大興安嶺3種樹種木材組分燃燒煙對珍珠梅種子萌發(fā)的影響1)

楊波 谷會巖

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

森林火災(zāi)是世界性的林業(yè)重大災(zāi)害，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認定為世界八大自然災(zāi)害之一，對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重破壞。中國是世界森林火災(zāi)受害較嚴重的國家之一[1]。大興安嶺林區(qū)是我國面積最大的一個林區(qū)，處于生態(tài)脆弱區(qū)[2]。自然或人為因素的影響使森林火災(zāi)高發(fā)，因此大面積的森林都受到過不同程度的火干擾[3]。森林火災(zāi)作為一種影響森林生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)因子，對森林生態(tài)系統(tǒng)有著重要的作用[4]。林地過火后，森林生態(tài)系統(tǒng)會遭受不同程度的破壞：輕度的火燒過后，加快林地更新；中、重度火燒破壞森林結(jié)構(gòu)。因此物種多樣性的恢復(fù)是衡量火干擾后森林群落恢復(fù)與重建的重要指標(biāo)之一[1]。

森林干擾類型主要有火干擾、風(fēng)干擾、病蟲害干擾、撫育和采伐干擾[5]。大興安嶺林區(qū)是以火干擾為主的寒溫帶林區(qū)，南坡的火災(zāi)輪回期為30～40 a，北坡的火災(zāi)輪回期為110～120 a[6]。大興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生區(qū)域的植被類型主要為:落葉松林、樟子松林、白樺-落葉松混交林、白樺林、蒙古櫟林、沼澤和草甸[7]。該區(qū)的森林與北美北方針葉林、北歐的北方針葉林有許多相似之處：經(jīng)常有規(guī)律地發(fā)生火災(zāi)；森林的發(fā)生、發(fā)展及演替都與林火密切相關(guān)[6，8]。當(dāng)前開展火對植物影響的研究，主要集中在火行為、火燒對植物群落結(jié)構(gòu)等的影響以及火生態(tài)研究的宏觀分析等方面[9]，目的是減少因火造成的損失[10]，對火燒后植被恢復(fù)和生態(tài)功能恢復(fù)具有重要意義[11]。火燒形成的高熱[12]、植物源性煙霧及火燒灰燼[13]對植物生理生態(tài)效應(yīng)影響等已有了深入研究，但是微觀分析仍然缺乏。

在雨后，過火后的林地會有許多種子萌發(fā)，長成新的植株。過火后的林地內(nèi)，部分樹種的種子萌發(fā)明顯加快，種子萌發(fā)過程受許多外部環(huán)境因素控制，如光照、溫度、水分以及內(nèi)部生長調(diào)節(jié)劑，如赤霉素(GAs)與脫落酸(ABA)[14-16]。煙水對種子萌發(fā)影響的研究，主要集中在澳大利亞、南非和加利福尼亞的本地物種上。煙水含有多種化合物，這些活性物質(zhì)被多次研究與鑒定[17-19]。已經(jīng)鑒定和分離到的活性化合物主要有4種：丁烯羥酸內(nèi)酯化合物[20]、氰醇[21]、丁烯內(nèi)酯[22]、對苯二酚[23]，這些物質(zhì)對部分種子的萌發(fā)有促進作用。國內(nèi)對于煙水的研究還不夠深入，僅限于證明了物源煙水能促進種子萌發(fā)和幼苗生長[24]。本研究嘗試將木材通過化學(xué)方法分離提取，分別配制煙水，再通過種子萌發(fā)試驗，更加直觀地表現(xiàn)不同植物源煙水對種子萌發(fā)的影響。本研究以大興安嶺林區(qū)具有代表性的植物材料為研究對象，該區(qū)代表性的植被為以興安落葉松(Larixgmelinii)為優(yōu)勢種和建群種的寒溫帶針葉林，其他喬木樹種以及紅皮云杉(Piceakoraiensis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolicaLitv)、白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana)等[25]。探究大興安嶺地區(qū)的植物材料制得的煙水對種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響，為今后大興安嶺火燒后植被恢復(fù)初期樹種更新及森林恢復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料與種子采集

