不同外源激素處理對榕屬植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

張 穎, 官云芳, 向建英, 張 媛

(1.西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)學(xué)院, 昆明 650224;2.西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院, 昆明 650224)

?？?Moraceae)榕屬(Ficus)植物是國際上公認(rèn)的熱帶雨林中的一類關(guān)鍵植物類群[1],在熱帶雨林中,一年四季均可掛果的榕屬植物為熱帶地區(qū)的鳥類、獸類、昆蟲等動物提供了重要的食物來源,同時也為多種寄生和附生植物提供了棲息與生存空間,榕屬植物在維持熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中發(fā)揮著不可替代的作用[2]。同時,榕屬植物在云南、福建、廣東、海南、四川等省也被作為行道樹種廣泛種植,是重要的園林觀賞植物,也是重要的食用、藥用植物[3]。近年來,隨著榕屬植物的生態(tài)價值和應(yīng)用價值逐漸被發(fā)掘,榕屬植物也受到研究人員越來越多的關(guān)注。

目前,榕樹栽培主要依賴播種實現(xiàn)幼苗扦插或嫁接繁殖,但較低的發(fā)芽率和成苗率成為影響榕樹栽培成功率的重要因素[4],當(dāng)前針對外源激素對榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長的研究較少。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,施加多種手段以提高作物產(chǎn)量和種子萌發(fā)率在農(nóng)林生產(chǎn)中被廣泛利用,如控溫控濕[5]、使用化學(xué)物質(zhì)[6]、外施植物激素[7-9]等,其中,使用激素浸種是高效的促生產(chǎn)手段之一。種子萌發(fā)需要諸多不同的因素相互協(xié)調(diào)和相互作用[10],在一些植物上,施用少量激素就可能影響植物的生長繁殖[11]。種子培育的常用外源激素主要有生長素(IAA)、赤霉素(GA)、細(xì)胞分裂素(6-BA)、乙烯(ETH)和油菜素甾醇(BR)等[12]。其中,生長素可通過影響細(xì)胞周期來調(diào)控植物種子的萌發(fā)[13],赤霉素能增強種胚活力,從而打破休眠[14]。細(xì)胞分裂素能促進(jìn)植物多種組織的分化和生長,并可與植物生長素協(xié)同作用[12]。已有學(xué)者就不同植物激素對種子萌發(fā)和幼苗生長開展了一系列研究,例如:研究發(fā)現(xiàn)赤霉素能夠顯著提高柴胡種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率[15],外施細(xì)胞分裂素可提高小麥種子萌發(fā)率[16],高濃度的生長素會抑制擬南芥的種子萌發(fā),而低濃度則促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長[17-18]。本研究以兩種榕屬植物為對象,探明3種外源激素對兩種不同繁殖模式的榕屬植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響,對比研究兩種植物對不同激素的響應(yīng)差異,為榕屬植物的保護(hù)、育種,以及園林綠化樹種的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子為垂葉榕(FicusbenjaminaL.) 及對葉榕(FicushispidaL.) 的雌果,均采自云南省西雙版納州勐臘縣勐侖鎮(zhèn)中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園及其周邊地區(qū)。選取垂葉榕和對葉榕雌樹各3株,進(jìn)行跟蹤觀察,待榕果發(fā)育至成熟期后進(jìn)行采摘,每種采集10個果,剝?nèi)」麅?nèi)成熟、飽滿、無病蟲害的種子,混合后進(jìn)行清洗晾干。兩種榕屬植物的屬性見表1[19]。

表1 兩種榕屬植物的特征Table1 Characteristics of two Ficus plants

1.2 試驗方法

將備用的種子用0.1% HgCl2溶液浸泡滅菌10 min,隨后用純水沖洗5～6次。IAA、GA及6-BA均設(shè)置5個濃度梯度,分別為0(ck),10,20,40,80 mg/L。每種處理浸種時間均為24 h,浸種溶液含量25 mL。浸種結(jié)束后用純水沖洗種子3～5次。之后將每個處理的種子10粒一組均勻放置于滅菌處理培養(yǎng)皿中(直徑120 mm),每種激素每個濃度梯度下設(shè)置3個重復(fù),故每種種子在每個處理下共30粒種子,每種植物種子共450粒。皿內(nèi)墊有用超純水浸濕的1 cm脫脂棉花和滅菌濾紙,濾紙需充分濕潤但水不可浸出。將設(shè)置好的處理放至賽福PRX-350C人工氣候箱中培養(yǎng),每日光照時間為12 h,溫度為30 ℃,濕度80%。持續(xù)培養(yǎng)直至種子不再生長,在此期間需每日查看濾紙的濕潤情況,如需補充水分則在濾紙上噴灑一定量的蒸餾水以保證濾紙濕潤。

