魯 敏,喬偉光, 師鵬飛,尚海軍,閆 婷,2,孟顯悅

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010; 2. 沙地生物資源保護(hù)與培育國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010; 3. 內(nèi)蒙古達(dá)拉特荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300; 4. 內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)和草原監(jiān)測規(guī)劃院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

元寶楓(Acertruncatum)為槭樹科槭屬植物,其適應(yīng)范圍廣、抗逆性強(qiáng)[1],秋葉色變化多樣、木材質(zhì)優(yōu)、葉片可用于制茶,種仁油脂含量 40%～50%,油脂中含有的神經(jīng)酸成分可用于腦損傷修復(fù)[2],是集生態(tài)、觀賞和經(jīng)濟(jì)價(jià)值為一身的中國特有鄉(xiāng)土植物,也是內(nèi)蒙古科爾沁沙地天然疏林的重要組成樹種[3-4]。近年來,隨著人們對林業(yè)保健食品認(rèn)識(shí)水平的不斷提高,元寶楓作為新資源樹種,其籽油、葉片等成分的提取提純及功能開發(fā)利用等方面的研究不斷深入[5],對元寶楓種苗的需求量也在逐年增加[6]。目前,播種繁育是元寶楓育苗的主要方式,但由于其果皮及種皮障礙導(dǎo)致種子存在一定程度生理休眠[7-9],出現(xiàn)發(fā)芽率低、出苗不整齊、育苗成效低等問題。為此,本試驗(yàn)以元寶楓種子為材料,通過分析不同種子處理方式、不同方式浸種、不同培養(yǎng)基質(zhì)對元寶楓種子發(fā)芽的影響,探索實(shí)用、有效的元寶楓種子處理方法,進(jìn)而提升其播種育苗效率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及研究區(qū)概況

元寶楓種子采自內(nèi)蒙古興安盟科爾沁右翼中旗五角楓自治區(qū)級自然保護(hù)區(qū)(45°00′56″—45°18′09″N,120°20′59″—121°44′41″E)。該保護(hù)區(qū)平均海拔280 m,年均氣溫 5.5 ℃,年均降水量383 mm,年蒸發(fā)量 2 391.3 mm,年日照時(shí)數(shù) 3 132.5 h,無霜期140 d 左右,年平均風(fēng)速 4.5 m·s-1。保護(hù)區(qū)內(nèi)主要喬木建群種有元寶楓、榆樹(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmusmacrocarpa) 等,主要灌木樹種有山杏(Prunussibirica)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)等。2022年10月選擇生長健壯、結(jié)實(shí)量大、無病蟲害的優(yōu)良單株作為采種母樹,將采集的種子帶回實(shí)驗(yàn)室晾曬,剔除壞種及干癟種子,種子自然干燥后密封裝袋置于4 ℃冰箱中貯藏備用。

1.2 種子形態(tài)觀察及千粒重測定

準(zhǔn)備好元寶楓完整種子、剝除果皮種子以及剝除種皮種子,種子處理情況如圖1所示。每種處理的種子選取500粒,設(shè)置5個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)100粒,利用游標(biāo)卡尺測量種子長度、寬度及厚度。種子千粒重參照《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》(GB 2772—1999),采用百粒法進(jìn)行測定。

注:A為完整種子;B為剝除果皮種子;C為剝除種皮種子。圖1 元寶楓種子不同處理狀態(tài)Fig.1 Different treatment states of Acer truncatum seeds

1.3 種子吸水測定

元寶楓帶果皮的完整種子、剝除果皮種子以及剝除種皮種子,每種處理選取飽滿、無病害的種子150粒,設(shè)3組重復(fù),每組重復(fù) 50 粒,分別稱重并記錄后,于2022年11月14日早上8:00開始,用紗布將上述3種處理種子包好放入燒杯置于25 ℃培養(yǎng)箱中,加蒸餾水吸脹,分別于2,4,6,8,10,12,24,48,72,96 及120 h取出,濾紙吸干表面水分后迅速稱重,根據(jù)吸水前后質(zhì)量變化計(jì)算吸水率,計(jì)算公式為:吸水率=(浸種后種子重量-浸種前種子重量)/浸種前種子重量×100%。

1.4 種子萌發(fā)試驗(yàn)

選取飽滿、大小均勻的元寶楓完整種子、剝除果皮種子以及剝除種皮種子,用 0.1% 的高錳酸鉀消毒處理2 h后清水沖洗,進(jìn)行如下處理:(1)不浸種;(2)25 ℃浸種24 h;(3)55 ℃浸種24 h。