植物材料主要選擇了大興安嶺地區(qū)常見的3種喬木樹種，落葉松(Larixgmelinii)、魚鱗云杉(Piceajezoensisvar.microsperma)和白樺(Betulaplatyphylla)。樹干去除樹皮后，研磨成過80目篩木粉干燥保存?zhèn)溆谩７N子選用林下常見灌木珍珠梅種子，珍珠梅(Sorbariasorbifolia)是薔薇科珍珠梅屬植物，種子為蓇葖果，種子平均長度為4.45 mm、平均寬度為0.68 mm、平均質(zhì)量為0.08 mg/粒。試驗種子材料于2016年9月份在大興安嶺加格達奇林業(yè)局采集，清理植物殘渣后于4 ℃避光保存在冰箱中備用。

1.2 植物源煙水的制備

1.2.1 木材中抽提成分的分離

木材抽提成分包含多種有機化合物，包括酚，萜烯，脂質(zhì)，酸、碳水化合物，多糖等。目前，木材抽提成分的提取方法主要包括水提取、有機提取和堿提取[26]。

分別取白樺、落葉松和云杉過篩木粉100 g，裝入索氏提取器萃取管中。索氏提取器底瓶加入V(苯)∶V(乙醇)=2∶1，加熱回流提取4 h后，將萃取管中得到的脫脂木粉放置通風(fēng)櫥內(nèi)風(fēng)干。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)底瓶中的液體得到粘稠物為抽提成分，主要含有可被有機溶劑溶解的小分子成分。

1.2.2 綜纖維素的分離

綜纖維素，又稱總纖維素，是指從植物纖維原料中去除抽提成分和木質(zhì)素后剩下的物質(zhì)(纖維素和半纖維素的總稱)[27]。本試驗采用亞氯酸鈉法提取綜纖維素。取30 g脫脂木粉置于圓底燒瓶中，加入975 mL去離子水混合后置于75 ℃水浴鍋中，加入7.5 mL冰醋酸和9 g亞氯酸鈉水浴加熱1h ，1 h之后再加入7.5 mL冰醋酸和9 g亞氯酸鈉水浴加熱1 h，如此重復(fù)4～5次，直至試樣變白。取出圓底燒瓶于冰水浴中冷卻過濾后，用去離子水反復(fù)洗滌至濾液呈中性，再用丙酮洗滌3次，干燥。得到白色固形干燥物，即綜纖維素。

1.2.3 纖維素和半纖維素的分離

本試驗采用堿性溶液萃取和超聲輔助的方法分離纖維素和半纖維素[28]。取30 g綜纖維素加入到裝有600 mL質(zhì)量分數(shù)為17.5%氫氧化鈉溶液的燒杯中，超聲提取1 h，溫度為50 ℃、功率為250 W。過濾提取液后得到的固體經(jīng)洗滌干燥得到纖維素。濾液加入鹽酸，調(diào)節(jié)溶液酸堿度值至pH=5.5～7.0，加入乙醇使乙醇體積分數(shù)達到80%，低溫靜置8 h以上，傾出上清液，下層混懸濁液離心，沉淀，用少量的體積分數(shù)為80%的乙醇洗滌2次，干燥得到半纖維素。

1.2.4 木質(zhì)素的分離

木質(zhì)素是一類復(fù)雜的有機聚合物，在化學(xué)上，木質(zhì)素是交叉鏈接的酚聚合物。木質(zhì)素的提取方法很多，其中，Klason法通常是使用體積分數(shù)為64%～72%的濃硫酸水解生物質(zhì)中的纖維素等物質(zhì)，而木質(zhì)素則作為不溶物被分離出來[29]。

