于相麗,韓軍旺,周曉君

(1.洛陽(yáng)師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471934; 2.河南小秦嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中心,河南 三門峽 472500)

杜鵑花是杜鵑花科杜鵑屬植物(RhododendronL.)的總稱,分布遍及亞洲、北美洲、歐洲和大洋洲,其中亞洲為集中分布區(qū).杜鵑花是我國(guó)傳統(tǒng)十大名花之一,素有“花中西施”的美譽(yù)[1],又有木本花卉之王的稱號(hào)[2].我國(guó)杜鵑花野生資源豐富,約有757種[3].雖然我國(guó)杜鵑花資源多樣,但是部分居群以及現(xiàn)存量較少、未受關(guān)注的野生種,由于生存環(huán)境受限、人類活動(dòng)干擾等原因,已經(jīng)滅絕或?yàn)l臨滅絕[4].

靈寶杜鵑(Rhododendronhenanensesubsp.lingbaoenseFang)隸屬常綠杜鵑亞屬、彎果杜鵑亞組[5],僅分布于豫陜交界的河南小秦嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(海拔2 000 m),屬國(guó)家第一批珍稀瀕危保護(hù)植物[6].它不僅是觀賞性植物,其花和枝葉也有很好的藥用價(jià)值,更有作為特有種而具備的種質(zhì)資源庫(kù)的科研價(jià)值和自然遺產(chǎn)價(jià)值[7-8].靈寶杜鵑種子發(fā)芽所需時(shí)間較長(zhǎng),發(fā)芽整齊度不夠,天然更新性較差,并且隨著目前生態(tài)環(huán)境惡化,種群規(guī)模也在逐漸縮小.因此,進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)靈寶杜鵑的研究與保護(hù)已經(jīng)變得必要而迫切.許多學(xué)者對(duì)影響杜鵑種子萌發(fā)的因素,包括溫度[9-12]、化學(xué)處理[13-17]、浸種[15,18]、組織培養(yǎng)[19-20]等進(jìn)行了大量研究,但對(duì)于靈寶杜鵑種子相關(guān)方面的研究未見(jiàn)報(bào)道.

赤霉素(GA3)普遍存在于植物體內(nèi),是一類重要的植物激素,能夠促進(jìn)種子萌發(fā),在種子發(fā)芽過(guò)程中起著舉足輕重的作用[21].在種子萌發(fā)過(guò)程中,蛋白質(zhì)分解形成游離氨基酸,而GA3浸種能加快可溶性蛋白質(zhì)降解為其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而增強(qiáng)種子活力[22-23].黃承玲等的研究結(jié)果表明,一定濃度GA3浸種提高了抗氧化酶活性,加快了可溶性蛋白質(zhì)降解,同時(shí)減輕了種子的膜脂過(guò)氧化程度,從而促進(jìn)種子萌發(fā)[23].劉林等的研究也表明,GA3能提高種子發(fā)芽率,發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間提前[24].另外,研究植物種子形態(tài)具有重要意義,可為植物的分類群區(qū)分提供參考依據(jù)[25-27].本試驗(yàn)研究了靈寶杜鵑種子的形態(tài)特征、吸水性及GA3浸種、滅菌對(duì)種子發(fā)芽的影響,以期提高種子發(fā)芽率,為靈寶杜鵑的馴化栽培與開發(fā)利用提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料

靈寶杜鵑果實(shí)均于2021年12月采自三門峽靈寶的河南省小秦嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū).果實(shí)自然晾干后抖落種子,實(shí)驗(yàn)室常溫保存?zhèn)溆?

1.2 方法

1.2.1 靈寶杜鵑種子外部形態(tài)特征和種子吸水性

選取發(fā)育良好的種子50粒,體視顯微鏡下測(cè)其長(zhǎng)寬,并在體視顯微鏡和掃描電鏡下觀察其形態(tài),拍照.百粒法測(cè)量其千粒重,設(shè)5次重復(fù)試驗(yàn),每次隨機(jī)選取100粒種子稱重,取其平均值.

隨機(jī)選取7組(每組100粒)靈寶杜鵑種子,稱百粒重.而后浸泡于室溫蒸餾水中,分別浸泡2 h、4 h、8 h、10 h、14 h、18 h和22 h,然后用濾紙吸干種子表面水分后測(cè)量種子百粒重,減去原重后即為吸水量.吸水性試驗(yàn)每個(gè)處理均設(shè)5個(gè)重復(fù),取其平均值.

