不同培養(yǎng)溫度對金佛山方竹種子萌發(fā)的影響

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(南京林業(yè)大學a.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，b.竹類研究所，c.生物與環(huán)境學院，江蘇 南京 210037)

金佛山方竹(Chimonobambusautilis(Keng) P.C.Keng)屬禾本科(Poaceae)竹亞科(Subfam.Bambusoideae)寒竹屬(Chimonobambusa)，為復軸混生型小徑竹[1]。節(jié)間圓筒形或略為四棱形，表面起初為白色刺毛，后漸變?yōu)闊o毛，節(jié)間長20～30 cm，桿壁厚約7 mm，一般高5～8 m，最高可達10 m，地徑2～4 cm。金佛山方竹屬于高山竹種，主要分布在海拔1 300 m以上的高原山區(qū)。金佛山方竹的分布范圍[2]只有貴州北部5個縣和重慶南部萬盛區(qū)、南川市及云南省的個別縣，占地總面積3.3萬hm2。

目前，國內關于金佛山方竹及其種子萌發(fā)的研究相對較少。2006年，鄭翼等[2]探索了金佛山方竹移栽造林技術措施，2008年，鄭翼等[3]又系統(tǒng)總結出金佛山方竹的苗木培育、造林技術、撫育管理和采伐更新經(jīng)營管理技術措施。鄭先蓉等[4]對金佛山方竹圃地選擇、播種時間、苗期管理等幾個方面進行了研究。有關竹子種子的萌發(fā)研究，至今僅有十幾個竹種被報道，如，周建梅等[4]研究了多效唑對非洲產(chǎn)銳藥竹(Oxytenantheraabyssinica)種子萌發(fā)生長及幼苗解剖性狀的影響。徐鎮(zhèn)國等[6]分析了廣西沙羅單竹(SchizostachyumfunghomiiMcClure)、黃竹(DendrocalamusmembranaceusMunro)、吊絲竹[Dendrocalamusminor(McClure)L.C.Chia&H.L.Fung]及云南龍竹(DendrocalamusyunnanicusHsueh&D.Z.Li)4種叢生竹種子的形態(tài)特性并測定了種子的萌發(fā)能力。趙春章等[7]研究了華西箭竹[Fargesianitida(Mitford)P.C.Keng ex T.P.Yi]種子的基本特征及不同溫度下的萌發(fā)特性。李立杰等[8]研究了沙羅單竹開花現(xiàn)象及種子形態(tài)。孫茂盛等[9]對巨龍竹(DendrocalanuassinicusChia et J.L.Sun)進行了育苗試驗，初步掌握了巨龍竹種子育苗技術。陳松河等[10]對小琴絲竹(Bambusamultiplexcv.Alphonse-Karr)種子成分和特性進行了研究。蔡春菊等[11]對毛竹[Phyllostachysedulis(Carr.)J.Houz]進行了室內萌發(fā)試驗，揭示了環(huán)境因素和種子質量對毛竹種子萌發(fā)特性的影響。李偉成等[12]在氣候培養(yǎng)箱內進行了毛竹種子萌發(fā)試驗，研究了不同溫度和光照對毛竹種子萌發(fā)的影響。段春香等[13]研究了料慈竹(Bambusadistegia)種子播種品質、1年生苗生長發(fā)育規(guī)律、竹苗生物量、苗期施肥正交試驗以及竹苗質量評價及分級。邢新婷等[14]研究了麻竹(DendrocalamuslatiflorusMunro)人工授粉種子的播種品質和實生苗的生長發(fā)育。付順華等[15]研究了雷竹(Phyllostachyspraecox)種子特性及苗期生長規(guī)律。董文淵等[16]研究了筇竹[Qiongzhueatumidissinoda(Hsueh&T.P.Yi ex Ohrnberger)Hsueh&T.P.Yi.]種子特性及實生苗的生長發(fā)育規(guī)律。牟光儀等[17]進行了龍竹(DendrocalamusgiganteusMunro)的不同播種時期、不同覆蓋方式、幼苗移植時間、移植密度的育苗試驗。本研究在前人研究的基礎上通過測定不同溫度下金佛山方竹種子的萌發(fā)、胚根及展葉的生長規(guī)律，以期探索金佛山方竹種子對不同溫度的響應，為以后金佛山方竹的生態(tài)適應性提供參考。

注：A為貴州種源，B為云南種源。圖1 2個種源金佛山方竹的種子形態(tài)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

金佛山方竹種子于2017年4月30日采集于貴州省遵義市桐梓縣獅溪鎮(zhèn)和云南昭通市彝良縣小草壩鎮(zhèn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子的形態(tài)特征

