李清源

(福建省清流國有林場，福建 三明 365300)

杉木(Cunninghamialanceolata)又稱沙木,刺杉，為杉科杉木屬植物,是我國特有的用材樹種，主要分布于秦嶺、淮河以南地區(qū)[1]。杉木用途眾多，是山區(qū)綠化的重要樹種；材質(zhì)優(yōu)良，供建筑、橋梁等使用，是重要的用材樹；藥用用途廣，被稱為萬能之木。澀粒是杉木發(fā)芽率低的主要問題[2]，此外，杉木在同一林地上連續(xù)栽植，會(huì)導(dǎo)致林分生產(chǎn)力下降[3]，而這一問題的原因復(fù)雜，目前仍無法有效解決，但可以通過提高杉木種子的萌發(fā)率來緩解這一狀況[4]。

種子萌發(fā)是植物生長更新的第一步[5]，植物生長過程中受很多復(fù)雜的環(huán)境因素影響，光照、溫度是2個(gè)必不可少的條件[6-7]，樹種適應(yīng)普遍的光條件才能更好地進(jìn)行自然更新，光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期對種子的萌發(fā)有不同程度的影響，最復(fù)雜的是光質(zhì)[8]。不同植物有不同的適生地，除了土壤、水分等因素外，溫度對種子的萌發(fā)機(jī)制也發(fā)揮著重要的作用。種子萌發(fā)時(shí)產(chǎn)生的水解酶、膜結(jié)合蛋白等受到溫度的影響[9]，所以溫度也是調(diào)控種子萌發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素。

目前光強(qiáng)、光質(zhì)對杉木種子萌發(fā)及生長已有相關(guān)研究，如：紅光/遠(yuǎn)紅光比值梯度處理[10-11]、不同光強(qiáng)處理(自然光強(qiáng)的100%，60%，40%，15%和5%)[6]，但這些研究并未對種子萌發(fā)藍(lán)光處理?xiàng)l件進(jìn)行研究。關(guān)于萌發(fā)過程中溫度條件對杉木種子影響的研究很少，大多數(shù)集中于對種子高溫、外源激素等預(yù)處理后觀察種子萌發(fā)率的變化[5, 10, 12-16]。本次試驗(yàn)通過不同光質(zhì)(紅光、藍(lán)光、白光)下不同光量[0，5，20 μmol/(m2·s)]以及不同溫度(16，22，37 ℃)對杉木種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)影響的研究，探索提高杉木種子發(fā)芽率的條件，為提高杉木林分生產(chǎn)力提供一定理論參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 種子預(yù)處理

杉木種子由福建省林業(yè)科學(xué)研究院提供，試驗(yàn)材料4 ℃條件保存。選取飽滿度一致的種子，清水浸泡并用錫紙包裹，4 ℃春化24 h。選取吸水后沉降的杉木種子，0.5%高錳酸鉀消毒30 min，并用清水沖洗。提前對濾紙及培養(yǎng)皿進(jìn)行滅菌消毒，在培養(yǎng)皿內(nèi)平鋪2張無菌濾紙，然后將消毒后的種子平鋪于濾紙上。共12個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置重復(fù)3個(gè)，每個(gè)重復(fù)種子50粒。本次萌發(fā)試驗(yàn)在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同光照條件處理 設(shè)置紅光、藍(lán)光、白光3個(gè)光照處理?xiàng)l件，每個(gè)處理?xiàng)l件分別設(shè)置0，5，20 μmol/(m2·s) 3個(gè)梯度的光量，光照時(shí)間均為24 h，溫度條件均為22 ℃。0 μmol/(m2·s)光量的試驗(yàn)對象用錫箔紙完全包裹后放入培養(yǎng)區(qū)。將預(yù)處理好的種子擺放進(jìn)鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)并用純水將濾紙浸濕至形成一層水膜，然后放入人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，定期澆水以保證水分充足。

1.2.2 不同溫度條件處理 以16，22，37 ℃為培養(yǎng)條件，將預(yù)處理好的種子擺放進(jìn)鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)并用純水將濾紙浸濕至形成一層水膜，并用錫箔紙完全包裹，即在黑暗條件下處理，然后放入人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，定期澆水以保證水分充足。

