不同溫度處理對7種丁香屬植物種子萌發(fā)特性的影響

朱 瑩， 孟 昕， 蓋 楓

(1.北京市植物園， 北京100093； 2.北京市花卉園藝工程技術(shù)研究中心， 北京 100093；3.城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室， 北京 100083)

丁香屬(SyringaLinn.)植物全世界有20余種，有4種原產(chǎn)于東歐、日本和喜馬拉雅一帶，其余大部分種類是我國特有種，主要分布于西南及黃河流域以北各省區(qū)。丁香屬植物不僅花朵繁密，花香濃郁，花期長，具有非常高的觀賞價值，且相對耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐修剪，非常適宜在北方園林中大量推廣應(yīng)用[1]。播種繁殖是快速得到丁香屬植物種苗的一種有效手段，目前，人們僅對少數(shù)幾種丁香屬植物種子的萌發(fā)做了一些研究，如趙丹等[2]、楊建偉等[3]報道了不同溫度、不同藥劑及基質(zhì)對紅丁香(S.villosa)種子萌發(fā)的影響；解成彪等[4]研究了不同激素和溫度對四川丁香(S.sweginzowii)種子萌發(fā)的影響；李鮮花等[5]研究了低溫層積處理對北京丁香(S.pekinensis)種子萌發(fā)的影響；國志峰等[6]研究了不同GA3激素濃度和不同溫度(恒溫)處理下遼東丁香(S.wolfii)的萌發(fā)特性；董開茂等[7]研究了GA3、溫度、光照等因素對巧玲花(S.pubescens)種子萌發(fā)的影響。還有很多丁香屬植物種子萌發(fā)特性研究未見報道。

溫度是植物種子能否萌發(fā)的決定因素之一，對于非休眠種子來說，溫度會影響種子的最高萌發(fā)率、萌發(fā)速率和萌發(fā)整齊度[8]。不同植物均有其適宜溫度條件，過高或過低會產(chǎn)生不同影響[9]。本研究以來自不同地區(qū)、不同生境、不同組系的7種(含亞種)丁香屬植物種子為材料，設(shè)定4個恒溫、4個變溫共8個處理，測定其種子萌發(fā)率、校正的萌發(fā)速率指數(shù)等指標(biāo)，以確定最適宜的萌發(fā)溫度并判定種子是否具有休眠特性，為丁香屬植物規(guī)?；耘嗵峁├碚撘罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料包含了丁香屬植物2個組3個系的7個種，其中有長花冠組頂生花序系的毛丁香(S.tomentella)、紅丁香、遼東丁香和云南丁香(S.yunnanensis)，巧玲花系的巧玲花，歐丁香系的朝陽丁香(S.oblatasubsp.dilatata)，短花冠組的北京丁香。植物種子分別采自四川、河北及黑龍江，采集地點和生境見表1。其中朝陽丁香和遼東丁香為2018年采集，其余5種為2019年采集。采集時期為蒴果變褐色欲裂開時。毛丁香采集時，蒴果尚未完全變?yōu)楹稚］艄杉笾檬覂?nèi)陰干。待蒴果完全裂開，種子散出后選取生長良好、顆粒飽滿的種子于4 ℃條件下貯藏備用。

表1 7種丁香屬植物種子基本情況

1.2 實驗方法

1.2.1種子千粒重測定

隨機(jī)選取100粒成熟種子，萬分之一分析天平稱重，重復(fù)4次，計算千粒重，取其平均值。后用千粒法進(jìn)行驗證。

1.2.2種子活力測定

用TTC法測定種子活力。先將100粒種子浸泡24 h，然后縱切，放入培養(yǎng)皿置于35 ℃培養(yǎng)箱，染色5 h后觀測種子活力情況。

1.2.3種子萌發(fā)試驗

試驗于2020年2月下旬進(jìn)行，共設(shè)8個溫度處理，其中恒溫4個，分別為30 ℃、25 ℃、20 ℃和15 ℃；變溫4個，分別為30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃、20 ℃/10 ℃和15 ℃/8 ℃，高溫12 h，低溫12 h。每個處理均為12 h光照和12 h黑暗交替進(jìn)行。備用種子用40 ℃清水浸泡24 h后，1%高錳酸鉀溶液消毒20 min，流水沖洗干凈，整齊擺放在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)。每個培養(yǎng)皿內(nèi)30粒種子，每個處理3次重復(fù)。每天統(tǒng)計萌發(fā)數(shù)并適時補(bǔ)水保濕。胚根突破種皮判定為萌發(fā)，整個試驗持續(xù)40 d。記錄不同處理下萌發(fā)起始時間，繪制不同溫度處理下種子萌發(fā)的時間進(jìn)程曲線，計算萌發(fā)率和校正的萌發(fā)速率指數(shù)(CGRI)。

