珍稀瀕危植物劍閣柏木種子的發(fā)芽特征研究

吳敬陳

（四川大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610065）

0 引言

劍閣柏木（Cupressus chengianavar.jiangeensis(N.Zhao) Silba）是一種極為罕見的針葉樹，據(jù)考證，目前僅存一株，生長在中國四川省廣元市劍閣縣翠云廊，樹齡超過500 年。劍閣柏木是《瀕危物種紅色名錄》確定的極度瀕危物種，我國特有，省級重點(diǎn)保護(hù)野生植物[1]。劍閣柏木是柏科（Cupressaceae）柏木屬（CupressusLinn.）常綠高大喬木，目前的生長狀況欠佳，樹干中空頂部開裂還受病蟲害侵?jǐn)_，當(dāng)?shù)氐墓虐乇Ｗo(hù)管理局已經(jīng)對它進(jìn)行了鋼絲網(wǎng)加固，并定期清除病蟲害。從現(xiàn)場實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，劍閣柏木由于樹齡過大結(jié)實(shí)能力降低，以及立地周圍存在較強(qiáng)的人為干擾等原因幾乎完全喪失了自然更新能力。已有的針對劍閣柏木進(jìn)行的種子育苗研究都局限于簡單將種子播種到土壤中[2-3]，并沒有對影響其種子萌發(fā)的環(huán)境因素進(jìn)行探索。鑒于劍閣柏木種子的稀缺性且成熟期野外環(huán)境不利于其萌發(fā)，對其種子萌發(fā)的適宜條件進(jìn)行探究是迫切且必要的。在影響種子萌發(fā)的環(huán)境因素中，溫度是重要因素之一[4-5]，對種子發(fā)芽率和發(fā)芽速度有著重要影響[6-7]，在一定的溫度范圍內(nèi)，種子隨著溫度的升高萌發(fā)進(jìn)程加快，但是溫度過高也會(huì)使一些生理活性物質(zhì)（如酶）變性從而影響種子萌發(fā)[8]。光照是影響種子萌發(fā)的另一個(gè)重要因素，種子萌發(fā)過程中對光的感應(yīng)能夠保障種子在合適的條件萌發(fā)，因而光照的有無會(huì)對種子萌發(fā)產(chǎn)生影響[9]。本文主要研究了劍閣柏木種子在不同溫度、光照等因子影響下的發(fā)芽基本特征，得出適宜其種子發(fā)芽的條件，為劍閣柏木的種子繁殖提理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

劍閣柏木種子采集的時(shí)間為2018 年10～11 月，來源于四川省翠云廊古柏自然保護(hù)區(qū)。劍閣柏木生長地位于劍門山深丘地帶，地理坐標(biāo)為32°9’N、105°32’E，海拔高度為822.9 m，坡向?yàn)槲髌?2.2°，坡度為15°。

1.2 種子干燥處理

采用硅膠室溫干燥法制備不同含水率的劍閣柏木種子。將種子置于網(wǎng)袋中，埋入充分干燥的硅膠中，種子∶硅膠=1∶5（用量比），室溫下密封干燥，定時(shí)稱重，以獲得不同含水率的劍閣柏木種子。劍閣柏木種子的初始含水率為12.55%，用稱重法測得3 種不同檔次含水率的劍閣柏木種子分別為10.38%、8.43%、6.57%。其計(jì)算公式為：

式中，M1為干燥前重量（g）；M2為干燥后重量（g），n 為初始含水率（%）。

1.3 種子發(fā)芽試驗(yàn)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)方法與測定指標(biāo)

在種子發(fā)芽試驗(yàn)中，各種條件下的試驗(yàn)均設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取50 粒種子。在發(fā)芽實(shí)驗(yàn)開始前，將種子用1%的次氯酸鈉溶液浸泡20 min，然后用去離子洗凈，再在3 層濾紙為發(fā)芽床的培養(yǎng)皿中將種子均勻鋪開，加入少量去離子水保持培養(yǎng)皿內(nèi)濕度，加蓋并及時(shí)補(bǔ)充水分，最后將培養(yǎng)皿放入恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。發(fā)芽實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)種子胚根明顯露白1 mm 時(shí)視為發(fā)芽，將發(fā)芽種子移除，每天定時(shí)觀察種子發(fā)芽情況，記錄發(fā)芽數(shù)以及對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)觀察記錄完成后，分別計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、T50（達(dá)到50%發(fā)芽率的天數(shù)），公式如下：

