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        溫度對(duì)江南油杉種子萌發(fā)特性的影響

        2018-03-12 07:00:46,,,,,
        種子 2018年1期
        關(guān)鍵詞:油杉博白胚根

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        (1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530002;2.中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410004)

        種子繁殖是植物繁衍的重要手段,種子萌發(fā)潛在影響著植物種群的動(dòng)態(tài)和組成,任何不利于種子萌發(fā)的因素都會(huì)直接影響到種群的穩(wěn)定性[1]。溫度是植物種子萌發(fā)的主要因素,溫度高低直接影響種子萌發(fā)和出苗,適宜的溫度是種子萌發(fā)所需的必要條件,掌握適宜種子萌發(fā)的溫度對(duì)指導(dǎo)苗木生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義[2-3]。

        江南油杉(Keteleeriafortuneivar.cyclolepis)隸屬松科(Pinaceae)油杉屬(Keteleeria),是我國(guó)特有常綠大喬木,現(xiàn)塊狀分布或散生于我國(guó)廣西、云南、貴州、廣東、湖南、福建、浙江、江西等省區(qū)海拔1 000 m以下的丘陵和低山,球果圓柱形或橢圓狀圓柱形,長(zhǎng)7~15 cm,徑3~6 cm,種子橢圓形,正面褐色有光澤,背面淡黃色,10月中旬至11月中旬成熟[4]。江南油杉具有很強(qiáng)的抗逆性和生態(tài)適應(yīng)性,加之其樹干高大通直,材質(zhì)優(yōu)良,是山地造林、用材林和園林綠化的理想樹種。由于長(zhǎng)期人為砍伐和自生自滅過(guò)程,江南油杉天然種質(zhì)資源流失嚴(yán)重,現(xiàn)處于漸危狀態(tài)[5]。據(jù)調(diào)查,江南油杉林下幼苗嚴(yán)重缺乏,種群更新困難,在100 m2范圍內(nèi),株高<20 cm的幼苗僅有6~10株。

        表1 江南油杉種子大小和采集地基本信息

        注:LY為廣西凌云縣;BB為廣西博白縣;FN為云南富寧縣;WM為貴州望謨縣。

        目前,對(duì)江南油杉的研究主要集中在系統(tǒng)分類[6],地理分布[7-8],群落結(jié)構(gòu)特征[8]、細(xì)胞生物學(xué)[9]、育苗技術(shù)[10]等方面,迄今未見有關(guān)江南油杉種子萌發(fā)特性的研究報(bào)道。為此,筆者設(shè)置溫度梯度開展種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn),以了解溫度變化對(duì)江南油杉種子萌發(fā)的影響,揭示江南油杉不同種源間種子萌發(fā)對(duì)溫度響應(yīng)的差異以及與生境條件的關(guān)系,并探明江南油杉種子最佳發(fā)芽溫度,為江南油杉資源開展合理保護(hù)以及引種栽培提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 供試種子

        實(shí)驗(yàn)材料分別來(lái)源于廣西博白縣、凌云縣、云南富寧縣、貴州望謨縣4個(gè)江南油杉天然種群,其中廣西為江南油杉中心分布區(qū),云南和貴州為邊緣分布區(qū)。采集地基本信息如表1所示。果實(shí)采收于2014年10月,球果采回后堆放在室內(nèi)數(shù)天,待種子充分成熟后攤曬于陽(yáng)光下,種鱗自然開裂脫出種子,種子晾干后,每個(gè)種群隨機(jī)挑選30粒種子,測(cè)定種子長(zhǎng)、種子寬和種子厚,重復(fù)3次;每個(gè)種群隨機(jī)挑選100粒飽滿種子用電子天平稱重,重復(fù)5組,計(jì)算種子千粒重(表1)。

        1.2 種子萌發(fā)

        實(shí)驗(yàn)前待試種子用0.2%K2MnO4溶液消毒10 min,再用蒸餾水沖洗干凈,之后置于蒸餾水中浸泡24 h催芽。種子催芽后每個(gè)種群隨機(jī)選取30粒種子均勻放入鋪有2層濾紙的10 cm培養(yǎng)皿內(nèi),每種群重復(fù)3次。每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)加入適量蒸餾水,以不使種子移動(dòng)為適。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)恒溫(15,20,25,30,35 ℃)和2個(gè)變溫(15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃)(12/12 h)條件,所有萌發(fā)處理在1 000 lx,12 h/d的光照,90%RH下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)胚根達(dá)到種子長(zhǎng)1/2時(shí)視為發(fā)芽,每24 h觀察記錄萌發(fā)狀況,同時(shí)補(bǔ)充適量水分。實(shí)驗(yàn)持續(xù)30 d。

