不同種群巨柏種子表型及萌發(fā)特性

李永霞， 顏呈霖， 張一鳴， 楊小林， 趙墾田

(1.西藏大學(xué)理學(xué)院， 拉薩 850000； 2.西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院， 西藏 林芝 860000)

種子表型特征是指具有特定基因型的個體，在一定環(huán)境條件下所表現(xiàn)出來的性狀特征的總和[1]。生物個體所處的特定環(huán)境條件與基因同時發(fā)揮作用，使得表現(xiàn)型呈多樣性。植物種子表型可塑性在一定程度上揭示種源的遺傳規(guī)律和變異程度，反映著植物的生長環(huán)境條件和適應(yīng)能力[2-3]。種子性狀(大小、質(zhì)量等)作為植物生活史的關(guān)鍵特征，在植物野生種源開發(fā)以及選種育種等方面存在較大的研究潛力。

巨柏為柏科(Cupressaceae)柏木屬(Cupressus)，是西藏特有常綠喬木樹種[4]，狹窄分布于雅魯藏布江中游林芝、米林至朗縣一帶的河谷山地，作為該分布區(qū)域的頂級群落，在水土保持、涵養(yǎng)水源和氣候調(diào)節(jié)等方面具有重要生態(tài)服務(wù)功能，占據(jù)重要生態(tài)位[5]。由于人為活動及自然因素影響，巨柏個體逐漸減少，天然更新較差，處于瀕危狀態(tài)[6]。種子是巨柏更新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基于種子表型特征的優(yōu)良種質(zhì)資源篩選是重要的基礎(chǔ)性研究。目前，巨柏相關(guān)研究主要集中在種群群落特征、遺傳多樣性、苗木培育和種子萌發(fā)[7-13]等方面，而種子表型特征及其變異的研究相對較少。本研究選擇不同種群的巨柏種子作為試驗材料，分析種子表型特征及萌發(fā)特性，為巨柏種質(zhì)資源收集、保存和良種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

依據(jù)巨柏地理分布并通過實地調(diào)查，確定了此次種源的主要采集區(qū)域。供試巨柏種子于2020年9月分別采集于林芝種群、米林種群和朗縣種群[14]。林芝種群巨柏集中分布于尼洋河流域巴結(jié)鄉(xiāng)附近的半陽坡坡地上，海拔3 040～3 250 m，年均降水量688 mm，年均溫8.7 ℃,土壤沙質(zhì)；米林種群巨柏集中分布于雅魯藏布江北岸朗縣下游170 km處的石灘地及陽坡中下部高山松林與灌叢之間，海拔2 900～3 100 m，年均降水量700 mm，年均溫8.2 ℃，河谷地帶風(fēng)沙地貌明顯；朗縣種群巨柏主要帶狀分布在礫石河灘地及河谷兩側(cè)的陽坡和半陽坡沙地上，海拔2 900～3 550 m，年均降水量420 mm，年均溫8.9 ℃，土壤沙質(zhì)化。3個地理分布區(qū)域氣候、土壤、地形等生態(tài)因子差異持續(xù)影響著巨柏種群及群落特征變化[15-16]。

1.2 種子形態(tài)特征測定

在每個巨柏種群內(nèi)分別選擇了100粒種子用作性狀測定。用電子游標(biāo)卡尺測定其長度(縱軸為長，mm)、寬度(腹面橫向最寬處為其寬，mm)和高度(種子平放時上下腹面間距離為高，mm)，精確到0.01 mm，并計算標(biāo)準(zhǔn)差(SD)、變異系數(shù)(CV)和種形指數(shù)(EI)[17]；隨機選取不同種群巨柏種子各1 000粒，用電子天平稱量千粒重，重復(fù)3次。

