喀斯特特有植物地楓皮種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特性研究

劉寶玉，唐 輝，王滿蓮，梁惠凌，文香英，鄧成華

(1.廣西植物研究所，廣西植物功能物質(zhì)研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541006；2.中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣州 510650；3.國(guó)際植物保護(hù)聯(lián)盟(BGCI)中國(guó)辦公室，廣州 510650)

地楓皮(IllicicumdifengpiK.I.B.et K.I.M)為八角科八角屬灌木或小喬木，通常高2～3 m，也可長(zhǎng)成高6～7 m的小喬木。其主要分布區(qū)域?yàn)閺V西天峨縣、都安縣、馬山縣、靖西縣的喀斯特石山，為廣西喀斯特石山特有藥用植物，在治療跌打損傷和風(fēng)濕關(guān)節(jié)痛等方面療效顯著[1-2]。地楓皮由于生境脆弱、分布區(qū)域狹窄，野生資源量少，繁殖能力弱，正常開花結(jié)果比較困難；再加上產(chǎn)地民眾為了獲取收益，常年對(duì)野生地楓皮無(wú)節(jié)制的亂采濫挖，導(dǎo)致其資源數(shù)量逐漸減少，現(xiàn)在地楓皮已處于瀕危狀態(tài)，被列入國(guó)家第一批珍稀瀕危植物[3]。植物生長(zhǎng)過(guò)程中最脆弱的時(shí)期是幼苗期，這一時(shí)期的生長(zhǎng)狀況將會(huì)影響種群未來(lái)的發(fā)展壯大[4]。種子萌發(fā)是植物幼苗生長(zhǎng)的前提，不僅受遺傳特性影響，還與環(huán)境因素有關(guān)；植物幼苗地上部和地下部的生長(zhǎng)情況則關(guān)系到苗木生產(chǎn)的數(shù)量與質(zhì)量[5]。因此，深入研究地楓皮種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特性，提高種子發(fā)芽率和幼苗生長(zhǎng)量，對(duì)地楓皮種質(zhì)資源保護(hù)以及喀斯特植被恢復(fù)和生態(tài)化種植均具有實(shí)際意義。

目前，對(duì)地楓皮的抗旱性[6-7]及光合生理特性[8]等方面研究較多，關(guān)于其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)特性的研究較少。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)地楓皮從種子到幼苗的年生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，觀察并記錄幼苗的地徑、株高和根長(zhǎng)等性狀的變化規(guī)律，從而深入了解種子萌發(fā)特性和種苗生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律，探究種子和幼苗繁育的有效方式，提高地楓皮幼苗的出苗率，為地楓皮的人工繁殖栽培及育種生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)，也為其在喀斯特植被恢復(fù)中的應(yīng)用和推廣提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

所有觀測(cè)試驗(yàn)均在廣西壯族自治區(qū)桂林市雁山區(qū)廣西植物研究所內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室及特色經(jīng)濟(jì)植物良種繁育圃內(nèi)完成，試驗(yàn)基地地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°18′，北緯25°04′，海拔175 m，是亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年平均無(wú)霜期300 d，年平均降雨量1 949.5 mm，年平均氣溫23.5 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)1 680 h，年平均相對(duì)濕度為82%。

1.1 材 料

地楓皮種子采自廣西百色市靖西縣境內(nèi)野生植株，并沙藏于廣西植物研究所特色經(jīng)濟(jì)植物良種繁育圃內(nèi)。

1.2 種子萌發(fā)特性測(cè)定

2017年3月1日，將沙藏地楓皮種子洗凈后用0.1% KMnO4溶液消毒15 min，再將其播于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，濾紙用蒸餾水浸濕，每皿30粒，重復(fù)3次，加蓋保濕。培養(yǎng)皿置于室溫條件下培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為保持培養(yǎng)皿內(nèi)濕度恒定，需每天補(bǔ)充蒸餾水。種子萌發(fā)的標(biāo)志為胚根長(zhǎng)度達(dá)到種子長(zhǎng)度的1/2。每天08：00時(shí)統(tǒng)計(jì)一次發(fā)芽情況，并記錄發(fā)芽數(shù)。當(dāng)連續(xù)4 d不再有種子發(fā)芽時(shí)作為發(fā)芽結(jié)束期。具體測(cè)定項(xiàng)目如下：