挑選顆粒飽滿光澤無瑕疵的種子，先用清水沖洗，去除雜質。隨機選取100粒2個種源金佛山方竹的成熟健康種子，用游標卡尺測量種子的長和寬。長度是指種子的種臍至種子頂端的距離，寬度是指垂直與長度的最大距離[18]。隨機選取6個重復，每個重復100粒，用0.001 g天平分別稱重，計算千粒重[19]。

1.2.2溫度對種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)試驗貴州種源于2017年5月7日開始，云南種源于2017年5月3日開始。將成熟種子置于鋪有1層棉花2層濾紙的培養(yǎng)皿內，均勻的擺放，每皿100粒種子，每個處理設6個重復。在溫度水平為16，18，20，22，24，26，28，30 ℃的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為光照時間12 h/d，光照強度為2 500 lx，每天記錄萌發(fā)數(shù)。

萌發(fā)率(%)=(種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

1.2.3溫度對種子胚根生長及展葉的影響

每個溫度下隨機選定剛萌發(fā)的15粒種子，每個種源每2 d測1次種子萌發(fā)后胚根的長度，從萌發(fā)第1天始至萌發(fā)后25 d為止。

1.3 數(shù)據(jù)處理

整個萌發(fā)試驗，均以胚根露出種皮1 mm為萌發(fā)標準，對所得數(shù)據(jù)進行one-way ANOVA方差分析；整個計算過程在SPSS 22.0軟件進行方差分析，分析結果以平均值±標準誤差表示，用origin 8.5軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 種子形態(tài)特征

金佛山方竹的果實為漿果狀穎果(圖1)，外帶穎殼(外稃、內稃)，果皮厚而肉質，表面光滑無毛。果實形狀基本為橢圓形或卵圓形，腹溝不明顯，胚位于穎果基部，成熟時呈綠色或棕綠色。貴州種源的種子長(11.58±1.09)mm，寬(6.20±0.87)mm，帶稃千粒重為(232.37±1.19)g，云南種源的種子長(14.63±0.90)mm，寬(6.20±0.7)mm，帶稃千粒重為(263.06±1.25)g。

2.2 不同溫度下種子萌發(fā)變化趨勢

由圖2可知，不同培養(yǎng)溫度下，貴州種源與云南種源萌發(fā)率均約為60%，24～26 ℃萌發(fā)率最高。從第3天起，種子陸續(xù)萌發(fā)，其萌發(fā)的過程分為3個階段：第1階段，當萌發(fā)率<15%時，為緩慢萌發(fā)期；第2階段，萌發(fā)率在15%～50%時，為快速萌發(fā)期；第3階段，萌發(fā)率>50%時，為緩慢萌發(fā)期。以26 ℃萌發(fā)進程為例，其萌發(fā)規(guī)律為“慢-快-慢”的趨勢，大致呈“S”型。貴州種源的萌發(fā)趨勢相對集中，云南種源的萌發(fā)趨勢相對離散，在16～30 ℃范圍內均可萌發(fā)，具較強的適應性，但在各溫度下萌發(fā)狀況存在差異，萌發(fā)持續(xù)時間和萌發(fā)高峰期隨溫度升高而縮短。溫度越高，發(fā)芽進程越快，初始發(fā)芽天數(shù)及發(fā)芽結束時間提前。高溫較低溫先達到種子的萌發(fā)高峰。

貴州種源在溫度為24 ℃時，最先結束萌發(fā)，萌發(fā)所需天數(shù)為16 d。在溫度為16 ℃時，最晚結束萌發(fā)，萌發(fā)所需天數(shù)為28 d。按照萌發(fā)天數(shù)最短到最長，依次是26，28，30，24，22，20，18，16 ℃。云南種源在溫度為26 ℃時，最先結束萌發(fā)，萌發(fā)所需天數(shù)為14 d，在溫度為16 ℃時，最晚結束萌發(fā)，萌發(fā)所需天數(shù)為24 d。按照萌發(fā)天數(shù)最短到最長，依次是26，28，30，24，20，22，18，16 ℃。各溫度下，云南種源萌發(fā)所需天數(shù)少于貴州種源萌發(fā)所需天數(shù)。

