瀕危樹種極東錦雞兒(Caragana fruticosa)種子的萌發(fā)特性

楊 玲，翟曉杰，沈海龍

(東北林業(yè)大學(xué)林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040)

錦雞兒 (Caragana spp.)根系強(qiáng)大，耐沙埋，耐寒，耐干旱，在防風(fēng)固沙、退耕還草、促進(jìn)生態(tài)平衡方面具有重要作用［1-2］。同時(shí)，錦雞兒具有飼用、綠肥、蜜源、藥用、木質(zhì)纖維等豐富的資源價(jià)值［3］。極東錦雞兒 ［Caragana fruticosa(Pall.)Besser.］是豆科 (Leguminosae)錦雞兒屬 (Caragana)多年生落葉小灌木［4］，在我國(guó)主要分布于黑龍江省尚志縣帽兒山山頂，是黑龍江省特有種［5］。極東錦雞兒數(shù)量稀少，呈不規(guī)則小塊狀分布于帽兒山山頂約200 m2平臺(tái)四周及山頂南部坡度緩巖石裸露處，在山頂峭壁下也偶可觀察到單株分布，分布范圍狹小，已處于滅絕邊緣［5］。因此，建立極東錦雞兒苗木的擴(kuò)繁方法以保護(hù)其種質(zhì)資源、促進(jìn)和改善其繁育和苗木培育現(xiàn)狀成為亟待解決的問(wèn)題。

錦雞兒可以通過(guò)種子［6-10］、扦插［11］、根孽［12］和組織培養(yǎng)［13-16］來(lái)繁殖。最容易、最常用的繁殖方法仍是通過(guò)種子進(jìn)行繁殖。人們?cè)阱\雞兒種子萌發(fā)和苗木培育方法上積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。如對(duì)白皮錦雞兒(C.leucophloea)、草原錦雞兒(C.pumila)和刺葉錦雞兒(C.acanthophylla)種子啟動(dòng)萌發(fā)所需最低土壤水分含量的研究［10］，對(duì)小葉錦雞兒(C.microphylia)種子大小變異對(duì)種子萌發(fā)率和幼苗生長(zhǎng)影響的研究［9］，對(duì)小葉錦雞兒1a生播種苗生長(zhǎng)規(guī)律的研究［6］以及對(duì)中間錦雞兒(C.intermedia)種子成熟后采摘時(shí)期和種子產(chǎn)量的研究［17］等。目前，尚未見到關(guān)于極東錦雞兒種子萌發(fā)和出苗影響的系統(tǒng)報(bào)道。本文以分布于黑龍江省帽兒山頂?shù)奶烊粯O東錦雞兒為研究對(duì)象，研究其種子物理性狀和不同溫度條件對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在為建立極東錦雞兒播種育苗技術(shù)和確定合理播種期提供科學(xué)依據(jù)，為改善極東錦雞兒苗木培育狀況、實(shí)現(xiàn)極東錦雞兒種質(zhì)資源保存和合理開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料采集與處理

種子取自黑龍江省尚志市帽兒山山頂極東錦雞兒天然居群。2010年8月中旬采集成熟種莢，于室內(nèi)通風(fēng)處陰干，待種莢裂開后去雜質(zhì)，收集種子，于4℃下密封儲(chǔ)存。

1.2 種莢結(jié)實(shí)率和種子形態(tài)特征調(diào)查

種子顏色、形狀通過(guò)目測(cè)觀察進(jìn)行描述;種子大小用游標(biāo)卡尺抽樣測(cè)量，取30粒種子測(cè)量種子的長(zhǎng)、寬、厚。選取500枚種莢統(tǒng)計(jì)種莢內(nèi)種子數(shù)和有蟲的種子數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出種莢結(jié)實(shí)率和種子蟲害率。

1.3 種子含水量和千粒重的測(cè)定

種子含水量用105℃恒重法 (標(biāo)準(zhǔn)法)測(cè)定，重復(fù)測(cè)定3次，每次50粒種子。計(jì)算公式為:

種子千粒重用百粒法測(cè)定，重復(fù)測(cè)定3次。從純凈種子中，隨機(jī)選取100粒種子為1組，共取8組，即為8個(gè)重復(fù)，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)，得出種子千粒重，單位為克。

1.4 種子生活力和吸水量測(cè)定

種子生活力測(cè)定用TTC染色法進(jìn)行，設(shè)3次重復(fù)，每次50粒種子。種子于25℃下在蒸餾水中浸泡24 h，用醫(yī)用解剖刀沿種子的縱軸切開，在25℃下0.1%TTC溶液中染色24 h。以70%面積被染成紅色的種子為有活力的種子，計(jì)算有活力種子占總試驗(yàn)種子數(shù)的百分比。計(jì)算公式為:

