極小種群觀賞花卉馨香玉蘭種子的休眠與萌發(fā)

賀水蓮 張濤 王雯

摘要：為了探索馨香玉蘭（Magnolia odoratissima Law et R. Z. Zhou）種子休眠與萌發(fā)特性，進(jìn)行了野外踏察，首次采集到馨香玉蘭種子，利用電鏡觀察了馨香玉蘭種子的形態(tài)特征，分析了馨香玉蘭種子浸提液對白菜種子發(fā)芽的影響，測定馨香玉蘭種子是否含有萌發(fā)抑制物質(zhì);利用吸水、沙藏以及GA3對種子進(jìn)行處理，研究馨香玉蘭種子的休眠特征。結(jié)果表明：馨香玉蘭種子從母株脫離后具有已發(fā)育完整的胚;種子透水性良好，種子休眠不是種皮的不透水性造成的;低溫層積后的種子發(fā)芽率高，說明馨香玉蘭種子具備生理休眠;分別用清水、胚乳濾液、胚乳濾液+GA3浸泡白菜種子，結(jié)果顯示，對照組發(fā)芽率為100.00%，胚乳濾液組發(fā)芽率降低，但胚乳濾液+GA3組浸泡的白菜種子發(fā)芽率比胚乳濾液組有所提升，說明馨香玉蘭種子中存在抑制發(fā)芽的物質(zhì)，且抑制效果顯著，但外源GA3能在一定程度上打破這種抑制作用。

關(guān)鍵詞：馨香玉蘭;種子;胚乳濾液;GA3;形態(tài)特征;吸水;沙藏;發(fā)芽率;休眠特征

中圖分類號(hào)：S685.150.1?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2020）20-0133-04

木蘭科（Magnoliaceae）植物一共有16屬300余種，我國產(chǎn)11屬160余種，是木蘭科植物資源最豐富的國家，也是木蘭科植物的“現(xiàn)代分布中心”和“多樣性保存中心”[1-2]，但由于早期人們對木蘭科植物資源的過度利用，加上生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，許多種類趨于瀕危，使木蘭科成為被子植物中生存受嚴(yán)重威脅種類最多的科之一，因此加強(qiáng)木蘭科植物的保護(hù)與繁育工作具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

馨香玉蘭（Magnolia odoratissima Law et R. Z. Zhou）別名中國木蘭、調(diào)羹花、夜來香，為木蘭科木蘭屬植物。該樹種僅產(chǎn)于云南省，是云南特有的極小種群物種，極危種，屬國家二級重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3]?；ò咨?，直立;果未見（《中國植物志》），常綠喬木，高5～6 m，呈單柱或群狀生長，散生于灌木叢或落葉疏林中。該種主要集中分布在云南省文山州內(nèi)，生于海拔1 300～1 600 m裸露的石灰?guī)r山地中，伴生樹種有滇南青岡、紫彈樹、圓果化香樹、木姜子等，該樹種在其生長群落中屬于下層。馨香玉蘭花葉具異香，其鮮花浸膏（凈油）是值得開發(fā)的天然香料[4];馨香玉蘭適用于庭園觀賞、城鄉(xiāng)、風(fēng)景名勝區(qū)、高檔小區(qū)、私人別墅綠化，是優(yōu)良的園林綠化樹種之一[5]。該樹種抗風(fēng)能力較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的凈化環(huán)境和抗污染能力。前人已經(jīng)對該樹種做過一些研究，如徐加漢等通過對云南省西疇縣馨香玉蘭群落24個(gè)樣方的調(diào)查，分析了馨香玉蘭的高度結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、空間分布格局，編制了特定時(shí)間生命表，繪制了生存曲線。結(jié)果顯示，馨香玉蘭高度結(jié)構(gòu)完整，種群個(gè)體高度發(fā)育是連續(xù)的，在群落中屬連續(xù)型種群;其相對年齡結(jié)構(gòu)不完整，呈現(xiàn)明顯的菱形;其空間分布格局表現(xiàn)為集群分布，其成長可分為幼苗、幼樹、成樹和老樹等4個(gè)時(shí)期，幼樹和成樹時(shí)期死亡率最低，老樹時(shí)期死亡率最高，種群呈現(xiàn)衰退狀態(tài)[6]。金蕊等采用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA技術(shù)，對云南省馨香玉蘭4個(gè)居群進(jìn)行了遺傳多樣性分析，結(jié)果顯示，與木蘭科等其他瀕危植物相比較，馨香玉蘭遺傳多樣性相對較高，并根據(jù)各種群遺傳背景研究結(jié)果提出了該物種遷地保護(hù)種群遺傳資源管理建議[7]。