萌發(fā)率(%)=(N/S)×100%；

CGRI=∑(n/D)/S。

式中，N為萌發(fā)種子總數(shù)；S為供試種子總數(shù)；n為第D次計數(shù)時的萌發(fā)數(shù)目；D為各次計算萌發(fā)種子數(shù)的時間。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、曲線擬合及計算，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理對7種丁香屬植物種子萌發(fā)起始時間的影響

7種丁香屬植物種子在不同溫度處理下萌發(fā)起始時間各有不同(表2)，用時最短的為25 ℃和20 ℃處理下的云南丁香，處理4.33 d即開始萌發(fā)，用時最長的為15 ℃/8 ℃處理下的毛丁香，第26天才開始萌發(fā)。

表2 不同溫度處理下7種丁香屬植物種子萌發(fā)起始時間

北京丁香萌發(fā)啟動較晚，在30 ℃處理下僅萌發(fā)2粒，因此未做統(tǒng)計。其余7個溫度處理下都在第12天以后才開始萌發(fā)，萌發(fā)最晚為20 ℃/10 ℃，為22.33 d。

除北京丁香外，其余6種丁香在恒溫25 ℃、20 ℃和變溫30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃處理下，種子萌發(fā)較早；毛丁香為10.33～11.67 d，紅丁香為6.33～8.67 d，云南丁香萌發(fā)啟動歷時最短，為4.336 d，遼東丁香為5～7 d，朝陽丁香為6.33～9.67 d，巧玲花為8～9.67 d。30 ℃和15 ℃/8 ℃顯著延長了種子萌發(fā)起始時間。15 ℃處理也顯著延長了遼東丁香的萌發(fā)起始時間。

總體來說，在適宜溫度下云南丁香種子萌發(fā)啟動較快，其次為紅丁香和遼東丁香，朝陽丁香和巧玲花次之，北京丁香萌發(fā)啟動最晚。

2.2 不同溫度處理對7種丁香屬植物種子萌發(fā)時間進(jìn)程的影響

種子的萌發(fā)時間進(jìn)程曲線能較好地反映不同種子、不同處理條件下種子批萌發(fā)的行為差異。曲線快速上升達(dá)到拐點且拐點較高，說明種子批萌發(fā)迅速集中。曲線平緩，到達(dá)拐點所需時間長，說明種子萌發(fā)緩慢，種子批中能夠完成萌發(fā)的種子比例低，即萌發(fā)率低。

從圖1可以看出，在不同溫度處理下，7種丁香屬植物的種子萌發(fā)時間進(jìn)程曲線有明顯的差異。紅丁香和云南丁香萌發(fā)時間進(jìn)程曲線比較一致，25 ℃、20 ℃、15 ℃、30 ℃/20 ℃和25 ℃/15 ℃處理下，種子在5～13 d迅速萌發(fā)，曲線快速上升達(dá)到拐點，然后進(jìn)入一個緩慢萌發(fā)期。20 ℃/10 ℃和15 ℃/8 ℃萌發(fā)啟動較晚，但也有1個迅速萌發(fā)的時期。30 ℃處理下萌發(fā)的時間進(jìn)程曲線平滑而緩慢，說明30 ℃處理不適合2種種子的萌發(fā)。遼東丁香在25 ℃、20 ℃和25 ℃/15 ℃處理下，種子在5～13 d曲線快速上升達(dá)到拐點。毛丁香、朝陽丁香和巧玲花萌發(fā)的時間進(jìn)程曲線比較平緩，曲線到達(dá)拐點的時間不同程度地延后到第16天以后。北京丁香萌發(fā)的時間進(jìn)程曲線最為平緩。

