蔡建華,丁全定#,付作霖,楊 靜,林 媛,齊 昊

1.甘肅省白龍江林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅蘭州 730046；2.甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅舟曲 746300

水青樹（Tetracentron sinenseOliv）屬昆欄樹科高大落葉喬木，該屬僅水青樹1種，是落葉喬木中極少數(shù)的高大喬木。主要分布在我國西南部和中部及部分東南亞國家（越南、緬甸、尼泊爾等）[1]。水青樹的樹形筆直、常被用作制作家具；外形優(yōu)美，可用于觀賞；莖干中含有抗HIV和白細(xì)胞活性的化學(xué)成分，使其具有藥用價值。同時，由于起源于水青樹早期三疊紀(jì)或白壟紀(jì)，是一種古老的孑遺植物，對研究古代植物區(qū)系、被子植物的系統(tǒng)起源具有重要的科研價值。

由于過度森林砍伐，生態(tài)環(huán)境被破壞，水青植株日趨減少；同時由于種源限制、傳播限制、建成限制使得水青樹自然再生變得困難[2]。水青樹僅零星生長于深山、峽谷、陡坡、懸崖等生境。1992年，被我國列入《中國植物志》，屬于國家二級重點保護(hù)瀕危植物。為了比較種子存活率的差異，本次研究模擬了影響自然種群中種子和植物的外部條件，對4種不同授粉方式（自花授粉、同株異花授粉、異株異花授粉、自然授粉）獲得的種子進(jìn)行了對照試驗，比較不同授粉方式的種子和幼苗初期生長情況，檢驗水青樹種群恢復(fù)有限是否與種子遺傳質(zhì)量有關(guān)，并探究了保護(hù)措施。研究結(jié)果可以為有效保護(hù)和管理水青樹的遺傳物質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)，該方法也可以作為保護(hù)其他受威脅植物的模式。

1 研究區(qū)的自然概況

研究區(qū)位于甘肅省白龍江插崗梁省級自然保護(hù)區(qū)，隸屬白龍江林區(qū)，是我國九大林區(qū)之一，位于青藏高原東部邊緣與岷山山脈的白龍江和洮河兩大河流上游，屬長江和黃河的源頭地區(qū)，是我國西北地區(qū)的重要綠色屏障。

林區(qū)內(nèi)屬于典型的高山峽谷地區(qū)。白龍江林區(qū)屬于亞熱帶大陸性過渡區(qū)季風(fēng)型山地氣候，冬季時間長寒冷干燥，夏季時間短溫涼濕潤，雨水主要集中在5—9月。氣溫年較差不大，年、月平均日較差為10℃左右。風(fēng)向與山脈走向相關(guān)，盛行東南風(fēng)。

2 研究方法

2.1 控制授粉試驗

2021年7—9月，在甘肅省白龍江插崗梁省級自然保護(hù)區(qū)茶崗保護(hù)站片片溝隨機抽取9株水青樹，其中3株生長正常且均勻。采樣點之間的距離至少為50 m，以避免植物之間的干擾。由于雨季花序弱，牛皮紙袋重，在塑料袋上進(jìn)行了控制性授粉實驗，采用4種處理方式：①異株異花授粉；②同株異花授粉；③自花授粉；④自然授粉。每天10:00～15:00的花粉量大，此時進(jìn)行控制性授粉是最有效的，同時每天更換塑料袋，直到開始產(chǎn)卵。

所有果樹在成熟時，在植株的不同冠層和方向隨機采集果序，用相同的授粉方法進(jìn)行混合，在室溫下干燥并清除其他殘留物，然后回到實驗室，在4℃和85%～95%的相對濕度下儲存在冰箱中。

2.1.1 觀察種子的形態(tài)學(xué)特征用不同的授粉方式，隨機選擇500顆完整的種子，用精度為0.01 mm的電子矩形數(shù)字卡尺對種子的長、寬、厚進(jìn)行檢測。上述程序測定4次。

2.1.2 每千粒種子的重量、飽和度和水分含量水青樹經(jīng)凈度分析后，在室溫下自然干燥。采用羅氏法，隨機選擇由不同方式處理過的1 000粒水青樹種子，重復(fù)此動作4次。對種子重量進(jìn)行單獨測量，取平均值作為1 000顆種子的重量；接著用恒溫干燥法將種子放在105℃的干燥箱中，每隔1 h測量1次重量，等到重量開始變輕之后，計算并記錄水青樹種子水分含量。隨后從不同的處理中隨機選擇1 000顆種子，用立體顯微鏡手動測定和計算種子的體積重量、干燥度、敗育度。

