劉世晗，梁 建，方姝懿，田淑意，孫旭高，陶家璐，鄧小梅

(1.廣東省森林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

大花紫薇(Lagerstroemiaspeciosa)隸屬千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬落葉喬木，原產(chǎn)于澳洲、亞洲，分布于斯里蘭卡、印度、馬來西亞、越南、菲律賓。20世紀(jì)50年代引入我國(guó)，現(xiàn)廣東、廣西、福建及臺(tái)灣等省(區(qū))均有栽培[1-2]。大花紫薇樹形美觀、葉色濃綠、花大色艷、花量豐富，花期6—9月，是觀賞價(jià)值很高的一種園林綠化樹種。

大花紫薇開花繁盛，結(jié)果量大，掛果期長(zhǎng)，在廣州果期能夠持續(xù)秋冬兩個(gè)季節(jié)。蒴果成熟后開裂，種子則隨風(fēng)飄落，在自然條件下散落的種子幾乎不能萌發(fā)。關(guān)于大花紫薇種子萌發(fā)的研究較少，曾有研究者進(jìn)行大花紫薇露地播種試驗(yàn)，發(fā)芽率只有7.1%[3]，實(shí)驗(yàn)室條件下通過催芽處理后最高發(fā)芽率也只有67.8%[4]。因此本試驗(yàn)系統(tǒng)開展大花紫薇種子萌發(fā)條件研究，以期為提高大花紫薇優(yōu)良種質(zhì)尤其是雜交種子的發(fā)芽提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 種子的采集

供試種子于2021年1月，從華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院表型優(yōu)良的4株大花紫薇上采取，此時(shí)蒴果已全部成熟，從枝條上剪下飽滿、無病蟲害的果實(shí)。

1.2 果實(shí)出籽情況測(cè)定

隨機(jī)選取大花紫薇果實(shí)30個(gè)為一組，重復(fù)3次，使用電子天平測(cè)重；分單個(gè)果實(shí)進(jìn)行脫粒、計(jì)算種子數(shù)量及稱量種子重量。

出籽率(%)=(種子重量/果實(shí)重量)×100%。

1.3 種子形態(tài)特征測(cè)定

隨機(jī)選取處理好的大花紫薇完整種子，30粒為一組，重復(fù)3次，用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量種子長(zhǎng)度、寬度、厚度；千粒重測(cè)定采用百粒法，根據(jù)林木種子標(biāo)準(zhǔn)化處理規(guī)程，隨機(jī)選取100粒種子用電子天平測(cè)重，重復(fù) 8次。

變異系數(shù)(%)=(標(biāo)準(zhǔn)差/均值)×100%。

1.4 不同因素對(duì)種子萌發(fā)的影響

1.4.1不同浸種時(shí)間的處理

挑選飽滿健康的種子用于試驗(yàn)。浸種的初始水溫為45 ℃(自然冷卻)，浸種時(shí)間分別為0 h、8 h、16 h、24 h、36 h、48 h、72 h。設(shè)定發(fā)芽溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為7 500 lx，光照時(shí)間為12 h/d。

1.4.2不同發(fā)芽溫度的處理

將浸種24 h后的種子放置于不同溫度下進(jìn)行萌發(fā)，溫度分別為20 ℃、25 ℃、30 ℃、30 ℃/20 ℃(晝/夜)。

1.4.3不同光照條件的處理

將浸種24 h后的種子放置于不同光照時(shí)間下進(jìn)行萌發(fā)，光照時(shí)間分別為0 h/d、12 h/d、24 h/d。

1.4.4不同GA3濃度的處理

設(shè)置5種GA3濃度0(ck)、100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L與1 000 mg/L，室溫浸泡24 h。設(shè)定光照強(qiáng)度為7 500 lx，培養(yǎng)溫度為25 ℃，光照時(shí)間為12 h/d。

1.4.5綜合各因素最優(yōu)處理試驗(yàn)

依據(jù)上述試驗(yàn)中對(duì)不同因素所篩選出的最優(yōu)萌發(fā)條件，將選取的種子置于此條件下培養(yǎng)，觀察種子的發(fā)芽狀況。

