石生茶藨種子萌發(fā)特性研究

高 林， 由佳輝， 褚佳瑤， 周 龍， 陸 彪

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院， 烏魯木齊 830052；2.新疆特克斯縣林業(yè)草原局， 新疆 伊犁 835500)

石生茶藨(RibesSaxatilePall.)又名石茶藨和巖生茶藨，是茶藨子科(Grossulariaceae)茶藨子屬(Ribes)的一種落葉低矮灌木，在我國有茶藨子屬植物50余種，主產(chǎn)西南、西北及東北各地區(qū)，其中石生茶藨分布在新疆的阿爾泰山、特克斯北山等區(qū)域，生長于海拔1 200～1 600 m的山坡灌木叢、疏林下及構(gòu)林的邊緣地帶[1]，其果實富含多種維生素、糖和有機酸等，主要用于制作果醬、果酒及飲料等[2]。實生繁殖是種子植物在歷經(jīng)數(shù)億年的不斷進化過程中所保留下來的最原始的繁殖方式，具有種子來源廣，易采集、運輸、貯藏和播種方法簡單易掌握等特點。雖然實生苗有生長緩慢，進入豐產(chǎn)期時間長的缺點，但實生苗的根系發(fā)達、壽命長、生長旺盛，適應(yīng)性強且易馴化，對長距離引種及良種選育具有非常重要的價值。溫帶落葉果樹的種子往往存在休眠的現(xiàn)象，即便是在適宜的環(huán)境條件下也無法正常萌發(fā)或萌發(fā)困難[3]。因此，如何打破種子的休眠，促進種子的萌發(fā)，提高萌芽率，是實生繁殖的關(guān)鍵。劉麗等[4]研究發(fā)現(xiàn)，鐘花櫻桃種子用500 mg·L-1的GA3浸泡24 h后進行沙藏處理，催芽效果最佳。趙晶忠等[5]以黑果枸杞為試驗材料，研究其種子的萌發(fā)特性時發(fā)現(xiàn)，低溫層積處理能有效打破黑果枸杞種子和果實的休眠，提高萌芽率。王蕾等[6]采用GA3與低溫層積相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)對打破野生甜仁杏種子休眠、提高萌芽率具有極顯著的促進作用。石生茶藨是新疆西天山野果林十分重要的伴生種，對野果林生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定具有非常重要的作用。經(jīng)過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自然條件下石生茶藨結(jié)實量很大，但實生苗數(shù)量少，導(dǎo)致石生茶藨在天山野果林中種群數(shù)量及分布范圍銳減。本研究通過采用不同低溫層積方法、不同層積時間和不同濃度GA3溶液處理石生茶藨種子，探討有效提高石生茶藨種子萌芽率的處理方法，為石生茶藨種質(zhì)資源的保護和開發(fā)利用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試果實2019年8月采集于新疆西天山野果林，石生茶藨種群位于伊犁河谷特克斯流域北山(81°57′23″E，43°16′16″N)，土壤類型為石礫土，海拔1 200～1 600 m。石生茶藨果實采回后，經(jīng)浸泡清洗果皮及果肉，將種子自然陰干后，于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆肹7]。2019年11月至2020年1月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹種質(zhì)資源實驗室進行實生繁殖試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1樣地設(shè)置及調(diào)查

2019年7—8月在特克斯縣野果林進行石生茶藨種群更新方式的調(diào)查，采用典型樣方法，選擇地形及環(huán)境因子相似的石生茶藨植物群落布設(shè)樣方3個，樣方規(guī)模為10 m×10 m，記錄樣方內(nèi)石生茶藨成株數(shù)量、實生苗數(shù)量、根蘗苗數(shù)量及根蘗苗分布情況等指標，并記錄樣方經(jīng)緯度、海拔、坡度、郁閉度等地形因子。實生苗及根蘗苗數(shù)量采用每木檢尺法進行統(tǒng)計，開挖母株周邊的土層，統(tǒng)計幼苗數(shù)量，具有完整且獨立根系的幼苗為實生苗，從母株根系上萌發(fā)的幼苗為根蘗苗。調(diào)查點詳細情況見表1。以全球定位系統(tǒng)(GPS)測得海拔、經(jīng)緯度等。郁閉度指標采用系統(tǒng)抽樣方法，在樣方中設(shè)樣線，統(tǒng)計被林冠遮蔽樣線長度與樣線總長的比值，每樣方重復(fù)3次，計算郁閉度公式如下：