1.3 測定項(xiàng)目

種子放置在培養(yǎng)皿后每天觀察其發(fā)芽情況并統(tǒng)計(jì)數(shù)量，以種子破殼露白為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)統(tǒng)計(jì)周期為20 d。種子萌發(fā)率(%)=萌發(fā)種子的數(shù)量/試驗(yàn)種子總數(shù)量×100[17]；萌發(fā)高峰期(d)：試驗(yàn)開始至萌發(fā)數(shù)量最高的天數(shù)[18]；萌發(fā)指數(shù)GI=ΣGi/Di，式中，Gi為時(shí)間i內(nèi)的發(fā)芽數(shù);Di為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。GI值越大，表明萌發(fā)速度越快[19]；發(fā)芽勢GE= 規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)量×100% (一般為試驗(yàn)周期最初的1/3期間內(nèi)的種子發(fā)芽數(shù)占試驗(yàn)種子數(shù)的百分比為標(biāo)準(zhǔn))。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及整理，運(yùn)用GraphPad Prism 8進(jìn)行作圖及數(shù)據(jù)分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照處理對種子萌發(fā)的影響

溫度條件相同的情況下，白光發(fā)芽勢高于其他2種處理。紅光條件下，0 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽28粒，5 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽34粒，20 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽39粒(見圖1)。組內(nèi)種子累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)由高到低為20 μmol/(m2·s)>5 μmol/(m2·s)>0 μmol/(m2·s)，發(fā)芽率分別為0 μmol/(m2·s)的18.67%、5 μmol/(m2·s)的22.67%、20 μmol/(m2·s)的26%(見表1)。紅光5 μmol/(m2·s)的萌發(fā)指數(shù)(2.33)高于紅光20 μmol/(m2·s)的萌發(fā)指數(shù)(2.14)，紅光0 μmol/(m2·s)的萌發(fā)指數(shù)最低(1.89)。7 d內(nèi)紅光0 μmol/(m2·s)的發(fā)芽勢最高為10.67%，其次是紅光20 μmol/(m2·s)，為4%(見表1)。藍(lán)光條件下，0 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽35粒，5 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽31粒，20 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽30粒(見圖2)。20 μmol/(m2·s)的萌發(fā)率最低(20%)，0 μmol/(m2·s)的萌發(fā)率最高(23%)。萌發(fā)指數(shù)，藍(lán)光20 μmol/(m2·s)>藍(lán)光0 μmol/(m2·s)>藍(lán)光5 μmol/(m2·s)。7 d內(nèi)藍(lán)光5 μmol/(m2·s)的發(fā)芽勢最低(2%)，藍(lán)光0 μmol/(m2·s)最高(8%)。白光處理中，0 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽22粒，5 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽39粒，20 μmol/(m2·s)累計(jì)發(fā)芽29粒(見圖3)，萌發(fā)率分別為0 μmol/(m2·s)的14.67%，5 μmol/(m2·s)的26%，20 μmol/(m2·s)的19.33%(見表1)，0 μmol/(m2·s)和5 μmol/(m2·s)萌發(fā)率具有顯著性差異(P<0.05)，白光5 μmol/(m2·s)和白光20 μmol/(m2·s)萌發(fā)率具有顯著性差異(P<0.05)。萌發(fā)指數(shù)，白光5 μmol/(m2·s)>白光20 μmol/(m2·s)>白光0 μmol/(m2·s)(見表1)。7 d內(nèi)白光5 μmol/(m2·s)的發(fā)芽勢最高(14.67%)，白光0 μmol/(m2·s)最低(4%)。

圖1 紅光不同光量處理下杉木種子累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)

圖2 藍(lán)光不同光量處理下杉木種子累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)

圖3 白光不同光量處理下杉木種子累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)

2.2 不同溫度處理對種子萌發(fā)的影響

圖4 不同溫度處理下杉木種子累計(jì)發(fā)芽粒數(shù)