1.5 不同GA3濃度對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

GA3是廣泛存在于植物中的內(nèi)源激素，可以解除種子休眠以及通過調(diào)節(jié)其他內(nèi)源激素來對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，通過預(yù)試驗(yàn)的結(jié)果觀測(cè)到GA3能夠?qū)Υ蠡ㄗ限狈N子苗胚根的生長(zhǎng)產(chǎn)生較大影響。對(duì)每個(gè)GA3濃度的處理發(fā)芽過程完成后(以真葉長(zhǎng)萌生為發(fā)芽過程結(jié)束標(biāo)準(zhǔn))選取10株幼苗觀測(cè)其側(cè)根數(shù)量，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺分別測(cè)量其主根長(zhǎng)度、植株高度，精度為0.01 mm。

1.6 種子處理方法

對(duì)不同浸種時(shí)間、不同培養(yǎng)溫度、不同光照時(shí)間、不同GA3濃度的每個(gè)處理取30粒種子，重復(fù)3次，將種子均勻擺放在墊有3層濾紙，直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中，置于恒溫培養(yǎng)箱(黃石恒豐GP-01型)中，培養(yǎng)期間適時(shí)補(bǔ)充無菌水保持濕度。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

種子開始萌發(fā)后，記錄起始發(fā)芽時(shí)間并每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)(以種子露白或胚根突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，直至發(fā)芽停止，以連續(xù)3 d無新發(fā)芽種子視為停止，記錄發(fā)芽停止時(shí)間[5-6]，計(jì)算種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)出籽情況

觀測(cè)結(jié)果表明，大花紫薇蒴果為球形或橢球形，不同個(gè)體間果實(shí)的大小以及種皮顏色有差異，果實(shí)成熟后開裂，成6裂狀，種子重疊排列于其中，每室有12～18粒種子，差異較大。由表1可知，大花紫薇果實(shí)平均出籽數(shù)為(89.89±4.09)粒，變異系數(shù)為4.56%；平均出籽率為(34.60±1.27)%，變異系數(shù)為3.67%。

表3 不同浸種時(shí)間對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響Table 3 Effects of different soaking time on seed germination of L. speciosa

表1 大花紫薇果實(shí)出籽情況Table 1 Seed production of L. speciosa

2.2 種子形態(tài)特征

觀測(cè)結(jié)果表明，大花紫薇種子扁平，呈三角形，黃褐色至深褐色，胚位于種子頂端，種皮延伸形成薄翅。由表2可知，大花紫薇種子平均長(zhǎng)度為(12.21±0.70)mm、平均寬度為(6.96±0.21)mm、平均厚度為(1.50±0.15)mm，千粒重為(7.51±0.44)g，屬小粒種子。由此可得，大花紫薇的種子形態(tài)大小較均勻，變異系數(shù)在 3.02%～8.00%之間。

表2 大花紫薇的種子形態(tài)特征Table 2 Seed morphological characteristics of L. speciosa

2.3 浸種時(shí)間對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響

不同浸種時(shí)間下大花紫薇種子的發(fā)芽率具有顯著性差異，且隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降的趨勢(shì)(表3)。浸種時(shí)間為24 h時(shí)，種子的發(fā)芽率達(dá)到最高，為48.33%，發(fā)芽率顯著高于浸種0 h(ck)與浸種8 h的處理組(p<0.05)，其中與ck的差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，比ck高出18.33%；發(fā)芽勢(shì)的變化隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升后降的趨勢(shì)，但是各處理組之間的差異并未達(dá)到顯著水平(p>0.05)。浸種72 h時(shí)起始發(fā)芽時(shí)間最早，原因是在浸種過程中，種子內(nèi)部發(fā)芽活動(dòng)已經(jīng)開始進(jìn)行，此條件下發(fā)芽率卻不是最高，原因是浸種時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致種子細(xì)胞無氧呼吸嚴(yán)重，致使其細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞液外滲，影響了種子萌發(fā)。根據(jù)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽持續(xù)時(shí)間可知，對(duì)于浸種處理整體發(fā)芽不集中(圖1)。綜合以上因素，認(rèn)為大花紫薇種子的浸種時(shí)間以24 h為宜。