將1 g經(jīng)苯醇抽提之后得到的脫脂木粉移入到容量為100 mL的具塞錐形瓶中，并加入冷卻至12～15 ℃的(72.0±0.1)%硫酸15 mL，使試樣全部為酸液浸透，并蓋好瓶塞。常溫放置1 h后，將上述錐形瓶內(nèi)容物在蒸餾水的漂洗下全部移入1 000 mL圓底燒瓶中，加入蒸餾水至總體積為560 mL，再將此圓底燒瓶置于加熱套上回流煮沸4 h，靜置使木質(zhì)素沉積，過濾并用熱蒸餾水洗滌至洗液加入數(shù)滴質(zhì)量分數(shù)10%氯化鋇不再渾濁，用pH試紙檢測不再呈酸性，烘干至恒質(zhì)量，得到木質(zhì)素。

1.2.5 燃燒試驗

將分離得到的各物質(zhì)裝入耐高溫的石舟中，放入節(jié)能型真空管式爐SK-3-2-10-6的石英管內(nèi)，加熱升溫至500 ℃，直至燃燒完全。節(jié)能型真空管式爐的一端持續(xù)通入氮氣，另一端連接由2個裝有300 mL甲醇的洗氣瓶的吸收裝置，用于吸收煙氣。吸收液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到煙油，煙油用蒸餾水稀釋10倍作為煙水母液，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3 種子萌發(fā)試驗

用鑷子夾取30粒飽滿的種子，整齊放置在鋪有2層濾紙為基質(zhì)的直徑9 cm培養(yǎng)皿中。將煙水母液稀釋成10、100、500、2 000、2 500倍梯度的稀釋液。在每個培養(yǎng)皿中加入5 mL稀釋液，在培養(yǎng)皿中加入5 mL蒸餾水作為空白對照組，每組均設(shè)置3個重復(fù)。將所有種子放入消毒滅菌的HPG-400BX型人工氣候箱中培養(yǎng)。人工氣候箱培養(yǎng)條件設(shè)置：光照——光照強度Ⅱ級，光照時間10 h，溫度27 ℃，濕度64%；黑暗——無光14 h，溫度17 ℃，濕度64%。每天觀察并記錄1次，胚根突出種皮1 mm以上則視為萌發(fā)，且打開培養(yǎng)皿蓋透氣。直至連續(xù)一周無種子萌發(fā)則停止記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

萌發(fā)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計完成后，用EXCEL2003計算試驗中珍珠梅的萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，利用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析，用Duncan分析法進行差異顯著性分析。利用Origin 9.0軟件進行圖表的繪制。萌發(fā)率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的公式如下：

式中:m為萌發(fā)種子的總數(shù)，M為每個重復(fù)中的種子總數(shù)，m1為發(fā)芽過程中日發(fā)芽種子數(shù)達到最高峰時發(fā)芽的種子數(shù)，ni為第i天萌發(fā)的種子數(shù)目，ti為第i天(注:GI越高表示在最短時間內(nèi)種子萌發(fā)數(shù)目越多，反映出種子萌發(fā)速度越快、種子活性越強。)

2 結(jié)果與分析

2.1 落葉松木材及其分離提取物制備的煙水對種子萌發(fā)的影響

2.1.1 落葉松來源不同的煙水對種子萌發(fā)的影響

不同落葉松來源的煙水對種子萌發(fā)的影響不同，同種落葉松來源的煙水處理隨著處理液體積分數(shù)的變化，種子的萌發(fā)情況也發(fā)生改變。蒸餾水處理的空白對照組種子從第2天開始萌發(fā)，第3天種子萌發(fā)數(shù)最大，隨后每天種子萌發(fā)數(shù)逐漸減低，到第8天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖1(A)所示：均從第3天開始萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，種子第6天的萌發(fā)數(shù)最大，第17天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，種子第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，種子第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第17天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，種子第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材纖維素制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖1(B)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第6天的萌發(fā)數(shù)最大，第20天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第15天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，并且第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材半纖維素?zé)熕幚矸N子，試驗結(jié)果如圖1(C)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，且第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第15天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，且第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，并且第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材木質(zhì)素制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖1(D)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第14天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第14天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材抽提物制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖1(E)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第14天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第2天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)。