        1.3 發(fā)芽指標(biāo)計(jì)算公式

        1) 萌發(fā)率(%)=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;

        2) 發(fā)芽勢(shì)(%)=10 d內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;

        3) 發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt),式中,Gt為t天內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù);

        4) 萌發(fā)時(shí)滯(d):第1粒種子萌發(fā)所需天數(shù);

        5) 萌發(fā)歷期(d):第1粒種子和最后1粒種子萌發(fā)時(shí)間差;

        6) 胚芽和胚根長(zhǎng)度(mm):種子播種的第20天,從每個(gè)培養(yǎng)皿選取10粒萌發(fā)的種子分別測(cè)定胚芽和胚根長(zhǎng)度(不足10粒則全部測(cè)量);

        注:同一種源不同字母表示差異顯著(p<0.05)。圖1 溫度對(duì)不同種源江南油杉種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

        7) 萌發(fā)值=[(∑DGS)/N]×Gr×10,DGS為日累積萌發(fā)數(shù)除以相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)所得商,N為從萌發(fā)開始到結(jié)束的天數(shù),Gr為最終萌發(fā)率[11-13]。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        用Excel 2007進(jìn)行常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及作圖;用SPSS 19.0對(duì)不同種源和不同溫度條件下江南油杉種子萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行方差分析,多重比較(采用鄧肯氏新復(fù)極差法),通過(guò)相關(guān)分析分析江南油杉種子萌發(fā)指標(biāo)與種子形態(tài)、大小以及種源地環(huán)境因子的相關(guān)性,顯著性水平均設(shè)定為α=0.05。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 溫度對(duì)江南油杉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響

        不同溫度條件下4個(gè)種源江南油杉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)見圖1。恒溫條件下,隨著溫度升高,4個(gè)種源種子的萌發(fā)率呈先增加后減小的趨勢(shì)。25 ℃條件下,4個(gè)種源種子萌發(fā)率均達(dá)到最大值,分別為富寧53.3%、博白70.0%、望謨60.0%、凌云48.3%。富寧和望謨種源均在15 ℃條件下萌發(fā)率最低,而博白和凌云種源均在35 ℃條件下萌發(fā)率最低。變溫條件下,除了在20 ℃/30 ℃下富寧的種子萌發(fā)率略高于30 ℃,其余種源種子在20 ℃/30 ℃下的萌發(fā)率均低于30 ℃;4個(gè)種源在15 ℃/25 ℃下的萌發(fā)率均低于25 ℃。多重比較結(jié)果表明,4個(gè)種源江南油杉種子在不同溫度條件下的萌發(fā)率部分結(jié)果存在顯著差異。

        恒溫條件下,江南油杉種子的發(fā)芽勢(shì)和萌發(fā)率一樣,隨著溫度升高其發(fā)芽勢(shì)呈先增加后減小的趨勢(shì),博白和凌云種源種子的發(fā)芽勢(shì)隨著溫度升高,在25 ℃下達(dá)到最大值,而富寧和望謨種源種子的發(fā)芽勢(shì)隨著溫度升高,在30 ℃下達(dá)到最大值,凌云種源種子在15,20,35 ℃下發(fā)芽勢(shì)均為0。變溫條件下,博白種子在20 ℃/30 ℃下發(fā)芽勢(shì)大于30 ℃下發(fā)芽勢(shì),凌云種子在20 ℃/30 ℃下發(fā)芽勢(shì)與30 ℃下發(fā)芽勢(shì)相等。

        表2 不同溫度條件下江南油杉種子萌發(fā)指標(biāo)的差異

        注:同一列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著;“-”表示差異不顯著,“*”p<0.05;“**”p<0.01。

        4個(gè)種源江南油杉種子發(fā)芽指數(shù)各不相同,表現(xiàn)為隨著溫度升高發(fā)芽指數(shù)呈先增加后減小的趨勢(shì)。富寧、博白、凌云種源種子均在25 ℃條件下發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值;望謨種源種子在35 ℃條件下發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值。富寧和望謨種子在15 ℃下發(fā)芽指數(shù)最??;博白和凌云種子在35 ℃下發(fā)芽指數(shù)最小。變溫條件下,博白種子在20 ℃/30 ℃下發(fā)芽指數(shù)大于30 ℃。

