分別為0.261 cm、18.83 cm和72.23）；謝偉玲[10]研究不同溫度、光照和儲藏條件對黃枝油杉(K.calcarea)種子發(fā)芽的影響，25℃周期性光照(3000 lx，12 h/d)和4℃低溫儲藏的種子發(fā)芽最優(yōu)。油杉屬種子發(fā)芽的研究查及文獻較少，且未查及發(fā)芽特性的相關(guān)文獻。

植物激素是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的關(guān)鍵因子，其對打破種子休眠、促進種子萌發(fā)具有重要作用[11-12]，外源激素處理種子具有與植物激素相同的功能。赤霉素(3-gibberellin，GA3)、吲哚丁酸(indoly-butyric acid，IBA)和吲哚乙酸(3-indoleacetic acid，IAA)屬植物外源激素，其多用于植物種子發(fā)芽中浸種[13-14]。張鳳銀等[15]和張薇等[16]分別研究不同濃度的GA3浸種，發(fā)現(xiàn)GA3浸種對苦瓜(Momordica charantia)和云南松(Pinus yunnanensis)種子發(fā)芽均有促進作用；廖建良等[17]研究植物生長調(diào)節(jié)劑對五指毛桃(Ficus simplicissima)種子發(fā)芽的影響，發(fā)現(xiàn)0.20 g/L IBA溶液浸種可有效促進其種子發(fā)芽；李楊濤等[18]采用U15*(58)均勻設(shè)計對思茅松(P.kesiyavar.langbianensis)種子開展發(fā)芽實驗，發(fā)現(xiàn)0.15 g/L IBA溶液浸種可加速種子發(fā)芽并提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)；陳文龍等[19]研究不同外源激素對茄子(Solanum melongena)種子發(fā)芽的影響，結(jié)果顯示，1.5 mg/L IAA浸種對其種子發(fā)芽具有一定的促進作用；劉生財?shù)萚20]以花葉莧菜(Amaranthus tricolor)種子為材料，研究不同濃度IAA對種子發(fā)芽的影響，0.5 mg/L IAA有利于提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

良好的基質(zhì)有利于保持適宜水分和提供營養(yǎng)物質(zhì)，從而影響種子發(fā)芽[21]。熊月明等[22]以80%品氏基質(zhì)+20%蛭石和40%品氏基質(zhì)+20%草木灰+20%泥炭土+20%蛭石作為基質(zhì)進行番木瓜(Carica papaya)種子發(fā)芽實驗，基質(zhì)可顯著縮短其平均發(fā)芽時間，提高發(fā)芽率(P＜0.05)；秦愛麗[23]的實驗指出，疏松、保水和透氣的苗木培育基質(zhì)是影響崖柏(Thuja sutchuenensis)發(fā)芽率的重要原因?；谝延形墨I，本研究采用L9(34)正交設(shè)計開展激素種類、濃度和基質(zhì)3個因素的不同水平及其組合對滇油杉種子發(fā)芽影響的實驗，了解其對滇油杉種子發(fā)芽的影響，旨在為該樹種的苗木培育提供種子發(fā)芽的相關(guān)資料。

1 材料與方法

1.1 實驗地點

實驗在云南省昆明市西南林業(yè)大學林學院森林培育實驗室完成。昆明位于102°45'41′′E、25°04'00′′N，海拔約1890 m，屬亞熱帶季風氣候；年平均氣溫15℃，絕對最高溫31.5℃，絕對最低溫-5℃，年均降水量995.3 mm，年平均相對濕度約68%[21]。

1.2 實驗材料

滇油杉種子于2019年采集于昆明市宜良縣國有花園林場，顆粒飽滿，無病蟲害。種子晾干凈種后，于4℃的冰箱中冷藏，其千粒重66.55 g。播種時種子已冷藏6個月。

壤土來源于西南林業(yè)大學林學院苗圃，珍珠巖和鋸末為商業(yè)購買；IBA、IAA和GA3為分析純粉劑，其先配制為10 g/L的母液，再按實驗設(shè)計分別配制為所需濃度的溶液。