1.3 種子萌發(fā)試驗

巨柏種子發(fā)芽試驗于翌年4月進行，隨機選取3個種群的巨柏種子，利用恒溫培養(yǎng)箱進行培養(yǎng)。種子置于培養(yǎng)皿內(nèi)，潤濕的細沙為基質(zhì)，設(shè)置25～30 ℃變溫，模擬自然光照，胚根長至0.5 cm左右為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每個處理100粒種子，3個重復(fù)。隨時觀察發(fā)芽情況，分別對3個種群種子的初始發(fā)芽日期、發(fā)芽粒數(shù)和發(fā)芽天數(shù)進行統(tǒng)計，后期連續(xù)5 d無新種子發(fā)芽視為萌發(fā)結(jié)束。根據(jù)發(fā)芽高峰日發(fā)芽的種子數(shù)與供試種子總數(shù)的比來計算發(fā)芽勢(%)。發(fā)芽種子總數(shù)與供試種子總數(shù)的比來計算發(fā)芽率(%)[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，用SPSS 25.0軟件進行單因素方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子表型變異特征

由表1可知，3個種群內(nèi)巨柏種子長度平均為4.09 mm，變化范圍為3.68～3.82 mm；林芝和朗縣種群的種子平均長度一樣，米林種群種子平均長度最??；種子寬度的平均值為3.14 mm，變化范圍為2.71～3.45 mm，其中來自米林種群的平均種寬最大，來自林芝種群的平均種寬最小。種形指數(shù)平均值為1.30，變化范圍為1.28～1.35，其中朗縣種群的平均種形指數(shù)最大，林芝種群的平均種形指數(shù)最小。米林種群的種子高度最大，林芝種群次之，朗縣種群最??；3個種群巨柏種子大小差異不大，千粒重變化范圍為3.12～4.18 g，平均值為3.65 g，其中米林種群的平均千粒重最大，朗縣種群的平均千粒重最小。質(zhì)量指標(biāo)的變化幅度不大。從種子性狀指標(biāo)間的變異系數(shù)來看，種長、種寬、種高、種形指數(shù)、千粒重分別為9.03%、5.43%、9.80%、25.00%和 8.80%，種子性狀的變異系數(shù)越大，離散程度越大，性狀指標(biāo)的穩(wěn)定性就越差。3個種群內(nèi)種形指數(shù)變化幅度最大，種長次之，種寬差異最小。3個巨柏種群內(nèi)5項表型指標(biāo)變異程度存在顯著性差異，種形指數(shù)的變異系數(shù)顯著高于種長、種寬、種高和千粒重，這表明巨柏種子形狀指標(biāo)受地理分布區(qū)域環(huán)境影響較大；種長指標(biāo)變異系數(shù)次之，亦受地理環(huán)境影響表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。

進行變化方差分析且3種群間兩兩比較結(jié)果顯示(如圖1)，3個種群巨柏種子的種長、種寬、種高、種形指數(shù)和千粒重都表現(xiàn)出不同的差異性。朗縣種群的種子最長，高于林芝和米林種群的種子，但差異不顯著；米林種群的種子寬最大，朗縣種群次之，林芝種群最小，米林和林芝種群間差異顯著；林芝種群的種子高度最大，朗縣種群的最小，林芝和朗縣種群之間差異顯著；就種形指數(shù)而言，朗縣和林芝種群的差異不顯著，與米林種群的差異顯著；米林種群的千粒重最大，朗縣種群的最小，兩者間差異顯著。種子形狀與質(zhì)量指標(biāo)受限于地理分布范圍內(nèi)資源或氣候梯度變化，也正是對區(qū)域生境差異的反映。

表2 3個種群巨柏種子萌發(fā)特征Table 2 Seed germination characteristics of three populations of Cupressus gigantea

