大字杜鵑種子萌發(fā)特性研究

史春鳳，陳春霞，辛 娣，韋云飛

(吉林農業(yè)科技學院，吉林 吉林 132101)

大字杜鵑(RhododendronschlippenbachiiMaxim.)為杜鵑花科杜鵑花屬落葉灌木，分布于朝鮮、日本、俄羅斯(遠東地區(qū))，中國遼寧、內蒙古、吉林省南部也有少數(shù)分布。大字杜鵑秋葉紅色，花大呈廣鐘形，粉紅色，稀白色，觀賞價值極高[1-4]。大字杜鵑自然分布區(qū)域狹窄，野生植株移栽成活率低，且種子不易獲得[4]。由于常年被濫掘亂挖，野生種群面積急劇減少[2,3]，《吉林省野生動植物保護管理暫行條例》將其定為省級一類重點保護植物，周繇等[5]建議列為東北地區(qū)珍稀瀕危植物。筆者在調查野生資源的過程中發(fā)現(xiàn)其受環(huán)境因素影響結實不穩(wěn)定，且種子自然條件下發(fā)芽率低。

如何保護大字杜鵑野生資源是目前函待解決的問題，關于其播種育苗相關報道極少[2]。杜鵑種子含有內在抑制物，萌發(fā)率較低[6]。杜鵑花屬種類數(shù)量龐大，各種杜鵑生物特性相差較遠。研究表明，GA3能促進馬纓杜鵑、太白杜鵑、毛氈杜鵑等多種杜鵑種子萌發(fā)[7-11]，且不同杜鵑種子萌發(fā)適宜溫度不同[11-13]。本試驗以種源地遼寧省鳳城的大字杜鵑野生植株種子為供試材料，對種子萌發(fā)特性進行研究，觀察種子的形態(tài)，測定種子的千粒重、種子活力、吸水率，研究不同GA3濃度、GA3浸種時間及不同培養(yǎng)溫度對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響，為大字杜鵑播種繁育提供科學依據(jù)，為其有效保護和持續(xù)利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的大字杜鵑果實于2018年8月采自遼寧省鳳城野生植株，果實曬干后脫粒、凈種、干燥，種子裝入牛皮紙袋內常溫保存。

1.2 試驗方法

1.2.1種子形態(tài)指標測定

1) 種子形態(tài)。隨機選擇種子50粒，在體式顯微鏡下觀測種子的形態(tài)、顏色。種子長度測定用數(shù)顯游標卡尺(精度0.01 mm) ，重復3 次，取平均值。

2) 種子千粒重。采用四分法隨機取干凈種子100粒，電子天平(精度0.000 1 g) 稱量，重復5次，取平均值，計算千粒重。

1.2.2種子活力及種子吸水量測定

1) 種子活力。氯化三苯基四氮唑法( TTC法) 測定大字杜鵑種胚的活力。將蒸餾水浸泡12 h的種子縱切，選100粒浸泡于40 ℃的0.1%的TTC溶液中12 h，取出觀察記錄，種胚染色程度深的視為有活力種子，重復3次，取平均值。

2) 種子吸水率。飽滿種子100粒置于裝有蒸餾水燒杯中， 25 ℃光照培養(yǎng)箱(GZP-750 S，中國上海精宏有限公司)中吸脹，1 h后取出，濾紙吸水后稱重，種子質量記為m1，以此類推，每隔1 h記錄1次，直至種子質量基本恒定，得到m2，m3…m15。重復3 次，取平均值，繪制種子吸水曲線。

注：A比例尺為1∶1 000(單位：μm)；B比例尺為1∶500(單位：μm)。圖1 大字杜鵑種子形態(tài)圖

1.2.3種子萌發(fā)試驗

設置GA3濃度、GA3浸種時間、發(fā)芽溫度為影響因子的單因素實驗和L9(33)正交實驗。單因素試驗：①GA3溶液400 mg·L-1，浸種時間分別為2、4、6、8、10、12 h，發(fā)芽溫度25 ℃；②GA3溶液分別為200、300、400、500、600、700 mg·L-1，浸種4 h，發(fā)芽溫度25 ℃；③400 mg·L-1GA3溶液浸種4 h，發(fā)芽溫度分別為23、25、28、30、33 ℃。不同GA3濃度、不同GA3浸種時間、不同培養(yǎng)溫度L9(33)正交試驗如表1。