2.1.2落葉松木粉及各組分制得的煙水對珍珠梅種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)的影響

單因素方差分析結(jié)果表明(見表1)，不同落葉松來源的煙水處理后，珍珠梅種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢以及發(fā)芽指數(shù)都受到不同程度影響。其中，與空白對照組相比，各稀釋倍數(shù)的落葉松木材制備的煙水處理液都顯著降低了珍珠梅種子萌發(fā)率(p≤0.05)，但是不同稀釋倍數(shù)的落葉松木材制備的煙水處理的試驗組之間的萌發(fā)率沒有顯著差異。各稀釋倍數(shù)的落葉松木材木質(zhì)素制備的煙水和落葉松木材抽提物制備的煙水處理對種子萌發(fā)率無顯著影響，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的落葉松木材纖維素?zé)熕?、V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的落葉松木材纖維素?zé)熕?、V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的落葉松木材半纖維素?zé)熕@著降低了種子的萌發(fā)率(p≤0.05)，其他稀釋倍數(shù)的落葉松木材纖維素和落葉松木材半纖維素?zé)熕幚硪簩ΨN子萌發(fā)率無顯著影響。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的落葉松木材纖維素制備的煙水的處理組萌發(fā)率最低(約65.56%)，與對照組相比降低了約23.33%。

各組落葉松制備的煙水處理液對種子發(fā)芽勢均顯著降低。各稀釋倍數(shù)的落葉松木材纖維素、落葉松木材抽提物、落葉松木材制備的煙水處理，均顯著降低了種子的發(fā)芽勢，且處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的落葉松木材纖維素?zé)熕囼灲M的種子發(fā)芽勢最低(約22.22%)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的落葉松木材半纖維素?zé)熕?、處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的落葉松木材半纖維素?zé)熕?、處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的落葉松木材半纖維素?zé)熕?，顯著降低了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的落葉松木材半纖維素?zé)熕疅o顯著影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10、1∶100的落葉松木材木質(zhì)素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的落葉松木材木質(zhì)素?zé)熕畬ΨN子的發(fā)芽勢無顯著影響。

各稀釋倍數(shù)的落葉松木材纖維素?zé)熕幚韺ΨN子的發(fā)芽指數(shù)均無影響。各稀釋倍數(shù)的落葉松木材半纖維素?zé)熕?、落葉松木材木質(zhì)素?zé)熕?、落葉松木材抽提物煙水、落葉松木材煙水均顯著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)，且處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的落葉松木材制備的煙水處理的種子發(fā)芽指數(shù)最小(為3.68)。

表1 落葉松來源的煙水處理珍珠梅種子萌發(fā)狀況

2.2 白樺木材及其分離提取物制備的煙水對種子萌發(fā)的影響

2.2.1 白樺來源不同的煙水對種子萌發(fā)的影響

不同白樺來源的煙水對種子的萌發(fā)過程具有不同影響。使用不同稀釋倍數(shù)的白樺木材制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖2(A)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，種子第5天開始萌發(fā)，第6天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第19天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，種子第4天開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的白樺木材纖維素制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖2(B)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第20天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的白樺木材半纖維素制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖2(C)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的白樺木材木質(zhì)素制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖2(D)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第20天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第18天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第8天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第7天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的白樺木材抽提物制備煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖2(E)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，且第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第20天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第16天停止萌發(fā)。