種子吸水量測(cè)定采用羅靖德等 (2010)方法［18］，選取100粒種子用蒸餾水浸沒(méi)，重復(fù)3次，放在25℃恒溫箱中保溫。每隔1 h取出種子，吸干種子表面浮水稱重，直至恒重。計(jì)算種子吸水量。計(jì)算公式為:

1.5 種子萌發(fā)測(cè)驗(yàn)

種子在室溫下自來(lái)水中沖泡3 d。選取籽粒飽滿、質(zhì)地均勻的種子，用0.3%KMnO4溶液消毒15 min，后用清水沖洗干凈。每30粒種子置于鋪有2層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，在光照、不同溫度條件下進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，每處理4個(gè)重復(fù)。溫度設(shè)置為15℃、20℃、25℃和30℃4種溫度梯度。每天12 h光照 (光照強(qiáng)度為100μmol·m-2·s-1)，12 h黑暗。保持培養(yǎng)皿內(nèi)濕潤(rùn)和通氣。每天觀測(cè)記錄種子的發(fā)芽情況，當(dāng)胚根長(zhǎng)度達(dá)到與種子等長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)度達(dá)到種子一半時(shí)，作為種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。以發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)為指標(biāo)，在發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到高峰時(shí)計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，在發(fā)芽末期連續(xù)5 d發(fā)芽粒數(shù)平均不足供試種子總數(shù)的1%時(shí)計(jì)算發(fā)芽率。發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)計(jì)算公式如下:

1.6 幼苗生長(zhǎng)測(cè)量

發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，分別選取萌發(fā)一致的種子置于鋪有兩張濾紙的柱形玻璃管中 (1.0 cm ×9.5 cm)，在氣候箱中培養(yǎng) (溫度為25℃和30℃2個(gè)溫度梯度，光照條件同1.5)，定時(shí)補(bǔ)充蒸餾水。每個(gè)處理10株幼苗，重復(fù)3次，10 d后記錄幼苗的苗高、胚根長(zhǎng)和生物量。

1.7 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

表格和圖中數(shù)據(jù)均為各重復(fù)處理的平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。百分比數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)分析前進(jìn)行了反正弦平方根轉(zhuǎn)換。應(yīng)用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用SigmaPlot 10.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖，用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子物理性狀觀測(cè)

極東錦雞兒種子呈腎形，少數(shù)為圓形，顏色有黃色、黃褐色和褐色，種皮革質(zhì)，光滑，多數(shù)表面具紅褐色花紋。種子大小及其變異系數(shù)見表1。極東錦雞兒種子長(zhǎng)、寬、厚存在一定變異。其中種子長(zhǎng)/寬的變異系數(shù)最大，其次是種子厚度變異系數(shù)，種子長(zhǎng)和寬的變異系數(shù)相近，均稍大于10%。種子結(jié)實(shí)率不高，平均每枚種莢結(jié)1.43粒種子。種子受蟲害嚴(yán)重，種子蟲害率達(dá)25.6%。成熟種子含水量為6.6%，千粒重為18.6 g。TTC染色法測(cè)定種子生活力為94%，說(shuō)明極東錦雞兒種子發(fā)育良好，4℃低溫儲(chǔ)存可以保持種子生活力。

表1 極東錦雞兒種子大小及其變異系數(shù)Tab.1 The size and variation coefficient of Caragana fruticosa seeds

25℃下，極東錦雞兒種子的吸脹速度在1～2 h內(nèi)最快，吸脹4 h后種子的吸水量基本達(dá)到飽和，如圖1所示。種子最終吸水量達(dá)到53%左右。說(shuō)明極東錦雞兒種皮透水性良好，在水分充足時(shí)種子能迅速吸水為萌發(fā)做準(zhǔn)備。方差分析結(jié)果表明，不同吸脹時(shí)間的種子吸水量差異極顯著 (P=0.000 1)。不同吸脹時(shí)間下的種子吸水量多重比較結(jié)果如圖1所示。

2.2 溫度對(duì)極東錦雞兒種子萌發(fā)的影響

2.2.1 溫度對(duì)極東錦雞兒種子發(fā)芽率的影響

極東錦雞兒種子在恒溫15℃、20℃、25℃和30℃條件下的發(fā)芽情況如圖2所示。不同發(fā)芽溫度對(duì)種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)影響的多重比較結(jié)果如圖3所示。不同溫度條件對(duì)種子發(fā)芽率具有極顯著影響(P=0.000 1)。種子在置床后第四天開始萌發(fā)，在第十一天以后基本平穩(wěn)。在4種溫度梯度中，25℃條件下種子的發(fā)芽率最高，為38.33%。隨著溫度的升高或降低，種子發(fā)芽率降低。多重比較結(jié)果表明，30℃種子發(fā)芽率 (31.67%)與25℃種子發(fā)芽率相比差異不顯著;20℃條件下種子發(fā)芽率 (3.33%)與30℃、25℃相比差異極顯著;15℃條件下種子發(fā)芽率最低 (0.83%)，與20℃相比差異不顯著，但與30℃、25℃相比差異極顯著，如圖3所示。