式中，N 為發(fā)芽種子總數(shù)；Nm 為發(fā)芽出現(xiàn)日起，七天內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)，D 為種子總數(shù)。

種子發(fā)芽試驗(yàn)采用不同含水率（12.55%、10.38%、8.43%、6.57%）的劍閣柏木種子，以岷江柏木種子（含水率6.84%）為對照組（已有的分類學(xué)研究推論劍閣柏木是岷江柏木的姊妹種[1]，所以將岷江柏木種子作對比探究），探究干燥過程對劍閣柏木種子發(fā)芽力的影響以及對比劍閣柏木種子與岷江柏木種子發(fā)芽特征的差異。

1.3.2 溫度影響實(shí)驗(yàn)

研究不同溫度梯度下種子發(fā)芽的基本特征，對比種子各發(fā)芽指標(biāo)因溫度變化造成的差異，探究適宜種子發(fā)芽的溫度條件。在人工光照條件下，設(shè)置10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四個(gè)溫度梯度。實(shí)驗(yàn)方法與1.3.1 的內(nèi)容相同。

1.3.3 光照影響實(shí)驗(yàn)

研究同一溫度梯度下，不同光照條件對種子發(fā)芽能力和發(fā)芽過程的影響。試驗(yàn)設(shè)置10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四個(gè)不同的溫度梯度，設(shè)定全黑暗和人工光照（光照12 h/黑暗12 h，光照強(qiáng)度為2000 xl）兩種不同的光照條件。實(shí)驗(yàn)方法同1.3.1 內(nèi)容。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Office Excel 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用SPSS19.0 軟件對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度和含水率處理對種子發(fā)芽情況的影響

2.1.1 不同溫度和含水率對發(fā)芽率的影響

不同溫度和不同含水率對劍閣柏木種子發(fā)芽率的影響如表1 所示。橫向觀察表1，發(fā)現(xiàn)劍閣柏木種子在試驗(yàn)設(shè)置的溫度梯度范圍內(nèi)均有發(fā)芽現(xiàn)象出現(xiàn)，但同一含水率種子在不同溫度下的發(fā)芽率間存在差異。可以得出：劍閣柏木種子在15 ℃、20 ℃、25 ℃條件下的發(fā)芽率沒有顯著差異，但在10 ℃條件下劍閣柏木種子的發(fā)芽率顯著（P ＜0.05）低于20 ℃條件下，表明較低的溫度不利于劍閣柏木種子的發(fā)芽。而在適宜的發(fā)芽溫度范圍15～25 ℃內(nèi)，劍閣柏木種子最高的發(fā)芽率18.7 %出現(xiàn)在20 ℃條件下?？v向觀察表1 中不同含水率對種子發(fā)芽率的差異性影響可以看出，在同一的發(fā)芽溫度下，不同含水率的劍閣柏木種子的發(fā)芽率差異不顯著。進(jìn)一步縱向?qū)Ρ劝l(fā)芽率的數(shù)值發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過干燥的三種含水率（10.38%、8.43%、6.57%）種子在發(fā)芽率的表現(xiàn)上整體略高于初始含水率（12.55%）種子。再縱向?qū)Ρ缺碇袑φ战M岷江柏木種子（含水率6.84%）與不同含水率劍閣柏木種子間的發(fā)芽率差異，可見均存在顯著差異（P ＜0.05）。

表1 不同溫度下不同含水率劍閣柏木種子發(fā)芽率的差異①

2.1.2 不同溫度和含水率對發(fā)芽勢的影響

不同溫度和不同含水率對劍閣柏木種子發(fā)芽勢的影響如表2 所示。橫向觀察表2，對比同一含水率種子在不同溫度下的發(fā)芽勢同樣可以發(fā)現(xiàn)，劍閣柏木種子在15 ℃、20 ℃、25 ℃條件下的發(fā)芽勢沒有顯著差異，但20 ℃條件下種子的發(fā)芽勢顯著（P＜0.05）強(qiáng)于10 ℃條件下。說明在低環(huán)境溫度下，種子的發(fā)芽勢更低，表明種子活力受到了低溫的抑制，而最強(qiáng)的發(fā)芽勢13.3%出現(xiàn)在25 ℃條件下?？v向觀察表2 中不同含水率對種子發(fā)芽勢的差異性影響可得，對照組岷江柏木種子（含水率6.84%）的發(fā)芽勢顯著（P ＜0.05）高于不同含水率劍閣柏木種子，但不同含水率的劍閣柏木種子的發(fā)芽勢差異不顯著。但進(jìn)一步對比可以發(fā)現(xiàn)，干燥過后（10.38%、8.43%、6.57%）種子在發(fā)芽勢數(shù)值上的表現(xiàn)略高于初始含水率（12.55%）種子。