1.2.2 靈寶杜鵑種子處理

(1) GA3浸種時(shí)間試驗(yàn):用500 mg/L的GA3溶液于室溫下分別浸種0 h(CK)、1 h、3 h、5 h、7 h,浸種結(jié)束后將種子置于雙層濾紙的培養(yǎng)瓶中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn).

(2) GA3浸種濃度試驗(yàn):試驗(yàn)共設(shè)置0 mg/L(CK)、100 mg/L、300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L、1 000 mg/L六個(gè)不同質(zhì)量濃度的GA3溶液,室溫下浸種5 h.浸種結(jié)束后將種子置于雙層濾紙的培養(yǎng)瓶中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn).

浸種處理后,在培養(yǎng)室中進(jìn)行光照培養(yǎng),培養(yǎng)條件:(25±2)℃,2 000 lx,14 h/d.20 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率.以上試驗(yàn)每個(gè)處理100粒種子,每個(gè)處理重復(fù)3次.試驗(yàn)期間,持續(xù)保持培養(yǎng)瓶中濾紙濕潤(rùn)清潔.發(fā)芽期間如培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)發(fā)霉的種子時(shí),及時(shí)挑出清洗[28].每天定時(shí)觀察,記錄靈寶杜鵑種子的發(fā)芽數(shù).

1.2.3 滅菌處理

選取粒大飽滿的種子作為材料,流水沖洗2 h,然后于超凈工作臺(tái)上用75%乙醇浸泡消毒30 s后進(jìn)行種子滅菌試驗(yàn).共設(shè)計(jì)8個(gè)滅菌處理:① 0.15% HgCl2滅菌3 min; ② 0.15% HgCl2滅菌5 min; ③ 0.15% HgCl2滅菌8 min; ④ 8% NaClO滅菌5 min; ⑤ 8% NaClO滅菌8 min; ⑥ 8% NaClO滅菌10 min; ⑦ 滅菌前用GA3處理3 h,8% NaClO滅菌5 min; ⑧ 8% NaClO滅菌5 min,滅菌后用無(wú)菌水沖洗3遍,然后用500 mg/L GA3處理3 h.所有處理均在滅菌后(包括⑧GA3浸泡處理后)用無(wú)菌水沖洗3遍.

將滅菌后的種子隨機(jī)接種到MS培養(yǎng)基中,培養(yǎng)條件:溫度(25±2)℃,光照度2 000 lx,14 h/d.每個(gè)處理50粒種子,重復(fù)10次(每瓶50粒種子,接種10瓶).觀察期40 d,記錄種子的發(fā)芽變化.

發(fā)芽率(%)=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽勢(shì)(%)=(最高單日發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽指數(shù)=Σ(Gt/Dt),Gt為浸種后t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為發(fā)芽天數(shù).

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)采用Excel 2021和SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖表的統(tǒng)計(jì)處理和分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 靈寶杜鵑種子特性

2.1.1 靈寶杜鵑種子形態(tài)特征

圖1為靈寶杜鵑種子的體視鏡和電鏡照片.由體視鏡照片可知,干燥種子種皮呈褐色、錐狀,一端膜翅呈雞冠狀,另一端稍尖,有扁平尾狀附屬物.整個(gè)種子表面具有較淺的條紋,多呈平行狀,末端彎曲匯合在一起.經(jīng)測(cè)量,靈寶杜鵑種子長(zhǎng)度為(2.76±0.20) mm,寬度為(1.02±0.13) mm.電子顯微鏡下觀察條紋更為明顯.種子千粒重為(0.31±0.06) g,屬于小型種子.

圖1 靈寶杜鵑種子形態(tài)

2.1.2 靈寶杜鵑種子吸水性

種子吸水性試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.0～2 h期間靈寶杜鵑種子吸水速率最快,吸水量增加最多,蒸餾水浸泡4 h后吸水量占總吸水量的76.1%.隨著時(shí)間的增加,吸水速率明顯減緩,18 h吸水量基本達(dá)到飽和.結(jié)果表明,種子吸水量的變化與種子吸水規(guī)律相吻合.總吸水量占種子原重的40%以上,說(shuō)明種皮不影響種子萌發(fā)[29].

圖2 靈寶杜鵑種子吸水量變化圖

2.2 GA3浸泡時(shí)間對(duì)靈寶杜鵑種子發(fā)芽的影響

從表1可以看出,用GA3浸種對(duì)靈寶杜鵑種子的發(fā)芽率有顯著影響.GA3浸種后,靈寶杜鵑種子的發(fā)芽率都明顯比對(duì)照組(CK)高,5 h時(shí)發(fā)芽率最高,為89.33%.可見(jiàn),GA3浸種處理對(duì)靈寶杜鵑種子發(fā)芽起明顯的促進(jìn)作用(P<0.05),但浸種時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)發(fā)芽率作用效果不明顯.試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)浸種處理也提高了發(fā)芽的整齊度.發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)增高,說(shuō)明GA3提高了種子的發(fā)芽率和整齊度,GA3浸種提高了種子的活力.

