西天山野生忍冬和薔薇種子萌發(fā)特性研究

艾克拜爾·毛拉，方紫妍，李林瑜，周 龍，陸 彪

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆特克斯縣林業(yè)局，新疆 特克斯 835500)

忍冬和薔薇是新疆西天山野果林中的重要野生種質(zhì)資源[1]，具有很強(qiáng)的抗逆性和觀賞價值，而且在民族醫(yī)藥方面已得到普遍應(yīng)用和重視[2]。新疆地處我國西北干旱區(qū)，由于環(huán)境條件相對惡劣，導(dǎo)致城市綠地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)種類相對單一、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性差、缺乏地域特色等現(xiàn)象[3]。因此，研究和開發(fā)利用野生觀賞植物資源，對于豐富新疆園林綠化植物種類、提高植物抗性、培育新品種、塑造具有地方特色的園林景觀具有重要意義[4]。在實際生產(chǎn)中，經(jīng)常采用扦插和種子繁殖繁育種苗。扦插雖可縮短進(jìn)入豐產(chǎn)期的年限，但長期采用無性繁殖易致種質(zhì)退化[5]。雖然種子繁殖的幼苗生長緩慢，進(jìn)入豐產(chǎn)期時間長，但其實生苗適應(yīng)性強(qiáng)、易馴化，對長距離引種及良種選育具有重要應(yīng)用價值。魏先運(yùn)等[6]研究遼東榿木種子休眠特性發(fā)現(xiàn)，GA3處理和30 d以上的低溫層積處理可提高種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，而且種子發(fā)芽勢整齊。張義等[7]在打破山櫻種子休眠的試驗中認(rèn)為，低溫層積可促其發(fā)芽，在層積前用GA3浸泡能顯著縮短層積時間，提高種子發(fā)芽率。王蕾等[8]認(rèn)為，GA3與低溫層積相結(jié)合的處理方法對打破野生甜仁杏種子休眠、提高其發(fā)芽率及胚根生長量均有極顯著的促進(jìn)作用。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自然條件下野生忍冬和薔薇結(jié)實量大，但實生苗數(shù)量少，導(dǎo)致忍冬和薔薇作為天山野果林重要的伴生種種群數(shù)量及分布范圍銳減，形成這種現(xiàn)狀的原因是人為干擾還是種子自身的繁育機(jī)制，關(guān)于這方面的研究報道較少。鑒于此，以天山野果林韃靼忍冬、小葉忍冬、疏花薔薇和腺齒薔薇的種子為試驗材料，采用低溫層積和GA3浸種處理方法進(jìn)行萌發(fā)試驗，研究野生忍冬和薔薇種子的萌發(fā)特性，為忍冬和薔薇的種苗產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試果實均采于新疆西天山野果林。果實采回后，清洗果皮及果肉，將種子自然晾干后，存于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩０l(fā)芽試驗于2017年10月至2018年1月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗室進(jìn)行。種子種類及采集地點概況見表1。

表1 忍冬和薔薇種源和采集地點Tab.1 Provenance and collection site of Lonicera and Rosa

1.2 試驗方法

1.2.1 種子外部形態(tài)的觀測 從Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4組種子中，每組隨機(jī)選取30粒飽滿的種子，用游標(biāo)卡尺測量其縱橫徑和厚度。采用百粒法[9]測種子千粒質(zhì)量，從每組種子中隨機(jī)取5份(100粒/份)種子，分別稱質(zhì)量記錄，5份種子平均質(zhì)量乘以10即為種子千粒質(zhì)量。

1.2.2 種子活力的測定 采用TTC法[10]測定種子活力。每組隨機(jī)選取30粒種子，在25 ℃水中浸種24 h，待種子吸脹后用刀片沿種子胚中心線縱切為兩半，將其中1/2置于培養(yǎng)皿中，加入適量的0.5%TTC溶液，以淹沒種子為度。然后置于35 ℃恒溫箱中染色1 h，凡胚全部被染為紅色的為具有生活力的種子，重復(fù)3次，觀察并記錄結(jié)果。