表1 種子萌發(fā)正交試驗

種子萌發(fā)采用培養(yǎng)皿濾紙法。用0.1%KMnO4溶液浸泡30 min，蒸餾水沖洗后GA3溶液浸種，蒸餾水沖洗4次后，種子擺放在濾紙上，培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱(同上)中暗培養(yǎng)。以胚根突破種皮即作為種子萌發(fā)的標準，當供試種子連續(xù)5 d無萌發(fā)時視為萌發(fā)結束。每處理100粒，重復3次。萌發(fā)結束后，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)。本試驗發(fā)芽啟動時間快，發(fā)芽持續(xù)時間短，時間沒有作為測試指標。

發(fā)芽率(%)=(種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(萌發(fā)始3 d內萌發(fā)種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；(本試驗中大字杜鵑萌發(fā)始3 d內發(fā)芽種子數(shù)達到最高峰)

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt，其中Gt為每日發(fā)芽數(shù)，Dt為當天的發(fā)芽日數(shù)，∑為總和。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 種子形態(tài)指標

大字杜鵑種子卵狀橢圓形，體式顯微鏡下觀察，如圖1，類似于不規(guī)則的三棱錐、水滴形狀、長條狀、米粒形等，偶見扁平狀。種子棕色，細長，種臍端平，合點端圓，種皮薄且粗糙，無毛，有棱角。種子長0.72～1.02 mm，寬0.31～0.42 mm，千粒重為(0.341 2±0.000 5)g，屬小粒種子。

2.2 種子活力及吸水特性

大字杜鵑種子的活力值為95.56%；種子吸水量變化如圖2，2～4 h種子迅速吸水，后吸水逐漸減緩，9 h種子重量增加15.42%，基本達到飽和狀態(tài)，不再吸水，可知大字杜鵑種皮透水性良好。

圖2 大字杜鵑種子吸水曲線圖

2.3 種子萌發(fā)試驗

2.3.1不同GA3浸種時間對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響

浸種時間的長短關系到GA3能否浸入種子內部。由圖3可知，浸種2 h種子發(fā)芽率最低，為66.67%，但隨著GA3浸種時間的增加，發(fā)芽率呈先增后減的趨勢，說明GA3浸種對大字杜鵑種子發(fā)芽有促進作用。其中，2 h與4 h處理組間差異不顯著(p>0.05)，與6、8、10、12 h處理組間差異極顯著(p<0.01)，而6、8、10、12 h處理組間沒有明顯差異性，組間內6～12 h對大字杜鵑種子發(fā)芽率作用較明顯，10 h發(fā)芽率高達89.35%，說明GA3浸入種子內的量逐隨著種子吸水量的增加而增加，與上述種子吸水達到飽和時間基本吻合。

如圖4，浸種2 h的種子發(fā)芽勢最低，且極顯著于其他處理。4 h與12 h處理組間沒有顯著差異性，4 h與6、8、10 h處理組間差異顯著，而6、8、10 h各處理組間沒有顯著差異性(p>0.05)。綜上所述，GA3浸種時間對大字杜鵑種子發(fā)芽勢有促進作用，6、8、10 h處理對種子發(fā)芽勢的影響較突出，2 h和4 h種子發(fā)芽勢不高，與種子吸收量GA3少有關。

注：小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。 圖3 不同GA3浸種時間對大字杜鵑種子發(fā)芽率的影響

圖4 不同GA3浸種時間對大字杜鵑種子發(fā)芽勢的影響

由圖5可知，浸種2 h與組間其他處理差異極顯著，而4、6、8、10、12 h各處理組間沒有顯著差異。其中，8 h處理下的大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)最高，達69.96，GA3浸種時間對大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)的影響呈先增后減的趨勢，說明浸種時間越接近8 h，對大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)的促進作用越大。

圖5 GA3 不同浸種時間對大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)的影響

楊鵬等[11]研究表明，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)能更深層次地表現(xiàn)種子活力。因此在溫度為25 ℃，GA3濃度為400 mg·L-1的條件下，適合大字杜鵑種子萌發(fā)的GA3浸種時間為6～10 h。