圖1 25℃下極東錦雞兒種子吸水量曲線圖Fig.1 The seed soakage curve of Caragana fruticosa at 25℃(Values represented the mean and standard error，means within a data point followed by different lowercase letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

圖2 發(fā)芽溫度對(duì)極東錦雞兒種子萌發(fā)的影響Fig.2 Effects of temperatures on seeds germination of Caragana Fruticosa

2.2.2 溫度對(duì)極東錦雞兒種子發(fā)芽勢(shì)的影響

極東錦雞兒種子在恒溫15℃、20℃、25℃、30℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)及其多重比較結(jié)果如圖3所示。不同溫度條件對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)具有顯著的影響(P=0.03)。發(fā)芽試驗(yàn)的第八天時(shí)，25℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)為 16.67%，達(dá)到最大發(fā)芽率的43.49%;30℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)為17.50%，為最大發(fā)芽率的55.26%;20℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)為1.67%，為最大發(fā)芽率的50.15%;15℃條件下，種子發(fā)芽勢(shì)最低，為0.83%，此后種子發(fā)芽數(shù)量沒(méi)再增加。不同溫度下的種子發(fā)芽勢(shì)均在發(fā)芽試驗(yàn)的第八天達(dá)到50%以上，說(shuō)明發(fā)芽試驗(yàn)的第八天是計(jì)算極東錦雞兒種子發(fā)芽勢(shì)的適宜時(shí)期。多重比較結(jié)果表明，30℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)與25℃、20℃的相比差異均不顯著，但與15℃的相比差異顯著。25℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)與20℃、15℃相比差異均為顯著，15℃條件下種子發(fā)芽勢(shì)與20℃相比差異不顯著，如圖3所示。

圖3 極東錦雞兒種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的多重比較Fig.3 Multiple comparison of germination percentage and germination energy of Caragana fruticosa seeds.(Means within a data point of germination energy followed by different lowercase letters are significantly different from each other at P=0.05 level of significance，and the means within a data point of germination percentage followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

2.3 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3.1 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗高度的影響

2種不同溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗高度及其多重比較結(jié)果如圖4所示。方差分析結(jié)果表明，不同溫度條件對(duì)極東錦雞兒幼苗高度的影響極顯著 (P=0.001)。萌發(fā)后培養(yǎng)10 d時(shí)，30℃條件下極東錦雞兒幼苗高度僅為0.98 cm，而25℃條件下幼苗高度為3.4 cm，是30℃條件下的3.5倍。

2.3.2 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗胚根長(zhǎng)的影響

2種不同溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗胚根長(zhǎng)度及其多重比較結(jié)果如圖5所示。方差分析結(jié)果表明，不同溫度條件對(duì)極東錦雞兒幼苗胚根長(zhǎng)的影響極顯著 (P=0.004)。萌發(fā)后培養(yǎng)10 d時(shí)，30℃條件下的幼苗胚根長(zhǎng)僅為1.76 cm，而25℃條件下的幼苗胚根長(zhǎng)為3.1 cm，是30℃條件下的1.8倍。

2.3.3 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗生物量的影響

2種溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗生物量及其多重比較結(jié)果如圖6所示。方差分析結(jié)果表明，不同溫度條件對(duì)極東錦雞兒幼苗生物量的影響不顯著 (P=0.25)。萌發(fā)后培養(yǎng)10 d時(shí)，30℃條件下的幼苗生物量為0.16 g，而25℃條件下的極東錦雞兒幼苗生物量為0.07 g，30℃條件下的幼苗鮮重是25℃條件下的2.3倍。說(shuō)明較高的溫度有利于極東錦雞兒幼苗生物量的增加。

圖4 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗高度的影響Fig.4 Effects of temperatures on height of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of seedling height followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

圖5 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗根胚根長(zhǎng)度的影響Fig.5 Effects of temperatures on seedling length of Caragana fruticosa.(Means within a data point of radicle length followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