2.2.2白樺木粉及各組分制得的煙水對珍珠梅種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)的影響

如表2所示，單因素方差分析結(jié)果表明：與對照組相比，白樺木材及其分離提取物制備的煙水處理液對種子萌發(fā)率的影響各有不同，各稀釋倍數(shù)的白樺木材制備的煙水處理液降低了種子的萌發(fā)率。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10白樺木材制備的煙水處理顯著降低了種子萌發(fā)率(p<0.05)，其他稀釋倍數(shù)白樺木材煙水處理極顯著降低了種子萌發(fā)率；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的白樺木材纖維素?zé)熕畬ΨN子萌發(fā)率無影響，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100、1∶500、1∶2 000、1∶2 500的白樺木材纖維素?zé)熕畬ΨN子萌發(fā)率無顯著影響；白樺木材半纖維素、抽提物制備的煙水對種子萌發(fā)率影響顯著，但是部分稀釋倍數(shù)處理增大了種子萌發(fā)率；白樺木材木質(zhì)素?zé)熕畬ΨN子萌發(fā)率無顯著影響，但V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000白樺木材木質(zhì)素?zé)熕幚碓龃罅朔N子的萌發(fā)率。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500白樺木材煙水處理組的萌發(fā)率最低(約41.11%)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500白樺木材半纖維素?zé)熕幚斫M的萌發(fā)率最高(約98.89%)。

各稀釋倍數(shù)白樺木材煙水處理對種子發(fā)芽勢均有顯著影響。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10白樺木材煙水處理顯著降低了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)極顯著降低了種子的發(fā)芽勢；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10白樺木材纖維素?zé)熕畼O顯著降低了種子的發(fā)芽勢，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100白樺木材纖維素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽勢，其余稀釋倍數(shù)處理對種子發(fā)芽勢無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10白樺木材半纖維素?zé)熕畼O顯著降低了種子發(fā)芽勢，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500白樺木材半纖維素?zé)熕@著提高了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的白樺木材半纖維素?zé)熕幚韺ΨN子無顯著影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10、1∶500的白樺木材木質(zhì)素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的處理液無顯著影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10白樺木材抽提物煙水極顯著降低了種子的發(fā)芽勢。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100白樺木材煙水的處理組種子發(fā)芽勢最低(約20%)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500白樺木材半纖維素?zé)熕奶幚斫M種子發(fā)芽勢最高(約93.33%)。

白樺來源的煙水均顯著降低了種子發(fā)芽勢指數(shù)，即各處理均降低了種子的活力。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500白樺木材煙水的處理組種子發(fā)芽指數(shù)最低(2.23)。

2.3 云杉木材及其分離提取物制備的煙水對種子萌發(fā)的影響

2.3.1 云杉來源不同的煙水對種子萌發(fā)的影響

使用不同稀釋倍數(shù)的云杉木材制備的煙水處理種子，試驗結(jié)果圖3(A)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天開始萌發(fā)，且第3天的種子萌發(fā)數(shù)最大，第8天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，種子第2天開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第8天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第8天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的云杉木材纖維素制備的煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖3(B)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第7天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第7天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第2天開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的云杉木材半纖維素制備的煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖3(C)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第2天開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第7天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的云杉木材木質(zhì)素制備的煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖3(D)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第13天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第14天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第14天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第4天種子開始萌發(fā)，第5天的萌發(fā)數(shù)最大，第10天停止萌發(fā)。

使用不同稀釋倍數(shù)的云杉木材抽提物制備的煙水處理種子，試驗結(jié)果如圖3(E)所示：處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，且第3天的萌發(fā)數(shù)最大，第11天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500的試驗組，第2天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第8天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000的試驗組，種子第3天開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第12天停止萌發(fā)；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的試驗組，第3天種子開始萌發(fā)，第4天的萌發(fā)數(shù)最大，第9天停止萌發(fā)。