表1 樣地基本概況

郁閉度=樹冠遮蔽樣線長度/樣線總長度[8]。

1.2.2種子外部形態(tài)觀測

從供試的石生茶藨種子中，隨機選取20粒飽滿的種子，利用數(shù)顯游標卡尺測量種子的縱橫徑和種子厚度。石生茶藨種子千粒重測量，從供試種子中隨機數(shù)出1 000粒種子稱重，重復(fù)3次，計算平均值。

1.2.3種子生活力的測定

采用靛紅染色法測定石生茶藨種子的生活力。從儲存?zhèn)溆玫姆N子中，隨機選取20粒種子，在25 ℃水中浸種24 h，待種子充分吸脹后用解剖刀沿種子胚中心線縱切為兩半，將切開的種子置于培養(yǎng)皿中，加入0.1%的靛紅溶液，以種子完全淹沒為標準，室溫下染色1 h[9]。染色后觀察染色情況，凡胚部不染色的為有生活力的種子，胚部染色的為無生活力的種子，試驗重復(fù)3次，觀察并記錄結(jié)果。

1.2.4種子吸水率的測定

隨機選取0.5 g種子，加入5 mL蒸餾水，放置于室溫條件下，前12 h每2 h稱重一次，稱重前用濾紙吸干種子表面水分，12 h后每12 h稱重一次，48 h后每24 h稱重一次，直至重量不變，最后計算種子吸水率，試驗重復(fù)3次。

種子吸水率(%)=[(Wt-W)/W]×100%，其中，Wt為種子吸水后重量，W為干種子重量。

1.2.5石生茶藨種子萌芽特性研究

1) 不同低溫層積方法對種子萌芽率的影響

從儲存?zhèn)溆玫氖杷懛N子中隨機選出部分清洗干凈，將干凈的種子平均分為2份，隨機選取一份種子進行河沙層積處理，種子與濕沙按1∶3(體積比)的比例混勻，用干凈的濕紗布包裹放在4 ℃冰箱內(nèi)層積；另一份種子進行裸層積處理，種子直接用干凈的濕紗布包裹放在4 ℃冰箱內(nèi)層積。在種子層積期間注意補水，保證種子對水分的需求。在低溫層積的第0、30、40、50、60、70天，從2種層積處理的種子中隨機選取部分種子進行萌發(fā)處理，每處理重復(fù)3次，每重復(fù)50粒。分析河沙層積和裸層積對石生茶藨種子萌芽率的影響，選出更適宜石生茶藨種子的層積處理方法。

2) 不同濃度GA3處理對石生茶藨種子萌發(fā)情況的影響

將2種層積方法處理的種子，在層積的第0、30、40、50、60、70天各取出部分種子，使用不同濃度的GA3浸泡2 h，GA3濃度設(shè)置為100 mg·L-1、300 mg·L-1、500 mg·L-1和700 mg·L-1共4個濃度梯度。每濃度處理重復(fù)3次，每重復(fù)50粒。從第一粒種子萌發(fā)開始，每天觀察種子的萌發(fā)情況，以清水處理為對照(ck)。比較分析不同濃度GA3處理對石生茶藨種子萌芽率的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 野外石生茶藨種群繁殖更新方式調(diào)查結(jié)果

由表2可知，在自然環(huán)境中石生茶藨的種群更新以萌發(fā)根糵苗為主，在所設(shè)的3個樣方中共發(fā)現(xiàn)幼苗223株，其中僅有一株實生苗，其余222株幼苗均為根蘗苗，是3個樣方中成株(56株)的3.93倍。統(tǒng)計根蘗苗在母株周圍的數(shù)量分布情況發(fā)現(xiàn)，根蘗苗在母株的南側(cè)萌發(fā)最多，東側(cè)和北側(cè)的萌發(fā)數(shù)量次之，西側(cè)萌發(fā)數(shù)量最少。

表2 石生茶藨種群繁殖更新調(diào)查結(jié)果

2.2 種子形態(tài)觀測及活力測定

如表3所示，石生茶藨種子的平均縱徑為2.33 mm，平均橫徑為1.52 mm，平均厚度為0.96 mm，平均千粒重為2.13 g，凈度為91.09%，生活力為85%。

表3 石生茶藨種子形態(tài)特征與活力

2.3 種子吸水率測定

由圖1可知,石生茶藨種子的吸水過程可分為3個時期：快速吸水期、緩慢吸水期和近飽和期。浸種前2 h為種子快速吸水期，吸水率直線上升，此后種子吸水速率放慢，并漸趨平衡?？焖傥?，石生茶藨種子吸水率為0～45.54%，吸水48 h后達到飽和，吸水率為80.22%。