1.3 測定指標(biāo)與計算公式

每天觀察并記錄種子萌發(fā)情況,萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為胚根長度達(dá)2 mm。每周測量一次發(fā)芽種子的根長、莖長(寶工PD-151電子游標(biāo)卡尺),以及幼苗的根系數(shù)量。種子萌發(fā)及幼苗生長指標(biāo)計算公式如下:

發(fā)芽率/%=(正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽勢/%=(發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt);

活力指數(shù)(VI)=GI×Gx;

平均萌發(fā)時間=(A1T1+A2T2+…+AnTn)/(A1+A2+…+An),

式中,Gt為某日的發(fā)芽數(shù),Dt為與Gt對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù),Gx為苗的平均長度,An為培養(yǎng)第n天發(fā)芽數(shù);Tn為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel2019軟件完成數(shù)據(jù)記錄和整理,采用SPSS26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用卡方檢驗分析激素對種子發(fā)芽的影響,采用單因素方差分析(ANOVA)中的新復(fù)極差法(Duncan’s法)分析激素對幼苗生長的影響,使用Origin2019軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種外源激素對榕樹種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

IAA對垂葉榕種子發(fā)芽率具有顯著的促進(jìn)作用,在40 mg/L濃度下,垂葉榕種子萌發(fā)顯著增加,發(fā)芽率可達(dá)95%,其發(fā)芽勢隨著IAA濃度的升高呈下降趨勢,發(fā)芽指數(shù)則隨IAA濃度的升高出現(xiàn)先增后降的變化,發(fā)芽指數(shù)在濃度為20 mg/L下最大;而對葉榕種子的發(fā)芽率在IAA的5個濃度梯度下無顯著差異,發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)對IAA的濃度響應(yīng)不顯著(圖1a,圖1d)。

圖1 3種外源激素對兩種榕樹種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.1 Effects of three exogenous hormones on germination rate, germination potential and germination index of two varieties of Ficus seeds

GA對兩種榕樹種子的萌發(fā)率未表現(xiàn)出顯著的促進(jìn)作用,隨著GA濃度的增加,垂葉榕的萌發(fā)率和發(fā)芽勢呈下降趨勢,但在10 mg/L濃度下,GA顯著增加垂葉榕的發(fā)芽指數(shù)。不同濃度的GA對對葉榕的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均無顯著影響,高濃度的GA對對葉榕種子萌發(fā)具有一定的抑制效應(yīng)(圖1b,圖1e)。

6-BA對垂葉榕的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響不顯著,但在20 mg/L濃度下,6-BA顯著增加垂葉榕的發(fā)芽指數(shù)。在6-BA處理下,對葉榕種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)隨著6-BA濃度的升高呈下降趨勢,對照組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最高(圖1c,圖1f)。

試驗結(jié)果表明,3種激素對兩種榕屬植物種子的萌發(fā)指標(biāo)存在影響,但影響程度不同,3種激素對對葉榕萌發(fā)影響較小,而對垂葉榕的影響相對較大。對葉榕的萌發(fā)率在40%～60%之間,在經(jīng)GA處理后最高可達(dá)70%左右,而垂葉榕的整體萌發(fā)率較高,一般可達(dá)80%以上,在經(jīng)IAA處理后可達(dá)90%以上。

