IAA、GA3和殼寡糖浸種對滇油杉種子發(fā)芽的影響*

姜若超，李蓮芳，李俞鑫，王姝茜，劉暢，黃孝杰，合金鑫

(西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224)

滇油杉(Keteleeriaevelyniana)屬松科(Pinaceae)油杉屬常綠針葉喬木，又名云南油杉、杉松、羅漢松、杉老樹等[1]。滇油杉木材在水下耐腐，為建筑、橋梁、家具等優(yōu)良用材，也是云南高原的鄉(xiāng)土樹種和綠化樹種之一，在地區(qū)林業(yè)經濟發(fā)展和生態(tài)建設的可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用[2-3]。然而，在林業(yè)生產中，由于滇油杉種子成熟于10月且不耐儲藏，天然更新的種子于冬季發(fā)芽，氣溫低，種子發(fā)芽較為困難或發(fā)芽不整齊，后期天然更新幼苗保存率較低；因此，需要通過人工培育營造人工林，恢復滇油杉植被，發(fā)揮其生態(tài)等功能[4]。已有文獻對滇油杉的研究僅見于生殖器官發(fā)育及其過程的生物化學研究[5-6]、群落及其多樣性[7-8]、土壤化學特性[9]以及林下枯落物與火災關系[10]等方面；苗木培育方面，僅付志高等[11]施肥對滇油杉野生移栽苗生長的報道。滇油杉種子發(fā)芽的研究未查及相關文獻。

外源激素通過影響植物的生理和生化過程，呈現(xiàn)打破種子休眠，促進種子發(fā)芽的功能。吲哚乙酸(3-Indoleacetic acid，IAA)和赤霉素(3-Gibberellin,GA3)屬植物激素類，對種子發(fā)芽具有外源激素的作用[12-15]。余春和等[13]和李霈等[14]分別研究指出，不同濃度的IAA和GA3浸種，均有促進光皮樺(Betulaluminifera)和菵草(Albergiaodoffiem)種子發(fā)芽的作用；鄒竣竹等[15]和李先民等[16]研究指出，IAA和GA3浸泡種子，提高野牛草(Buchloedactyloides)和杜鵑紅山茶(Camelliaazalea)種子的發(fā)芽率；張薇等[17]和楊文君等[18]采用低濃度GA3溶液對云南松(Pinusyunnanensis)種子浸種，具有相同的效果。適宜濃度的外源激素浸種，對植物種子發(fā)芽具有類似的作用。

殼寡糖(chitosan oligosaccharide,COS)能促進有益微生物的生長，誘導植物的抗病性，從而促進種子發(fā)芽[15]。袁建平等[19-20]研究指出，COS浸泡小麥(Triticumaestivum)和玉米(Zeamays)種子，可縮短其種子發(fā)芽時間；秦艷霞等[21]采用COS溶液浸泡大麥(Hordeumvulgare)種子、張運紅等[22]浸泡小麥種子，以及陸建玲等[23]浸泡辣椒(Capsicumannuum)種子，對發(fā)芽率都具有相似的作用。用COS浸種多個草本植物，對其種子萌發(fā)的影響基本類似[19-23]。

參考已有的文獻[13-25]，采用U12*(1212)均勻設計的變形U12*(412)均勻設計開展IAA、GA3和COS共3因素的不同水平及其組合對滇油杉種子發(fā)芽影響的試驗研究，了解其對滇油杉種子發(fā)芽的影響，以期為滇油杉的種子生理的研究和苗木培育提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究地和種子概況

試驗地位于云南省昆明市西南林業(yè)大學林學院苗圃(102°76′24″E、25°06′41″N，海拔1 891 m)，屬北亞熱帶氣候類型，年平均溫度14.5 ℃，年最熱月(7—8月)和最冷月(1月)平均氣溫分別為25 ℃和3 ℃，年平均相對濕度68.2%，年降水量840.3 mm[25]。種子于2019年10月中旬采集自昆明市宜良縣國有花園林場。種子制種后，于4 ℃的冰箱中冷藏6個月。試驗種子的千粒重66.55 g，即每公斤種子有15 000粒。土壤為山地紅壤。

1.2 研究方法

試驗包括IAA(A)、GA3(B)和COS(C)3個因素，每因素含4水平。根據(jù)因素水平表，采用U12*(1212)的變形U12*(412)進行試驗設計，因素A、B和C分別排列于1、2和6列(表1)。

表1 因素水平和U12*(412)均勻試驗設計

試驗共12個處理組合，增加1個蒸餾水浸種的對照(CK)；每處理組合50個無紡布容器，3次重復。每個容器播種3粒種子。

基質由森林土和珍珠巖按4︰1的比例混合構成。無紡布容器上口徑×高為9 cm×13 cm。播種前15 d，按比例配制基質并分裝入容器中；分析純IAA和GA3采用上海伯奧生物科技有限公司生產的粉劑，COS采用源葉生物生產的粉劑。按試驗方案將IAA、GA3和COS溶解后配制為母液。

