棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水特性及萌發(fā)溫度的研究

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(江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院 園林園藝系， 江蘇 泰州 225300)

棉團(tuán)鐵線蓮(Clematishexapetalapall.)別名威靈仙，是毛茛科(Ranunculaceae)鐵線蓮屬(Clematis)多年生的草本植物。本種源于中國，在我國東北、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、甘肅東部、山東等地區(qū)均有分布[1]。棉團(tuán)鐵線蓮的根有解熱、鎮(zhèn)痛、利尿、通經(jīng)等作用[2-5]；棉團(tuán)鐵線蓮花大而美麗，在園林中可與假山、廊架等配置，亦可作盆栽觀賞。棉團(tuán)鐵線蓮是優(yōu)良的觀賞兼藥用植物，具有廣闊的發(fā)展前景。棉團(tuán)鐵線蓮果實(shí)為瘦果、坐果率高，一次可產(chǎn)生大量種子，種子繁殖是棉團(tuán)鐵線蓮繁殖的重要手段。周霞研究表明，棉團(tuán)鐵線蓮果皮較厚、多絨毛，發(fā)芽時(shí)吸水困難、萌芽率低且發(fā)芽不整齊[6]；王金俠研究表明，棉團(tuán)鐵線蓮種子在自然狀態(tài)下萌發(fā)率較低，須經(jīng)過一定時(shí)間的春化作用，而光照、水分和溫度是種子萌發(fā)的必要條件[7]。通過對(duì)棉團(tuán)鐵線蓮種子含水量和吸水特性以及溫度對(duì)種子萌發(fā)特性的研究，揭示棉團(tuán)鐵線蓮苗種子萌發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)，為其資源保護(hù)和規(guī)?；a(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

棉團(tuán)鐵線蓮種子于2013年10月采自江蘇省句容市寶華山上，經(jīng)過3年馴化栽培后于2016年采集種子，以種子變成深褐色為標(biāo)準(zhǔn)采收，選取發(fā)育成熟的種子，自然風(fēng)干，裝入牛皮紙袋并置于冰箱(4 ℃)備用，種子的千粒重為(5.85±0.18)g，含水量為13.57%。

1.2 方 法

1.2.1 棉團(tuán)鐵線蓮種子物理吸水特性測定

種子吸水量測定采用烘干減重法[8]。

H(%)=(M2-M3)/(M2-M1)×100%。

式中：H為種子含水量；M1為樣品盒的質(zhì)量；M2為樣品烘前的質(zhì)量加上樣品盒的質(zhì)量；M3為樣品烘后的質(zhì)量加上樣品盒質(zhì)量。

種子物理吸水特性參見種子學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[9]。供試樣品棉團(tuán)鐵線蓮混合均勻，從中隨機(jī)稱取0.1 g置于培養(yǎng)皿中，3次重復(fù)，加入蒸餾水，加水標(biāo)準(zhǔn)為沒過種子表面，在0，4，8，12，16，20，24，28，32，36，40 h時(shí)定期取出棉團(tuán)鐵線蓮種子稱重，直至種子達(dá)到飽和狀態(tài)。計(jì)算棉團(tuán)鐵線蓮的吸水率，繪制種子吸水曲線，種子吸水實(shí)驗(yàn)于25 ℃進(jìn)行。

種子吸水率計(jì)算公式為：

X=W/T，

式中：X為各期棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水率；W為棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水量；T為棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水時(shí)間。

1.2.2 種子萌發(fā)的溫度處理

采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，采集成熟飽滿的棉團(tuán)鐵線蓮種子，試驗(yàn)前種子在30 ℃溫水中浸泡24 h ，浸泡結(jié)束后用0.5%的KMnO4消毒30 min，然后將種子分別置于10，15，20，25，30，35，40 ℃的人工氣候箱中。重復(fù)3次[10]。每天觀察并記錄棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽情況；當(dāng)棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽的粒數(shù)不足供檢種子總數(shù)的1%(連續(xù)5 d)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，并計(jì)算棉團(tuán)鐵線蓮種子的發(fā)芽率(%)、發(fā)芽勢(shì)(%)、發(fā)芽指數(shù)(GI)和活力指數(shù)(VI)[11]。