圖1 不同溫度處理下7種丁香屬植物種子萌發(fā)的時間進(jìn)程

2.3 不同溫度處理對7種丁香屬植物種子CGRI的影響

CGRI不容易受到種子批中未萌發(fā)種子的影響，能較好地反映一批種子萌發(fā)速度的快慢。從表3可以看出，7種丁香屬植物在不同溫度處理下CGRI差異較大。云南丁香在25 ℃和20 ℃能達(dá)到0.124 2和0.136 3，顯著高于其余處理，說明云南丁香種子在這2個溫度處理下種子萌發(fā)最快。遼東丁香在20 ℃能達(dá)到0.127 5，顯著高于其余處理。紅丁香在20 ℃和25 ℃/15 ℃分別能達(dá)到0.085 9和0.083 7。北京丁香最低，20 ℃處理下為0.014 9，30 ℃處理下僅為0.002 3，表明北京丁香種子萌發(fā)緩慢，與萌發(fā)時間進(jìn)程曲線的結(jié)果一致。

表3 不同溫度處理下7種丁香屬植物種子校正的萌發(fā)速率指數(shù)

7種丁香屬植物CGRI值變化趨勢與萌發(fā)起始時間有一定相似性，在恒溫25 ℃、20 ℃和變溫30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃處理下，CGRI值較高。30 ℃、20 ℃/10 ℃和15 ℃/8 ℃處理下CGRI值顯著低于其余處理。

2.4 不同溫度處理對7種丁香屬植物萌發(fā)率的影響

從表4可以看出，紅丁香、遼東丁香和云南丁香3個種萌發(fā)率較高，以云南丁香種子萌發(fā)率高，適宜萌發(fā)的溫度范圍最寬。25 ℃和20 ℃條件下萌發(fā)率高達(dá)91.11%和93.33%，15 ℃、30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃和20 ℃/10 ℃條件下萌發(fā)率均超過80%，萌發(fā)率最低為30 ℃條件下，也能達(dá)到57.78%。適宜紅丁香種子萌發(fā)溫度范圍也較寬，20 ℃、15 ℃、25 ℃/15 ℃及20 ℃/10 ℃條件下均能達(dá)到80%以上，以25 ℃/15 ℃條件下最高，能達(dá)到88.89%。30 ℃/20 ℃和15 ℃/8 ℃條件下也能達(dá)到70%以上。30 ℃下不太適宜紅丁香種子的萌發(fā)，萌發(fā)率顯著降低，為37.78%。最適宜遼東丁香種子萌發(fā)的溫度為25 ℃和20 ℃，萌發(fā)率分別達(dá)到86.67%和84.45%，在25 ℃/15 ℃條件下萌發(fā)率也能達(dá)到77.78%。但過高和過低的溫度不利于遼東丁香種子萌發(fā)率，30 ℃和15 ℃/8 ℃條件下萌發(fā)率均顯著低于其余處理，分別為17.78%和38.89%。

表4 不同溫度條件下7種丁香屬植物種子的萌發(fā)率

毛丁香、朝陽丁香、巧玲花和北京丁香的種子萌發(fā)率較低，最高萌發(fā)率均在60%以下。毛丁香種子最高萌發(fā)率為變溫25 ℃/15 ℃處理，僅為50%，其余溫度條件下均低于50%，尤以30 ℃條件下最低，僅為8.89%。朝陽丁香在25 ℃、20 ℃、30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃和20 ℃/10 ℃條件下萌發(fā)率無顯著差異，在40%～60%之間。30 ℃、15 ℃和15 ℃/8 ℃條件下萌發(fā)率顯著低于其余溫度處理。巧玲花在25 ℃/15 ℃和15 ℃條件下比較有利于萌發(fā)，萌發(fā)率分別為46.67%和40%。其余處理萌發(fā)率顯著降低。北京丁香在15 ℃和25 ℃/15 ℃條件下最高萌發(fā)率為32.22%，顯著高于其余處理。