表2 不同溫度下不同含水率劍閣柏木種子發(fā)芽勢的差異

2.1.3 不同溫度和含水率對T50的影響

不同溫度和不同含水率對劍閣柏木種子T50的影響如表3 所示。橫向觀察表3 中同一含水率種子的T50在各溫度下的差異性，10 ℃條件下劍閣柏木種子的T50顯著（P ＜0.05）大于其他三個(gè)溫度，且當(dāng)劍閣柏木種子含水率為12.55%時(shí)，15 ℃條件下的T50顯著大于20 ℃和25 ℃。由此可見，低溫下種子的T50指標(biāo)更大，表明低溫導(dǎo)致種子的發(fā)芽速度放緩，整體的發(fā)芽周期變長，而最小的指標(biāo)11.7 d 出現(xiàn)在20 ℃條件下。縱向觀察表3 中不同含水率對種子的T50差異性影響可以看出，不同含水率劍閣柏木種子的T50差異不顯著。但進(jìn)一步對比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過干燥的種子（10.38 %、8.43 %、6.57 %）在T50數(shù)值上的表現(xiàn)略高于初始含水率（12.55 %）種子。在對照組岷江柏種子和不同含水率劍閣柏木種子的對比中可以發(fā)現(xiàn)，除20 ℃條件下對照組岷江柏木種子（6.84 %）與含水率6.57 %劍閣柏木種子在T50指標(biāo)上差異不顯著外，其余溫度下均存在顯著差異（P ＜0.05）。

表3 不同溫度下不同含水率劍閣柏木種子T50 的差異

2.2 不同光照處理對種子發(fā)芽情況的影響

不同光照條件下劍閣柏木種子發(fā)芽特征指標(biāo)的差異性如表4 所示。由于劍閣柏木種子在全黑暗條件下的發(fā)芽沒有規(guī)律性，存在較長的發(fā)芽準(zhǔn)備期，且發(fā)芽現(xiàn)象無連續(xù)性，不具備統(tǒng)計(jì)其發(fā)芽勢和T50指標(biāo)的條件，因此，本試驗(yàn)只對全黑暗和人工光照條件下種子的發(fā)芽率這一指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和差異性分析。觀察表4 可以看出，在同一發(fā)芽溫度下，劍閣柏木種子在全黑暗和人工光照兩種條件下的發(fā)芽率表現(xiàn)出了顯著的差異性（P ＜0.05）；而對照組岷江柏木種子（6.84%）在兩種光照條件下都能正常發(fā)芽，發(fā)芽率不存在顯著差異。與之相反，劍閣柏木種子發(fā)芽對光照需求極高，在全黑暗條件下，發(fā)芽溫度較低時(shí)個(gè)別平行試驗(yàn)組的種子始終沒有出現(xiàn)發(fā)芽現(xiàn)象，而發(fā)芽溫度較高時(shí)種子的發(fā)芽表現(xiàn)更好。進(jìn)一步對比表4 中的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可得，在全黑暗條件下劍閣柏木種子發(fā)芽率最高僅為6%，遠(yuǎn)低于人工光照條件下最高的發(fā)芽率18.7%。