發(fā)芽率計(jì)算公式為：

F(%)=(L1/L0)×100%，

式中：F為棉團(tuán)鐵線蓮發(fā)芽率；L1為棉團(tuán)鐵線蓮萌發(fā)種子數(shù)；L0為棉團(tuán)鐵線蓮供試種子總數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)計(jì)算公式為：

Fs(%)=(Ls/L0)×100%，

式中：Fs為棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽勢(shì)；Ls為種子發(fā)芽達(dá)到最高峰(50%)時(shí)種子發(fā)芽粒數(shù)；L0為棉團(tuán)鐵線蓮供試種子總數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt=當(dāng)天的發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽日數(shù)+當(dāng)天的發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽日數(shù)+……=2/1+8/2+22/3+25/4+26/5+26/6+26/7=32.83。

活力指數(shù)(VI)=S×GI，

式中：S為發(fā)芽t時(shí)間時(shí)胚根及胚軸的總長度。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉團(tuán)鐵線蓮種子物理吸水曲線

種子吸水量測定為種子的浸種時(shí)間確定提供了依據(jù)，經(jīng)測定，棉團(tuán)鐵線蓮種子含水量為13.57%。棉團(tuán)鐵線蓮種子在萌發(fā)之前吸水進(jìn)程呈現(xiàn)“S”形曲線(圖1)，由于棉團(tuán)鐵線蓮種皮堅(jiān)硬致密，種子吸水緩慢，第1階段為0～4 h，為種子初始吸水階段，主要靠吸脹作用完成，吸水量大而迅速，此時(shí)吸水速率也較快，達(dá)到0.097 4 g/h，種子吸水量占種子初始重的53.18%；第2階段為4～16 h，種子吸水緩慢，但吸水延續(xù)時(shí)間較長，16 h時(shí)吸水的速率約為0.038 9 g/h，吸水量占種子初始重的61.38%；第3階段為16 h之后，吸水量漸漸趨于平衡，吸水速率大約為0.029 7 g/h。棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)時(shí)種子吸水量為種子原重的84.37%。

2.2 不同溫度條件下棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)特性

2.2.1 發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化

種子萌發(fā)的過程是一系列酶活動(dòng)的結(jié)果，適宜的溫度催化酶反應(yīng)進(jìn)而促進(jìn)種子內(nèi)部貯藏有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和胚對(duì)營養(yǎng)的吸收，因此溫度過高或過低都不利于種子的萌發(fā)[12]。棉團(tuán)鐵線蓮種子在不同溫度處理下發(fā)芽率差異明顯。如圖2所示，當(dāng)溫度降至15 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的發(fā)芽率顯著降低，僅為25.56%；在20，25，30 ℃和35 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的發(fā)芽率均高于75%；其中25 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的發(fā)芽率最高，為77.78%；在30 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的發(fā)芽率稍低，為76.67%，其發(fā)芽率由高到低的順序?yàn)?5 ℃>30 ℃>35 ℃>20 ℃，當(dāng)溫度降至10 ℃或升至40 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮種子不萌發(fā)，各處理間差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

圖1 種子吸水量變化

圖2 不同處理溫度下棉團(tuán)鐵線蓮種子的發(fā)芽率

棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽指數(shù)在不同溫度處理下變化如圖3，在15～35 ℃范圍內(nèi)，棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽指數(shù)隨著溫度的升高而升高，在35 ℃時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)最高，達(dá)26.55%，在15 ℃時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)最低，為4.38%。不同溫度下棉團(tuán)鐵線蓮種子發(fā)芽指數(shù)經(jīng)方差分析達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

注：小寫字母(p<0.05)表示差異顯著，大寫字母(p<0.01)表示差異極顯著。下同。圖3 溫度對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)的影響