        2.2 溫度對(duì)江南油杉種子萌發(fā)時(shí)間、胚芽和胚根生長(zhǎng)的影響

        不同溫度條件下,江南油杉種子萌發(fā)時(shí)間、胚芽和胚根生長(zhǎng)見圖1。4個(gè)種源江南油杉種子在15 ℃條件下,萌發(fā)時(shí)滯均最長(zhǎng),分別為富寧10.33 d、博白11.33 d、望謨16.33 d、凌云16.33 d。25 ℃條件下,4個(gè)種源江南油杉種子萌發(fā)時(shí)滯均最短,且25 ℃下各種源種子萌發(fā)時(shí)滯均顯著小于15 ℃下種子萌發(fā)時(shí)滯。溫度對(duì)各種源種子萌發(fā)歷期的影響無(wú)明顯規(guī)律,表現(xiàn)為:富寧種源在15 ℃條件下萌發(fā)歷期最長(zhǎng),在35 ℃下最短;望謨和凌云種源在15 ℃下萌發(fā)歷期最短,在25,30 ℃下最長(zhǎng);博白種源在35 ℃下萌發(fā)歷期最長(zhǎng),在30 ℃下最短,為6.00 d。

        恒溫條件下,4個(gè)種源江南油杉種子胚芽和胚根長(zhǎng)度均隨著溫度升高呈先增加后減小的趨勢(shì),均在15 ℃條件下最小,在25 ℃條件下達(dá)到最大值,且25 ℃下各種源種子胚根長(zhǎng)顯著大于其它溫度下各種源種子胚根長(zhǎng)。4個(gè)種源中,富寧種源在15 ℃下胚芽和胚根長(zhǎng)均最短,凌云種源在25 ℃下胚芽長(zhǎng)最長(zhǎng),望謨種源在25 ℃下胚根長(zhǎng)最長(zhǎng)。變溫條件對(duì)江南油杉種子萌發(fā)時(shí)間、胚芽和胚根生長(zhǎng)均無(wú)明顯促進(jìn)作用(圖1中上部分為胚根長(zhǎng),下部分為胚芽長(zhǎng))。

        2.3 不同溫度條件下江南油杉種子萌發(fā)指標(biāo)差異

        由表2可知,江南油杉種子的萌發(fā)率、萌發(fā)時(shí)滯、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)在不同溫度條件下存在顯著或極顯著差異;發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、萌發(fā)歷期、萌發(fā)值在不同溫度條件下差異不顯著。25 ℃條件下,江南油杉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、萌發(fā)歷期、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)以及萌發(fā)值均達(dá)到最大值,萌發(fā)時(shí)滯值最小。15 ℃條件下,江南油杉萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和萌發(fā)值均最小,萌發(fā)時(shí)滯最大。30 ℃條件下,江南油杉種子萌發(fā)歷期最小。以上結(jié)果說(shuō)明,江南油杉種子最適宜在25 ℃條件下萌發(fā)和生長(zhǎng),溫度過(guò)低(15~20 ℃)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)緩慢,且萌發(fā)率低,溫度過(guò)高(30~35 ℃)則會(huì)抑制種子萌發(fā)和生長(zhǎng)。

        2.4 江南油杉萌發(fā)指標(biāo)與種子大小及環(huán)境因子的相關(guān)性

        以每個(gè)江南油杉種群在所有溫度條件下種子各萌發(fā)指標(biāo)的平均值與種子大小、環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表3。由表3可知,江南油杉種子的萌發(fā)值與千粒重呈顯著正相關(guān),與種子寬呈顯著負(fù)相關(guān)。種子萌發(fā)的胚芽長(zhǎng)度與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)。其它萌發(fā)指標(biāo)與種子大小、環(huán)境因子無(wú)顯著相關(guān)性。

        2.5 溫度與萌發(fā)值的函數(shù)關(guān)系

        相關(guān)研究表明,萌發(fā)值是較為理想的檢驗(yàn)種子萌發(fā)能力的指數(shù),可以綜合種子的發(fā)芽率、萌發(fā)速率和萌發(fā)時(shí)間[11-13]。以溫度為自變量,萌發(fā)值為因變量進(jìn)行回歸分析,確定溫度與萌發(fā)值在[15,35]區(qū)間內(nèi)的函數(shù)關(guān)系。

        表3 江南油杉萌發(fā)指標(biāo)與種子大小、環(huán)境因子的相關(guān)性

        通過(guò)回歸分析得出溫度與萌發(fā)值的回歸模型為:

        y=0.014 778x4-1.623 380x3+62.231 223x2-971.303 008x+5 469.041 822,R2=1。

        利用函數(shù),分別代入原點(diǎn)數(shù)據(jù)檢測(cè)函數(shù)準(zhǔn)確性,結(jié)果見表4。

        表4 擬合模型實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值間的比較

        由表4可知,函數(shù)對(duì)種子萌發(fā)值的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相差不大,函數(shù)擬合效果較好,能準(zhǔn)確反映江南油杉種子萌發(fā)溫度與萌發(fā)值的關(guān)系。通過(guò)函數(shù)模型計(jì)算,在15~35 ℃范圍內(nèi),當(dāng)溫度達(dá)到27.3 ℃時(shí),江南油杉種子萌發(fā)值達(dá)到最大值(511.370 55)。因此,預(yù)測(cè)江南油杉種子最適萌發(fā)溫度為27.3 ℃。

