錐連櫟種子萌發(fā)對種皮和溫度的響應

， ， ， ， ， ， ， (云南大學生態(tài)學與地植物學研究所， 昆明 650091)

錐連櫟種子萌發(fā)對種皮和溫度的響應

余婷，孟麗媛，張輝紅，蘇文華，司宏敏，吳雪濤，馬筱，張光飛
(云南大學生態(tài)學與地植物學研究所， 昆明 650091)

以錐連櫟(Quercusfranchetii)種子為實驗材料，研究了不同溫度(10，15，20，25，30，35，40 ℃)和去種皮與非去皮處理對種子萌發(fā)的影響。結果表明，種皮對錐連櫟種子的萌發(fā)率(GP)、萌發(fā)指數(GI)和萌發(fā)速率系數(CRG)的影響極顯著(p<0.01)，溫度及二者的交互作用對除萌發(fā)率外的其他2個萌發(fā)參數的影響均極顯著(p<0.01)。種皮對錐連櫟種子的萌發(fā)具有明顯的抑制作用，除去種皮后，種子的萌發(fā)率及萌發(fā)指數極顯著增加(p<0.01)，且萌發(fā)進程加快。去種皮種子萌發(fā)的最適溫度為25 ℃，最高萌發(fā)率達100%，升高或降低最適溫度都會影響其萌發(fā)。有種皮種子萌發(fā)率最高僅為10%。錐連櫟種皮水浸提液處理下的去種皮錐連櫟和小麥種子的萌發(fā)率無顯著差異(p>0.05)，表明種皮對錐連櫟種子的萌發(fā)無化學他感作用，但具有明顯的機械抑制作用。

種皮； 溫度； 種子萌發(fā)； 錐連櫟

植物種皮的機械障礙作用[1-3]和種皮中含有抑制萌發(fā)的物質[4]都能引起種子休眠，即種皮導致植物種子有不同程度的休眠現(xiàn)象，甚至一些具有堅硬種皮或果皮的頑拗性種子也表現(xiàn)出一定程度的休眠[3,5]。殼斗科中大多數櫟屬植物的種子屬于頑拗性種子[6]，由種皮所引起的休眠現(xiàn)象在國內外皆有報道[7-8]。例如，遼東櫟(Quercuswutaishanica)除去種皮可促進其種子的萌發(fā)[9]。另外,合歡(Albiziajulibrissin)[2]、Larreatridentata[10]、橡膠樹(Heveabrasiliensis)[3]、板栗(Castaneamollissima)[11]等種子的種皮對萌發(fā)還具有明顯的機械障礙作用。除種皮的機械抑制外，種子內存在抑制萌發(fā)的物質可能使種子表現(xiàn)出一定程度的休眠現(xiàn)象[8]。研究發(fā)現(xiàn)，成熟水櫟(QuercusnigraL.)[12]果皮的浸提物和燕山紅栗(CastaneamollissimaBI.cv.‘Yanshanhong’)[11]種皮中均含有抑制物質。溫度是影響種子萌發(fā)的關鍵因素之一[13]。大量研究結果表明,植物的種子萌發(fā)適宜溫度為25 ℃[10,14],但也有一些種子適宜的溫度范圍較寬，例如,棱棱種子萌發(fā)的適宜溫度為15～30 ℃[15]。

錐連櫟(Quercusfranchetii)為殼斗科(Fagaceae)櫟屬(Quercus)常綠闊葉植物，是我國西南地區(qū)的一種特有植物，在云南和四川分布范圍較廣，作為天然植被主要的建群種之一，其更新與種子萌發(fā)和幼苗的早期生長關系密切[16]。目前，與櫟屬植物實生更新密切相關的種子萌發(fā)方面的研究一直是國內外生態(tài)學和種子生物學領域的研究熱點之一。關于種皮[8-9]和溫度[17-18]對櫟屬植物種子萌發(fā)的影響已有很多研究，但有關錐連櫟種子萌發(fā)對種皮和溫度的響應特征報道較少。本研究以昆明植物研究所植物園采集的錐連櫟種子為材料，研究其在不同溫度條件下萌發(fā)時種皮的作用以及錐連櫟種皮水浸提液對種子萌發(fā)的影響，以了解錐連櫟種子萌發(fā)的最適溫度以及萌發(fā)對種皮的響應。豐富了櫟屬植物種子生態(tài)生物學研究方面的科學數據，為錐連櫟種群更新及造林實踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