播種前1 d，挑選大小一致且種粒飽滿的滇油杉種子，用紗布包裹浸泡于0.5%的高錳酸鉀溶液中消毒0.5 h后，清水沖洗干凈；同時，按試驗設計的濃度配制混合溶液。消毒后的種子于IAA、GA3和COS混合溶液中在黑暗環(huán)境下浸種12 h。浸種后的種子播入無紡布容器。播種時將種子無種翅的一端播入基質，播種深度以不見種子，只露出種翅為宜，覆蓋土壤(厚度約0.5 cm)，再于其上覆蓋松針以防澆水導致基質表面板結。播種結束后澆透水，并于苗床上搭建小拱棚遮陰，遮陰度約90%。種子發(fā)芽期間，適時澆水保持土壤濕潤，并觀察記錄發(fā)芽狀況。

從發(fā)芽之日開始，每隔2 d記錄1次發(fā)芽種子的粒數(shù)，進行發(fā)芽指標計算。相關指標計算公式如下。

發(fā)芽率(%)=(n/N)×100%

發(fā)芽勢(%)=(N0/N)×100%

式中:n為測定時間內正常發(fā)芽的種子數(shù)；N為置床的種子數(shù)；N0為日發(fā)芽種子數(shù)達到最高峰時正常發(fā)芽的種子數(shù)；Gt為第t天正常發(fā)芽的種子數(shù)；Dt為與Gt相應的發(fā)芽天數(shù)[26]。

采用Excel軟件和SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和分析。為滿足方差分析的齊性要求，如果有數(shù)據(jù)≤30%或≥70%，先進行反正弦變換后再進行方差分析。處理組合和因素水平間呈現(xiàn)顯著或極顯著的差異，采用鄧肯氏(Duncan’s)[27]法進行多重比較，發(fā)芽指標間及其與因素間采用Pearson的相關分析。

2 結果與分析

2.1 種子發(fā)芽過程

播種的滇油杉種子，在場圃條件下，于播種后第26 d開始發(fā)芽，至第81 d結束發(fā)芽試驗，發(fā)芽延續(xù)期達55 d，但播種29 d后發(fā)芽率急劇下降；處理組合1、2、4、7、9和11在播種后的第26～29 d出現(xiàn)1次發(fā)芽小高峰，此期間，發(fā)芽率為6.7%～17.8%，發(fā)芽較遲的對照則低于2.2%；播種后42～59 d之間，除對照外，其余處理組合出現(xiàn)第2次發(fā)芽小高峰，此期間，發(fā)芽率為2.0%～9.6%(圖1)，表明不同處理組合對滇油杉種子發(fā)芽過程影響程度不同。同時，于夏天播種，7月正值昆明雨季，氣溫波動較大，溫度變化幅度大是否會導致滇油杉種子發(fā)芽延續(xù)較長時期和發(fā)芽率低，有待進一步試驗研究。

圖1 滇油杉種子的發(fā)芽過程

2.2 浸種對種子發(fā)芽的影響

2.2.1 發(fā)芽率和發(fā)芽勢

處理組合的平均發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別為29.8%～69.6%和7.8%～43.5%，對照的僅為23.6%和5.4%；處理組合2、3、5、6、7和12的發(fā)芽率極顯著地高于其余和對照的(P=1.54E-04<0.01)；發(fā)芽勢則是2、5、6和10的極顯著地高于其余和對照組(P=5.12E-05<0.01)；處理組合2和5的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均極顯著地高于其余組合(表2)，表明不同因素水平組合可極顯著地提高滇油杉種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢；0.10 g/L的GA3和0.20%的COS浸種，以及0.10 g/L的IAA、0.15 g/L的GA3和0.05%的COS浸種兩個處理組合同時提高發(fā)芽率和發(fā)芽勢，即低濃度的GA3和相對較高的COS浸種，低濃度IAA和GA3兩種外源激素與低濃度COS溶液浸種，與前者具有相同的作用。

表2 滇油杉種子發(fā)芽指標

影響發(fā)芽率和發(fā)芽勢的主導因子是GA3(表3)。因素水平間，0.10 g/L的GA3浸種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢極顯著地高于其余水平的(P發(fā)芽率=0.001<0.01，P發(fā)芽勢=0.003<0.01)，隨著IAA濃度的增加發(fā)芽率和發(fā)芽勢降低，與處理組合中0.10 g/L的IAA與COS共同浸種發(fā)芽率最優(yōu)的結果具有差異；COS濃度的變化對發(fā)芽率無明顯的影響，但發(fā)芽勢隨濃度增加略有提高；發(fā)芽率和發(fā)芽勢的理論優(yōu)處理組合為A1B2C4，與此2指標實際最高的處理組合2相一致(表3、圖2)。因素水平的分析結果亦表明，在場圃條件下，相對較低濃度的GA3和IAA浸種有利于滇油杉種子發(fā)芽；同時，低濃度IAA與COS共同浸種提高發(fā)芽率的結果，也許此二介質間具有交互作用。