棉團(tuán)鐵線蓮種子活力指數(shù)在不同溫度處理下變化如圖4，在25 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮種子活力指數(shù)最高，達(dá)206.92，在15 ℃時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮種子的活力指數(shù)最低，為11.66，其種子活力指數(shù)由高到低的順序?yàn)?5 ℃>30 ℃>20 ℃>35 ℃。棉團(tuán)鐵線蓮種子活力指數(shù)經(jīng)方差分析在25和35℃時(shí)達(dá)顯著水平(p<0.05)，其它各處理間達(dá)極顯著水平。

圖4 溫度對(duì)種子活力指數(shù)影響

2.2.2 不同溫度條件下棉團(tuán)鐵線蓮種子種胚生長勢(shì)的變化

不同溫度處理對(duì)棉團(tuán)鐵線蓮胚根和胚芽生長的影響與其對(duì)種子發(fā)芽率的影響一致，即25 ℃時(shí)棉團(tuán)鐵線蓮胚根、胚芽生長速度最快，且胚根和胚芽生長速度均衡一致，分別為4.65 cm和4.58 cm，15 ℃時(shí)胚根和胚芽生長速度最慢，分別低于25 ℃時(shí)的55.45%和88.2%，35 ℃時(shí)胚根和胚芽生長速度分別低于25 ℃時(shí)的29.5%和47%。由圖5可知，胚根適宜生長溫度為20～30 ℃，而胚芽生長速度為25 ℃，說明胚根的生長對(duì)溫度的敏感性高于胚芽的生長，不同溫度下胚根生長長度經(jīng)方差分析達(dá)極顯著水平(p<0.01)，胚芽長度除20 ℃和30 ℃處理外，其余達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

圖5 不同溫度處理下棉團(tuán)鐵線蓮胚根和胚芽長度變化

3 結(jié) 論

3.1 種子吸水特性

棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)的必要條件之一是充足的水分，在種子萌發(fā)時(shí)種子堅(jiān)硬的種皮吸水軟化，種皮透氣性增強(qiáng)，種胚內(nèi)酶的活力隨之增加，種子內(nèi)的代謝活動(dòng)增強(qiáng)，反之如果土壤水分供應(yīng)不足，種子透氣性弱，種子酶活性弱，種子內(nèi)的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率低，種胚得不到營養(yǎng)物質(zhì)，種子發(fā)芽率低[13-14]。易津等研究表明，種子結(jié)構(gòu)和原產(chǎn)地的降水量與駝絨藜屬植物種子萌發(fā)最低需水量有關(guān)[15]。駝絨藜屬植物種子苞片表面密被絨毛，用來保護(hù)種子避免水分的蒸騰，駝絨藜屬植物種子苞片的厚度與種子萌發(fā)的吸水量正相關(guān)。駝絨黎種子原產(chǎn)地的降水量同樣影響種子吸水量，降水量越大種子萌發(fā)時(shí)吸水量越大。棉團(tuán)鐵線蓮種子從吸脹到飽和所需時(shí)間較長，這可能與棉團(tuán)鐵線蓮種皮較厚，相對(duì)密實(shí)有關(guān)；種子萌發(fā)的最高需水量為種子原有重量的84.38%。而種子本身的含水量也在13.57%左右，吸水量較大，這種現(xiàn)象可能與棉團(tuán)鐵線蓮采集地的降水量有關(guān)，采集地江蘇省泰州市地處長江中下游地區(qū)，年平均降水量高達(dá)1 055 mm，高的降水量是導(dǎo)致此生境棉團(tuán)鐵線蓮萌發(fā)吸水量增大的因素。