2.3.2不同GA3濃度對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響

由圖6可知，200 mg·L-1GA3濃度處理下的大字杜鵑種子發(fā)芽率最低，為66.67%。200 mg·L-1與300 mg·L-1處理組間差異顯著，400、500、600、700 mg·L-1各處理組間差異均極顯著于200 mg·L-1，而除了200 mg·L-1外，其余各處理組間均沒有顯著差異性。其中，發(fā)芽率最高的是在500 mg·L-1處理下的大字杜鵑種子，達到90.67%，GA3濃度對大字杜鵑種子發(fā)芽率的影響呈先增后減的趨勢，說明GA3濃度越接近500 mg·L-1，越有利于種子萌發(fā)。

圖6 不同GA3濃度對大字杜鵑種子發(fā)芽率的影響

GA3濃度的高低涉及到GA3對大字杜鵑種子的作用大小，由圖7可知，500 mg·L-1GA3處理下的種子發(fā)芽勢最大，達77.33%，200 mg·L-1處理下的發(fā)芽勢最低，僅44.00%，且極顯著低于400、500、600、700 mg·L-1各處理下的種子發(fā)芽勢。300 mg·L-1與400、500、700 mg·L-1各處理組間差異顯著，而400、500、600、700 mg·L-1各處理間沒有顯著差異性。從上述分析可以得出，200、300 mg·L-1GA3對大字杜鵑種子發(fā)芽勢沒有明顯影響，400～700 mg·L-1組間內對大字杜鵑種子發(fā)芽勢有較明顯的影響，其中500 mg·L-1處理尤為突出。

圖7 不同GA3濃度對大字杜鵑種子發(fā)芽勢的影響

由圖8可知，種子發(fā)芽指數(shù)呈先增后減的趨勢，其中200 mg·L-1處理下的發(fā)芽指數(shù)最低，僅42.85，極顯著低于其他各處理組。300 mg·L-1與700 mg·L-1處理組間差異不顯著，與400、500、600 mg·L-1差異顯著，而400、500、600 mg·L-1各處理組間差異不顯著。綜上可知，300 mg·L-1和700 mg·L-1處理下發(fā)芽指數(shù)較低，500 mg·L-1處理下發(fā)芽指數(shù)最高，達73.67，對大字杜鵑種子萌發(fā)指數(shù)的影響尤為突出。

圖8 不同GA3濃度對大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)的影響

綜上所述，最適合大字杜鵑種子萌發(fā)的GA3濃度為500 mg·L-1，溫度為25 ℃，浸種時間為4 h。

2.3.3不同培養(yǎng)溫度對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響

溫度是影響植物種子萌發(fā)的重要環(huán)境因素，溫度過高或過低均不利于種子發(fā)芽。由圖9可知，當溫度為28 ℃時，大字杜鵑種子發(fā)芽率最高，達到93.33%，與其它各處理組相比差異極顯著。此外，25 ℃與30 ℃處理組間差異沒有顯著性，23 ℃與33 ℃處理組間差異也沒有顯著性，而25 ℃、30 ℃與23 ℃、33 ℃之間相比則表現(xiàn)極為顯著。從上述分析可知，23 ℃處理不利于大字杜鵑種子萌發(fā)，33 ℃處理下溫度過高，使種子內部生理變化過快，儲藏物被氧化分解，釋放出大量能量，導致種子發(fā)芽率降低[10]。25 ℃、28 ℃、30 ℃處理下大字杜鵑種子發(fā)芽率較高，均超過85%，而28 ℃最適合大字杜鵑種子的萌發(fā)。

圖9 不同溫度對大字杜鵑種子發(fā)芽率的影響

由圖10可知，23 ℃處理下大字杜鵑種子發(fā)芽勢最低，僅49.33%，與其它各處理組相比差異極顯著。25、28、30、33 ℃各處理組間沒有顯著差異性。從分析可知，23 ℃不利于大字杜鵑種子的萌發(fā)，王靖靖等[13]研究表明，溫度太低，酶活性過低不足以催化各種代謝反應進行，其它溫度處理對大字杜鵑的發(fā)芽勢沒有明顯區(qū)別。

圖10 不同溫度對大字杜鵑種子發(fā)芽勢的影響

在圖11中，23 ℃處理下的大字杜鵑種子發(fā)芽狀況最差，發(fā)芽指數(shù)僅51.27，且與其它各組內處理相比差異極顯著，而25 ℃、28 ℃、30 ℃、33 ℃各處理組間沒有顯著差異性。從分析可知，23 ℃不利于大字杜鵑種子的萌發(fā)，其它溫度處理對大字杜鵑的種子發(fā)芽指數(shù)的影響沒有明顯區(qū)別。