1.3 實驗設(shè)計

實驗包括激素種類(A)及其濃度(B)和基質(zhì)(C)3個因素，每因素3個水平（表1）。根據(jù)實驗的因素水平，采用L9(34)正交設(shè)計開展實驗實施（表2）。

表1 實驗的因素水平表

表2 L9(34)正交實驗設(shè)計表

實驗共10個處理組合，采用上口徑直徑×下口徑直徑×高為16 cm×13 cm×12 cm塑料盒播種，每處理組合播種1盒（100粒），3次重復(fù)，共30盒（3000粒）。

1.4 實驗方法

播種前5天對基質(zhì)采用0.5%的高錳酸鉀溶液分別消毒，于室外暴曬晾干后，按實驗設(shè)計分裝入容器中。播種前1天挑選大小一致且飽滿的種子，用紗布包裹浸泡于0.5%的高錳酸鉀溶液中消毒0.5 h，清水沖洗干凈，于黑暗條件下浸種8 h后播種。播種時將種子擺放在基質(zhì)表面并覆蓋一薄層相同的基質(zhì)（微微露出種子）。發(fā)芽期間澆水保持基質(zhì)濕潤并用保鮮膜覆蓋保濕，保鮮膜戳小孔以便透氣。

從發(fā)芽之日開始，每日記錄種子發(fā)芽粒數(shù)，進行發(fā)芽指標計算。

式中，n為測定時間內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為置床的種子數(shù)，N0為日發(fā)芽種子數(shù)達到最高峰時正常發(fā)芽的種子數(shù)總和，Ni為第i日發(fā)芽粒數(shù)，Gt為第t天正常發(fā)芽的種子數(shù)，Dt為Gt相應(yīng)發(fā)芽的天數(shù)[24]。

采用Excel和SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行整理和分析。為滿足方差分析的齊性要求，如果有數(shù)據(jù)≤30%或≥70%，先進行反正弦變換后再進行方差分析。處理組合和因素水平間呈現(xiàn)顯著或極顯著的差異，則采用鄧肯氏(Duncan’s)法[25]進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 滇油杉種子的發(fā)芽特性和苗木形成

滇油杉種子發(fā)芽后，其莖葉發(fā)育與已有研究的松類樹種不同，其種子吸水，胚根突破種皮后緩慢伸長，胚根生長至一定長度后，胚軸在種殼不脫落前提下伸長（圖1A），種殼不脫落，于胚軸頂端萌發(fā)1株新芽（圖1B）；新芽發(fā)育出針葉，形成莖葉，逐漸生長成為苗木（圖1C），即滇油杉種子播種形成的苗木，因其種殼不脫落，胚芽未繼續(xù)發(fā)育成為莖干，故其為萌蘗的無性苗木?；诖?，滇油杉在無特殊培育前提下，其苗木無真正意義上的實生苗。滇油杉苗木出現(xiàn)萌蘗的現(xiàn)象，也許是其種子胚乳較小，貯存的養(yǎng)分有限，養(yǎng)分主要供給優(yōu)先生長的根系，導致胚軸伸長和莖干生長時剩余養(yǎng)分較少；同時，其種子含油量較高，外種皮、內(nèi)種皮和胚乳部分粘黏性極強，在幼苗根系未充分生長發(fā)育階段，其對養(yǎng)分的吸收能力有限，胚乳剩余養(yǎng)分和能量不足以保證子葉和胚芽與種殼分離導致其通過分蘗萌發(fā)新芽形成萌蘗的無性苗木。