3.2 不同溫度條件下棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)特性

影響種子萌發(fā)的一個(gè)重要因素是萌發(fā)溫度，德國學(xué)者Sach早在19世紀(jì)就提出用溫度的三基點(diǎn)(最高、最適和最低溫度)來描述種子萌發(fā)對(duì)溫度的要求，低于最低溫度，種子內(nèi)酶的活性弱，同化物的轉(zhuǎn)化速率和胚對(duì)同化物的吸收速率均較弱，胚體細(xì)胞分裂速度慢，進(jìn)而生長速度慢；高于最高溫度，種子內(nèi)的酶變性進(jìn)而失去活力，同樣影響胚體的細(xì)胞分裂和胚體生長，因此只有在合適的溫度下，種子內(nèi)部的酶活力才會(huì)充分發(fā)揮，表現(xiàn)出最高的發(fā)芽率，不同的種子萌發(fā)適宜溫度不同。任瑞芬等研究表明，低溫處理會(huì)抑制薄荷種子的萌發(fā)和幼苗的生長[16]；武祎等研究表明，黃花苜蓿種子發(fā)芽率和發(fā)芽速度在10 ℃/20 ℃或15 ℃/25 ℃處理下最高[17]。閆興富等通過研究表明，30 ℃是望天樹種子萌發(fā)最適宜的溫度[18]；張慶霞等研究表明，苦參種子萌發(fā)最適溫度為20～30 ℃[19]；成仿云等的研究結(jié)果表明，21 ℃和28 ℃低溫分別結(jié)合100 mg/L或200 mg/L GA3處理，最有利于種子萌發(fā)和幼苗生長[20]。

李世峰等通過不同因子對(duì)鈍齒鐵線蓮種子萌發(fā)的影響以及林春新等對(duì)東北鐵線蓮種子萌發(fā)特性的研究均表明，25 ℃是種子萌發(fā)的適宜溫度[21-22]，而魏衛(wèi)東等對(duì)黃花鐵線蓮種子萌發(fā)特性研究表明，20 ℃是種子萌發(fā)的適宜溫度[23]。祁生貴等研究發(fā)現(xiàn)，分布在青海東部地區(qū)的黃花鐵線蓮的種子大小、千粒重隨海拔上升而上升，由此成為黃花鐵線蓮種子最適萌芽溫度隨采集地海拔上升而提高的原因之一[24]。本研究結(jié)果表明，棉團(tuán)鐵線蓮種子適宜萌發(fā)溫度為25～30℃，此時(shí)種子發(fā)芽率和種子活力指數(shù)最高，分別為77.78%和206.92，30 ℃時(shí)仍有較高的發(fā)芽率。分析原因可能是棉團(tuán)鐵線蓮的分布于海拔較廣的干山坡、山坡草地或固定的沙丘上[25]，對(duì)環(huán)境形成很強(qiáng)適應(yīng)性。因此，引種到泰州等亞熱帶地區(qū)栽培容易當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，其種子萌發(fā)和胚體生長的上限溫度亦增加。

4 結(jié) 論

4.1 棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水特性

棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水過程的3個(gè)階段，呈快速吸水-緩慢吸水- 飽和的趨勢(shì)，在4 h時(shí)達(dá)最大值，此時(shí)吸水率為0.097 4 g/h，16 h為棉團(tuán)鐵線蓮種子吸水停滯期，此時(shí)吸水率為0.038 9 g/h，棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)的最高需水量為種子原有重量的84.38%。

4.2 不同溫度處理下棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)特性

棉團(tuán)鐵線蓮在7個(gè)溫度處理下發(fā)芽率差異顯著，以25 ℃時(shí)發(fā)芽率最高，達(dá)77.78%，種子發(fā)芽指數(shù)在35 ℃時(shí)最高，達(dá)26.55%，種子活力指數(shù)在25 ℃時(shí)最高，達(dá)206.92，與其他各處理間差異顯著，棉團(tuán)鐵線蓮種子萌發(fā)的上、下限溫度分別為40 ℃和10 ℃。

4.3 不同溫度處理下棉團(tuán)鐵線蓮種胚生長特性

棉團(tuán)鐵線蓮種子在25 ℃時(shí)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最高，且此時(shí)種胚生長勢(shì)較強(qiáng)，在此溫度條件下胚根、胚芽生長速度均勻一致，分別為4.65 cm和4.58 cm，與其它各處理間差異顯著。