圖1 石生茶藨種子吸水特性Fig.1 Water-absorbing characteristics of R. saxatile seeds

2.4 種子萌發(fā)特性

2.4.1不同層積方式和層積時間對種子萌芽率的影響

由圖2可知，石生茶藨種子在同一層積處理時間下，裸層積處理種子的萌芽率始終低于河沙層積處理。隨著裸層積處理時間的延長，石生茶藨種子的萌芽率逐漸降低，層積30 d萌芽率最高為27.33%，低于ck的萌芽率(30%)；隨著河沙層積時間的延長，石生茶藨的萌芽率呈先上升后下降的趨勢，層積40 d種子的萌芽率達到最高，為51.33%，比ck的萌芽率提高21.33%。

圖2 不同層積方式和層積時間對石生茶藨萌芽率的影響Fig.2 Effects of different stratification modes and stratification times on germination rate of R. saxatile seeds

2.4.2不同濃度GA3處理對種子萌芽率的影響

由圖3、圖4可知，不同GA3濃度處理下石生茶藨種子的萌芽率之間存在差異顯著(p<0.05)。通過圖3可以看出，先河沙層積處理30 d，再使用700 mg·L-1的GA3處理2 h，種子的萌芽率達到最高，為82.67%，是ck中萌芽率最高的處理(700 mg·L-1，44.67%)的1.85倍，且在河沙層積30 d處理組中，700 mg·L-1GA3處理下的萌芽率分別顯著高于ck、100 mg·L-1GA3處理、300 mg·L-1GA3處理和500 mg·L-1GA3處理下的萌芽率。通過圖4可以看出，先裸層積處理30 d，再使用700 mg·L-1GA3溶液處理2 h的萌芽率最高，為38%，但仍比ck的最高萌芽率低(700 mg·L-1，44.67%)，且在裸層積30 d處理組中，700 mg·L-1GA3處理下的萌芽率顯著高于ck、100 mg·L-1GA3處理和300 mg·L-1GA3處理的萌芽率，而與500 mg·L-1GA3處理組的萌芽率差異不顯著。

注：同列數(shù)據(jù)后標有不同小寫字母分別表示差異顯著(p<0.05)。下同。 圖3 不同濃度GA3處理對河沙層積種子萌芽率的影響Fig.3 Effects of different GA3 concentrations on germination rate of river sand-stratified seeds

圖4 不同濃度GA3處理對裸層積種子萌芽率的影響 Fig.4 Effects of different GA3 concentrations on germination rate of bareness-stratified seeds

3 討 論

3.1 石生茶藨種群更新方式初探

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，石生茶藨實生苗數(shù)量極少，自然條件下石生茶藨種群以萌發(fā)根蘗苗為主要種群更新方式。研究發(fā)現(xiàn)，不進行任何萌發(fā)前處理的石生茶藨種子也具有一定的萌芽率(30%)，且萌芽率接近河沙層積30 d(33.33%)或100 mg·L-1的GA3處理2 h(32.67%)的萌芽率，說明石生茶藨本身具有較強的實生繁殖能力，結(jié)合石生茶藨種子萌發(fā)試驗數(shù)據(jù)與野外現(xiàn)狀認為，石生茶藨自然環(huán)境中實生繁殖能力弱不是因種子自身障礙導(dǎo)致，可能是因為以下幾點原因。

1) 石生茶藨的果實屬于漿果，在野外很可能會受到食果動物的取食，導(dǎo)致果實數(shù)量大幅度減少，關(guān)于這一點，Kollmann J[10]研究發(fā)現(xiàn)，有87%的歐洲甜櫻桃種子和59%的單子山楂種子會被嚙齒類動物取食，導(dǎo)致種子數(shù)量銳減，種群更新嚴重受限。

2) 石生茶藨多生長在布滿石礫的陽坡，生長環(huán)境相對干旱缺少水分，無法滿足種子萌發(fā)時對水分的需求，抑制種子的萌芽，關(guān)于這一點，曾彥軍等[11]發(fā)現(xiàn)紅砂和霸王種子會因土壤含水量降低而進入二次休眠，導(dǎo)致種子不能正常萌發(fā)。

3) 本次試驗所用的種子是不帶果皮及果肉的種子，因此石生茶藨的果皮及果肉中可能存在某種物質(zhì)會抑制種子的萌芽，對于種子萌發(fā)抑制物方面，鄒雨婷等[12]研究發(fā)現(xiàn)，綠山楂種子浸提液中也存在萌發(fā)抑制物。