圖1 不同浸種時(shí)間對(duì)大花紫薇種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of different soaking time on seed germination rate of L. speciosa

2.4 培養(yǎng)溫度對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響

大花紫薇種子在較廣溫度范圍內(nèi)均能萌發(fā)，但溫度對(duì)其萌發(fā)情況具有顯著影響(表4)。對(duì)于發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，20 ℃和25 ℃都與30 ℃的培養(yǎng)條件下存在顯著差異，整體趨勢(shì)在20 ℃～30 ℃的范圍內(nèi)，溫度越高發(fā)芽率越高，在30 ℃/20 ℃(晝/夜)溫度條件下，發(fā)芽率最高，為60.00%，比20 ℃高23.33%；在30 ℃時(shí)，發(fā)芽勢(shì)最高，為48.89%，比20 ℃高30.00%。對(duì)于起始發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽持續(xù)時(shí)間，在30 ℃和30 ℃/20 ℃(晝/夜)的培養(yǎng)溫度條件下，起始發(fā)芽時(shí)間最早，為5 d，極顯著高于培養(yǎng)溫度為20 ℃和25 ℃處理(p<0.01)；在30 ℃的培養(yǎng)溫度條件下，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間最短，為4.67 d，極顯著低于培養(yǎng)溫度為20 ℃和25 ℃處理(p<0.01)。由圖2可知，對(duì)于30 ℃的培養(yǎng)溫度，整體發(fā)芽集中，考慮到發(fā)芽持續(xù)時(shí)間，認(rèn)為大花紫薇種子萌發(fā)的培養(yǎng)溫度以30 ℃為宜。

表4 不同培養(yǎng)溫度對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響Table 4 Effects of different culture temperatures on seed germination of L. speciosa

表5 不同光照條件對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響Table 5 Effects of different light conditions on seed germination of L. speciosa

表6 不同濃度GA3對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響Table 6 Effects of different GA3 concentrations on seed germination of L. speciosa

圖2 不同培養(yǎng)溫度對(duì)大花紫薇種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Effects of different culture temperatures on seed germination rate of L. speciosa

2.5 光照條件對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響

光照對(duì)大花紫薇種子的萌發(fā)具有顯著影響(表5)。在有光照條件下，大花紫薇的種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)高于黑暗條件下(圖3)。在光照24 h/d的條件下發(fā)芽率最高，為50.00%，發(fā)芽率顯著高于黑暗條件(p<0.05)，發(fā)芽率高出12.11%；有光照的條件下發(fā)芽勢(shì)均顯著高于黑暗條件(p<0.05)，在光照12 h/d的條件下發(fā)芽勢(shì)最高，為41.11%，比黑暗條件下高16.67%。在黑暗條件下，起始發(fā)芽時(shí)間最晚，為10 d，并顯著低于有光照的條件(p<0.05)。在兩種有光照條件下，種子的發(fā)芽率、起始發(fā)芽時(shí)間無顯著差異，但在光照24 h/d時(shí)的發(fā)芽持續(xù)時(shí)間顯著短于光照12 h/d(p<0.05)。綜上所述，大花紫薇種子萌發(fā)需要光照，且光照時(shí)間以24 h/d為宜。

2.6 GA3對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響

2.6.1GA3對(duì)大花紫薇種子萌發(fā)的影響

不同濃度GA3下大花紫薇種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)具有顯著性差異(表6)。發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)的整體趨勢(shì)隨著GA3濃度的增加呈先升后降的趨勢(shì)，GA3濃度為200 mg/L時(shí)，種子的發(fā)芽率達(dá)最高，為54.44%，比發(fā)芽率最低的ck高21.11%，發(fā)芽勢(shì)也達(dá)最高，為28.89%，比發(fā)芽勢(shì)最低的ck高17.78%，在此處理下發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)都顯著高于其他4種處理(p<0.05)，發(fā)芽率與ck，1 000 mg/L的處理組之間的差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，發(fā)芽勢(shì)與其他4種處理之間的差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。在GA3濃度為200 mg/L的處理時(shí)起始發(fā)芽時(shí)間最早，發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)最高(圖4)。綜合以上因素，認(rèn)為大花紫薇種子在經(jīng)過濃度為200 mg/L的GA3處理后，可達(dá)到較好的萌發(fā)效果。