3 討論

危害錦雞兒樹種的害蟲種類很多［19］。多數(shù)害蟲在植株開花時(shí)將卵產(chǎn)在果實(shí)子房?jī)?nèi)或子房上，蟲卵在種子內(nèi)部發(fā)育，并蠶食、危害種子［17］。極東錦雞兒未成熟種莢表面無(wú)明顯的蟲子侵入孔，而在成熟種子表面有羽化孔，推測(cè)是在開花期害蟲產(chǎn)下蟲卵，幼蟲在種子內(nèi)部發(fā)育變成成蟲，羽化后咬破種皮和種莢飛出導(dǎo)致的。極東錦雞兒種子的蟲害率達(dá)到1/4，嚴(yán)重影響了種子產(chǎn)量和實(shí)生苗數(shù)量。

圖6 溫度對(duì)極東錦雞兒幼苗生物量的影響Fig.6 Effects of temperatures on total biomass of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of biomass followed by same capital letters are not significantly different from each other at P=0.05 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

植物種子大小變異既受物種自身內(nèi)部遺傳基因的控制，又受外在變化的環(huán)境因素的影響［20］，同時(shí)種實(shí)在植株上的位置也對(duì)種子大小有一定影響［21］。種子大小對(duì)植物早期生長(zhǎng)發(fā)育影響很大，主要表現(xiàn)在種子萌發(fā)率［22-23］、幼苗出土深度［24-25］、幼苗大?。?6-27］和幼苗競(jìng)爭(zhēng)能力［22，28］等方面。極東錦雞兒種子千粒重為18.6 g，屬于小粒種子。種子較小的物種比較大種子物種對(duì)光照的需求更大，但是在受到高溫脅迫時(shí)，較小種子物種比較大種子物種具有更大的萌發(fā)能力和抵抗脅迫的能力［29］。極東錦雞兒種子表型存在變異，這種差異對(duì)于極東錦雞兒適應(yīng)環(huán)境繁衍后代具有積極的意義。自然群體中保持大的變異貯存對(duì)群體是有利的，群體內(nèi)多種基因型所對(duì)應(yīng)的表型范圍很多，從而使群體在整體上適應(yīng)可能遇到的大多數(shù)環(huán)境條件［30］。

植物對(duì)生境的適應(yīng)與否主要表現(xiàn)在種子的萌發(fā)速度上［31］。極東錦雞兒種子萌發(fā)從開始到結(jié)束需要10 d時(shí)間。在試驗(yàn)過(guò)程中極東錦雞兒除個(gè)別種子腐爛外，多數(shù)種子在短時(shí)間內(nèi)能萌發(fā)，這是植物為物種延續(xù)和進(jìn)一步的地域擴(kuò)張而形成的大部分種子在適宜條件下萌發(fā)，以提高幼苗定植幾率的一種生態(tài)適應(yīng)。但在帽兒山山頂?shù)膼毫由姝h(huán)境下，這種生態(tài)適應(yīng)增加了極東錦雞兒實(shí)生幼苗在后續(xù)干旱少雨氣候中死亡的風(fēng)險(xiǎn)，這也許是極東錦雞兒在帽兒山山頂群落中少有實(shí)生苗的原因之一。

光照和溫度對(duì)植物種子萌發(fā)具有重要的作用［32-33］。對(duì)于不同的植物來(lái)說(shuō)，種子萌發(fā)的最適溫度不同［32-35］。在不同的溫度條件下，極東錦雞兒種子萌發(fā)進(jìn)程差異較大。不同的溫度條件對(duì)最終的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)具有顯著的影響。本研究結(jié)果表明，25℃條件更適合極東錦雞兒種子的萌發(fā)，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最高。發(fā)芽勢(shì)可以作為指示種子發(fā)芽整齊度和發(fā)芽速度的指標(biāo)，一般以整個(gè)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的1/3或1/2時(shí)間點(diǎn)作為發(fā)芽勢(shì)的統(tǒng)計(jì)時(shí)期。本研究結(jié)果表明，在發(fā)芽試驗(yàn)的第八天，不同溫度條件下的種子發(fā)芽率基本達(dá)到種子最大發(fā)芽率的50%。說(shuō)明發(fā)芽試驗(yàn)的第八天是計(jì)算極東錦雞兒種子發(fā)芽勢(shì)的適宜時(shí)期。

溫度影響種子萌發(fā)后的幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育［35-36］。本研究結(jié)果表明，不同溫度條件對(duì)幼苗高度和胚根長(zhǎng)度影響差異極顯著，但對(duì)總生物量的積累影響不顯著。25℃時(shí)極東錦雞兒的幼苗高度和胚根生長(zhǎng)量分別與30℃時(shí)的差異達(dá)到極顯著水平，但生物量的積累與30℃相比無(wú)顯著差異。因此，在直播培育極東錦雞兒苗木時(shí)，除了需要有適當(dāng)?shù)墓庹蘸蜐穸葪l件，建議首選25℃溫度條件進(jìn)行播種育苗。

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