表1 2個種源在不同溫度下的萌發(fā)率比較

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

圖2 2個種源種子萌發(fā)率進程

2.3 溫度對金佛山方竹種子萌發(fā)的影響

從表1和圖3得知， 就萌發(fā)率來講，貴州種源種子24 ℃萌發(fā)率最高，平均萌發(fā)率為78.7%。云南種源26 ℃萌發(fā)率最高，平均萌發(fā)率為70.2%。經(jīng)差分析得知，不同溫度下的發(fā)芽率存在顯著差異(p>0.05)，貴州種源的萌發(fā)率以24 ℃為最高，低于24 ℃，萌發(fā)率隨溫度下降呈下降的趨勢，20 ℃與22 ℃萌發(fā)率差異不顯著。高于24 ℃，萌發(fā)率隨溫度升高亦呈下降的趨勢。云南種源的萌發(fā)率以26 ℃為最高，低于26 ℃，萌發(fā)率隨溫度下降呈下降的趨勢，但16～24 ℃之間差異不顯著。高于26 ℃，萌發(fā)率隨溫度升高亦呈顯著下降的趨勢。說明溫度過低或過高會對種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，總的來說，金佛山方竹種萌發(fā)喜低溫。除在16 ℃時云南種源的萌發(fā)率高于貴州種源的萌發(fā)率外，各溫度下，貴州種源萌發(fā)率都略高于云南種源的萌發(fā)率(圖3)。

圖3 不同溫度對2個種源種子萌發(fā)率的影響

2.4 溫度對金佛山方竹種苗胚根的生長及展葉的影響

從圖4可知，溫度影響胚根的生長速度。貴州種源和云南種源在26 ℃下胚根的生長最快，培養(yǎng)25 d后，長度分別為19.1 cm和19.6 cm，與其他7個溫度處理的胚根長度相比達到顯著差異(p<0.05)，16 ℃下胚根的生長最慢，培養(yǎng)25 d后長度分別為11.2 cm和11.0 cm。貴州種源的胚根長從高到低依次是26 ℃>24 ℃>28 ℃>22 ℃>20 ℃>30 ℃>18 ℃>16 ℃；云南種源的胚根長從高到低依次為26 ℃>28 ℃>24 ℃>22 ℃>20 ℃>30 ℃>18 ℃>16 ℃，溫度過高或過低都不利于胚根的生長。

從圖5可知，金佛山方竹展葉時間隨著溫度的變化而變化，在16～30 ℃下，隨著溫度的升高，展葉時間總體變化表現(xiàn)為先減少后增加的變化趨勢。貴州種源在24～26 ℃下第1片葉的展葉時間一致，為20 d，26 ℃下第2片葉的展葉時間最短，為23 d。云南種源在26～30 ℃下第1片葉的展葉時間一致，為20 d，在26 ℃下第2片葉的展葉時間與貴州種源相同，為23 d。在16 ℃下2個種源的展葉時間最長，貴州種源的第1片葉的展葉時間和第2片葉的展葉時間分別為33 d和39 d，云南種源的第1片葉的展葉時間和第2片葉的展葉時間分別為32 d和38 d。

注：A為18 ℃；B為24 ℃；C為30 ℃。圖6 金佛山方竹萌發(fā)狀態(tài)

圖4 不同溫度下2個種源金佛山方竹胚根長度的變化過程

在培養(yǎng)箱溫度28，30 ℃培養(yǎng)下，金佛山方竹的種子萌發(fā)率較低且幼苗生長不良，幼苗出現(xiàn)白化苗，在28 ℃下，貴州種源白化率為6%，半白化率為16%。云南種源的白化率為2%，半白化率為20%。在30 ℃下，貴州種源白化率為40%，半白化率為49%。云南種源的白化率為21%，半白化率為59%。2個溫度下，貴州種源的白化率大于云南種源的白化率，30 ℃的白化率大于28 ℃下的白化率。從圖6可知，金佛山方竹在24 ℃和18 ℃下，幼苗生長良好，24 ℃下比18 ℃下生長迅速，但在葉色上，已明顯偏黃。在30 ℃下，幼苗生長不良，表現(xiàn)為白化苗，此結果表明，金佛山方竹在18～26 ℃下生長發(fā)育良好，但相對高溫造成金佛山方竹幼苗白化率高，嚴重影響其生長發(fā)育。

圖5 不同溫度下2個種源金佛山方竹展葉所需時間

3 結論與討論

3.1 種子形態(tài)特征

竹類屬禾本科植物，是重要的植物資源[20]，生長周期長，屬于無性繁殖的多年生植物，開花結實較為罕見，自然結實率很低，有些竹種甚至幾百年都不開花，且大多數(shù)植株開花后即枯死，這給竹類植物的開花結實研究增加了難度[21-22]。竹類植物果實多為穎果，與水稻(Oryzasativa)，小麥(Triticumaestivum)等[1]其它禾本科植物的果實類型一致。根據(jù)果皮性質將竹類植物的果實分為基本型穎果、半堅果狀穎果、堅果狀穎果和漿果狀穎果[23]。如秋竹(Chusqueasp.)、黃條金剛竹(SasaellakongosanensisAureostriatus)、華箬竹(SasasinicaKeng)、異葉苦竹[Pleioblastussimoniif.heterophyllus(Makino et Shirasawa)Muroi]、翠竹[P.pygmaea(Miq.)E.G.Camus]、鋪地竹[P.argenteostriatus(Regel)Nakai]、毛竹、淡竹(P.glaucaMcClure)、烏哺雞竹(P.vivaxMcClure)、月月竹[Chimonobambusasichuanensis(T.P.Yi)T.H.Wen]、孝順竹[Bambusamultiplex(Lour.)Raeusch.ex Schult. et J.H.Schult.]、唐竹[Sinobambusatootsik(Makino)Makino]、巴山木竹(ArundinariafargesiinE.G.Camus)、雷竹果實為基本穎果[23-24]，麻竹果實為堅果狀穎果[14]，金佛山方竹果實屬于漿果狀穎果，與筇竹果實[25]屬于同一類型。