表3 發(fā)芽指標的極差分析

圖2 種子發(fā)芽指標隨因素水平的變化

2.2.2 浸種對種子發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時間的影響

各處理組合的平均發(fā)芽時間為13～25 d(對照為26 d)，其中，處理組合1、2、3、11和12的平均發(fā)芽時間顯著地早于其余處理組合和對照組(P=0.013<0.05，表2)；影響種子平均發(fā)芽時間的主導因子是COS，0.05%的COS浸種的平均發(fā)芽時間顯著地快于其余的(P=0.025<0.05)；其余2因子的水平未對平均發(fā)芽時間產生顯著的差異(P=0.311～0.496>0.05)；平均發(fā)芽時間的理論優(yōu)水平組合為0.1 g/L的GA3和0.05%的COS溶液混合浸種(A1B2C2)，與實際發(fā)芽時間最短的處理組合1(A1B1C2)不一致(表2、表3)。種子平均發(fā)芽時間的結果表明，低濃度的(0.05%)COS溶液浸種可顯著地縮短滇油杉種子的發(fā)芽時間。

處理組合的發(fā)芽指數(shù)為5.0～20.7粒/d(對照為3.74粒/d)，與種子平均發(fā)芽時間的不同，處理組合2、3、7和12的發(fā)芽指數(shù)極顯著地高于對照組(P=4.51E-09<0.01，表2)；影響種子發(fā)芽指數(shù)的主導因子與發(fā)芽率和發(fā)芽勢的相同，GA3浸種的發(fā)芽指數(shù)顯著地高于對照(P=0.047<0.05，表3)，IAA溶液浸種的發(fā)芽指數(shù)較對照的低，不同濃度COS浸種與對照未呈現(xiàn)明顯差異；發(fā)芽指數(shù)的理論優(yōu)水平組合為0.10 g/L的GA3和0.05%的COS浸種(A1B2C2)，其與實際最高的處理組合3一致(圖2、表2)。以上結果表明：GA3浸種可顯著地提高種子發(fā)芽指數(shù)，與發(fā)芽率和發(fā)芽勢一致。綜合種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)，0.10 g/L的GA3與0.05%的COS浸種有益于種子發(fā)芽，其可作為滇油杉種子場圃發(fā)芽和苗木培育的參考。

2.3 發(fā)芽指標間及其與因素間的相關分析

相關分析結果如表4。發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)兩兩間呈極顯著的正相關(R=0.745～0.880，P=1.62E-12～0.001<0.01)，平均發(fā)芽時間與因素C(R=0.341，P=0.042<0.05)，以及因素B與因素C間呈現(xiàn)顯著的正相關(R=0.333，P=0.047<0.05)；與此相反，發(fā)芽時間與發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)間呈極顯著的負相關(R=-0.548～0.646，P=2.10E-05～0.001<0.01；表4)。相關分析結果表明：滇油杉種子發(fā)芽過程中，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)趨勢相一致，即3個指標呈現(xiàn)互為促進關系；發(fā)芽時間與其余3個種子發(fā)芽指標呈極顯著的負相關，揭示發(fā)芽時間延長，此3個指標極顯著降低，此結果與處理組合及因素水平的分析結果相一致；縮短滇油杉種子發(fā)芽時間是提高種子其它發(fā)芽指標的關鍵，外源激素和COS浸種可縮短種子發(fā)芽時間，提高種子發(fā)芽的其它3個指標。

表4 各指標和因素間的相關性分析

同時，發(fā)芽指標與因素水平間，僅平均發(fā)芽時間與COS(C)呈顯著地正相關，即COS濃度越高，種子發(fā)芽時間越長，與因素水平對平均發(fā)芽時間的結果相一致，結合平均發(fā)芽時間與發(fā)芽率等相關性，滇油杉種子發(fā)芽對COS浸種的濃度較為敏感，必須通過試驗研究獲得最佳濃度方可應用于生產實踐。因素間，僅GA3(B)和COS(C)呈顯著正相關(表4)，即此2種激素共同浸種，可提高種子發(fā)芽指標，與處理組合的結果相一致。