發(fā)芽率(%)=(正常發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子總粒數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(第26至35天內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

平均發(fā)芽天數(shù)=∑(dn)/∑n；

式中，Gt為在發(fā)芽后t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。d為開始實(shí)驗(yàn)之日起的天數(shù)，n為相應(yīng)各天正常發(fā)芽粒數(shù)。

1.3 幼苗生長(zhǎng)特性測(cè)定

2017年5月20日，將子葉期地楓皮幼苗定植于裝填有石灰?guī)r腐殖土的塑料營(yíng)養(yǎng)袋。2017年6月1日，測(cè)定子葉末期地楓皮幼苗的地上部形態(tài)特征，并調(diào)查展葉抽梢情況。2017年11月1日至2018年5月1日，測(cè)定地楓皮幼苗第3次展葉抽梢期的株高、地徑和冠寬生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。5月2日，隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)較好的一年生地楓皮幼苗，用水洗凈根系泥土后，對(duì)其主根長(zhǎng)、主根粗、一級(jí)側(cè)根平均長(zhǎng)度與粗度進(jìn)行測(cè)量，其株高、地徑和冠寬則以5月1日的測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。之后將地楓皮幼苗分成葉、根和莖三部分，于80 ℃烘箱烘至恒重，用1/1000天平分別稱量其干重，并計(jì)算根冠比(根干重/莖葉干重)。用Sigma Plot 9.0(SPSS Inc,USA)軟件繪圖。

2018年8月26日，取新鮮成熟葉片，避開主脈部分用直徑1 cm的打孔器進(jìn)行取樣，用于光合色素含量測(cè)定。打6片圓片放入25 mL棕色容量瓶中，加95%乙醇定容至刻度，加塞，置暗處48 h后，以95%乙醇為空白對(duì)照，在波長(zhǎng)665 nm、649 nm、470 nm下測(cè)定吸光度值，并根據(jù)吸光度計(jì)算光合色素含量。

2018年9月5日，再次對(duì)地楓皮幼苗的株高、地徑和冠寬進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 地楓皮種子萌發(fā)特征

從發(fā)芽置床起，以5 d為1個(gè)時(shí)間段繪制種子的發(fā)芽曲線(圖1)，可以清楚地觀察地楓皮種子發(fā)芽過(guò)程。地楓皮種子在置床后第20天開始發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)35 d，其中在第25～30天發(fā)芽種子數(shù)最多。

地楓皮種子萌發(fā)特征指數(shù)見表1，其發(fā)芽率較高達(dá)80.77%，發(fā)芽勢(shì)較低，僅34.62%，平均發(fā)芽天數(shù)較長(zhǎng)，達(dá)28.6 d，發(fā)芽指數(shù)較低，其值為22.66。說(shuō)明地楓皮種子發(fā)芽率高但出苗不整齊。

表1 地楓皮種子萌發(fā)特征Table 1 Characteristics of seed germination of I.difengpi

2.2 地楓皮幼苗生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律

地楓皮為雙子葉植物，于3月中旬，氣溫20 ℃左右時(shí)種子開始萌發(fā)，子葉期2個(gè)月左右，子葉期末株高可達(dá)3.56 cm，地徑2.13 mm，子葉長(zhǎng)2.53 cm，子葉寬1.6 cm(表2)。幼苗每2個(gè)月左右萌生一次枝梢，一年可萌生3次梢。2017年11月1日至2018年5月1日，屬于地楓皮幼苗第3次展葉抽梢期，對(duì)該時(shí)期的幼苗生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測(cè)(圖2)，結(jié)果顯示，11月1日至12月1日，氣溫均在10～20 ℃之間，地楓皮種子苗的株高、基徑和冠寬都有一定幅度的增長(zhǎng)；12月1日至3月2日，氣溫一般在10 ℃以下，地楓皮種子苗的株高增長(zhǎng)緩慢，基徑和冠寬基本停止增長(zhǎng)；3月2日以后，氣溫開始回升，地楓皮種子苗的株高、基徑和冠寬均迅速增長(zhǎng)，尤其是4月1日以后，增長(zhǎng)更加迅速，至5月1日，第3次抽梢結(jié)束，葉片完全展開，此時(shí)種子苗的株高、基徑和冠寬分別達(dá)到了9.06 cm、3.78 mm和16.75 cm。該時(shí)間段內(nèi)影響幼苗生長(zhǎng)的主要因素為氣溫，當(dāng)氣溫高于20 ℃時(shí)幼苗生長(zhǎng)最為迅速，反之則隨氣溫的降低幼苗生長(zhǎng)減緩甚至停滯。