2.2 種子萌發(fā)與幼苗初期生長試驗

選取4種不同授粉方式的種子各400粒，每組100粒。其后再將種子放入0.1%的NaClO溶液中浸泡0.5 h，最后再使用蒸餾水沖洗5～6次，在發(fā)芽盤25℃蒸餾水中消毒。此試驗是在培養(yǎng)皿中以蒸餾水為基質(zhì)的2層濾紙上進(jìn)行的，使光照的強度為18.5 lx，8 h/d，恒溫25℃。此試驗期間，在人工氣候室中保持潮濕和通風(fēng)的環(huán)境。當(dāng)胚芽達(dá)到種子的一半長度時，就認(rèn)為開始發(fā)芽，每間隔1 d記錄1次。若連續(xù)7 d未發(fā)芽，則認(rèn)為發(fā)芽完成。發(fā)芽期間，準(zhǔn)確地記錄發(fā)芽的起始時間和結(jié)束時間，發(fā)芽完成后，測算發(fā)芽率、發(fā)芽勢及其他參數(shù)。

分層生長后，每種發(fā)芽類型的幼苗選擇20株置于雙層濾紙基質(zhì)的培養(yǎng)皿中進(jìn)行連續(xù)生長，每天記錄、測量幼苗的莖長和根長。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

種子含水量（%）＝（種子鮮重－種子恒重）/種子鮮重×100%。

萌發(fā)率（%）＝（種子萌發(fā)總數(shù)/100）×100%

發(fā)芽勢（%）＝（種子萌發(fā)到達(dá)高峰時的總數(shù)/100）×100%

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2018軟件進(jìn)行統(tǒng)計，采用One-WayANOVAtest分析不同授粉方式下的種子生物學(xué)特性和樹苗初始生長的差異。如果方差齊性檢驗通過(顯著性差異在0.05以上），則采用Duncan檢驗進(jìn)行多重比較分析；如果方差齊性檢驗未通過(P＜0.05），則使用Dunnet’s T3 test檢驗軟件進(jìn)行多重比較分析。

2.4 結(jié)果與分析

2.4.1 種子的形態(tài)指標(biāo)不同的授粉方式對長度沒有顯著影響（f＝1.759，P＝0.142＞0.05），但對水青樹種子寬度（f＝25.457，P＝0.000＜0.05）和 厚 度（f＝27.984，P＝0.000＜0.05）有 顯 著影響。在同一植株上進(jìn)行異花授粉時，播種時間最高，自花授粉時最低點。兩者之間有明顯區(qū)別，與其他2種處理沒有明顯區(qū)別。同株異花授粉、異株異花授粉種子長度相差不大高于自花授粉和自然授粉，自然授粉種子狀態(tài)最差，與其他方式授粉存在顯著差異。異株異花授粉種子最厚遠(yuǎn)大于其他3種授粉方式，自花授粉最低，與其他處理有顯著的差異（表1）。

表1 不同授粉處理后水青樹種子的形態(tài)特征比較

2.4.2 不同授粉處理種子的千粒重、飽滿度、含水量比較不同的授粉方法對每千粒種子的重量(f＝4.965，P＝0.008＜0.05）和 體 積（f＝3.548，P＝0.038＜0.05）有明顯的負(fù)面影響。異花授粉的每千粒播種體重最高，與其他處理有明顯差別，與其他處理無明顯差別。然而，水青樹播種密度值最高的是自然授粉處理，同株異花授粉與異株異花授粉種子千粒重、飽滿度、含水量沒有明顯差別；自花授粉，自然授粉差異明顯（表2）。

表2 不同授粉處理后種子千粒重、飽滿度、含水量比較

2.4.3 種子的萌發(fā)特征不同授粉處理對種子的發(fā)芽率（f＝69.45，P＝0.000＜0.05）和發(fā)芽勢（f＝18.25，P＝0.000＜0.05）有明顯影響。異株異花授粉處理的萌發(fā)率和發(fā)芽勢最高，與其他授粉處理差別明顯；自然授粉處理發(fā)芽勢最低與其他組相比有明顯差異，而萌發(fā)勢與自花授粉處理無明顯差別，與其他授粉處理有明顯差別（表3）。

表3 不同授粉處理后種子的萌發(fā)特性

2.4.4 幼苗的初期生長每次授粉的根和莖的長度都會隨著生育期的增加而呈現(xiàn)上漲的趨勢。在幼苗期前4 d的生長過程中，剛開始會快速生長，但隨后就會減緩。在異花授粉的種子中，第1天的生長長度是比較短的，到了第2天生長速度變快，第3天莖長達(dá)到了最高位置，之后就是自然授粉、異質(zhì)授粉和自花授粉。在整個試驗過程中，自然授粉植物的根長是最高的。異花授粉植物的根長也會在第7天遠(yuǎn)超異花授粉和自花授粉植物的根長，而自花授粉植物的根長總是會在較低的位置。