圖1 滇油杉種子的發(fā)芽特性

2.2 種子發(fā)芽過程

滇油杉種子播種后第18天開始發(fā)芽（以胚軸上端萌發(fā)新芽時記為種子發(fā)芽，圖1），第37天時發(fā)芽結(jié)束，發(fā)芽延續(xù)期19天，27天后發(fā)芽急劇下降；除對照外，處理組合均在播種后的20～25天出現(xiàn)發(fā)芽小高峰，此期間發(fā)芽率為4.0%～9.0%，對照的發(fā)芽高峰期相對延遲；處理組合4、9分別在24、27天出現(xiàn)第二次發(fā)芽小高峰（圖2），即在室內(nèi)條件下，滇油杉種子發(fā)芽延續(xù)期相對較短，發(fā)芽整齊；外源激素浸種，加速種子發(fā)芽。

圖2 滇油杉種子的發(fā)芽過程

2.3 發(fā)芽率和發(fā)芽勢分析

處理組合的平均發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別為18.7%～56.0%和8.3%～27.0%，對照分別為13.3%和11.0%；處理組合間發(fā)芽勢無顯著性差異發(fā)芽率具有極顯著差異(P=0.000001＜0.01)，其中處理組合2～5、7、9的發(fā)芽率極顯著地高于其余處理和對照，外源激素浸種的發(fā)芽率均高于對照，除處理組合1外，其余處理組合的發(fā)芽勢亦高于對照的（表3），表明外源激素浸種與基質(zhì)不同組合提高滇油杉種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，0.30 g/L IBA浸種播于鋸末發(fā)芽率最高，即透氣保濕的基質(zhì)與適宜濃度的IBA浸種有益于提高滇油杉種子發(fā)芽，生產(chǎn)實踐中培育滇油杉苗木，選擇基質(zhì)和激素浸種極為重要。

表3 滇油杉種子發(fā)芽指標

極差值大小即為因素對指標的影響程度。由表4可知，影響滇油杉種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的主導因子是基質(zhì)（因素C）；因素水平間，IBA(36.8%)和IAA(40.7%)浸種的發(fā)芽率顯著高于GA3的(28.2%，P=0.047＜0.05)，播種于鋸末(49.7%)和壤土的(36.1%)極顯著高于珍珠巖(19.9%，P=0.0000000254＜0.01)，即IBA和IAA浸種播種于透氣保水的鋸末和壤土中，有益于滇油杉種子發(fā)芽并提高發(fā)芽率；發(fā)芽勢僅基質(zhì)間呈現(xiàn)顯著差異(P=0.042＜0.05)，與發(fā)芽率一致，播種于鋸末和壤土的種子，其發(fā)芽勢顯著高于珍珠巖，揭示IBA或IAA浸種結(jié)合疏松透氣和保水的基質(zhì)有益于滇油杉種子發(fā)芽。

表4 因素水平間發(fā)芽性狀的極差分析

發(fā)芽率的理論優(yōu)水平組合為A2B2C2（0.30 g/L IAA浸種播于鋸末基質(zhì)），發(fā)芽勢的理論優(yōu)水平組合則為A1B2C2（0.30 g/L IBA浸種播于鋸末基質(zhì)），實際發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高的與發(fā)芽勢的理論優(yōu)水平組合相一致（表4），揭示提高發(fā)芽率和發(fā)芽勢的外源激素略有差異，即IAA和IBA分別提高滇油杉種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，為同時提高這2個指標，需要進一步開展這2個外源激素共同浸種的多因素實驗。

2.4 平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)分析

處理組合的平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)分別為3.3～6.7天和7.0～18.1粒/天，對照的分別為9.0天和2.7粒/天；其中，處理組合1、3、5、7、8的平均發(fā)芽時間極顯著快于其余處理組合和對照，外源激素浸種的平均發(fā)芽時間均快于對照(P=0.002＜0.01)，發(fā)芽指數(shù)亦極顯著高于對照(P=0.008＜0.01)；處理組合3和5的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)均為最優(yōu)（表3）。以上結(jié)果表明，適宜基質(zhì)、激素及其浸種濃度的組合可有效縮短滇油杉種子的發(fā)芽過程，并且提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