本研究前期對馨香玉蘭現(xiàn)存資源進(jìn)行了野外考察，發(fā)現(xiàn)馨香玉蘭的種群數(shù)量急劇下降，目前僅存5個(gè)種群，導(dǎo)致其種群下降的主要原因是光照缺乏及與其伴生樹種的種間競爭激烈[8]。馨香玉蘭結(jié)實(shí)率和種子發(fā)芽率極低，在5個(gè)現(xiàn)存居群中，其中2個(gè)居群未見果，2個(gè)居群僅7%左右的結(jié)實(shí)率，還有1個(gè)居群僅剩1棵植株，調(diào)查當(dāng)年僅結(jié)了3個(gè)果實(shí)，通過對5個(gè)居群的詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)3年及以下的小苗幾乎未見。為了揭示馨香玉蘭種子發(fā)芽率低的原因，筆者采集了馨香玉蘭的種子，對其種子形態(tài)、休眠特征、萌發(fā)特征等進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)時(shí)間為2018年1月至2019年3月，試驗(yàn)地點(diǎn)為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院實(shí)驗(yàn)室。

1.2 試驗(yàn)材料

種子采自云南省文山州內(nèi)，種群調(diào)查包括西疇縣新馬街鄉(xiāng)對門山、竜樹山，西疇縣興街鎮(zhèn)伯栗山，麻栗坡縣大坪鎮(zhèn)城子箐、小箐山，海拔均在1 300 m以上裸露的石灰?guī)r山地。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 種子形態(tài)特征觀察 將馨香玉蘭種子放入水中吸水1 d后，在電子顯微鏡下觀察種子的形態(tài)特征。用石蠟切片法對種子進(jìn)行處理，并在電子顯微鏡下觀察其種胚發(fā)育情況。

1.3.2 吸水性測試 將種子浸泡在清水中，每6 h測1次種子質(zhì)量，以此來測定種皮的透水性。將測定好的種子研磨過濾，取其胚乳濾液備用。

1.3.3 馨香玉蘭的生理休眠鑒定 把采集的部分馨香玉蘭種子分兩大組：A1，自然放置組90粒;A2，低溫層積處理組90粒。A1、A2再分別分為B1、B2、B3等3個(gè)小組，并用質(zhì)量濃度為0、200、250 mg/L的赤霉素（GA3）分別處理種子15 d。GA3處理結(jié)束后A2組的種子與濕沙混合放于塑料瓶中，置于 6 ℃ 的環(huán)境下進(jìn)行低溫層積，濕沙與種子體積比為 3 ∶ 1，A2組中的B1、B2、B3處理后分開放置。低溫層積過程中攪拌1次/周，打開瓶蓋通氣并檢查基質(zhì)含水量，基質(zhì)含水量以“手捏成團(tuán)，松手即散”為宜，低溫層積時(shí)間為30 d。A1組用0.5%高錳酸鉀溶液對種子進(jìn)行浸泡消毒，時(shí)間以15～20 min為宜，消毒后立即播種。將所有穴盤置于人工氣候箱中，設(shè)置晝夜溫度為25 ℃，濕度為60%，晝夜光照度為60%。觀察其發(fā)芽情況。

1.3.4 萌發(fā)抑制物測試 為了測定種子內(nèi)是否含有抑制萌發(fā)的物質(zhì)，用胚乳濾液浸泡白菜種子并觀察其發(fā)芽率。本試驗(yàn)分為3個(gè)處理：處理1，用備好的種子胚乳濾液浸泡白菜種子50粒，重復(fù)3組;處理2，將種子胚乳濾液與GA3按1 ∶ 1的體積比配好后浸泡白菜種子50粒，重復(fù)3組;處理3，用清水浸泡白菜種子50粒，重復(fù)3組，作為對照組試驗(yàn)。將所有處理的種子放在25 ℃人工氣候箱中處理并記錄發(fā)芽率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel整理數(shù)據(jù)并制作圖表，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析和Duncans進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 馨香玉蘭種子的形態(tài)特征