云南種源的金佛山方竹種子長、寬和千粒重顯著大于貴州種源的種子，表明受自身遺傳因素和外界環(huán)境因子的共同影響，植物不同種源間的種子為更好地適應不同生境，可能在形態(tài)上發(fā)生了變異[25]。曹玲玲等研究發(fā)現(xiàn)，雷波種源的水青樹(TetracentronsinenseOliv.)種子的萌發(fā)率和幼苗初期的長勢最好，其種子的千粒重及飽滿度最大，但是種子長寬厚與不同種源種子的萌發(fā)率及幼苗長勢之間相關性不顯著[27]。而本研究發(fā)現(xiàn)，2種種源的種子長寬及千粒重差異顯著，而萌發(fā)率之間差異不顯著，其長寬及千粒重形態(tài)指標與不同種源的種子的萌發(fā)率之間相關性不顯著。此結果與趙曉英等[19]的研究結果一致。

3.2 金佛山方竹種子萌發(fā)對溫度的響應

種子萌發(fā)需要的環(huán)境條件包括充足的水分、適宜的溫度、足夠的氧氣和適當?shù)墓庹?，由于生境和種類不同，影響種子萌發(fā)的主要因素又存在差異[11]。溫度影響種子萌發(fā)過程所需酶的活性，不適宜的溫度會使發(fā)芽時間延遲并降低其發(fā)芽率，溫度過高或過低都不利于種子萌發(fā)。綜合分析表明，金佛山方竹種子的萌發(fā)率隨溫度升高呈先升高后降低趨勢。金佛山方竹在16 ℃和30 ℃高溫下萌發(fā)率低，20～22 ℃差異不顯著。此研究結果與毛竹[12]種子隨溫度變化萌發(fā)趨勢相似。

根據(jù)不同種子萌發(fā)對溫度的需求，可將種子分成不同類型，金佛山方竹種子為25 ℃適溫型[12]，其在24 ℃或26 ℃的萌發(fā)率最高，這與毛竹[11]萌發(fā)最適溫度基本一致。種子萌發(fā)試驗表明，金佛山方竹在低溫條件下能更好的萌發(fā)，與金佛山方竹在自然生境下的溫度是相似的，其適宜的生境在海拔1 700 m以上，種子4月中旬至5月上旬成熟，此時日平均溫度為20 ℃左右，更適于種子萌發(fā)。

3.3 溫度對金佛山方竹胚根的生長及展葉的影響

在較低溫度下，幼苗的胚根生長都比較緩慢，但隨著溫度的不斷升高，胚根的生長速度加快，這說明溫度升高提高了金佛山方竹種子的活力。這一研究結果與汪建軍等[29]的研究結果一致。高溫對金佛山種子萌發(fā)的促進作用，可能與調控種子內部一系列生理活動過程的相關酶的活性有關，溫度升高提高了酶的活性，從而促進種子內部的生理代謝活動[30]。在24～26 ℃條件下，2個種源的胚根長度最長，展葉時間最短，出苗質量能夠達到最好，其原因可能是，在24～26 ℃條件下種子酶促反應加快，呼吸作用加強為種子萌發(fā)創(chuàng)造了良好的能量和物質基礎[31]。

當溫度高于26 ℃時，幼苗生長狀況不良，試驗中發(fā)現(xiàn)，在28 ℃和30 ℃下，幼苗出現(xiàn)白化苗，表明金佛山方竹不適于在高溫下生長，低溫只延緩展葉時間，而高溫造成幼苗白化，嚴重影響其生長發(fā)育。白化苗的整體生長勢弱于正常綠苗，可能與白化苗本身對營養(yǎng)物質的吸收能力弱，同時葉綠素的含量低，不能進行正常的光合作用有關[32]。造成白化苗的原因可能是環(huán)境因素，而沒有引起遺傳物質的改變[33]，也可能是基因突變，如水稻[34]白化苗是由于目的基因RNAi干涉所致。金佛山方竹白化苗與過高的培養(yǎng)溫度有密切關系，至于白化苗有無基因突變，有待進一步研究。