2.2 3種外源激素對榕樹種子平均萌發(fā)時間、活力指數(shù)的影響

3種激素均可在一定程度上縮短垂葉榕種子的萌發(fā)時間,特定濃度下能夠提高種子活力,縮短萌發(fā)時間。IAA在20 mg/L濃度下,垂葉榕種子的平均萌發(fā)時間由13 d縮短為9 d,但繼續(xù)提高IAA濃度,萌發(fā)時間又開始延長,在80 mg/L處理下甚至高于ck處理的萌發(fā)時間,說明高濃度的IAA對垂葉榕種子萌發(fā)有抑制作用。而GA和6-BA均是在低濃度(10 mg/L)時可以縮短種子的萌發(fā)時間,而當(dāng)濃度繼續(xù)增加時,垂葉榕的萌發(fā)時間延長或基本不變。3種激素除了改變垂葉榕的平均萌發(fā)時間外,一定濃度的激素還可以提高種子的活力指數(shù),IAA、GA和6-BA分別在20 mg/L、10 mg/L和10 mg/L濃度下活力指數(shù)有顯著提升。結(jié)果表明,當(dāng)垂葉榕活力指數(shù)提高時,其種子萌發(fā)時間相應(yīng)縮短(圖2a～圖2c)。

圖2 3種外源激素對兩種榕樹種子平均萌發(fā)時間、活力指數(shù)的影響Fig.2 Effects of three exogenous hormones on average germination time and vigor index of two varieties of Ficus seeds

在對葉榕上,3種激素對萌發(fā)時間和活力指數(shù)的影響相較于垂葉榕更小。IAA對對葉榕的平均萌發(fā)時間無顯著影響,GA濃度為10 mg/L時,對葉榕萌發(fā)時間由21 d縮短為19 d,但差異不顯著,6-BA在4個濃度梯度下均未能顯著縮短對葉榕的萌發(fā)時間。3種激素處理下,對葉榕種子的活力指數(shù)與對照組相比,無顯著變化(圖2d～圖2f)。

2.3 3種外源激素對榕樹種子根長、莖長及根系數(shù)量的影響

3種激素對垂葉榕的根長和莖長的促進(jìn)效應(yīng)并不顯著,在高濃度下(80 mg/L),3種激素對垂葉榕的根長存在抑制效應(yīng),根長顯著縮短,垂葉榕的莖長在3種激素的4個濃度梯度下差異均不顯著。但3種激素在10 mg/L、20 mg/L和40 mg/L這3組濃度梯度下,均能夠顯著增加垂葉榕的根系數(shù)量,但當(dāng)激素濃度過高時,根系數(shù)量又下降至與對照組相似或小于對照組的水平(圖3a～圖3c)。

圖3 3種外源激素對兩種榕樹種子根長、莖長及根系數(shù)量的影響Fig.3 Effects of three exogenous hormones on root length, stem length and root number of two varieties of Ficus seeds

對照組和3種激素處理下的對葉榕的莖長和根長顯著小于垂葉榕,但幼苗對激素的響應(yīng)呈現(xiàn)出與垂葉榕類似的結(jié)果:3種激素的不同濃度對對葉榕的莖長和根長的影響均不顯著,但I(xiàn)AA與GA能夠顯著增加對葉榕的根系數(shù)量,6-BA對對葉榕根系數(shù)量的改變不顯著(圖3d～圖3f)。