1.2.3 種子吸水率的測定 每組稱取1 g種子，加蒸餾水50 mL，放置于室溫條件下，每隔2 h取出，用濾紙擦干種子表面水分稱質(zhì)量，12 h后每12 h取出稱質(zhì)量，直到質(zhì)量不變?yōu)橹梗詈笥嬎惴N子吸水率，重復(fù)3次。種子吸水率=(Wt-W)/W×100%，式中，Wt為種子吸水后質(zhì)量，W為種子干質(zhì)量。

1.2.4 種子萌發(fā)特性的測定 將每組干種子洗凈，用清水浸泡24 h，與相對濕度50%的干凈河砂混勻，河砂和種子混合比例為4∶1，于2～5 ℃條件下層積。每隔20 d從每組層積種子中取出120粒，分為4組，進(jìn)行不同質(zhì)量濃度GA3處理(100、200、300 mg/L)，以清水為對照(CK)，浸泡2 h。處理后種子用蒸餾水清洗2遍，進(jìn)行發(fā)芽試驗，統(tǒng)計其發(fā)芽率，重復(fù)3次。

層積前種子用3%硫酸銅溶液消毒1 h，河砂經(jīng)高壓滅菌鍋120 ℃滅菌30 min。發(fā)芽試驗采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法，將種子播于鋪有5層濾紙和6層紗布的培養(yǎng)皿中，每皿30粒，在25 ℃恒溫條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗。以胚根露出種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。以2種忍冬種子發(fā)芽率達(dá)到80%、2種薔薇種子發(fā)芽率達(dá)到60%作為種子解除休眠的閾值。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)觀測及活力測定結(jié)果

由表2可知，4種種子的形態(tài)、大小和活力各有差異。薔薇種子千粒質(zhì)量明顯高于忍冬種子，其中，疏花薔薇千粒質(zhì)量最大，為14.30 g，分別比腺齒薔薇、小葉忍冬和韃靼忍冬高191.8%、450.0%、2 206.5%；韃靼忍冬種子活力最高，為85.50%，分別比小葉忍冬、疏花薔薇和腺齒薔薇高1.56%、30.3%、23.3%。種子形態(tài)見圖1。

表2 忍冬和薔薇種子形態(tài)特征與活力Tab.2 Seed morphology characteristics and vitality of Lonicera and Rosa

注：表中數(shù)字均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，表3同。

Note:The figures in the table are average±standard error,and the different letters in the same column indicate significant difference(P<0.05),the same as Tab.3.

Ⅰ為小葉忍冬種子；Ⅱ為韃靼忍冬種子；Ⅲ為疏花薔薇種子；Ⅳ為腺齒薔薇種子,圖3同Ⅰ is seed of Lonicera microphylla;Ⅱ is seed of Lonicera tatarica L.;Ⅲ is seed of Rosa laxa Retz.;Ⅳ is seed of Rosa albertii Regel,the same as Fig.3圖1 忍冬和薔薇種子形態(tài)Fig.1 Seed morphology of Lonicera and Rosa

2.2 種子吸水特性

由圖2可知，4種種子的吸水過程可分為3個時期：快速吸水期、緩慢吸水期和近飽和期。浸種前2 h為種子快速吸水期，吸水率直線上升，此后種子吸水速率放慢，并漸趨平衡。快速吸水期，小葉忍冬種子吸水率為0～46.5%，吸水84 h后趨于飽和；韃靼忍冬種子吸水率為36.8%，吸水72 h后趨于飽和；疏花薔薇種子吸水率為17.7%，吸水96 h后趨于飽和；腺齒薔薇種子吸水率為22.6%，吸水60 h后趨于飽和。達(dá)到飽和時小葉忍冬、韃靼忍冬、疏花薔薇和腺齒薔薇種子的吸水率分別為80.1%、66.0%、43.1%、41.4%。說明在水分充足的條件下，4種種子的種皮具有一定的透水性。