據(jù)《中國植物志》記載，馨香玉蘭分布極為稀少，果未見，通過野外踏察，首次找到馨香玉蘭的果實(shí)和種子，馨香玉蘭為聚合蓇葖果，聚合蓇葖果成熟后裂開，露出種子（圖1-A）。種子多為心形，少數(shù)為長橢圓形，具有橘紅色的假種皮且有光澤，外種皮為黑色，少數(shù)為深褐色，堅(jiān)硬而脆。除去橘紅色假種皮后，種子表面有不規(guī)則的溝狀紋理，將部分胚乳扣除，可用肉眼觀察到胚，種胚小且靠近種孔，易失水死亡（圖1-B）。用石蠟切片法將處理好的種子切開，可清晰觀察到種子內(nèi)部的子葉和發(fā)育完全的胚（圖1-C），胚乳豐富，含大量油脂，能為種子發(fā)育提供豐富的營養(yǎng)（圖1-D）。

2.2 馨香玉蘭種子吸水性測試

由植物的吸水性測試可以看出種子堅(jiān)硬的外種皮是否是阻礙種子萌發(fā)過程的物理因素。木蘭科植物中不同種之間的吸水量及吸水性趨勢差別很大，說明木蘭科植物中部分種是因?yàn)榉N皮的物理因素阻礙了種子的萌發(fā)。馨香玉蘭的吸水性測試表明，外種皮透水性良好，用水浸泡種子，前24 h吸水量幾乎呈直線上升，吸水量為21.18%，種子平均質(zhì)量達(dá)4.44 g;浸種30 h吸水量占27.22%，種子平均質(zhì)量達(dá)4.55 g，之后吸水趨勢下降，浸種72 h吸水量占32.26%，吸水量不再上升（圖2）。馨香玉蘭種子在浸種前期吸水較快，說明其種子的外種皮對種子的吸水阻礙很小，種子萌發(fā)率低不是因?yàn)榉N皮的物理阻礙造成。

2.3 馨香玉蘭的生理休眠鑒定

低溫層積是破除種子休眠的常用方法，本試驗(yàn)采用了低溫層積加不同質(zhì)量濃度的GA3對馨香玉蘭種子進(jìn)行處理后播種，并記錄其發(fā)芽率，通過數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)果：在低溫層積期間，部分種子表現(xiàn)出“露白”現(xiàn)象，且在播種后，這些“露白”種子最先出根。自播種日算起，低溫層積處理過的種子24 d開始出芽，用質(zhì)量濃度為250 mg/L的GA3處理過的最先出芽，且出芽總數(shù)高于200 mg/L GA3處理組和對照組;自然條件放置的種子用質(zhì)量濃度為250 mg/L的GA3處理后出芽總數(shù)高于200 mg/L GA3處理組和對照組。低溫層積組的種子發(fā)芽數(shù)均略高于自然條件下放置的種子（表1）。發(fā)芽的種子在室內(nèi)自然條件下成苗率達(dá)80%，圖3為出芽后室溫培育2個(gè)月的馨香玉蘭幼苗。