圖3 不同光照條件對(duì)大花紫薇種子發(fā)芽率的影響Fig.3 Effects of different light conditions on seed germination rate of L. speciosa

2.6.2GA3對(duì)大花紫薇幼苗生長(zhǎng)的影響

不同濃度GA3對(duì)大花紫薇幼苗的側(cè)根數(shù)和主根長(zhǎng)度有極顯著的影響，在濃度為0～1 000 mg/L的范圍內(nèi)，側(cè)根數(shù)隨著GA3濃度的增加逐漸減少，主根長(zhǎng)度也隨著GA3濃度的增加逐漸降低，GA3濃度在200～1 000 mg/L時(shí)，幼苗的側(cè)根數(shù)和主根長(zhǎng)度與ck之間的差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，在GA3濃度為1 000 mg/L時(shí)，側(cè)根數(shù)最少，僅為1.2根，比ck減少了3.2根，同時(shí)主根長(zhǎng)度也最低，為8.68 mm，比ck縮短了22.08 mm；經(jīng)過GA3處理后的幼苗高度與ck之間的差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，但是不同濃度的GA3處理組之間差異不顯著(表7)。由此可知，GA3對(duì)大花紫薇幼苗根的生長(zhǎng)抑制極為明顯，隨著濃度增加，抑制作用增強(qiáng)(圖6)。

圖6 不同GA3濃度下幼苗生長(zhǎng)情況Fig.6 Seedling growth under different GA3 concentrations

圖4 不同濃度GA3對(duì)大花紫薇種子發(fā)芽率的影響Fig.4 Effects of different GA3 concentrations on seed germination rate of L. speciosa

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)所篩選出的各個(gè)因素的最優(yōu)萌發(fā)條件，將所選取的種子在濃度為200 mg/L的GA3溶液中室溫浸泡24 h。設(shè)定光照強(qiáng)度為7 500 lx，培養(yǎng)溫度為30 ℃，光照時(shí)間為24 h/d。試驗(yàn)結(jié)果顯示，大花紫薇種子的平均起始發(fā)芽時(shí)間為4 d，發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)分別為80.00%和63.88%，并且在5 d內(nèi)能夠全部發(fā)芽結(jié)束，故本次試驗(yàn)所篩選出的萌發(fā)條件能夠使大花紫薇種子達(dá)到較高的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，與前人的研究相比，能大幅提高發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)且發(fā)芽更為集中(圖5)。

表7 不同濃度GA3對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響Table 7 Effects of different GA3 concentrations on seedling growth

圖5 最優(yōu)條件下種子萌發(fā)情況Fig.5 Seed germination under optimal conditions

3 結(jié)論與討論

果實(shí)及種子形態(tài)特征不僅能表達(dá)一定量較為穩(wěn)定的遺傳信息，且與種子的傳播、萌發(fā)等密切相關(guān)[8]。大花紫薇在6月份開始結(jié)果，不同個(gè)體間果實(shí)的大小以及種皮顏色存在差異，但顏色均從青灰色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽睾稚?，直至裂開后成熟，本次采集的大花紫薇果實(shí)平均出籽數(shù)為89.89粒，平均出籽率為34.60%，果實(shí)的出籽率及種子數(shù)較穩(wěn)定。

浸種能夠改變種皮的軟化程度，使種子吸入更多的氧氣從而促進(jìn)種子萌發(fā)。給予種子適當(dāng)?shù)慕N時(shí)間，種子能夠吸水，使得種胚內(nèi)部酶類等大分子物質(zhì)和細(xì)胞器活化，不僅能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，還能夠起到消毒的作用，但若浸種時(shí)間過長(zhǎng)，種子無氧呼吸嚴(yán)重，就會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞內(nèi)部水溶物外滲，影響種子萌芽[9-10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同浸種時(shí)間下大花紫薇種子的發(fā)芽率具有顯著性差異，浸種時(shí)間為24 h時(shí)，種子的發(fā)芽率達(dá)到最高，隨著浸種時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽率逐漸降低。