錐連櫟種子于2015年9月采自中國科學院昆明植物研究所植物園，小麥種子來自種子公司，選取完好種子用于萌發(fā)實驗。

1.2 方 法

1.2.1 錐連櫟種皮水浸提液的制取

稱取50 g錐連櫟種子皮，裝入廣口瓶中，加入500 mL的蒸餾水浸泡，常溫下浸提24 h后取出濾除殘渣，用蒸餾水定容至500 mL。然后將水浸提液再稀釋成0.1，0.05，0.025 g/mL等濃度，用蒸餾水作對照組，皆置于4 ℃的冰箱中備用。

1.2.2 種子萌發(fā)實驗

錐連櫟種子分去皮和非去皮2組處理，每組分別設置10，15，20，25，30，35，40 ℃ 7個溫度梯度，每處理設5個重復，每個重復20粒種子。在25 ℃下分別用濃度為0，0.1，0.05，0.025 g/mL的錐連櫟種皮水浸提液處理小麥種子和去皮的錐連櫟種子，實驗設5個重復，每個重復20粒種子，置于培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)。實驗均在光照14 h/黑暗10 h的周期性光照條件下進行。胚根長出2 mm為萌發(fā)標志，實驗過程中每天觀察并作記錄，移出已萌發(fā)的種子。

1.3 萌發(fā)參數計算

種子的萌發(fā)率(GP)、萌發(fā)指數(GI)、萌發(fā)速率系數(CRG)[19]分別按下列公式計算：

萌發(fā)率(%)=萌發(fā)種子數/供試種子總數×100%;

萌發(fā)指數=MDG×PV;

式中，MDG為平均每天種子萌發(fā)數，即萌發(fā)實驗結束時種子萌發(fā)數/萌發(fā)天數；PV為種子最大萌發(fā)數，即萌發(fā)期間任何一天中達到的最大萌發(fā)數/達到最大值所需天數。

萌發(fā)速率系數=[∑(t×n)/∑n]×100；

式中，t為萌發(fā)實驗開始時的天數；n為t天內萌發(fā)的種子數。

1.4 數據統(tǒng)計分析

利用Excel軟件對數據進行統(tǒng)計分析并作圖，采用SPSS軟件進行單因子方差分析和雙因子方差分析，Duncan檢驗法進行多重比較及差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下去皮和非去皮種子的萌發(fā)率

去皮種子的平均萌發(fā)率為78.14%，非去皮種子的平均萌發(fā)率僅為2.86%。在40 ℃時，去皮和非去皮的種子萌發(fā)率均為0。去皮種子10 ℃時的萌發(fā)率顯著低于15，20 ℃和25 ℃ 3個溫度處理(p<0.05)，其它溫度處理間萌發(fā)率無顯著差異(p>0.05)(圖1)。非去皮種子在10，15，20，40 ℃時，種子萌發(fā)率均為0，在30 ℃時的種子萌發(fā)率最高僅為10%，25 ℃次之，為7%(圖1)。

注：不同小寫字母表示相同種皮處理下不同溫度的錐連櫟種子萌發(fā)率有顯著性差異(p<0.05)；不同大寫字母表示相同溫度下不同種皮處理的錐連櫟種子萌發(fā)率有顯著性差異(p<0.05)。下同。圖1 去皮(Ⅰ)和非去皮錐連櫟種子(Ⅱ)萌發(fā)率對溫度的響應

表1 種皮和溫度對錐連櫟種子萌發(fā)影響的二因素方差分析

萌發(fā)參數 種 皮 溫 度 種皮×溫度 dfMSFpdfMSFpdfMSFp萌發(fā)率(%)16．93960．150．00050．022．090．10150．101．350．276萌發(fā)指數13．37393．850．00050．4754．450．00050．4653．930．000萌發(fā)速率系數110852346．6058．180．00051741778．543．390．00052740185．5614．690．000