2.5 討論

種子成長的大小展示的是植物生命的重要特征。它是影響種子命運的決定性因素，從而直接影響植物的自然再生能力[3]。種子成長的大小大部分會有繼承的特性，其次是受生態(tài)因素的影響。普遍來說，種子的長度和寬度是比較固定的，但厚度會因為生長環(huán)境和其他外在因素的影響而產(chǎn)生差異，所以種子的厚度對種子衛(wèi)生非常重要[4]。本次試驗結(jié)果表明，4種授粉方式對水青樹種子的長度影響不大，說明遺傳品質(zhì)對種子長度無明顯影響，相對固定的，與以往研究結(jié)果相同[5]；4種不同授粉的方式對種子寬度和種子厚度有明顯影響，說明種子寬度和種子厚度不但會受到生長環(huán)境的影響，也會受遺傳質(zhì)量的影響。這兩個方面都可以作為種子選擇的指標(biāo)，以確保良好的遺傳質(zhì)量。

健康是指個體在固定的環(huán)境中成功生活、成長、繁殖的能力比較強。廣義的適應(yīng)性是指生命力和繁殖力，適應(yīng)性的常見指標(biāo)是種子數(shù)量和質(zhì)量的差異（包括種子大小、每干粒種子的重量、豐滿度、發(fā)芽率等）和個體生長發(fā)育（發(fā)芽的均勻性、植物早期生長）[6]。研究表明，種子的大小和后代的形狀之間存在著明顯的比例關(guān)系[7]。這意味著具有高適配性的種子一般具有較高的質(zhì)量，種子大小、完整度、種子千粒重和發(fā)芽率都相對較大。由這些品系產(chǎn)生的幼苗也有更好的早期生長條件和更強的存活和繁殖能力[8]。

研究發(fā)現(xiàn)，在不同的授粉處理下，水青樹的種子厚度、千粒重、發(fā)芽率、發(fā)芽率均有明顯差異，說明水青樹種子的遺傳品質(zhì)對水青樹種子和幼苗的形態(tài)有明顯影響；在不同異質(zhì)授粉處理下，種子厚度、千粒重、發(fā)芽率、發(fā)芽率均高于同質(zhì)自花授粉和異質(zhì)授粉處理，且莖生長得總是最好。結(jié)果表明，在異質(zhì)授粉處理中，水青樹的種子和幼苗適宜性明顯高于自花授粉和異質(zhì)授粉處理，這是由于自花授粉或近親繁殖的減少。

由于自然環(huán)境復(fù)雜多變，溫度的變化可導(dǎo)致種子休眠或抑制種子萌發(fā)及幼苗的生長，影響植物成活。有研究表明，交替變化的溫度可打破種子休眠，20℃～10℃的變溫條件下，水青樹種子的萌發(fā)率可達(dá)到90%以上，高于30℃～20℃、25℃～15℃及恒溫處理，則有利于種子萌發(fā)[9]。本次試驗時，氣溫在17.5℃～11.5℃，符合水青樹種子萌發(fā)的有利條件。同時，變溫條件下幼苗葉生長較好，在其幼苗生長初期，幼葉尚未形成，此時子葉可進(jìn)行光合作用，為植株的生長供給營養(yǎng)。子葉的生長情況與幼苗初期的生長及存活密切相關(guān)，能夠為幼苗的生長提供更多的營養(yǎng)。由此可見，變溫處理是有利于其種子萌發(fā)和幼苗存活的。因此，在水青樹的育苗過程中，要對種子進(jìn)行變溫處理。

3 結(jié)束語

自然授粉種子的寬度、厚度、發(fā)芽率明顯低于自花授粉和異花授粉的種子，而長度、每千粒種子的重量和發(fā)芽率與自花授粉的種子沒有明顯差異。這可能是水青樹為適應(yīng)惡劣的生長環(huán)境的條件（花期與雨季重合）和低種群密度而開發(fā)的一種繁殖方式[10]。自交和近交的遺傳效應(yīng)會大大地降低后代（種子和幼苗）的適應(yīng)能力，最終影響種群自然再生的能力，這可能是水青樹即將滅絕的主要原因。遺傳多樣性是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)，一個物種的遺傳多樣性的高低是長期進(jìn)化的結(jié)果，對物種的生存和進(jìn)化有很大影響。種群也通過遺傳多態(tài)性對自然選擇作出反應(yīng)。自我決定的植物的后代往往比雜合子更純凈，遺傳多樣性更少，適應(yīng)性更強，從而導(dǎo)致自我復(fù)制。自我復(fù)制是近親繁殖退步的一個典型例子。對于某些性狀，雜合子代的相對適應(yīng)性高于親代，反映了雜交的優(yōu)勢。雜交授粉的種子和幼苗的較高適應(yīng)性與它們的雜交或遠(yuǎn)交親本親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近正相關(guān)。相反，自花授粉或同種異體的種子和幼苗的適應(yīng)性與它們的雜交或遠(yuǎn)交親本親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近負(fù)相關(guān)。