        3 討 論

        溫度是植物種子萌發(fā)的必要條件,不同種子的最適萌發(fā)溫度不同[14-15]。本研究結(jié)果表明,溫度變化對(duì)江南油杉種子萌發(fā)有重要影響。7個(gè)溫度條件中,江南油杉種子在25 ℃條件下萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和萌發(fā)值均最大,這說(shuō)明種子在25 ℃條件下出苗快且整齊,苗木質(zhì)量高,這可能是因?yàn)樵?5 ℃下,種子吸水、種皮軟化得到促進(jìn),且酶促反應(yīng)速度加快,呼吸作用加強(qiáng),為種子萌發(fā)和胚的生長(zhǎng)提供足夠能量和物質(zhì)基礎(chǔ)[16-17]。15 ℃條件下,江南油杉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)均最小,可能是因?yàn)榉N子積溫不足,不能在一定時(shí)間里積累到種子萌發(fā)所需的熱量,種子相繼出現(xiàn)活力降低、腐爛和發(fā)霉等現(xiàn)象[18]。當(dāng)溫度升高到30 ℃和35 ℃時(shí)江南油杉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)等指標(biāo)明顯降低,可能是由于溫度過(guò)高影響種子內(nèi)部酶變性、膜的透性以及膜結(jié)合的活性所致[19]。

        相關(guān)研究表明,變溫條件能顯著提高某些植物種子萌發(fā),因?yàn)楦叩蜏鼗プ兛纱龠M(jìn)種子內(nèi)部各類酶系統(tǒng)的生理活動(dòng),致使種皮收縮,促進(jìn)種子與外界氣體交換[20-21]。4個(gè)種源江南油杉種子中只有少部分萌發(fā)指標(biāo)顯示變溫條件下比恒溫條件下萌發(fā)效果好,如富寧的種子在20 ℃/30 ℃下萌發(fā)率略高于20 ℃和30 ℃;博白的種子在20 ℃/30 ℃下發(fā)芽勢(shì)大于30 ℃;凌云的種子在20 ℃/30 ℃下發(fā)芽勢(shì)與30 ℃下相等。這說(shuō)明變溫對(duì)江南油杉種子萌發(fā)的影響不是絕對(duì)的,依種源而異。相對(duì)而言,恒溫比變溫更適合江南油杉種子萌發(fā),說(shuō)明在野外,埋藏于地表層的種子比裸露于地面的種子易萌發(fā)[22]。

        最適萌發(fā)溫度一直都是研究植物種子萌發(fā)的重點(diǎn),確定物種種子最適萌發(fā)溫度不僅可大大提高種子萌發(fā)率,而且對(duì)苗木的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用[23]。Kurtar[24]通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)一些瓜類植物種子最適萌發(fā)溫度、萌發(fā)率和萌發(fā)速率進(jìn)行了精確預(yù)測(cè),該模型有助于模擬植物生長(zhǎng)發(fā)育。本實(shí)驗(yàn)以綜合種子萌發(fā)率、萌發(fā)時(shí)間和萌發(fā)速率的萌發(fā)值為因變量,溫度為變量建立相關(guān)模型,通過(guò)模型預(yù)測(cè)江南油杉種子最適萌發(fā)溫度,這不僅為提高江南油杉種子萌發(fā)率,促進(jìn)萌發(fā)效果提供理論依據(jù),而且對(duì)提高江南油杉苗木出苗率和壯苗率,充分利用江南油杉種質(zhì)資源方面具有重要作用。

        物種間種子大小與其萌發(fā)有著緊密的相關(guān)性[25-26]。江南油杉種子萌發(fā)值與千粒重呈顯著正相關(guān),種子越重,萌發(fā)值越大,其萌發(fā)效果越好。這可能一方面是由于大種子內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較多,酶活性較高,抗病性較強(qiáng),在萌發(fā)時(shí)有充足養(yǎng)分提供[27];另一方面是因?yàn)榇蠓N子萌發(fā)時(shí)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力,而小種子的質(zhì)量較低,死亡風(fēng)險(xiǎn)較高[28-29]??傮w來(lái)說(shuō),江南油杉種子萌發(fā)率偏低,萌發(fā)效果不佳,這可能是其種群更新困難的重要原因,此外,種子傳播范圍狹小、高蟲害率、高空癟率以及幼苗高死亡率也在一定程度上影響種群更新。

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        (本欄目責(zé)任編輯:周介雄、戴 燚)

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