圖4 錐連櫟種皮水浸提液對小麥種子萌發(fā)的影響

種皮對種子的萌發(fā)率有極顯著影響(p<0.01)，溫度及二者的交互作用對種子的萌發(fā)率均無顯著影響(p>0.05)(表1)。

2.2 不同溫度下去皮和非去皮種子的萌發(fā)指數

去皮后平均萌發(fā)指數為0.546，非去皮種子的平均萌發(fā)指數僅有0.003。去皮種子25 ℃時的萌發(fā)指數極顯著大于其它溫度(p<0.01)，10，15 ℃和35 ℃的萌發(fā)指數不存在顯著差異(p>0.05)。當溫度從10 ℃提高到25 ℃，去皮種子萌發(fā)指數從0.14逐漸增大到1.56，隨著溫度的繼續(xù)升高又逐漸減小。非去皮種子在30 ℃時萌發(fā)指數最大，但與其他溫度無顯著差異(p>0.05)。40 ℃時去皮和非去皮種子的萌發(fā)指數最低為0(圖2)。種皮、溫度及其交互作用對種子的萌發(fā)指數均有極顯著影響(p<0.01)(表1)。

圖2 去皮(Ⅰ)和非去皮錐連櫟種子(Ⅱ)萌發(fā)指數對溫度的響應

2.3 不同溫度下去皮和非去皮種子的萌發(fā)速率系數

去除種皮加快了種子萌發(fā)進程。去皮種子的萌發(fā)速率系數在10～25 ℃范圍內隨著溫度的升高而逐漸減少，在30～35 ℃時又逐漸增加，在40 ℃時為0；萌發(fā)速率系數在25 ℃時最小，為493.64，顯著低于除40 ℃外的溫度處理(p<0.01)。非去皮種子的萌發(fā)速率系數在35 ℃時最小，為300。30 ℃和35 ℃時非去皮種子的萌發(fā)速率系數顯著低于去皮種子(p<0.05)(圖3)。二因素方差分析結果顯示，種皮、溫度及其交互作用對種子萌發(fā)速率系數均具有極顯著影響(p<0.01)(表1)。

圖3 去皮(Ⅰ)和非去皮錐連櫟種子(Ⅱ)萌發(fā)速率系數對溫度的響應

2.4 錐連櫟種皮水浸提液對小麥種子萌發(fā)的影響

錐連櫟種皮水浸提液各濃度處理下的小麥種子萌發(fā)率無顯著差異，其平均萌發(fā)率高達89.5%。各濃度之間萌發(fā)速率系數存在顯著差異(p<0.05)。萌發(fā)速率系數在濃度為0.025 g/mL和0.05 g/mL下最大為200，濃度為0.1 g/mL下最小為100。濃度為0 g/mL下萌發(fā)指數最小為165，且隨濃度的增加逐漸增加(圖4)。

圖5 錐連櫟種皮水浸提液對錐連櫟種子萌發(fā)的影響

2.5 錐連櫟種皮水浸提液對錐連櫟種子萌發(fā)的影響

錐連櫟種皮水浸提液各濃度處理下的錐連櫟種子萌發(fā)率、萌發(fā)速率系數和萌發(fā)指數均無顯著差異(p>0.05)(圖5)。其平均萌發(fā)率高達98.5%，平均萌發(fā)指數為1.60，平均萌發(fā)速率系數為631.5。

