紫椴種子解除休眠及催芽育苗方法的研究

韓友志

(遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院,沈陽 110032)

紫椴(Tiliaamurensis)為椴樹屬落葉喬木,分布在我國東北和華北地區(qū),瑞典、挪威、加拿大、冰島、朝鮮、俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)也有分布。紫椴為優(yōu)良用材樹種,是國家Ⅱ級保護(hù)植物,也是重要的蜜源、藥用和綠化樹種[1-2]。

紫椴種子屬綜合性休眠類型[2-5,9-10],種皮結(jié)構(gòu)致密[3-6],存在抑制物質(zhì)[4-8]。國內(nèi)外很多學(xué)者開展紫椴種子播種前酸蝕、擦傷或熱水浸泡等處理,而后用低溫或變溫層積[2-5,10-12],也有應(yīng)用激素和化學(xué)物質(zhì)處理紫椴種子進(jìn)行解除休眠的研究[2-3,13-14]。在紫椴種子解除休眠研究方面,鄒學(xué)忠等[4]認(rèn)為,處理種子先暖溫(10～15℃)30d,再低溫(0～4℃)120d,場圃發(fā)芽率達(dá)43.5%；趙玉慧等[15]認(rèn)為,先暖溫(18～20℃)50d,再低溫((3～7℃)50d,發(fā)芽率達(dá)61.9%；楊順等[16]認(rèn)為,(25～26℃)60d,(0～4℃)90d,發(fā)芽率達(dá)60%；羅麗芬等[3]對紫椴進(jìn)行去果皮+酸蝕(98%濃硫酸)20～25 min+激素處理48h+低溫層積(4～7℃)20～25d,場圃發(fā)芽率可達(dá)60%以上；鄭金輝等[14]認(rèn)為,用30%NaOH浸種1.5h,先室溫(10～15℃)15d,再低溫(3～5℃)60d,發(fā)芽率可達(dá)71.67%。

本研究進(jìn)行了不同浸種方法、GA3應(yīng)用和不同層積催芽的綜合處理方法,旨在探尋實用性強、便于推廣應(yīng)用的解除紫椴種子休眠技術(shù)。以期通過本研究,探究提高紫椴出苗率的技術(shù)方法,使幼苗出苗齊而壯,苗木質(zhì)量好,為生產(chǎn)實踐提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在遼寧省清原縣英額門鎮(zhèn)苗圃地,地理坐標(biāo)為42°10′N,125°05′E,海拔為312m。溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫為5.2℃,年降水量為700～1 200mm[17]。試驗苗圃地土壤為中性沙壤土。土壤主要理化指標(biāo)分析結(jié)果如表1所示。

表1 圃地土壤理化指標(biāo)分析Tab.1 Analysis of physical and chemical indexes of nursery soil

2 材料與方法

2.1 試驗材料

2017年9月下旬,采種選取本溪市桓仁縣30a生以上優(yōu)良母樹進(jìn)行采種,地理坐標(biāo)為41°23′～41°49′N,124°43′～124°58′E,海拔為490.69m～593.58m。當(dāng)紫椴果實由綠逐漸變成深褐色時,及時用竹桿將小果枝打落采集,過晚會導(dǎo)致果實散落。機械去除果皮后,選取飽滿的紫椴種子于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干,種子含水量≤12～10%為宜。風(fēng)干后種子在通風(fēng)干燥處貯藏,并注意避光。隨機取樣挑選飽滿的種子為試驗材料,按3次重復(fù)測定紫椴種子品質(zhì)指標(biāo),紫椴種子品質(zhì)及采樣地理坐標(biāo)如表2所示。