表4 不同光照條件下劍閣柏木種子發(fā)芽率的差異

3 結(jié)論與討論

為了探究劍閣柏木種子發(fā)芽的最適溫度，試驗(yàn)設(shè)置了10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四個(gè)溫度梯度，選取了發(fā)芽率、發(fā)芽勢、T50來判斷種子在不同溫度下的發(fā)芽能力強(qiáng)弱，通過分析得出15～25 ℃是劍閣柏木種子的適宜發(fā)芽溫度范圍。在此溫度范圍內(nèi)，觀察發(fā)現(xiàn)劍閣柏木種子的發(fā)芽周期為25 天左右：一周左右是發(fā)芽準(zhǔn)備期，種子基本不發(fā)芽；而后開始出現(xiàn)種子發(fā)芽現(xiàn)象，接下來直到第20 天左右是發(fā)芽的對數(shù)期，在這期間種子發(fā)芽百分?jǐn)?shù)達(dá)到了最終發(fā)芽率的80% 以上；之后進(jìn)入了種子發(fā)芽的末期，在此期間種子發(fā)芽速度放緩，相同時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的發(fā)芽數(shù)明顯少于對數(shù)期；直到25 天以后，種子的發(fā)芽現(xiàn)象基本停止。當(dāng)發(fā)芽溫度較低時(shí)，在10 ℃條件下，劍閣柏木種子的整個(gè)發(fā)芽周期更長，種子發(fā)芽準(zhǔn)備期也增加，這主要因?yàn)檩^低的環(huán)境溫度抑制了種子的活力，致使其種子的發(fā)芽速度放緩，最終的發(fā)芽率也明顯低于其他溫度。在適宜發(fā)芽溫度范圍15～25 ℃內(nèi)，通過對不同溫度下各指標(biāo)的差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，20 ℃下劍閣柏木種子的發(fā)芽率最高為18.7%，T50最小為11.7 d。由此可以推論，在試驗(yàn)設(shè)定的溫度梯度中，20 ℃是劍閣柏木種子的最適發(fā)芽溫度。

不同含水率對種子發(fā)芽特征影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，干燥處理對劍閣柏木種子的發(fā)芽特征指標(biāo)影響不顯著，但干燥過后的劍閣柏木種子可能具備稍高的發(fā)芽潛力。這可能是由于劍閣柏木種子在干燥脫水過程中發(fā)生了一系列生理生化反應(yīng)，促使其種子由發(fā)育成熟過渡到待萌發(fā)的靜止?fàn)顟B(tài)，其種子的發(fā)芽潛力在此過程中得到了一定程度的增強(qiáng)[11]。因此，今后在收集劍閣柏木種子進(jìn)行種子育苗試驗(yàn)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)貙ΨN子進(jìn)行干燥處理，從而提高其種子發(fā)芽率。然而，相較于對照組岷江柏木種子，不同含水率劍閣柏木種子在三個(gè)發(fā)芽特征指標(biāo)上均表現(xiàn)更差，說明劍閣柏木種子發(fā)芽能力更弱。這可能是由于劍閣柏木樹齡過大結(jié)實(shí)能力變?nèi)酰浞N子在發(fā)育期間營養(yǎng)供給受到限制，最終導(dǎo)致種子質(zhì)量變差。

為了研究光照這一因素對于劍閣柏木種子發(fā)芽的影響，試驗(yàn)設(shè)置了人工光照和全黑暗兩種光照條件。對比劍閣柏木種子在這兩種光照條件下的最終發(fā)芽率發(fā)現(xiàn)，全黑暗條件下的種子發(fā)芽率極顯著（P＜0.01）小于人工光照條件下的發(fā)芽率。由此可以推論，劍閣柏木的種子是一種需光發(fā)芽種子，如果掉落在草叢中，很可能會(huì)因?yàn)闆]有充足的光照而無法萌發(fā)。同樣對比岷江柏木種子在兩種光照條件下的發(fā)芽情況發(fā)現(xiàn)，其種子沒有顯著差異，但全黑暗條件下種子的發(fā)芽周期長于人工光照條件下。

4 結(jié)語

在對劍閣柏木種子發(fā)芽特征的研究中，通過設(shè)置不同的發(fā)芽影響因子，觀察劍閣柏木種子在不同發(fā)芽條件下的發(fā)芽表現(xiàn)，從而對比分析得出劍閣柏木種子的最適發(fā)芽條件為：環(huán)境溫度為20 ℃，同時(shí)給予充足的光照，可以適當(dāng)干燥以提高發(fā)芽潛力。與已有的劍閣柏木育苗研究相同，本研究在發(fā)芽試驗(yàn)過程也發(fā)現(xiàn)劍閣柏木種子整體發(fā)芽能力較弱，對于其種子繁殖來說是不利因素。因此，在本研究得出劍閣柏木種子適宜的萌發(fā)條件后，今后可以進(jìn)一步嘗試以吸濕回干、滲透壓調(diào)節(jié)或物化處理等方式引發(fā)種子，探究能否通過這些處理方法提高劍閣柏木種子的發(fā)芽能力。

注釋：

①表格中差異比較中都是以岷江柏木作對照，下文不再標(biāo)注。

②結(jié)果=（平均值±S.D.），表中大寫字母不同表示列向差異顯著達(dá)到5%水平，小寫字母不同表示行向差異顯著達(dá)到5%水平。下表同，不再標(biāo)注。