2.3 種子萌發(fā)特性

2.3.1 種皮和層積時間對種子萌發(fā)的影響 如表3所示，小葉忍冬和韃靼忍冬種子層積20 d后開始發(fā)芽，發(fā)芽率分別為14.2%和23.3%。層積40 d發(fā)芽率比層積20 d明顯提高，小葉忍冬提高了59.8個百分點，韃靼忍冬提高了50.0個百分點。層積60 d忍冬種子休眠基本被解除，小葉忍冬種子發(fā)芽率高達(dá)84.8%，韃靼忍冬種子發(fā)芽率為82.5%。

帶種皮的疏花薔薇種子層積60 d才開始萌發(fā)，萌發(fā)率只有3.0%，層積80 d時比60 d層積的發(fā)芽率提高了11.5個百分點，層積100 d發(fā)芽率只有35.0%。帶種皮的腺齒薔薇種子層積40 d后開始發(fā)芽，發(fā)芽率為5.0%，層積100 d后的發(fā)芽率為51.3%，帶種皮的疏花薔薇和腺齒薔薇的種子休眠沒有被解除。

圖2 忍冬和薔薇種子吸水特性Fig.2 Water absorption characteristics of seeds of Lonicera and Rosa

未層積疏花薔薇和腺齒薔薇種子打磨種皮后發(fā)芽率都為0；種子層積20 d且打磨種皮后，疏花薔薇種子發(fā)芽率為7.5%，腺齒薔薇種子發(fā)芽率為15.3%；層積40 d且打磨種皮后，發(fā)芽率略有提高，疏花薔薇提高9.8個百分點，腺齒薔薇提高15.9個百分點；層積60 d且打磨種皮后，疏花薔薇種子發(fā)芽率為45.5%，腺齒薔薇種子發(fā)芽率為47.3%；層積80 d且打磨種皮后，疏花薔薇和腺齒薔薇種子發(fā)芽率均在60%以上，種子休眠基本被解除。種子萌發(fā)及幼苗生長情況見圖3。

表3 種皮和低溫層積對種子發(fā)芽率的影響Tab.3 Effects of seed coat and low temperature stratification on germination rate of seeds %

2.3.2 不同質(zhì)量濃度GA3對種子萌發(fā)的影響 由圖4可知，隨著層積時間的增加，各組種子發(fā)芽率逐漸提高。其中，GA3為200 mg/L時，小葉忍冬和疏花薔薇種子發(fā)芽率最高。層積60 d、200 mg/L GA3處理的小葉忍冬種子發(fā)芽率高達(dá)85.6%，層積100 d、200 mg/L GA3處理的疏花薔薇種子發(fā)芽率高達(dá)42.4%。GA3為300 mg/L時，韃靼忍冬種子發(fā)芽率最高，層積60 d發(fā)芽率達(dá)到91.1%。GA3為100 mg/L時，腺齒薔薇種子發(fā)芽率明顯高于其他3種處理，層積100 d的種子發(fā)芽率達(dá)57.4%。

由圖5可知，疏花薔薇和腺齒薔薇打磨種皮種子層積20 d均開始發(fā)芽。層積80 d，200 mg/L GA3處理疏花薔薇打磨種皮種子發(fā)芽率達(dá)到64.2%，明顯優(yōu)于其他3個處理；100 mg/L GA3處理腺齒薔薇打磨種皮種子發(fā)芽率最高，為67.5%。