表2 紫椴種子品質(zhì)及采樣地理位置Tab.2 Seed quality and sampling location of Tilia amurensis

2.2 試驗方法

先將紫椴種子用0.5%的KMnO4溶液消毒1h,后用清水沖洗干凈待用。本試驗采用濃H2SO4浸種和用溫水(40℃)浸種兩種方法處理。試驗應(yīng)用赤霉素(GA3)進(jìn)行浸種處理,濃度均為100mg/L(以下用GA3表示)。每個處理隨機選取700粒種子,抽取30粒飽滿種子,3次重復(fù)。將種子放在墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中,置于恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽處理,溫度為25℃,處理時間為25d,注意保濕,進(jìn)行發(fā)芽試驗。再抽取200粒飽滿種子,3次重復(fù),每個處理1m2,進(jìn)行圃地播種育苗出苗率試驗。

1)方法一:用濃H2SO4浸種。4月初,用濃H2SO4浸種30min,用清水洗凈,常溫水浸泡24h,充分吸水。再用GA3浸種處理24h,以未用GA3浸種處理的種子為對照。4月10日,經(jīng)GA3處理過的種子和對照種子分別與濕度60%的河沙按體積比(1∶3)拌勻后,各裝入3個窗紗網(wǎng)袋中。GA3浸種處理的與對照的各取1袋,按3種方法層積處理:①窖藏(0～4℃,30d),②室內(nèi)(13～18℃,30d),③高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)。處理過程注意種沙保濕。5月10日左右,取出直接進(jìn)行圃地播種。

2)方法二:用溫水(40℃)浸種。12月初,溫水(40℃)浸種7d,每天換水1次,使種子吸水充足。再用GA3浸種處理24h,以未用GA3浸種處理的種子為對照。12月10日,GA3處理過的種子和對照種子分別與濕度60%的河沙按體積比(1∶3)拌勻后,各裝入3個窗紗網(wǎng)袋中。GA3浸種處理的與對照的各取1袋,按3種方法層積處理:①窖藏(-2～2℃,150d),②高低變溫(室內(nèi)13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d),③室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)。未冷凍的種沙注意保濕。5月10日左右,取出直接圃地播種。

2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

種子發(fā)芽率和出苗率、地徑、苗高初步計算采用Excel 2003處理,采用DPS 11.50進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理方法對紫椴種子發(fā)芽率和出苗率的影響

不同浸種方法、GA3應(yīng)用和不同層積催芽方法對紫椴種子發(fā)芽率和出苗率的影響如表3所示。從表3可以看出,在采用濃H2SO4(30min)浸種的各個處理中,H2SO4(30min)+GA3+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)處理紫椴種子發(fā)芽率和出苗率最高,分別為78.8%和71.6%；H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)處理紫椴種子發(fā)芽率和出苗率居第二位,分別為60.5%和55.8%,明顯好于其他處理。而在采用溫水(7d)浸種的各個處理中,溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理紫椴種子發(fā)芽率和出苗率最高,分別為84.7%和79.5%；溫水(7d)+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理紫椴種子發(fā)芽率和出苗率居第二位,分別為79.4%和73.6%。在整個試驗中,溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理解除紫椴種子休眠效果最好。從試驗結(jié)果可以看出,相同試驗條件下,采用GA3和對照未采用GA3浸種處理差異非常顯著,說明采用GA3浸種對紫椴種子解除休眠效果明顯。

在紫椴種子解除休眠處理過程中,用溫水浸種,采用GA3浸種處理的種子發(fā)芽率和出苗率大小順序:室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)>高低變溫(室內(nèi)13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d)>窖藏(-2～2℃,150d)；與用溫水浸種,對照未采用GA3浸種的處理,其種子發(fā)芽率和出苗率大小順序是一致的。而用濃H2SO4浸種,采用GA3浸種處理的種子發(fā)芽率和出苗率大小順序:高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)>窖藏(0～4℃,30d)>室內(nèi)(13～18℃,30d)；與用濃H2SO4浸種,對照未采用GA3浸種的處理,其種子發(fā)芽率和出苗率大小順序也是一致的。結(jié)合表3試驗數(shù)據(jù)可以看出,用溫水浸種,先室內(nèi)高溫,再室外冷凍,最后低溫窖藏的效果最好；用溫水或濃H2SO4浸種處理的,高低變溫處理的效果次之,窖藏低溫處理的效果再次；而用濃H2SO4浸種處理,室內(nèi)高溫處理的效果最差。