表2 地楓皮幼苗年生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律Table 2 Rule of annual growth and development of I.difengpi seedlings

2.3 地楓皮幼苗年生長(zhǎng)量

2018年5月2日對(duì)地楓皮幼苗的主根長(zhǎng)、主根粗、一級(jí)側(cè)根平均長(zhǎng)與側(cè)根粗進(jìn)行測(cè)量(表3)，株高、地徑、冠寬則以5月1日測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)一年的生長(zhǎng)，苗高達(dá)到9.06 cm，地徑為3.78 mm，冠寬16.75 cm，葉片數(shù)9.6片，主根長(zhǎng)為14.95 cm，主根粗2.75 mm，平均側(cè)根長(zhǎng)10.90 cm，平均側(cè)根粗2.11 mm，平均根數(shù)4.3條。說(shuō)明幼苗的地下部分長(zhǎng)度大于地上部分高度。

表3 地楓皮幼苗年生長(zhǎng)量Table 3 Annual growth of I.difengpi seedlings

2.4 地楓皮幼苗年生物量

如表4所示，經(jīng)過(guò)一年的生長(zhǎng)，地楓皮幼苗鮮重達(dá)11.76 g，干重達(dá)2.00 g，地上和地下部分干質(zhì)量所占比例不同，地下部分干質(zhì)量所占比例為12.5%，地上部分干質(zhì)量所占比例為87.5%，根冠比為1∶7?？梢姷貤髌び酌绲牡厣喜糠稚锪窟h(yuǎn)大于地下部分，生產(chǎn)中應(yīng)采取相應(yīng)措施予以調(diào)節(jié)從而增大根冠比，使幼苗后期更加茁壯成長(zhǎng)。地楓皮種子苗尚未木質(zhì)化，根、莖和葉的含水量差別不大，均高達(dá)80%左右，其中葉含水量稍大于莖，莖含水量稍大于根。

表4 地楓皮幼苗年生物量Table 4 Annual biomass of I.difengpi seedlings

2.5 地楓皮幼苗光合色素含量

高等植物中葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b，其在光合作用中能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并貯存于有機(jī)物中，因此葉片中葉綠素含量的高低是反映植物光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)。葉綠素a和葉綠素b的吸收光譜存在差異，其葉綠素a/b值又可作為判定植物耐陰性的指標(biāo)。為此對(duì)地楓皮幼苗中光合色素含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果(表5)顯示，地楓皮葉幼苗中葉綠素和類胡蘿卜素含量分別為5.37 mg·dm-2和0.81 mg·dm-2，比值為6.63；葉綠素中綠素 a和葉綠素 b含量分別為3.93 mg·dm-2和1.44 mg·dm-2，葉綠素 a/b值為2.73。說(shuō)明地楓皮幼苗的葉綠素含量高，葉綠素 a/b值低，具有一定的耐陰性。

表5 地楓皮幼苗光合色素含量Table 5 Photosynthetic pigment content of I.difengpi seedlings

2.6 地楓皮幼苗后期生長(zhǎng)狀態(tài)

2018年9月5日，對(duì)一年后的地楓皮幼苗的苗高、地徑和冠寬進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果(表6)顯示，與5月2日的測(cè)量結(jié)果相比，幼苗除了苗高略有增長(zhǎng)外，地徑和冠寬出現(xiàn)“負(fù)增長(zhǎng)”現(xiàn)象。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是由于種子苗開始木質(zhì)化，植株水分減少造成的。