3 討 論

植物外源激素浸種是調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育及代謝的一個重要手段[20],其質(zhì)量濃度及施用方法的不同均會影響植物的生長發(fā)育進(jìn)程[21]。IAA、GA、6-BA對榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長都具有一定的促進(jìn)效應(yīng),但不同激素對榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長的促進(jìn)效應(yīng)不同,同一激素的不同濃度也對不同榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長的影響存在差異。IAA能夠提高榕樹種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù),同時還能縮短發(fā)芽時間,且較低濃度就能實現(xiàn)促進(jìn)效應(yīng),這與IAA對其他植物種子萌發(fā)的促進(jìn)效應(yīng)結(jié)果基本一致[22],但I(xiàn)AA對兩種榕樹幼苗生長的影響存在差異。從兩種榕樹的發(fā)芽勢結(jié)果推測,IAA對垂葉榕種子的活力及萌發(fā)的整齊度具有抑制效應(yīng)。低濃度的GA對垂葉榕種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用,這一結(jié)果與Garcia等[23]的結(jié)果一致。而對葉榕種子萌發(fā)的促進(jìn)效應(yīng)則需要高濃度GA來實現(xiàn),且促進(jìn)效應(yīng)不明顯。低濃度的6-BA會促進(jìn)垂葉榕種子萌發(fā),對葉榕種子萌發(fā)則隨著6-BA濃度的升高而呈現(xiàn)明顯的抑制效應(yīng),僅在10～20 mg/L的6-BA影響下,對葉榕種子的萌發(fā)數(shù)值有小幅度的上升,這可能與種子內(nèi)部ABA的含量及相關(guān)細(xì)胞感應(yīng)6-BA的敏感性高低有關(guān)[24]。IAA、GA、6-BA對榕樹幼苗生長的促進(jìn)效應(yīng)并不明顯。僅10 mg/L GA和20 mg/L IAA處理的根長比對照組長。且在低濃度的6-BA作用下,榕樹幼苗根長數(shù)值有小幅度上升,隨著濃度逐漸升高,其根長逐漸縮短。這可能與6-BA和ABA的拮抗作用有關(guān)[25]。而不同榕樹幼苗莖長對不同激素浸種的響應(yīng)存在種間差異,可能與不同榕樹幼苗莖細(xì)胞對IAA、6-BA和GA的敏感程度有關(guān)。與此同時,這3種激素可明顯促進(jìn)榕樹幼苗根系數(shù)量。一般來說,植物根系數(shù)量越多、根越長,則分布得越深越廣,植物根系固土能力就越強,根系數(shù)量特征和結(jié)構(gòu)特征對植物根系固土有著重要影響[26]。這3種外源激素的施用可以通過促進(jìn)榕樹幼苗根系數(shù)量,提高榕樹幼苗生長,從而提高其成活率。本研究發(fā)現(xiàn),激素對兩種榕屬植物根系數(shù)量存在顯著影響,進(jìn)一步運用植物生理學(xué)手段研究不同榕屬植物根系生長對不同激素的響應(yīng)機制,將是一個有意義的研究方向。

本研究表明,垂葉榕種子和幼苗的生長發(fā)育情況與對葉榕存在較大差異,可能是對葉榕的生境一般為陰濕的溝谷地區(qū),而垂葉榕喜生長于相對高溫、郁閉度低的林區(qū)[19]。溫度、光照可能是影響兩種榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長情況差異顯著的原因[27-28],對垂葉榕種子進(jìn)行周期性光照處理后萌發(fā)得到促進(jìn),同時光照與激素存在交疊作用,兩種榕樹在同一光照強度和相同激素處理下,生長情況存在差異,也可能與自身光敏性差異有關(guān)[29],但不同榕屬植物對光照時間和光照強度的響應(yīng)差異需要進(jìn)一步驗證。在外界實驗處理一致時,兩種榕樹種子萌發(fā)情況仍存在差異,可能兩種榕樹種子的胚乳發(fā)育進(jìn)程不一致,或是對葉榕種子較垂葉榕種子休眠期長,從而導(dǎo)致兩種榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長的差異[5,30]。實驗過程中,發(fā)現(xiàn)雌雄同株的垂葉榕種子上無凝膠狀物質(zhì)覆蓋,雌雄異株的對葉榕種子表面覆蓋了黏滑的膠狀物,利用淘洗、水沖等手段該物質(zhì)仍不易去除,推測該膠狀物在未經(jīng)鳥類等食果動物消化道處理時[31],可能會阻礙對葉榕種子突破種皮的束縛[32],使得對葉榕種子的發(fā)芽率顯著低于垂葉榕種子?？傮w來看,垂葉榕較對葉榕具有更高的發(fā)芽率,在本次實驗設(shè)置條件下,種子萌發(fā)和幼苗生長對激素的響應(yīng)也更為顯著,作為園林綠化樹種進(jìn)行種植時,可能具有更高的栽培成功率。

本實驗對比研究了3種外源激素的不同濃度處理對兩種榕樹種子萌發(fā)和幼苗生長的影響,為今后在更大范圍內(nèi)開展激素對榕屬植物影響研究提供了參考,同時也可為榕屬植物的繁殖和利用提供科學(xué)依據(jù)。