將上述處理后的種子分別置于滅菌濕濾紙、滅菌濕細(xì)砂(砂子濕度控制在 40% 左右,手攥成團(tuán)松開即散)、滅菌脫脂棉的培養(yǎng)皿中。各處理因素及水平見表1,處理的編號(hào)為T1～T9。5組重復(fù),每組 50 粒種子,于光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn),設(shè)置培養(yǎng)條件為25 ℃、光照12 h·d-1、相對濕度 40%,每天做好萌發(fā)過程記錄,并及時(shí)補(bǔ)充水分使濾紙保持濕潤,以種子胚根突破種皮1 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn),直到連續(xù)5 d不再有種子發(fā)芽,停止試驗(yàn),計(jì)算種子發(fā)芽率。

表1 元寶楓種子萌發(fā)試驗(yàn)處理因素及水平設(shè)置表Tab.1 Treatment factor and level settings for Acer truncatum seed germination test

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,利用SPSS 23.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及Duncan多重比較進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 元寶楓種子特性

元寶楓種子為雙翅果,兩翅通過著生痕連接在一起,張開成銳角或鈍角。翅果晾干后的千粒重為 170.90 g,果皮及種皮占翅果總重量的 30% 左右;翅連同其內(nèi)種子的平均長度為 24.72 mm,翅寬 10.23 mm。剝除果皮后,種子呈壓扁狀且有褐色種皮包裹,平均長和寬分別為 10.30 mm、6.79 mm。元寶楓種子的種皮較薄,剝除種皮后的種仁呈淡黃色,種仁長度占翅果長的1/3,見表2。

表2 元寶楓種子的基本特性Tab.2 Basic characteristics of Acer truncatum seeds

2.2 元寶楓種子吸水特性分析

由圖2可知,剝除果皮和剝除種皮的元寶楓種子吸水規(guī)律一致,隨浸泡時(shí)間延長種子吸水率呈先增加后降低并趨于飽和。在浸泡0～2 h為急劇吸水階段,2～4 h為緩慢吸水階段,6 h后剝除果皮和剝除種皮的種子基本達(dá)到吸水飽和,達(dá)到飽和狀態(tài)的吸水率分別為 55.00% 及 46.00% 左右。相比之下,完整種子隨浸泡時(shí)間延長,種子吸水率變化趨勢為較平穩(wěn)的增加過程。浸種18 h后達(dá)到最大吸水率,此后吸水趨于飽和,達(dá)到飽和狀態(tài)的吸水率為 45.00% 左右。此外,不同處理種子的最大吸水率為:剝除種皮種子(56.27%)>完整種子(47.05%)>剝除果皮種子(47.01%),方差分析結(jié)果顯示,最大吸水率在剝除種皮種子與完整種子及剝除果皮種子間的差異顯著(P<0.05)。由此可見,完整種子浸種預(yù)處理時(shí)間不得少于18 h;種皮是阻礙元寶楓種子水分吸收的主要因素之一,去除種皮可促進(jìn)種子快速吸水。

圖2 元寶楓種子不同處理的吸水率變化曲線Fig.2 Change curve of water absorption for Acer truncatum seeds with different treatments

2.3 元寶楓種子發(fā)芽特性分析

對元寶楓種子開展種子處理方式(因素A)、浸種溫度(因素B)及培養(yǎng)基質(zhì)(因素C)的9個(gè)試驗(yàn)處理進(jìn)行極差分析,根據(jù)極差R值的大小可確定影響元寶楓種子萌發(fā)各因素主次關(guān)系。由表3可知,因素A的極差最大,R值為 49.80;因素C的極差最小,R值為 4.91,說明因素A對元寶楓種子萌發(fā)的影響最大,因素C對其萌發(fā)的影響最小,即3個(gè)因素對種子萌發(fā)影響的主次關(guān)系為A>B>C。在T1～T9的試驗(yàn)組合中,T8處理(剝除種皮+25 ℃浸種24 h+滅菌濾紙)的發(fā)芽率最高,為 80.07%;T6處理(剝除果皮+55 ℃ 浸種24 h+滅菌濾紙)的發(fā)芽率最低,為 5.33%。故元寶楓種子萌發(fā)的最優(yōu)組合為A3B2C1。