3 結(jié)論與討論

種子休眠是指在一定的時間內(nèi)，具有活力的種子在任何正常的物理環(huán)境因子(溫度、光照/黑暗等)的組合下不能完成萌發(fā)的現(xiàn)象[10]。種子是否休眠，可用一些方法進(jìn)行判斷。一種是分別測定1個種子批的生活力與萌發(fā)率，如果生活力顯著大于發(fā)芽率，則說明種子處于休眠狀態(tài)[11]。許多種子休眠的特性是其在長期演化過程中形成的對不良環(huán)境的適應(yīng)。活種子能否萌發(fā)取決于種子本身的休眠程度以及環(huán)境條件[12]。種子萌發(fā)必須經(jīng)過吸收水分、代謝過程活化、胚生長三個階段。不休眠的種子能夠迅速通過萌發(fā)三階段，如果任何一個階段陷入停頓，都會引起種子休眠。種子的休眠是在發(fā)育過程中不斷形成和逐漸變化的。研究表明，種子提早采收有時可避免硬實種皮的形成或化學(xué)抑制物質(zhì)的大量產(chǎn)生，降低種子的休眠程度，但提早采收的種子可能不萌發(fā)或萌發(fā)率偏低[11]。種子休眠具有多形性，即同種植物可產(chǎn)生不同休眠程度的種子。休眠的多形性可保證野生種子在棲地上不同的時間萌發(fā)[13]，萌發(fā)時間的分散有利于種的生存和傳播[14]。大多數(shù)溫帶地區(qū)植物新采集的種子都有典型的淺休眠[13]，淺休眠種子可通過干藏后熟、激素、短期潮濕的預(yù)冷處理、低溫層積和變溫層級等處理逐漸打破休眠。

本研究表明，7個丁香屬植物種子活力較高，都在95%以上。紅丁香、云南丁香和遼東丁香種子充分吸水后，在適宜的溫度條件下能夠快速、集中地萌發(fā)，說明這3個種的種子不休眠。而同組的毛丁香種子萌發(fā)率較低，可能跟其采收時間過早有關(guān)，也可能與其種子具有一定的淺休眠有關(guān)。巧玲花和北京丁香的萌發(fā)時間分散、萌發(fā)率較低，且在15 ℃低溫下有相對高的萌發(fā)率，說明種子具有不同程度的淺休眠，這與李鮮花等[5]、董開茂等[7]對北京丁香及巧玲花的萌發(fā)特性研究結(jié)論比較一致。朝陽丁香是2018年所采集的種子，種子萌發(fā)率較低是種子儲存時間過長還是具有淺休眠特性，具體原因尚待進(jìn)一步研究。

溫度既能影響種子的發(fā)芽能力，又能影響種子的萌發(fā)率。每種種子都能在一個特征性的限定溫度內(nèi)萌發(fā)[8]。試驗結(jié)果表明，很多種子適宜萌發(fā)的溫度條件在20～25 ℃范圍內(nèi)[15-17]。也有研究表明，變溫處理較恒溫環(huán)境更有利于種子萌發(fā)[18-20]。本研究結(jié)果顯示，7種丁香屬植物種子在較寬的溫度范圍內(nèi)都能萌發(fā)，但恒溫和變溫處理對7種丁香屬植物種子萌發(fā)啟動時間及萌發(fā)率沒有顯著差異，恒溫15～25 ℃范圍內(nèi)和變溫30 ℃/20 ℃、25 ℃/15 ℃和20 ℃/10 ℃范圍內(nèi)比較適宜種子萌發(fā)，有的種在15 ℃和15 ℃/8 ℃的低溫下也能有相對較高的萌發(fā)率。30 ℃恒溫處理顯著降低了每個種的萌發(fā)率，也顯著推遲了萌發(fā)啟動時間，降低了萌發(fā)速度，且在30 ℃處理下，7個種的種子較其余處理更容易腐爛，說明過高的溫度不利于丁香屬種子的萌發(fā)。

雖然種子休眠是植物對環(huán)境的一種適應(yīng)，有利于物種在惡劣的環(huán)境中存活[21]，但是園林生產(chǎn)中希望種子萌發(fā)迅速而整齊，從而有利于規(guī)?；a(chǎn)。根據(jù)本研究的結(jié)果，結(jié)合萌發(fā)啟動時間、種子萌發(fā)進(jìn)程、校正的萌發(fā)速率指數(shù)和萌發(fā)率指標(biāo)，篩選出在生產(chǎn)中適宜7種丁香屬植物種子萌發(fā)的溫度為：毛丁香25 ℃/15 ℃和20 ℃，紅丁香25 ℃/15 ℃和20 ℃，遼東丁香25 ℃和20 ℃，云南丁香25 ℃和20 ℃，朝陽丁香為25 ℃、20 ℃、30 ℃/20 ℃和25 ℃/15 ℃，巧玲花為25 ℃/15 ℃，北京丁香為25 ℃/15 ℃和15 ℃。具有淺休眠的北京丁香和巧玲花，再結(jié)合低溫層積或者GA3處理會更有利于種子迅速而整齊的萌發(fā)。