2.4 馨香玉蘭種子的萌發(fā)抑制物測試

采用馨香玉蘭胚乳浸提液對白菜種子發(fā)芽的抑制作用來測定馨香玉蘭的種子是否含有抑制發(fā)芽的物質(zhì)。結(jié)果表明，對照組的白菜種子僅用5 d發(fā)芽率就達(dá)到100.00%，平均發(fā)芽數(shù)為50粒;而用胚乳濾液浸泡的白菜種子自試驗(yàn)開始后3 d開始發(fā)芽，發(fā)芽時(shí)長持續(xù)10 d，3組試驗(yàn)平均發(fā)芽數(shù)為28粒，發(fā)芽率為56.92%，說明馨香玉蘭的胚乳濾液對白菜種子的發(fā)芽有明顯的抑制作用，胚乳濾液中含有抑制白菜種子發(fā)芽的物質(zhì);用胚乳濾液+GA3浸泡的白菜種子也是從3 d開始發(fā)芽，發(fā)芽時(shí)長持續(xù)10 d，3組試驗(yàn)平均發(fā)芽數(shù)為38粒，發(fā)芽率為7764%（表2），即在胚乳濾液里加入了GA3后，胚乳濾液對白菜種子發(fā)芽的抑制現(xiàn)象明顯減弱，白菜種子發(fā)芽數(shù)和發(fā)芽率都出現(xiàn)了一定的回升，說明盡管馨香玉蘭種子的胚乳濾液中含有抑制白菜種子發(fā)芽的物質(zhì)，而GA3能在一定程度上打破這種抑制。

3 討論

木蘭科植物無性繁殖率非常低，主要用種子進(jìn)行繁殖，但絕大多數(shù)木蘭科植物的種子具有休眠現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中種子萌發(fā)率低，而且木蘭科植物種子不易保存，利用傳統(tǒng)的干燥后低溫保存的方式會(huì)造成種子大量死亡。目前有關(guān)木蘭科種子休眠和貯藏習(xí)性的研究非常少，韓春艷對木蘭科幾種植物種子休眠和種質(zhì)資源保存進(jìn)行研究，初步判斷出川滇木蓮（Manglietia cuclouxii）、西康玉蘭（Magnolia wilsonii）、灰?guī)r含笑（Michelia calcicola）、黃蘭（M. champaca）、球花含笑（M. sphaerantha）和云南含笑（M. yunnanensis）6種木蘭科植物種子休眠類型、打破休眠方法、貯藏習(xí)性和適宜貯藏條件，發(fā)現(xiàn)木蘭科植物種子有的為形態(tài)休眠，有的為生理休眠[9];沈永寶等對北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)種子具有深度休眠[10];顧地周等發(fā)現(xiàn)，小花木蘭種子具有生理休眠，并利用激素處理和變溫層積的方法讓其完成后熟[11]。通過前人的研究發(fā)現(xiàn)，木蘭科植物的種子特性因種而異，具有其復(fù)雜性，關(guān)于馨香玉蘭的種子形態(tài)特征本研究為首次報(bào)道，其休眠與萌發(fā)特性在前人研究中更是從未涉及。

本研究表明，馨香玉蘭種子自母株上脫離后，已具備發(fā)育完整的胚，不具有形態(tài)休眠，不須要經(jīng)過后熟來完成胚的形態(tài)發(fā)育。胚乳和胚易分離，通過電子顯微鏡可觀察到，種胚小且靠近種孔，種胚易失水死亡。馨香玉蘭種子吸水性良好，雖然馨香玉蘭種子外種皮硬而脆，但這種機(jī)械束縛不影響種子吸水，這一結(jié)果與木蘭科中具有堅(jiān)硬外種皮的種子吸水情況一致。在玉蘭種子的試驗(yàn)中可知，有無外種皮對玉蘭種子的吸水過程和能力沒有顯著影響[12]。

經(jīng)過馨香玉蘭胚乳濾液對白菜種子萌發(fā)的影響可知，馨香玉蘭種子內(nèi)確實(shí)含有抑制其萌發(fā)的物質(zhì)，且抑制作用強(qiáng)，這可能是導(dǎo)致馨香玉蘭種子休眠的原因之一，而木蘭科中大部分種子具有休眠現(xiàn)象的主要原因就是種子內(nèi)部具有抑制發(fā)芽的物質(zhì)。具有生理后熟的種子，休眠的原因大多是種子的內(nèi)源激素發(fā)生變化導(dǎo)致的，而這種內(nèi)源激素被看作是最普遍的萌發(fā)抑制物，外源GA3具有拮抗這種內(nèi)源激素的作用，使用外源GA3可以解除這種內(nèi)源激素的抑制作用。從馨香玉蘭種子的形態(tài)和發(fā)芽時(shí)間來看，其種子存在生理休眠，且試驗(yàn)所用質(zhì)量濃度的GA3能有效解除生理休眠。這和低溫層積處理所得的結(jié)果是一致的，低溫層積能有效打破休眠，結(jié)合GA3效果更為明顯。