影響滇油杉種子平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)的主導因子與發(fā)芽率和發(fā)芽勢相同；因素水平間，浸種濃度為0.15 g/L（4.46天）的平均發(fā)芽時間顯著快于0.30 g/L（5.61天）和0.45 g/L（6.12天，P=0.041＜0.05），播種于壤土（4.65天）和珍珠巖（5.08天）的平均發(fā)芽時間亦顯著快于鋸末（6.46天，P=0.023＜0.05）；與發(fā)芽率一致，播種于鋸末和壤土的種子，其發(fā)芽指數(shù)極顯著高于珍珠巖(P=0.008＜0.01)，即浸種溶液濃度為0.15 g/L播種于壤土和珍珠巖中，有益于加速滇油杉種子發(fā)芽，同時透氣保水的基質(zhì)提高發(fā)芽指數(shù)。因此，滇油杉苗木培育的發(fā)芽采用疏松的壤土結(jié)合外源激素IBA浸種可實現(xiàn)提高種子發(fā)芽率的目的。

表4顯示，平均發(fā)芽時間的理論優(yōu)水平組合為A1B1C3，即0.15 g/L IBA浸種播于壤土，與實際平均發(fā)芽時間最短的處理組合A1B1C1除基質(zhì)不同外，其余2個因素的水平完全一致（表3），可能由于珍珠巖的孔隙較大，更有利于種子發(fā)芽過程中胚根的伸長且數(shù)據(jù)記錄過程中由于珍珠巖色白、疏松，較壤土和鋸末更易觀察到種子的發(fā)芽過程；發(fā)芽指數(shù)的理論優(yōu)水平組合為A2B1C2，即0.15 g/L IAA浸種播于鋸末中，與實際最高的處理組合A2B1C2一致，但不利于種子發(fā)芽。以上結(jié)果表明，低濃度的溶液浸種顯著縮短滇油杉種子的平均發(fā)芽時間，但其不利于種子發(fā)芽，保水和疏松透氣的基質(zhì)有益于滇油杉種子發(fā)芽。綜合發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽過程及時間，0.45 g/L IBA或0.30 g/L IAA浸種播于壤土的發(fā)芽最優(yōu)，可用于生產(chǎn)實踐。

3 結(jié)論

筆者采用L9(34)正交設(shè)計對滇油杉開展激素種類及其濃度和基質(zhì)的不同水平及其處理組合的種子發(fā)芽實驗。滇油杉種子播種18天開始發(fā)芽，發(fā)芽延續(xù)19天，屬發(fā)芽時間較短類；其發(fā)芽過程中，種殼不脫落，子葉枯死于種殼內(nèi)，故苗木為萌蘗苗。實驗處理組合的平均發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)分別為18.7%～56.0%、8.3%～27.0%、3.3～6.7天和7.0～18.1粒/天，除發(fā)芽勢外，均優(yōu)于對照的13.3%、9.0天和2.7粒/天；處理組合間4個指標除發(fā)芽勢無顯著性差異外，其余均呈現(xiàn)顯著或極顯著性差異（P＜0.05或P＜0.01）?；|(zhì)是影響4個指標的主導因子。鋸末和壤土極顯著和顯著地提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢，珍珠巖則顯著地加速種子發(fā)芽（P＜0.05或P＜0.01）；綜合發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)，0.45 g/L IBA或0.30 g/L IAA浸種播于壤土的發(fā)芽最優(yōu)。

4 討論

油杉屬苗木培育方面的研究較少，文獻亦無苗木發(fā)育特征方面的報道[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，滇油杉種子發(fā)芽時，胚芽和子葉未從種皮中脫離而枯死于種皮內(nèi)，其幼苗的地上器官從胚軸頂端伸長的莖干處萌蘗形成，因此，為無性萌蘗苗。此現(xiàn)象是否為油杉屬的共同特征，有待對同屬樹種開展種子發(fā)芽的研究。