表2 白樺來源的煙水處理珍珠梅種子萌發(fā)狀況

2.3.2云杉木粉及各組分制得的煙水對珍珠梅種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)的影響

單因素方差分析表明，不同云杉來源的煙水對種子萌發(fā)影響各有不同。云杉木材制得的煙水處理液對種子萌發(fā)率有顯著影響，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500、1∶2 500云杉木材煙水處理組種子萌發(fā)率顯著降低，其他稀釋倍數(shù)的無顯著影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材纖維素?zé)熕幚淼姆N子萌發(fā)率顯著降低，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1：100、1∶500、1∶2 500云杉木材煙水處理對種子萌發(fā)率無顯著影響，但煙水處理后種子萌發(fā)率有所增大，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500的處理組無顯著影響，有一定的降低萌發(fā)率的效果；各稀釋倍數(shù)的云杉木材半纖維素、云杉木材木質(zhì)素制備的煙水對種子萌發(fā)率無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材抽提物煙水處理種子萌發(fā)率顯著降低，其他稀釋倍數(shù)有一定的降低萌發(fā)率的效果。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000云杉木材纖維素制備的煙水處理組的種子萌發(fā)率最大(93.33%)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材抽提物制備的煙水處理組的種子萌發(fā)率最小(約64.44%)。

云杉來源煙水對種子的發(fā)芽勢無促進效果，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材煙水顯著降低了種子的發(fā)芽勢；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100云杉木材煙水對發(fā)芽勢無顯著影響，小幅度增大了種子的發(fā)芽勢；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材纖維素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的云杉木材纖維素?zé)熕畬ΨN子的發(fā)芽勢無影響；各稀釋倍數(shù)的云杉木材半纖維素和云杉木材木質(zhì)素制備的煙水對種子的發(fā)芽勢無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10的云杉木材抽提物煙水處理組種子發(fā)芽勢顯著降低，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100云杉木材抽提物煙水能降低種子發(fā)芽勢，其他稀釋倍數(shù)的云杉木材抽提物制備的煙水對種子發(fā)芽勢無顯著差異。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶500云杉木材木質(zhì)素?zé)熕奶幚斫M種子發(fā)芽勢最大(約80.00%)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材煙水的處理組種子發(fā)芽勢最小(約35.56%)。

處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100云杉木材煙水顯著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)，其他稀釋倍數(shù)的云杉木材煙水處理對種子的發(fā)芽指數(shù)無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材纖維素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)，其他稀釋倍數(shù)的云杉木材纖維素?zé)熕幚韺ΨN子的發(fā)芽指數(shù)無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材半纖維素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500云杉木材木質(zhì)素?zé)熕@著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)，其他稀釋倍數(shù)處理對種子的發(fā)芽指數(shù)無影響；處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材抽提物煙水極顯著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)(p<0.01)，其他稀釋倍數(shù)的云杉木材抽提物煙水處理顯著降低了種子萌發(fā)率(p<0.05)。處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 500云杉木材半纖維素?zé)熕奶幚斫M種子發(fā)芽指數(shù)最大(約10.08)，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶10云杉木材抽提物煙水的處理組種子發(fā)芽指數(shù)最小(約4.38)。

表3 云杉來源的煙水處理珍珠梅種子萌發(fā)狀況

3 討論與結(jié)論

火災(zāi)促進種子萌發(fā)的生態(tài)效應(yīng)已有文獻報道[30-31]。目前科研工作者針對一些生態(tài)系統(tǒng)進行了相關(guān)研究，例如南加利福尼亞州的Chaparral[32]，澳大利亞的Kwongan[33]和南非的Fynbos[34]，這些研究都表明與火相關(guān)的因素能夠刺激許多物種的種子萌發(fā)。火對種子萌發(fā)的影響被認為是野火過程中產(chǎn)生的物理和化學(xué)線索之間相互作用的結(jié)果[35]。有證據(jù)顯示，煙霧的動態(tài)效應(yīng)[36]對種子萌發(fā)具有刺激作用。多數(shù)科學(xué)家認為，植物來源的煙霧中含有幾種原始化合物，如氰醇、碳氫化合物，可刺激種子萌發(fā)[21-22，37-39]。因此，煙能提高發(fā)芽性能[40]和植物發(fā)育[41]，增加幼苗的次生根[42]和幼苗鮮質(zhì)量[43]。本研究表明，不同的植物制得的煙水對種子萌發(fā)的影響不同。白樺木粉和落葉松木粉制得的各稀釋倍數(shù)的煙水均抑制種子的萌發(fā)，白樺木粉煙水的抑制效果強于落葉松木粉煙水，且白樺木粉煙水的抑制效果具有稀釋倍數(shù)依賴性。落葉松木粉煙水的抑制效果沒有顯著的稀釋倍數(shù)依賴性，可能是其中具有抑制活性的物質(zhì)含量較低導(dǎo)致的。試驗結(jié)果表明，云杉木粉煙水對種子萌發(fā)有抑制作用，也有促進作用，處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶100時，對種子萌發(fā)有促進作用。