表6 地楓皮幼苗5月份和9月份生長(zhǎng)狀態(tài)比較Table 6 Comparison of growth state of I.difengpiseedlings in May and September

3 討 論

種子萌發(fā)啟動(dòng)時(shí)間、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)是衡量種子萌發(fā)能力和活力水平的重要指標(biāo)[9]。其中發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)反映了種子質(zhì)量的優(yōu)劣，發(fā)芽率高、發(fā)芽勢(shì)強(qiáng)，說(shuō)明種子出苗率高且整齊，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常常以此來(lái)計(jì)算用種量。發(fā)芽指數(shù)反映了種子的活力，發(fā)芽指數(shù)越高，種子活力越強(qiáng)，其發(fā)芽日數(shù)越少。種子萌發(fā)是植物體生活史中重要的階段，直接影響到植物體后期的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成，因此種子能夠迅速整齊地萌發(fā)是產(chǎn)量與質(zhì)量形成的基礎(chǔ)[10]。本研究中地楓皮種子在置床后第20天開始發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)35 d，平均發(fā)芽天數(shù)28.6 d。其發(fā)芽率較高，達(dá)80.77%，但發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)較低，僅分別為34.62%和22.66，說(shuō)明地楓皮種子發(fā)芽啟動(dòng)時(shí)間和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，出苗率高但不整齊。因此，在引種選育時(shí)，應(yīng)綜合各項(xiàng)指標(biāo)，以利于培育出優(yōu)質(zhì)壯苗，為人工栽培奠定基礎(chǔ)。

植物幼苗的生長(zhǎng)是植物生命周期中極為關(guān)鍵的時(shí)期。幼苗生長(zhǎng)特性測(cè)定不僅可以評(píng)定種子生活力，而且利用幼苗的一些特點(diǎn)可預(yù)測(cè)成年植株的生長(zhǎng)狀態(tài)，為培育出優(yōu)良的品種打下基礎(chǔ)[11]。地楓皮種子于3月中旬，氣溫20 ℃左右時(shí)開始萌發(fā)，子葉期2個(gè)月左右，子葉期末，株高可達(dá)3.56 cm，地徑2.13 mm，子葉長(zhǎng)2.53 cm，子葉寬1.6 cm。每2個(gè)月左右萌生一次枝梢，一年可萌生3次梢，第3次梢于次年5月1日左右抽梢結(jié)束，葉片完全展開。在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)氣溫在10～20 ℃之間時(shí)，幼苗的株高、地徑和冠寬生長(zhǎng)速度減緩；當(dāng)氣溫進(jìn)一步下降達(dá)到10 ℃以下時(shí)，幼苗的株高、基徑和冠寬的生長(zhǎng)幾乎處于停滯狀態(tài)。其原因是低溫條件不利于幼苗同化產(chǎn)物的積累，這與高瑞如[12]等研究溫度對(duì)鹽節(jié)木幼苗早期生長(zhǎng)的影響得出的結(jié)論相似。