在P<0.01和P<0.05水平進(jìn)行方差分析,并結(jié)合具體試驗數(shù)據(jù)綜合分析,結(jié)果表明:

1)H2SO4(30min)+窖藏(0～4℃,30d)和H2SO4(30min)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)處理間差異不顯著,說明相同溫度條件下,用H2SO4浸種窖藏和用GA3浸種室溫各30d,對紫椴解除休眠效果不理想。

2)H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)和溫水(7d)+GA3+高低變溫(13～18℃,30d；-2～2℃,120d)處理間差異不顯著,說明兩種處理對紫椴種子解除休眠達(dá)到同一水平,而另一種30d的處理,H2SO4(30min)+GA3+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)種子發(fā)芽率和出苗率達(dá)到78.8%和71.6%,生產(chǎn)中結(jié)合生產(chǎn)實際可以用來短期解除紫椴種子休眠。

3)溫水(7d)+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d)與溫水(7d)+GA3+窖藏(-2～2℃,150d)處理間差異亦不顯著,說明兩種處理方式對紫椴種子解除休眠具有影響且達(dá)到同一水平,而其余處理間差異明顯。

4)溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)種子發(fā)芽率和出苗率達(dá)到84.7%和79.5%,明顯好于其他處理,與其他處理呈極顯著差異。

5)從出全苗天數(shù)分析,同等條件下,采用GA3浸種處理的出苗天數(shù)短于對照未采用GA3浸種的處理,差異顯著。采用溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理出苗天數(shù)最短,為25d,且出苗整而齊。

表3 不同處理方法對紫椴種子發(fā)芽率 出苗率和出全苗時間的影響Tab.3 Effect of different treatment methods on germination rate、 emergence rate and emergence time of Tilia amurensis seeds

注:同列不同大寫字母表示差異顯著(P<0.01),同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.2 不同處理方法對紫椴1a生苗木質(zhì)量的影響

選取4個紫椴種子解除休眠效果較好的處理,調(diào)查1a生苗木質(zhì)量情況(表4)。4個不同處理平均苗高和平均地徑大小順序為:[溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)](0.55m,0.56cm)>[溫水(7d)+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)](0.54m,0.55cm)>[H2SO4(30min)+GA3+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)](0.48m,0.52cm)>[H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)](0.47m,0.51cm)。溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理1a生苗根系生長情況最好,主根長25.5cm,側(cè)根26條。

4個不同處理中,H2SO4(30min)+GA3+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)和H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)處理間差異不顯著；溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)和溫水(7d)+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理間差異不顯著；而濃H2SO4(30min)浸種的兩個處理與溫水(7d)的兩個處理差異顯著。

表4 不同處理對1a生苗木質(zhì)量的影響Tab.4 Effects of different treatments on the quality of one year old seedlings

注:表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同列不同大寫字母表示差異顯著(P<0.01),同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

4 結(jié)論與討論

本研究表明,采用溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)的綜合處理方法發(fā)芽率達(dá)到84.7%,出苗率達(dá)到79.5%,出全苗天數(shù)為25d,遠(yuǎn)高于其他催芽處理。而溫水(7d)+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)的發(fā)芽率和出苗率分別為79.4%和73.6%。在溫水(7d)浸種的各處理中,采用GA3浸種紫椴種子發(fā)芽率和出苗率均好于未采用GA3浸種處理的紫椴種子,在濃H2SO4(30min)浸種的各處理中,采用GA3浸種種子發(fā)芽率和出苗率同樣好于未采用GA3浸種處理的紫椴種子。說明GA3(100mg/L,24h)浸種對紫椴種子解除休眠具有促進(jìn)作用,這與其他學(xué)者的研究是一致的[2-3,13]。