據(jù)前期野外調(diào)查結(jié)果可知，馨香玉蘭僅有的幾個(gè)種群都存在一樣的生存危機(jī)，即與其伴生物種的競爭非常激烈，得不到充足的光照，從而導(dǎo)致結(jié)實(shí)率非常低，本研究進(jìn)一步表明，馨香玉蘭的種子具有生理休眠，從母體脫落后不能立即萌發(fā)，馨香玉蘭種子成熟期在9—11月，其原生地云南文山州正值旱季，種子在休眠過程中極易脫水干燥導(dǎo)致失活，這可能是馨香玉蘭無法自然更新?lián)Q代的最主要的原因。

4 結(jié)論

本研究探討了馨香玉蘭種子的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和休眠特性，結(jié)果表明，馨香玉蘭種子為聚合蓇葖果，成熟時(shí)會(huì)裂開露出鮮紅色的種子，經(jīng)過石蠟切片分析可知種子內(nèi)部具有完整的胚和子葉;種子吸水性良好，堅(jiān)硬的外種皮對種子萌發(fā)不造成阻礙;通過其種子胚乳的提取液來浸泡白菜種子并測定白菜種子發(fā)芽率，發(fā)現(xiàn)馨香玉蘭種子中存在抑制萌發(fā)的物質(zhì)，而GA3能有效打破這種抑制;通過沙藏層積處理，表明馨香玉蘭種子具有一定程度的生理休眠，利用250 mg/L GA3可輕微打破這種休眠。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚秀梅，劉 敏，萬珠珠，等. 云南木蘭科（Magnoliaceae）鄉(xiāng)土植物資源及其園林應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代園藝，2018，362（14）：119-120.

[2]李 劍. 21種木蘭科常綠植物的遺傳多樣性分析[D]. 鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013：2-5.

[3]李玉媛，司馬永康，方 波，等. 云南省國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物資源的現(xiàn)狀與評價(jià)[J]. 云南植物研究，2003，25（2）：181-191.

[4]李玉媛，徐加漢. 云南木蘭科香料植物浸膏、精油提取及化學(xué)成分研究[J]. 香料香精化妝品，1996（3）：2-8.

[5]姜衛(wèi)兵，曹 晶，李 剛，等. 我國木蘭科觀賞新樹種的開發(fā)及在園林綠化中的應(yīng)用[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，21（2）：68-73.

[6]徐加漢，司馬永康，徐 濤，等. 極小種群野生植物馨香木蘭的種群結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)[J]. 西部林業(yè)科學(xué)，2016，45（2）：35-40，51.

[7]金 蕊，石雨鑫，徐 濤，等. 云南特有瀕危植物馨香木蘭的遺傳多樣性研究[J]. 西部林業(yè)科學(xué)，2014，43（6）：80-84.

[8]賀水蓮，王智友，王 雯，等. 極小種群觀賞花卉馨香玉蘭的種群研究[J]. 西部林業(yè)科學(xué)，2018，47（4）：64-68.

[9]韓春艷. 木蘭科幾種植物種子休眠和種質(zhì)資源保存的研究[D]. 昆明：中國科學(xué)院昆明植物研究所，2008.

[10]沈永寶，郭永清，喻方圓. 北美鵝掌楸種子外種皮發(fā)芽抑制物研究[J]. 江蘇林業(yè)科技，2004，31（6）：10-11.

[11]顧地周，禚畔全，張力凡，等. 激素處理和變溫層積對小花木蘭種子形態(tài)后熟的影響[J]. 植物研究，2015，35（1）：34-38.

[12]陳 潔，寧 陽，金曉玲，等. 六種木蘭科植物種子播種育苗試驗(yàn)[J]. 北方園藝，2015（9）：53-58.左 達(dá)，郭鵬飛，孫 權(quán). 有機(jī)肥施用量對釀酒葡萄產(chǎn)量品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（20）：137-141.