表3 元寶楓種子發(fā)芽率極差分析Tab.3 Extreme difference analysis of Acer truncatum seed germination percentage

因素A對元寶楓種子萌發(fā)影響的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05),因素B、因素C對元寶楓種子萌發(fā)的影響不顯著,也進(jìn)一步說明元寶楓種子處理方式對其發(fā)芽率的影響最明顯,方差分析與極差分析的結(jié)果一致(表4)。

表4 元寶楓種子發(fā)芽率的方差分析結(jié)果Tab.4 ANOVA results of Acer truncatum seed germination

3 結(jié)論與討論

元寶楓為雙翅果,兩翅間由著生痕連接,張開成銳角或近于鈍角,成熟時(shí)易分離,種子呈圓形壓扁狀,其外有果皮及種皮包被,成熟果皮為淡黃色,種皮顏色為棕褐色,種皮內(nèi)緊裹形態(tài)飽滿的淡黃色種仁,果皮及種皮占其翅果重量的1/3左右。

開展種子吸水動(dòng)態(tài)規(guī)律研究,不僅可了解其果皮及種皮透水情況,探究種皮及果皮對種子萌發(fā)障礙的影響作用[9],也可為其育苗浸種的預(yù)處理時(shí)間制定提供參考依據(jù)[10-12]。完整種子浸種24 h后吸水至飽和狀態(tài),剝除果皮及剝除種皮的種子吸水至飽和所需時(shí)間較短(浸種4 h后)。由此推測,果皮對于元寶楓種子吸水過程有一定延遲作用,但種皮相對較薄,對種子吸水延緩作用不明顯。完整種子及剝除果皮種子達(dá)到飽和狀態(tài)的吸水率基本相同,與剝除種皮種子的吸水率差異達(dá)到顯著水平,說明元寶楓種子果皮的透水性較好,但種皮對水分吸收存在一定障礙,這一結(jié)論與三花槭(Acertriflorum)、色木槭(Acermono)等種皮透水性試驗(yàn)結(jié)果相同[13-15]。此外,元寶楓種子吸水試驗(yàn)結(jié)果表明,在育苗生產(chǎn)中,完整的元寶楓種子可采取浸種24 h的預(yù)處理措施有利于其萌發(fā)。

植物種子在萌發(fā)的過程中,由于種皮限制及其內(nèi)含有萌發(fā)抑制物等原因?qū)е路N子存在不同程度休眠[16],在生產(chǎn)實(shí)踐中常采用物理去皮或刻傷、溫度處理及沙藏處理等方式提前預(yù)處理種子來提高其發(fā)芽率[17-20]。本研究結(jié)果顯示,元寶楓種子剝除種皮后,25 ℃浸種處理24 h ,于滅菌濾紙上培養(yǎng)的發(fā)芽率最高。上述結(jié)果表明元寶楓種子剝除種皮后,由于解除了種皮中的抑制物及其對種子的機(jī)械束縛,種子的水分及氣體交換能力加強(qiáng),顯著提高了種子的發(fā)芽率,也是本試驗(yàn)中影響元寶楓種子萌發(fā)的最主要因素。在梣葉槭(Acernegundo)、色木槭等槭屬植物果皮及種皮對其種子萌發(fā)影響的研究中也發(fā)現(xiàn),種皮是導(dǎo)致其種子萌發(fā)率低的重要因素[21]。在種子浸種處理方面,相比熱水浸種,25 ℃浸種的萌發(fā)效果最佳。李久道等[22]利用80 ℃水溫浸泡處理元寶楓種子后無一發(fā)芽,這可能是由于槭屬植物種子的種皮較薄,熱水預(yù)處理可導(dǎo)致種仁中的部分活性成分受損。此外,元寶楓種子室內(nèi)萌發(fā)試驗(yàn)以滅菌濾紙為培育基質(zhì)較滅菌濕細(xì)砂及脫脂棉的發(fā)芽效果好,但各處理間的差異不顯著。

綜上所述,元寶楓完整種子浸種24 h后吸水至飽和狀態(tài),其果皮透水性較好,種皮對水分吸收存在一定障礙,剝除種皮后,由于去除了種皮中的抑制物及其對種子的機(jī)械束縛,種子發(fā)芽率顯著提高。在育苗實(shí)踐中,可采用25 ℃浸種24 h對元寶楓種子進(jìn)行預(yù)處理,提高其發(fā)芽率及出苗整齊度。