根冠比是指植物根系生物量與地上部分生物量的比值，其大小不僅反映了植物地下部分與地上部分的相關(guān)性，還反映了植物分配給地下部分光合產(chǎn)物的比例，是群落的重要參數(shù)之一[13]。研究中，地楓皮幼苗的根冠比較低，為1∶7。其原因可能是試驗(yàn)過(guò)程中所用的土壤基質(zhì)為石灰?guī)r腐殖土，其養(yǎng)分豐富，氮素含量高，再加上試驗(yàn)過(guò)程中水分供給充足，這與地楓皮的原生環(huán)境石灰?guī)r山頂?shù)母珊?、貧瘠正好相反，因此供試苗木地上部的生長(zhǎng)要優(yōu)于地下部的生長(zhǎng)。這也提醒在今后地楓皮育苗中要注意控水、控肥，使其根冠比增大，從而更有利于其在喀斯特生境穩(wěn)定生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)一年的生長(zhǎng)，幼苗全株鮮重11.76 g，干重2.00 g，含水量為83.0%，說(shuō)明此時(shí)地楓皮種子苗尚未木質(zhì)化。與子葉末期相比，株高凈生長(zhǎng)量為5.5 cm，占全年生長(zhǎng)量的60.71%；基徑凈生長(zhǎng)量為1.65 cm，占全年生長(zhǎng)量的43.65%，說(shuō)明地楓皮一年生種子苗的株高生長(zhǎng)主要是在子葉期之后，而地徑生長(zhǎng)主要是在子葉期。李帆[5]在研究藍(lán)花楹幼苗生長(zhǎng)特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，在第一年的生長(zhǎng)中，不同基質(zhì)栽培的幼苗均表現(xiàn)為地下部分長(zhǎng)度大于地上部分高度，而在生長(zhǎng)兩年后地上部的增長(zhǎng)顯著超過(guò)了地下部的增長(zhǎng)，因此認(rèn)為藍(lán)花楹幼苗在形態(tài)建成過(guò)程中，地上部和地下部的生長(zhǎng)是交替同時(shí)進(jìn)行的，當(dāng)?shù)叵虏客瓿赡骋粫r(shí)期的生長(zhǎng)后，生長(zhǎng)中心就會(huì)轉(zhuǎn)移至地上部，此時(shí)同化產(chǎn)物的運(yùn)輸方向?qū)⑥D(zhuǎn)向地上部，進(jìn)行地上部的生長(zhǎng)。本研究對(duì)一年生地楓皮幼苗的苗高和根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示幼苗的根長(zhǎng)大于苗高，這說(shuō)明地楓皮幼苗在形態(tài)建成過(guò)程中，優(yōu)先進(jìn)行地下部分生長(zhǎng)，但其地上部和地下部生長(zhǎng)如何交替進(jìn)行，以及生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

植物中葉綠素b所占比例越高，其對(duì)葉綠素a最大吸收波段的紅光和藍(lán)光之間波長(zhǎng)區(qū)域的光吸收能力越強(qiáng)，因此常用葉綠素a/b值作為植物判定耐陰性的指標(biāo)，一般而言葉綠素含量高，葉綠素a/b值小的植物，耐陰性較強(qiáng)[14-15]。地楓皮種子苗的葉綠素/類胡蘿卜素和葉綠素 a/b的值分別為6.63和2.73，其葉綠素含量高，葉綠素a/b值小，耐陰性較強(qiáng)。生產(chǎn)上可以根據(jù)地楓皮種子苗葉綠素在其光合色素中所占比例，以及葉綠素a/b值的大小對(duì)一年生幼苗進(jìn)行適當(dāng)遮蔭處理，從而提高其幼苗的成活率，移栽前則可通過(guò)煉苗的方式對(duì)其相關(guān)比值再次進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其移植后對(duì)喀斯特地區(qū)的不良環(huán)境能夠迅速地適應(yīng)。

在研究過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，地楓皮幼苗的株高和冠寬于2018年9月5日所測(cè)得的數(shù)據(jù)較2018年5月1日的略低，原因很可能是由于此時(shí)幼苗抽梢已結(jié)束，苗高生長(zhǎng)大幅減緩，而幼苗植株開始出現(xiàn)木質(zhì)化，其體內(nèi)水分減少，從而導(dǎo)致幼苗出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在李淑芳等[16]研究美國(guó)山核桃一年生播種苗的年生長(zhǎng)節(jié)律中也有出現(xiàn)，當(dāng)一年生播種苗進(jìn)入生長(zhǎng)末期，苗木充分木質(zhì)化，其苗高凈生長(zhǎng)量便出現(xiàn)負(fù)值。在苗木繁育過(guò)程中供水供肥應(yīng)選擇在苗木出現(xiàn)木質(zhì)化之前的快速生長(zhǎng)時(shí)期，以促進(jìn)苗木的生長(zhǎng)；苗木開始木質(zhì)化后則應(yīng)減少或停止供水供肥以促進(jìn)苗木的木質(zhì)化。