在光照條件相同的情況下，22 ℃累計(jì)發(fā)芽40粒，16 ℃累計(jì)發(fā)芽2粒，37 ℃累計(jì)發(fā)芽3粒(見圖4)。22 ℃的萌發(fā)率最高(26.67%)，37℃最低(2%)，22 ℃和16 ℃在P=0.05水平有顯著性差異，22 ℃和37 ℃在P=0.05水平有顯著性差異，16 ℃和37 ℃在P=0.05水平有顯著性差異(見表1)，16 ℃種子萌發(fā)指數(shù)比對照(22 ℃)低49.28%。萌發(fā)指數(shù)，22 ℃>16 ℃>37 ℃，22 ℃和37 ℃之間具有顯著性差異(P<0.05)，7 d內(nèi)發(fā)芽勢分別為14.67%(22 ℃)，2.67%(16 ℃)，2%(37 ℃)。

表1 不同處理?xiàng)l件下杉木種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)

3 結(jié)論與討論

紅光越強(qiáng)，萌發(fā)率越高，說明紅光對杉木種子萌發(fā)有一定促進(jìn)作用；藍(lán)光不同光量的處理下萌發(fā)率相差較小，對杉木種子的萌發(fā)無明顯影響。但藍(lán)光5 μmol/(m2·s)和20 μmol/(m2·s)在前5—7 d的萌發(fā)過程中萌發(fā)速度相比0 μmol/(m2·s)較慢，發(fā)芽高峰期有所延遲，表明藍(lán)光對杉木種子在前期的萌發(fā)過程中會(huì)有一定抑制作用。白光5 μmol/(m2·s)萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)在所有處理中最高，說明白光條件下，杉木種子活力高，生活力強(qiáng)，發(fā)芽整齊，出苗一致，是杉木種子萌發(fā)的優(yōu)良條件。主要原因可能是紅光及白光在600 nm(紅橙區(qū)域)范圍內(nèi)的光波能喚醒種子，促進(jìn)種子的萌發(fā)[20]，藍(lán)光在前期對萌發(fā)產(chǎn)生的抑制作用應(yīng)該是與它抑制植物莖的生長有關(guān)[21]。與本試驗(yàn)結(jié)果有所不同的是，劉青青等[11]的試驗(yàn)表明紅光對杉木種子的萌發(fā)有抑制作用，這可能是因?yàn)槠湓囼?yàn)條件為紅光處理8 h，而本試驗(yàn)的設(shè)置為紅光24 h持續(xù)光照所致。

光照條件均為黑暗的情況下，22 ℃萌發(fā)率最高，且第4天就進(jìn)入萌發(fā)高峰期，高于其他處理。高溫可能會(huì)破壞種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對其生長有極顯著抑制作用，這導(dǎo)致37 ℃條件下種子在第2天就喪失活力，停止發(fā)芽，這符合杉木不耐寒喜溫暖，適應(yīng)平均溫度15—23 ℃的生長環(huán)境。16 ℃下種子萌發(fā)高峰期延遲且發(fā)芽率低于22 ℃發(fā)芽率，說明低溫條件不利于杉木種子的發(fā)芽，這與方祿明[12]的研究相似。值得注意的是，在22 ℃條件下，種子停止萌發(fā)，8 d后又重新開始萌發(fā)，在進(jìn)一步的研究試驗(yàn)中應(yīng)加長試驗(yàn)周期就這一現(xiàn)象是否是偶然性進(jìn)行探索。

基于光照、溫度在種子萌發(fā)過程中的重要性，本研究在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，增加了藍(lán)光光質(zhì)的處理?xiàng)l件，且設(shè)置了不同的光強(qiáng)進(jìn)行對比。設(shè)置不同的溫度條件，填補(bǔ)了溫度在萌發(fā)過程中產(chǎn)生影響的空白。為提高杉木種子的萌發(fā)率，可增加光照中紅光、白光的比例，減少藍(lán)光的比例，保持22 ℃的萌發(fā)生長環(huán)境，以保證杉木種子順利、高效的萌發(fā)，為提高杉木種子萌發(fā)率提供一定的理論參考依據(jù)。