適宜濃度的植物外源激素浸種有利于種子發(fā)芽[11]。閆艷華等[28]研究外源激素溶液浸泡曼陀羅(Datura stramonium)種子，隨IAA浸種濃度5～25 mg/L的變化，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢逐漸提高且均優(yōu)于對照；初叢相等[29]采用IAA浸種處理珍珠繡線菊種子(Spiraea thunbergii)，濃度為10 mg/L時，對種子發(fā)芽有明顯促進作用；陳文龍等[19]和劉生財?shù)萚20]分別研究IAA溶液浸種對茄子和花葉莧菜種子發(fā)芽，結(jié)果與以上文獻類似。本研究中IAA浸種的種子發(fā)芽率極顯著高于對照，且濃度為0.30 g/L時發(fā)芽最優(yōu)，與上述文獻一致，即適宜濃度的IAA溶液浸種有益于種子發(fā)芽是共同規(guī)律，但不同植物或樹種浸種的最佳濃度不同，生產(chǎn)實踐中，采用IAA溶液浸種，有必要針對不同樹種開展最佳濃度的實驗，采用最佳濃度的溶液浸種，以達到促進種子發(fā)芽的目的。

余春和等[30]研究IBA和GA3溶液分別浸泡光皮樺種子(Betula luminifera)，10、30、50 mg/L的IBA浸種，促進其發(fā)芽；肖杰等[31]亦采用單因素實驗設(shè)計開展IBA和GA3浸泡紫薇(Lagerstroemia indica)種子的實驗，結(jié)果顯示，10 mg/L IBA及20～100 mg/L GA3均顯著地提高種子相關(guān)指標(P＜0.05)；張鳳銀等[15]和張薇等[16]分別研究GA3浸種對苦瓜和云南松種子發(fā)芽，廖建良等[17]和李楊濤等[18]分別研究IBA浸種對五指毛桃和思茅松種子發(fā)芽，結(jié)果均與上述文獻類似。本研究IBA溶液(0.15、0.30、0.45 g/L)浸種的種子發(fā)芽指標均極顯著高于對照，與上述研究結(jié)果類似；然而，也有與文獻不相同之處，即本研究相對較低濃度的IBA溶液浸種，縮短發(fā)芽時間與文獻不同，是否因樹種的種子結(jié)構(gòu)和生物學特性不同有關(guān)，有待進一步實驗研究。本研究的GA3溶液(0.15、0.30、0.45 g/L)浸種均可提高滇油杉種子的發(fā)芽率，但較IBA和IAA浸種的略低，與已有文獻的不同，這是實驗因素的交互作用還是因樹種不同導致的，有待進一步研究。

基質(zhì)的水、氣和熱等條件是影響種子發(fā)芽的關(guān)鍵因素，適宜的基質(zhì)是植物種子發(fā)芽的必要條件[22]。彭思華等[21]以河沙、鋸末和森林土:炭渣體積比3:2作為基質(zhì)進行滇青岡種子發(fā)芽的實驗，森林土:炭渣極顯著地提高其種子發(fā)芽指標(P＜0.01)；梁波[32]開展江南油杉不同基質(zhì)苗木培育的研究，腐殖土:珍珠巖體積比3:1的處理種子發(fā)芽指標最優(yōu)，即基質(zhì)保水和透氣性等是種子發(fā)芽的必要條件。本實驗中，基質(zhì)是影響滇油杉種子發(fā)芽的主導因子，鋸末和壤土極顯著和顯著地提高種子除平均發(fā)芽時間外的指標（P＜0.05或P＜0.01），這與上述研究結(jié)果一致，揭示基質(zhì)保水透氣對種子發(fā)芽的重要性和共同規(guī)律。

本研究雖然采用L9(34)正交設(shè)計開展實驗，但因水平的選擇和排列，處理組合形成基質(zhì)與某種外源激素及其濃度的組合，3種外源激素未構(gòu)成共同應(yīng)用于統(tǒng)一處理組合的現(xiàn)象，因此，構(gòu)成外源激素為單一類型的實驗，也許2種或2種以上外源激素對滇油杉種子發(fā)芽的作用與此不相同，建議在今后的實驗中開展多種激素共同處理其種子的實驗。