3.2 不同層積方法對石生茶藨種子萌發(fā)的影響

種子休眠是種子植物長期適應(yīng)不良環(huán)境而形成的一種對不良環(huán)境的適應(yīng)機制，不僅為種子的傳播擴散爭取了時間，還能有效調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的時空分布，使種子在最理想的環(huán)境條件下萌發(fā)[13-14]。種子萌發(fā)是植物生長發(fā)育的開始，是植物實現(xiàn)種群更新與延續(xù)的重要環(huán)節(jié)，對種子植物的繁殖與種群更新具有非常重要的生物學(xué)意義[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，采用4 ℃河沙層積處理的石生茶藨種子的萌芽率最高可達51.33%，明顯優(yōu)于裸層積(27.33%)和直接萌發(fā)(30%)種子的萌芽率。分析認為，河沙層積處理能有效打破種子的休眠，是因為河沙具有一定的保濕性且透氣性良好，能夠滿足種子對水分和空氣的需求，低溫層積處理滿足了種子對需冷量的要求。因此，在4 ℃條件下采用河沙層積處理正好滿足了打破石生茶藨種子休眠的條件，河沙層積能有效提高石生茶藨種子的萌芽率。對于這一點，張莉梅等[16]利用野鴉椿種子為試驗材料，發(fā)現(xiàn)在4 ℃低溫條件下經(jīng)沙藏處理后野鴉椿種子的萌芽率顯著高于不層積的萌芽率；李東林等[17]發(fā)現(xiàn)，毛梾種子經(jīng)低溫沙藏后萌芽率明顯上升；于祎飛等[18]發(fā)現(xiàn)，低溫沙藏是打破八棱海棠種子休眠，提高萌芽率的最有效措施。

3.3 GA3處理對石生茶藨種子萌發(fā)的影響

GA3廣泛應(yīng)用于解除種子的休眠，尤其對解除種子的生理性休眠效果更好[19-20]，GA3溶液的使用可在一定程度上代替休眠種子對后熟條件的需求[21]，如休眠種子對低溫的需求[22]。本試驗發(fā)現(xiàn)，石生茶藨種子采用700 mg·L-1的GA3溶液處理2 h后，種子的萌芽率為44.67%，比ck的萌芽率提高了14.67%，說明GA3的使用對提高石生茶藨種子的萌芽率具有促進作用。同時，石生茶藨種子采用700 mg·L-1的GA3溶液處理2 h后的萌芽率，與河沙層積50 d的萌芽率(44%)相近，說明GA3的使用在一定程度上可以替代低溫的作用，張華微等[23]在研究提高越橘種子萌芽率的方法時，也得出了相同的結(jié)論。GA3是一種重要的植物生長激素，具有生理活性強的特點，在植物生長發(fā)育中起著重要作用，是解除種子休眠、促進種子萌發(fā)的關(guān)鍵內(nèi)源信號分子[24]，能夠促進淀粉酶等水解酶的合成，促進種子內(nèi)貯藏物質(zhì)的分解，為胚提供生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并對受損的細胞膜起一定的修復(fù)作用[25]，達到提高種子的活力，促進種子萌發(fā)的作用。GA3對解除種子休眠提高萌芽率的相關(guān)研究中，吳永朋等[26]發(fā)現(xiàn)，GA3能有效促進紫果型黑蕊獼猴桃種子的萌發(fā)，最佳處理濃度為600 mg·L-1；溫子帥等[27]發(fā)現(xiàn)，使用480 mg·L-1的GA3溶液處理酸棗種子效果最佳。

4 結(jié) 論

本試驗以新疆西天山野果林石生茶藨的當(dāng)年生種子為試驗材料，研究種子的外觀形態(tài)、生活力、吸水率，以及不同層積方式、不同層積時間和不同濃度GA3處理對石生茶藨種子萌發(fā)特性的影響。結(jié)果表明，石生茶藨種子的平均千粒重為2.13 g，平均縱徑為2.33 mm，平均橫徑為1.52 mm，種子平均厚度為0.96 mm，種子凈度為91.09%，種子吸水48 h達到飽和吸水率，為80.22%，石生茶藨種子的生活力為85%。結(jié)果表明，4 ℃低溫河沙層積處理和GA3溶液處理均可提高石生茶藨種子的萌芽率，且兩者結(jié)合使用效果更好，先用河沙層積處理30 d，再用700 mg·L-1的GA3溶液處理2 h可有效提高種子的萌芽率，為82.67%。