2.2 種子萌發(fā)特征

對林芝、米林、朗縣3個種群的巨柏種子萌發(fā)特征指標(biāo)進行統(tǒng)計分析(見表2)，林芝和朗縣種群的巨柏種子均于第9天開始發(fā)芽，米林種群的種子于第10天開始發(fā)芽。發(fā)芽后期連續(xù)5 d無新種子發(fā)芽時統(tǒng)計總發(fā)芽天數(shù)，米林種群的發(fā)芽最晚且發(fā)芽時間也最短(14 d)，林芝種群的發(fā)芽總天數(shù)15 d，朗縣種群持續(xù)發(fā)芽時間最長(18 d)。隨著發(fā)芽時間增長，米林和朗縣種群巨柏種子的發(fā)芽率均呈增加趨勢，米林種群種子于第18天達到發(fā)芽高峰期，發(fā)芽勢為4%；朗縣種群發(fā)芽率增加相對較快，于第21天達到發(fā)芽高峰期，發(fā)芽勢為21%；而林芝種群種子于第9天發(fā)芽1粒后，再無發(fā)芽跡象。

3個種群巨柏種子的發(fā)芽率均很低，但差異顯著(如圖2)。初始發(fā)芽時，朗縣種群的種子發(fā)芽率就顯著高于其他2個種群種子的發(fā)芽率；統(tǒng)計至發(fā)芽21 d時，3種群種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率均達到最大差異。朗縣種群種子萌動較快，出芽整齊，發(fā)芽率最高(42%)，且芽苗粗壯呈紅白色，處于健康狀態(tài)，有利于后期幼苗的成活；出苗狀態(tài)米林種群次之，林芝種群最差。

3 討 論

種子是苗木繁育的關(guān)鍵，種子表型特征研究又是優(yōu)良種源篩選的重要基礎(chǔ)性研究。不同種群巨柏種子形態(tài)指標(biāo)存在差異，更明顯表現(xiàn)在種形指數(shù)和千粒重方面[19]。種形指數(shù)最不穩(wěn)定的是米林種群，其次林芝種群，最小的是朗縣種群，由此可見朗縣種群種子質(zhì)量最穩(wěn)定；雖然朗縣種群千粒重最小，但其變異系數(shù)也最小，也表明了朗縣種群種子性狀最穩(wěn)定性，這可能是朗縣種子長、寬、高協(xié)同進化的結(jié)果。種子表型特征受遺傳和環(huán)境因素共同調(diào)控，巨柏種子質(zhì)量與結(jié)種部位、球果大小等相關(guān)[13]，但種子表型特征結(jié)合地理區(qū)域環(huán)境影響的研究有待深入。

種子萌發(fā)時將儲藏的營養(yǎng)物質(zhì)全部激活提供給幼苗[20]，種子質(zhì)量是基礎(chǔ)，種子萌發(fā)特征亦是種子質(zhì)量的評價指標(biāo)。3個種群巨柏種子發(fā)芽率差異顯著，林芝巨柏古樹群種子發(fā)芽率僅為1%，朗縣種群發(fā)芽率為其42倍；朗縣種子大小及千粒重均最小，但種子萌發(fā)率卻最高，該結(jié)果也與3個種群幼苗調(diào)查現(xiàn)狀相符合。本研究在同樣發(fā)芽條件下進行的3種群巨柏種子萌發(fā)特征探索，不同地理區(qū)域氣候變化和模擬原生境條件是否會提高其發(fā)芽能力有待進一步研究。

圖1 3個種群巨柏種子表型特征方差分析 Fig.1 Variance analysis for seed phenotypic characteristics of Cupressus gigantea from three populations

圖2 3個種群巨柏種子發(fā)芽特征Fig.2 Seed germination characteristics of Cupressus gigantea

本研究分析了3種群巨柏種子表型特征和萌發(fā)特性，建議進行巨柏種苗繁育時，選擇朗縣種群的種源最佳；該研究也僅限于巨柏野生地理區(qū)域小尺度范圍內(nèi)，為了選出更穩(wěn)定的優(yōu)良種源，今后應(yīng)該綜合地理分布范圍內(nèi)資源或氣候變化梯度、種群對地理變異格局的響應(yīng)策略等因素，就表型和遺傳等方面進行多尺度、多層面研究。