落葉松木粉煙水能降低種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)。落葉松木粉分離提取的各物質(zhì)制得的煙水也具有降低種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的能力，表明落葉松煙水中含有一些抑制種子萌發(fā)的物質(zhì)。落葉松木材纖維素?zé)熕?，雖然降低了種子的萌發(fā)率，但沒有降低種子的發(fā)芽指數(shù)，表明種子的活力沒有降低。白樺木粉煙水顯著降低了種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)，但白樺木粉分離與提取的物質(zhì)制得的煙水對種子萌發(fā)的影響與其稀釋倍數(shù)相關(guān)，不同稀釋倍數(shù)的白樺木粉分離與提取的物質(zhì)制得的煙水對種子萌發(fā)的影響不同，有促進作用或抑制作用。其中，白樺木材纖維素SW5(約95.56%)、白樺木材半纖維素SW5(約98.89%)、白樺木材木質(zhì)素SW4(約95.56%)和白樺木材抽提物SW4(約92.22%)處理組的種子萌發(fā)率均大于對照組，表現(xiàn)出一定的促進作用，說明該煙水中可能含有某些物質(zhì)在一定稀釋倍數(shù)條件下促進種子萌發(fā)。白樺木材半纖維素SW5增大了種子的發(fā)芽勢，說明種子的活力增強了，其他的白樺木粉分離提取的各物質(zhì)制得的煙水均抑制了種子活力。云杉木粉煙水SW3的萌發(fā)率約為92.22%、發(fā)芽勢約為78.89%、發(fā)芽指數(shù)約為10.05，說明煙水中可能存在某些物質(zhì)具有提高種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的功能。依據(jù)本研究，未來有望通過分離純化和活性跟蹤的方法從云杉木材纖維素?zé)熕凶R別促進種子萌發(fā)的物質(zhì)。

本研究認為，并非所有植物都適合制備煙水用于促進種子萌發(fā)。例如，來源于落葉松木粉的煙水抑制了珍珠梅種子的發(fā)芽，并降低了種子的活力。因此抑制的物質(zhì)可能存在于落葉松木粉的半纖維素中；來源于白樺木粉的煙水抑制了珍珠梅種子的發(fā)芽，并降低了種子的活力，而白樺木粉分離物制得的煙水對種子萌發(fā)有一定的促進作用，促進物質(zhì)可能存在于白樺木粉的半纖維素中，但仍然降低了種子活力；來源于云杉木粉的煙水在一定稀釋倍數(shù)范圍內(nèi)促進種子萌發(fā)，云杉木粉提取的纖維素制得的煙水在處理液為V(母液)∶V(蒸餾水)=1∶2 000時促進效果最明顯，也增強了種子活力，其他分離物制得的煙水抑制種子發(fā)芽。生產(chǎn)煙水的技術(shù)簡單且成本較低，使得煙水成為生態(tài)恢復(fù)中實用的工具。本研究提出了一些具有生物學(xué)功能的煙水稀釋倍數(shù)，但對于煙水中具有抑制或促進萌發(fā)活性的物質(zhì)基礎(chǔ)還有待進一步研究。