表1 GA3浸種時(shí)間對(duì)種子發(fā)芽的影響結(jié)果

2.3 GA3濃度對(duì)靈寶杜鵑種子發(fā)芽的影響

由表2可以看出,隨著GA3濃度的增大,靈寶杜鵑種子的發(fā)芽率先增高后降低.所有濃度處理與對(duì)照組(CK)相比發(fā)芽率都顯著提高(P<0.05),其發(fā)芽率分別增加了45.2%、63.7%、75.3%、84.2%、65.1%.其中以700 mg/L的作用最顯著,發(fā)芽率為89.67%.和對(duì)照組相比,GA3可以讓種子提前3 d發(fā)芽,可見(jiàn)GA3對(duì)于靈寶杜鵑種子發(fā)芽有著極好的促進(jìn)作用.

表2 GA3濃度對(duì)種子發(fā)芽的影響結(jié)果

2.4 滅菌處理對(duì)靈寶杜鵑種子發(fā)芽的影響

由表3可以看出,滅菌劑對(duì)靈寶杜鵑種子的傷害非常大,尤其是HgCl2傷害最大.經(jīng)過(guò)HgCl2處理后,部分培養(yǎng)瓶出現(xiàn)污染現(xiàn)象,種子沒(méi)有發(fā)芽.經(jīng)過(guò)NaClO處理后,沒(méi)有出現(xiàn)污染現(xiàn)象,其中④～⑥處理發(fā)芽率極低; ⑦處理,即先GA3浸泡再滅菌,有一定發(fā)芽率,但是發(fā)芽率較低.觀察發(fā)現(xiàn),④～⑦處理的發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間都在30 d以后,平均發(fā)芽時(shí)間33 d; ⑧采用先滅菌后用GA3處理,發(fā)芽率顯著提高(P<0.01),達(dá)到87.33%,平均發(fā)芽時(shí)間遠(yuǎn)早于前7個(gè)處理,發(fā)芽勢(shì)為13.67±0.32,顯著高于④～⑦處理的結(jié)果.因而,NaClO滅菌后再進(jìn)行GA3浸泡,有利于靈寶杜鵑種子的發(fā)芽.

表3 滅菌處理對(duì)靈寶杜鵑種子發(fā)芽的影響結(jié)果

3 結(jié)論

靈寶杜鵑種子呈錐狀,為小型種子.浸泡4 h后吸水量占總吸水量的76.1%,說(shuō)明種皮不影響種子萌發(fā).靈寶杜鵑種子形態(tài)可為其在杜鵑花屬亞組中的分類群區(qū)分提供參考依據(jù).

浸種試驗(yàn)表明,GA3處理靈寶杜鵑種子,可以提高靈寶杜鵑種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì),說(shuō)明GA3浸種處理提高了種子的發(fā)芽速率和整齊度.發(fā)芽指數(shù)提高說(shuō)明GA3浸種提高了種子活力.這和用GA3處理金背杜鵑[30]、毛錦杜鵑[31]、秀雅杜鵑[32]等種子的研究結(jié)果一致.GA3處理后的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與浸泡時(shí)間長(zhǎng)短關(guān)系不大,這和馬英等的研究結(jié)果相同[33].

滅菌劑對(duì)靈寶杜鵑種子的損傷大,尤其是HgCl2.但采取先用NaClO滅菌后用GA3處理,發(fā)芽率反而顯著提高.劉廣超等[34]對(duì)10種杜鵑屬種子的滅菌發(fā)芽試驗(yàn)表明,用0.1%升汞或70%乙醇+0.1%升汞滅菌會(huì)抑制多種杜鵑屬植物種子的萌發(fā),這和我們的試驗(yàn)結(jié)果一致.但他們認(rèn)為,用1% NaClO和70%乙醇+1% NaClO滅菌能提高多數(shù)杜鵑屬植物種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì).而我們的滅菌試驗(yàn)表明,直接對(duì)靈寶杜鵑種子進(jìn)行滅菌,種子發(fā)芽率降低或不發(fā)芽.滅菌后再經(jīng)GA3溶液浸泡,發(fā)芽率則顯著提升,這和大部分種子滅菌發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相同.