3 討 論

3.1 種皮對種子萌發(fā)的抑制作用

種皮的機械性對水分和氣體的交換有一定的阻礙作用[20-21]，種皮對種子吸脹具有明顯的機械障礙作用[10]。櫟屬植物種子有復雜的種皮結構，覆蓋胚根的種皮區(qū)域有較厚的角質層及一層致密的柵欄組織[22]，種皮的這一特殊結構可能通過機械抑制作用[23]而抑制種子萌發(fā)，去除種皮能促進此類種子的萌發(fā)[8-9,18,24]。本研究發(fā)現(xiàn)，種皮對錐連櫟種子的萌發(fā)有極顯著的抑制作用，除去種皮可顯著提高種子萌發(fā)率，增大萌發(fā)指數，加速萌發(fā)進程。這一結果與其它一些櫟屬植物的研究結論一致[8-9]。除種皮的機械束縛外，造成櫟類種子延遲萌發(fā)和出苗不整齊的原因可能是種子中含有抑制物質[25]。發(fā)芽抑制物質是由植物體產生的，或是植物體中雖不存在與發(fā)芽抑制有關的物質，這類物質可延遲或抑制同種或異種種子的發(fā)芽[26]。本實驗對錐連櫟種子抑制物測定均以錐連櫟和小麥種子的萌發(fā)為參照，得出錐連櫟種皮水浸提液處理下的去皮錐連櫟和小麥種子萌發(fā)率無顯著差異，即種皮對錐連櫟種子的萌發(fā)無化學他感作用，抑制其萌發(fā)的主要原因是種皮的機械束縛。

3.2 種子萌發(fā)對溫度的響應

不同植物種子的萌發(fā)對溫度的要求不同。在萌發(fā)過程中，種子同時進行著活躍的代謝反應,因此在一定的溫度范圍內,萌發(fā)進程隨溫度的升高而加快,但過高的溫度會使一些酶變性反而影響萌發(fā)[27]。植物種子萌發(fā)的適宜溫度可能與其原生境密切相關[28],溫帶地區(qū)旱生植物梭梭(Haloxylonammodendron)種子萌發(fā)的最適溫度為10 ℃[29],而很多熱帶地區(qū)的頑拗性種子不能耐受10～15 ℃的低溫[3]。本研究發(fā)現(xiàn)，錐連櫟種子萌發(fā)的溫度耐受范圍較廣，去皮種子的萌發(fā)率在15 ℃時高達97%；25 ℃時萌發(fā)率最高為100%，萌發(fā)指數也最大；40 ℃時萌發(fā)率為0%，原因是高溫使一些活性物質變性從而不能萌發(fā)。未去皮種子萌發(fā)率在30 ℃下最高，25 ℃次之。綜合分析可得，錐連櫟種子萌發(fā)的最適溫度為25 ℃，該結果與多數研究者報道的部分溫帶地區(qū)植物種子萌發(fā)所需最適溫度一致。

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Responses ofQuercusfranchetiito Seed Coat and Different Temperature in Seed Germination

YUTing,MENGLiyuan,ZHANGHuihong,SUWenhua,SIHongmin,WUXuetao,MAXiao,ZHANGGuangfei
(Institute of Ecology and Geobotany Yunnan University,Kunming 650091，China)

The experiment tookQuercusfranchetiiseeds as the test materials,the effects of seed coat and different temperature (10,15,20,25,30,35 ℃ and 40 ℃ respectively)on the seed germination ofQ.franchetiiwere studied.The results showed that significant effects of seed coat were detected (p<0.01) on germination percentage (GP),germination index (GI) and coefficient of rate of germination (CRG).Significant interaction effects between coat and temperature on two other germination parameters except GP were also observed (p<0.01).Seed coat played an obvious role of inhibition in seed germination and coat removal significantly increased GP and GI (p<0.01) and accelerated germination timing.The optimal temperature for germination of uncoated seeds was 25 ℃.The percentage of germination was up to100%.The changes in optimal temperature could reduce the seeds germination percentage and germination index.The GP of the seeds with capsules were only 10%.The effects of aqueous extract fromQ.franchetiiseeds on the GP of Triticum aestivum andQ.franchetiiseeds were not detected (p>0.05).It was concluded that seed germination of cone seeds chemical allelopathy effect but has obvious mechanical inhibition.

seed coat; temperature; seed germination;Quercusfranchetii

2017-01-29

國家水體污染控制與治理科技重大專項，“五采區(qū)”及其廢棄地生態(tài)防護技術與工程示范(2012 ZX 07101-003-04-04);國家自然科學基金(31160092)。

余 婷(1992—)，女，貴州遵義人；碩士研究生，研究方向：植物生理生態(tài)；E-mail：1403780818@qq.com。

通迅作者：張光飛(1966—)，男，副教授，主要從事生理生態(tài)學研究；E-mail：gfzhang@ynu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.07.003

S 792.18

A

1001-4705(2017)07-0003-05