溫度是影響植物種子萌發(fā)極為重要的因素。適合的溫度能夠激發(fā)種子內(nèi)部酶的活性，有利于種子中貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和種胚的生長(zhǎng)，同時(shí)還可以加速種皮的機(jī)械變化，使水分和空氣更易進(jìn)入種子內(nèi)部，從而促進(jìn)種子萌發(fā)，但是溫度過高或過低，均會(huì)降低種子活力，影響種子的萌發(fā)效果[11-12]。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并綜合考慮發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽時(shí)間等因素，認(rèn)為大花紫薇種子在30 ℃的培養(yǎng)溫度下能夠達(dá)到最佳的萌發(fā)效果。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與鐘文勇等[3]、許鴻源等[4]提出的大花紫薇最佳培養(yǎng)溫度在25～30 ℃之間，以及文彬等[13]提出的西南紫薇(Lagestroemiaintermedia)種子最佳萌發(fā)溫度為30 ℃的研究結(jié)果一致。

光照是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的重要因子，但種子萌發(fā)過程中是否需要光照由植物的遺傳性和環(huán)境條件共同決定，有的物種種子若處于黑暗中，則萌發(fā)會(huì)受到抑制，有的物種種子萌發(fā)受光照的抑制，而有的物種種子萌發(fā)對(duì)光照沒有顯著的響應(yīng)[13]。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出大花紫薇種子在光照時(shí)間為24 h/d時(shí)發(fā)芽率最高，但與光照時(shí)間為12 h/d時(shí)沒有顯著性差異，因此大花紫薇的種子萌發(fā)需要光照，只要有充足的光照便可促進(jìn)萌發(fā)。

外源植物激素GA3已被廣泛應(yīng)用于種子萌發(fā)的研究中,GA3主要通過提高種子內(nèi)水解酶等相關(guān)酶的活性,加快相關(guān)蛋白的水解，消除ABA等物質(zhì)在種子萌發(fā)過程中的抑制作用，提高種子活力，打破種子休眠，并促進(jìn)種子內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而為胚的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)種子萌發(fā)[16-18]。適量濃度GA3浸種后可以提高種子活力，促進(jìn)種子萌發(fā)，而過低或過高的GA3濃度浸種對(duì)促進(jìn)種子萌發(fā)效果不明顯或抑制種子萌發(fā)[19]。馬有虎等[20]、蒙真鋮等[21]分別提出經(jīng)過200 mg/L的GA3處理的紫薇(Lagerstroemiaindica)和毛萼紫薇(Lagerstroemiabalansae)的種子萌發(fā)率最高。本次試驗(yàn)結(jié)果表明，大花紫薇種子在經(jīng)過濃度為200 mg/L的GA3處理后，可達(dá)到較好的萌發(fā)效果。由此可見，能促進(jìn)大花紫薇萌發(fā)的最優(yōu)GA3濃度與上述兩品種相似，而宋平等[22]使用500 mg/L的GA3處理的南紫薇(Lagerstroemiasubcostata)種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)最高，可見GA3對(duì)同屬中的部分品種之間的促萌效果會(huì)有差異性。

除了打破種子休眠，GA3還可以在植物的其他生育期起作用，包括能夠影響根系、花粉的發(fā)育,影響細(xì)胞的分裂等[23-24]。本次試驗(yàn)結(jié)果得出，GA3對(duì)大花紫薇幼苗根的生長(zhǎng)具有抑制作用，隨著濃度增加，幼苗的側(cè)根數(shù)量逐漸減少，主根長(zhǎng)度逐漸降低，同時(shí)根系變得更加脆弱，同時(shí)經(jīng)過GA3處理后幼苗高度也略有下降。蒙真鋮等[21]研究表明，GA3能夠促進(jìn)毛萼紫薇幼苗側(cè)根和植株的生長(zhǎng)，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符，可能與品種間差異有關(guān)，具體原因還需進(jìn)行深入研究。