A—D分別為小葉忍冬和韃靼忍冬種子、疏花薔薇和腺齒薔薇帶種皮種子

A、B分別為疏花薔薇、腺齒薔薇打磨種皮種子

3 結(jié)論與討論

種子休眠是指具有生活力的種子，在適宜萌發(fā)的環(huán)境條件下，由于種子本身原因而出現(xiàn)不萌發(fā)的現(xiàn)象[11]。種子休眠的主要原因是種皮障礙和種胚后熟。低溫層積處理是生產(chǎn)上最常用的解除胚生理后熟性休眠的方法，可以有效促進(jìn)種子發(fā)芽[12]。本試驗結(jié)果表明，忍冬和薔薇種子對低溫層積天數(shù)反應(yīng)不一致。對忍冬種子來說，無論是小葉忍冬還是韃靼忍冬都在層積60 d，種子休眠基本被解除，種子發(fā)芽率在80%以上。沈海龍等[13]研究認(rèn)為，低溫層積處理有利于打破花楸樹種子的休眠，促進(jìn)種子的萌發(fā)，與本試驗結(jié)果相似。而層積60 d時疏花薔薇和腺齒薔薇種子的發(fā)芽率分別只有3.0%和7.5%；層積100 d的發(fā)芽率也分別只有35.0%和51.3%，種子休眠沒有被解除。進(jìn)一步對2種薔薇種子采用打磨種皮處理，并結(jié)合低溫層積處理，發(fā)現(xiàn)打磨種皮的疏花薔薇和腺齒薔薇種子發(fā)芽率在層積60 d分別高達(dá)45.5%和47.3%；層積80 d發(fā)芽率均為60%以上，種子休眠基本被解除。這與伍碧華等[14]研究種皮對扁竹蘭鳶尾及其雜種種子萌發(fā)的抑制作用的結(jié)果相似，他們認(rèn)為對鳶尾種子的萌發(fā)的抑制作用與種皮的存在情況有關(guān)。剝除種皮的種子萌發(fā)效果顯著優(yōu)于未剝除種皮。馬宗驤等[15]研究三椏烏藥種子休眠及萌發(fā)特性時，同樣發(fā)現(xiàn)種皮限制是影響三椏烏藥種子萌發(fā)的主要原因。本試驗中，低溫層積能解除小葉忍冬和韃靼忍冬種子的休眠，初步斷定影響2種忍冬種子萌發(fā)的主要因素可能是種胚中存在的萌發(fā)抑制物；而疏花薔薇和腺齒薔薇種皮對萌發(fā)有較強(qiáng)的抑制作用，2種薔薇種子的萌發(fā)可能受種皮和胚中萌發(fā)抑制物的雙重影響。

GA3是一種廣譜型植物生長調(diào)節(jié)劑。用GA3浸種，在一定程度上可以調(diào)節(jié)種子內(nèi)的激素平衡，促進(jìn)生長類激素含量增加，從而打破種子休眠[16]。本試驗結(jié)果表明，3種GA3質(zhì)量濃度處理的種子發(fā)芽率均高于清水對照組。4種種子對不同質(zhì)量濃度GA3的反應(yīng)不同，其中，GA3100 mg/L處理的腺齒薔薇種子發(fā)芽率最高，GA3200 mg/L處理的小葉忍冬和疏花薔薇種子發(fā)芽率最高，而韃靼忍冬種子發(fā)芽率在GA3300 mg/L處理時最高。高成華[17]在研究外源GA對刺五加種子后熟過程中內(nèi)源激素含量變化的影響時，發(fā)現(xiàn)GA處理種子的萌發(fā)率明顯高于無菌蒸餾水對照。袁繼紅等[18]研究濃硫酸和赤霉素處理對3種薹草種子萌發(fā)特征的影響，認(rèn)為3種薹草種子對不同濃度赤霉素的反應(yīng)不同，這與本試驗結(jié)果相似。GA3促進(jìn)種子萌發(fā)的原因是適宜濃度的GA3能取代一些種子對低溫后熟、光暗和干藏后熟條件的需求，通?？山獬N子的淺度生理休眠，外源GA3誘導(dǎo)了種子淀粉酶等水解酶的合成，提高種子水解酶的活性，催化種子內(nèi)貯藏物質(zhì)的分解，以供胚的生長發(fā)育所需，進(jìn)而促進(jìn)種子胚的發(fā)育與種子萌發(fā)[19]。

綜上，通過對西天山野生果樹小葉忍冬、韃靼忍冬、疏花薔薇和腺齒薔薇種子萌發(fā)特性的研究，發(fā)現(xiàn)影響忍冬種子萌發(fā)的主要因素可能是種胚中存在的萌發(fā)抑制物；2種薔薇種子的萌發(fā)可能受種皮和胚中萌發(fā)抑制物的雙重影響。層積60 d和200 mg/L GA3處理可有效解除小葉忍冬種子休眠；層積60 d和300 mg/L GA3處理可有效解除韃靼忍冬種子休眠；對于疏花薔薇和腺齒薔薇種子，打磨種皮、層積80 d和分別添加200、100 mg/L GA3處理均可有效破除其休眠。