3 討論與結論

3.1 討論

張薇等[17]和初叢相等[28]開展IAA溶液對云南松和珍珠繡線菊(Spiraeathunbergii)浸種試驗，證明低濃度溶液浸種促進種子發(fā)芽，高濃度則產生抑制作用；余春和等[13]和李霈等[14]通過IAA浸種處理光皮樺和菵草種子，中低濃度的IAA溶液浸種促進種子發(fā)芽；閆艷華等[16]研究外源激素浸泡曼陀羅(Daturastramonium)種子，隨IAA浸種濃度升高，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢逐漸提高且均優(yōu)于對照的。鄒竣竹等[15]和李先民等[16]分別開展GA3和IAA對野牛草和杜鵑紅山茶種子發(fā)芽的試驗，指出IAA不同濃度浸種對此2種植物種子發(fā)芽無明顯的影響。本研究中，IAA溶液浸種抑制滇油杉種子的發(fā)芽，與已有文獻的結論相悖，是否由于多因素的因子組合還是物種不同造成的，有待進一步試驗研究。與其它外源激素相同，GA3亦具有促進種子發(fā)芽的作用[12]。張薇等[17]和楊文君等[18]研究GA3浸種對云南松種子發(fā)芽的影響，結果指出，0.10 g/L的GA3顯著地促進種子發(fā)芽；肖杰等[29]亦采用單因素試驗設計開展GA3浸泡紫薇(Lagerstroemiaindica)種子的試驗，結果表明，20～100 mg/L的GA3顯著地提高種子發(fā)芽指標；鄒竣竹等[15]采用GA3溶液浸泡野牛草種子，2.0 g/L的GA3溶液浸種顯著地促進野牛草種子發(fā)芽，提高發(fā)芽率；李先民等[16]開展同樣的外源激素對杜鵑紅山茶浸種試驗，指出0.6 g/L的GA3溶液浸種顯著地提高種子的發(fā)芽率。本研究中，GA3溶液(0.10、0.15和0.20 g/L)浸種的種子發(fā)芽指標均極顯著地高于對照(P<0.01)，與已有文獻的結論一致，即種子發(fā)芽對適宜濃度的GA3溶液浸種有相同的響應，但不同植物其種子對浸種溶液的最佳濃度要求不同。因此，生產實踐中，采用GA3溶液浸種，有必要針對不同樹種開展具體的濃度試驗，以獲得最佳濃度應用于生產實踐的種子處理中。

郭衛(wèi)華等[30]研究COS浸種對黃瓜(Cucumissativus)種子發(fā)芽的影響，指出中低濃度的COS浸種可提高種子的自身抗性，從而促進其發(fā)芽；秦艷霞等[21]、張運紅等[22]和袁建平等[20]研究采用殼寡糖浸泡大麥和小麥種子，0.05%和0.10%的COS浸種顯著地提高發(fā)芽率和加快種子的發(fā)芽時間；顧麗嬙等[31]研究COS浸種對番茄(Solanumlycopersicum)種子發(fā)芽的影響試驗，結果與以上文獻結論類似。本試驗中，相對低濃度的COS浸種可縮短滇油杉種子的發(fā)芽時間，但與上述文獻也有不同之處，即低濃度0.05%和0.1%的COS浸種可顯著縮短滇油杉種子發(fā)芽時間但并未明顯地提高種子發(fā)芽率。COS的浸種處理多用于農業(yè)生產實踐中，在林業(yè)上使用較少，是否其對促進植物的發(fā)芽作用較弱或GA3與COS間存在交互作用，尚有待開展更多濃度梯度的混合浸種試驗。

3.2 結論

采用U12*(1212)均勻設計的變形U12*(412)開展IAA、GA3和COS浸種對滇油杉種子發(fā)芽影響的試驗。12個處理組合的平均發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)分別為29.8%～69.6%、7.8%～43.5%、13～25 d和5.0～20.7粒/d(對照則分別為23.6%、2.4%、26 d和3.74粒/d)，均顯著或極顯著地高于對照組(P<0.05或P<0.01)。GA3是影響種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的主導因子，而影響種子平均發(fā)芽時間的則是COS。0.10 g/L的GA3溶液浸種極顯著地提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(P<0.01)，低濃度(0.05%)的COS浸種，顯著地加速滇油杉種子發(fā)芽(P<0.05)。4個發(fā)芽指標間，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)兩兩間呈極顯著地正相關(R=0.074 5～0.088，P<0.01)；平均發(fā)芽時間與發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指標呈極顯著的負相關(P<0.01)。因素間，相關分析結果與處理組合和因素水平分析的結論相一致，即GA3和COS溶液共同浸種對種子發(fā)芽具有促進作用。綜合種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、平均發(fā)芽時間和發(fā)芽指數(shù)最優(yōu)，0.10 g/LGA3+0.05%的COS溶液混合浸種是滇油杉種子場圃發(fā)芽較優(yōu)的措施，可用于生產實踐中苗木培育的種子處理。