H2SO4(30min)+室內(nèi)(13～18℃,30d)處理發(fā)芽率和出苗率分別為11.3%和7.2%,這與羅麗芬等[3]認(rèn)為去果皮后酸蝕種皮(30min),再18℃層積37d后能使種子達(dá)到10.3%的發(fā)芽率一致,說明30d亦不足以完全解除紫椴種子休眠。而H2SO4(30min)+窖藏(0～4℃,30d)和H2SO4(30min)+高低變溫(室內(nèi)13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)均好于H2SO4(30min)+室內(nèi)(13～18℃,30d)處理,這與王海南[18]認(rèn)為濃H2SO4(30min)浸種的種子在層積過程中容易發(fā)生腐爛的現(xiàn)象相一致。研究表明,在室溫(13～18℃,30d)的條件下種子更易于腐爛進(jìn)而影響發(fā)芽率。

研究表明,紫椴種子屬于綜合性休眠類型,通常采用GA3結(jié)合層積處理的催芽方法[2-3,13]。層積能讓種子種皮中的抑制物質(zhì)因為濕度、低溫等外界因子而逐漸消失,種皮透性也得到了增強,而且能逐漸解除對胚的機械障礙[23]。前期暖溫有利于種子萌發(fā)所需的各種酶的活化和合成,后期低溫有利于貯藏物質(zhì)水解伴隨而來的能量或熱量的釋放[24]。在變溫條件下種子發(fā)芽時,一個時期置于高溫下,生化過程和呼吸作用旺盛,貯藏的物質(zhì)大量轉(zhuǎn)化為可溶物質(zhì),而另一個時期移于低溫,則呼吸作用減退,可溶物質(zhì)主要用于胚的生長[25]。本研究采用GA3結(jié)合高低溫和變溫冷凍2種層積方法進(jìn)行種子催芽處理,結(jié)果表明:采用GA3+層積處理的種子,發(fā)芽率和出苗率顯著高于未采用GA3浸種處理的紫椴種子(P<0.01和P<0.05)；溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理的紫椴種子發(fā)芽率和出苗率最高,達(dá)到84.7%和79.5%;而未采用GA3浸種處理的溫水(7d)+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)處理的紫椴種子發(fā)芽率和出苗率分別達(dá)到79.4%和73.6%,也達(dá)到滿意效果。說明,采取有效的層積處理方式和達(dá)到一定處理天數(shù)也能有效解除紫椴種子休眠。

GA3通過誘導(dǎo)水解酶弱化阻礙組織如胚乳或種皮,誘導(dǎo)種子庫的活化,促進(jìn)胚的增長[19]。休眠種子需要層積的原因可能為種子胚在成熟時休眠或未發(fā)育完全,而通過暖溫或低溫層積則可以使其完成胚的生長及萌發(fā)[20-21]。南方紅豆杉種子利用“25～5℃”這種“暖溫層積低溫層積”處理種子,可以顯著地消除種子內(nèi)的萌發(fā)抑制物質(zhì),促進(jìn)胚的生長,解除休眠促進(jìn)萌發(fā)[22]。在研究不同處理對1a生苗木質(zhì)量的影響時,溫水(7d)浸種的兩個處理均顯著高于濃H2SO4(30min)浸種的兩個處理(P<0.01和P<0.05),這不僅與GA3誘導(dǎo)促進(jìn)胚增長有關(guān),也和溫水(7d)浸種后,均采用13～18℃,30d處理能有效促進(jìn)胚發(fā)育有關(guān),這些處理方法使苗高和地徑生長具有優(yōu)勢。

綜上所述,紫椴種子解除休眠的綜合處理方法:溫水(7d)+GA3+室內(nèi)(13～18℃,30d)+室外冷凍(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)為最佳組合,發(fā)芽率和出苗率為84.7%和79.5%,出苗整而齊(25d出全苗),苗木質(zhì)量好。生產(chǎn)上可以結(jié)合實際情況,采取不同時間段和不同催芽處理組合進(jìn)行紫椴種子播種育苗的種子催芽處理方式。