圖11 不同溫度對大字杜鵑種子發(fā)芽指數(shù)的影響

綜上所述，溫度對大字杜鵑種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響，沒有溫度對大字杜鵑種子發(fā)芽率的影響突出，說明發(fā)芽率是測試溫度對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響的有力指標。因此，在GA3浸種時間為4 h，GA3濃度為400 mg·L-1的條件下，28 ℃為最佳萌發(fā)溫度。

2.3.4GA3濃度、GA3浸種時間、溫度對種子萌發(fā)影響正交試驗結果與分析

由表2可知，處理A3B2C1的種子發(fā)芽勢最高，達84.67%，發(fā)芽指數(shù)也是最高，為78.63，雖然發(fā)芽率比處理A1B3C2低3.33%，但是發(fā)芽勢比A1B3C2高4.67%，且差異明顯，說明A3B2C1種子發(fā)芽整齊度高于其他處理。因此，確定最佳組合為處理A3B2C1，即適合大字杜鵑種子萌發(fā)的最佳組合條件為：GA3浸種時間10 h+GA3濃度500 mg·L-1+溫度25 ℃。

表2 GA3濃度、GA3浸種時間、溫度對種子萌發(fā)影響正交試驗

3 結論與討論

本研究表明，大字杜鵑種子屬于小粒種子；野生大字杜鵑成熟種子種胚無無生理后熟現(xiàn)象且具有較高的活力；大字杜鵑種皮薄且透水性良好。通過萌發(fā)溫度、GA3濃度及浸種時間對大字杜鵑種子萌發(fā)綜合作用研究，表明大字杜鵑種子最佳萌發(fā)控制組合為500 mg·L-1的GA3溶液中浸泡10 h，在溫度為25 ℃的條件下培養(yǎng)，種子的萌發(fā)情況是最佳的。

本研究采用光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)皿濾紙法進行種子發(fā)芽試驗，發(fā)現(xiàn)大字杜鵑種子4 d即可發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)時間7 d左右，發(fā)芽持續(xù)時間明顯短于李華等[2]研究的17 d，說明大字杜鵑種子種皮或內部具有萌發(fā)抑制物質，且GA3溶液浸泡處理對大字杜鵑種子的萌發(fā)有促進作用，但抑制物質存在部位及抑制物質組分有待于進一步研究。

本研究以溫度為25 ℃，GA3濃度400 mg·L-1為不變量，得出最適合大字杜鵑種子萌發(fā)的GA3浸種時間為6～10 h，報道中浸種時間為固定時間[6-10]；在溫度為25 ℃，GA3浸種時間為4 h的條件下，最適合大字杜鵑種子萌發(fā)的GA3濃度為500 mg·L-1，隨著赤霉素濃度的提高，大字杜鵑的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)呈先增后降的趨勢，與毛氈杜鵑、毛棉杜鵑、黃杯杜鵑、大萼杜鵑、秀雅杜鵑的結果近似[7-10]；將GA3浸種時間控制在4 h，GA3濃度控制在400 mg·L-1的條件下，最適合大字杜鵑種子萌發(fā)的溫度為28 ℃，大萼杜鵑、杜鵑花溫度最適宜溫度為25 ℃[7,12]，而黃杯杜鵑適宜溫度為15 ℃[7]。

通過正交試驗表明，大字杜鵑種子于GA3500mg·L-1中浸種10 h，培養(yǎng)溫度25 ℃，種子的萌發(fā)情況最佳。在單因素試驗中，28 ℃為種子最佳發(fā)芽溫度，正交試驗中25 ℃是最佳溫度，萌發(fā)試驗中不僅要考慮發(fā)芽率、發(fā)芽勢等指標，同時要綜合考慮各個因子間的交互作用，溫度的升高能縮短浸泡時間，同時溫度的升高能提高吸收GA3的量。因此，推測適宜發(fā)芽溫度高是自然條件下發(fā)芽率低的原因之一。實踐生產中可采用正交試驗的數(shù)據(jù)進行催芽處理，從而提高種子利用率。本研究具有一定局限性，土壤水分、光照等因子對大字杜鵑種子萌發(fā)的影響仍有待進深入研究，從而解決大字杜鵑播種繁殖問題。