浙江楠多胚現(xiàn)象及其多胚苗生長發(fā)育初步研究

賀心茹，李英杰，曹祖榮，徐耀文，費(fèi)永俊，楊玉潔

1.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025 2.湖北省秭歸縣林業(yè)局，湖北 秭歸 443600

浙江楠(PhoebechekiangensisC.B.Shang)為樟科(Lauraceae)楠屬大喬木，是我國著名植物分類學(xué)家向其柏教授20世紀(jì)60年代在浙江天目山、龍?zhí)辽桨l(fā)現(xiàn)的一個(gè)新物種，正式命名發(fā)表于1974年[1]。由于長期過度開發(fā)利用，浙江楠現(xiàn)已被國家環(huán)?？偩侄闈u危種，是國家二級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物，為我國特有的珍貴用材樹種，因其材質(zhì)細(xì)密堅(jiān)硬、不易腐朽、芳香有光澤而被譽(yù)為“四大名木”之首。浙江楠天然分布區(qū)在我國華東地區(qū)的浙江、福建、安徽和江西4省，浙江楠的垂直海拔多集中在300～700 m[2]。浙江楠主干挺直，樹形優(yōu)美，樹冠雄偉，是楠木中材質(zhì)較佳的一種，具有很高的生態(tài)、觀賞和觀賞價(jià)值，是很好的園林綠化樹種。因其特性優(yōu)良，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，人類干擾盜伐現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致現(xiàn)存的自然資源已接近枯竭[3]。野生浙江楠對(duì)立地條件要求相對(duì)較高，而人工培育的浙江楠生長緩慢加上種質(zhì)資源的缺乏，不能滿足生產(chǎn)研究的需求[4]。目前對(duì)于浙江楠的研究，主要集中于資源狀況及其地理分布[5]、種群生態(tài)學(xué)與生物多樣性[6]、種子萌發(fā)與生理化研究[7-8]和容器育苗技術(shù)[9-10]等方面。

植物在生長過程中，一般情況下，只產(chǎn)生一個(gè)胚囊并且只能發(fā)育成一個(gè)胚，然而有些植物種子能夠產(chǎn)生兩個(gè)或多個(gè)胚，即為多胚現(xiàn)象[11-12]。多胚的產(chǎn)生由許多因素共同控制，立地的水肥條件、氣候、種子自身的條件等都能產(chǎn)生一定的影響[13]。對(duì)植物種子的多胚現(xiàn)象已經(jīng)有部分報(bào)道[14-15]，但對(duì)于浙江楠的多胚現(xiàn)象還未見報(bào)道。多胚現(xiàn)象作為一種特殊的生殖表現(xiàn)形式，對(duì)急需育種保護(hù)的浙江楠來說具有重要價(jià)值，因此，研究浙江楠多胚現(xiàn)象對(duì)浙江楠的育種具有重要意義。本研究主要觀察了浙江楠多胚種子的形態(tài)特征及多胚苗的生長情況，以期為浙江楠種子多胚現(xiàn)象影響因素的探索及浙江楠多胚苗的培育達(dá)到省種、增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效益提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概括

試驗(yàn)地位于湖北省荊州市長江大學(xué)西校區(qū)(30°21′18″N，112°7′44″E)，海拔23 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)1 800～2 000 h，年平均氣溫15.9～16.6 ℃，年無霜期242～263 d，多數(shù)年份降雨量在1 100～1 300 mm之間。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的浙江楠種子于2019年11月下旬，在長江大學(xué)西校區(qū)植物園選擇個(gè)體形態(tài)(胸徑、樹高、樹冠面積和冠高)大小基本一致的10年生浙江楠進(jìn)行采種，種子經(jīng)浸泡腐化去除掉外種皮，沖洗干凈后用濕沙儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測(cè)定指標(biāo)及計(jì)算方法

1.3.1 浙江楠種子胚的位置、大小和數(shù)量

對(duì)顆粒飽滿、大小一致的350粒浙江楠種子在體式顯微鏡下進(jìn)行解剖觀察，拍照留存并觀察統(tǒng)計(jì)胚的形態(tài)及其胚在種子中所處的位置、大小和數(shù)量，觀察單胚種子和多胚種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異。

1.3.2 浙江楠種子多胚率

對(duì)顆粒飽滿、大小一致的350粒浙江楠種子進(jìn)行解剖觀察，統(tǒng)計(jì)多胚種子數(shù)，計(jì)算多胚率：

雙(三/多)胚率=[出現(xiàn)雙(三/多)種子數(shù)/種子總數(shù)]×100%

1.3.3 浙江楠幼苗生長性狀

取120粒大小一致、顆粒飽滿的浙江楠種子，采用75%的乙醇浸泡10 min，再用高錳酸鉀溶液浸泡30 min。將消毒后的種子播于育苗盤培養(yǎng)于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)條件為溫度(25±2)℃，光照強(qiáng)度1 600 lx，光暗周期16 h/8 h，濕度75%。待浙江楠種子萌發(fā)，長出2片真葉后，將其移栽至基質(zhì)為沙土、規(guī)格為上口內(nèi)徑20 cm、盆底內(nèi)徑15 cm、盆高18 cm的聚丙烯塑料營養(yǎng)缽中培養(yǎng)，隨機(jī)挑選其中80株浙江楠小苗培養(yǎng)45 d后，測(cè)定小苗的苗高，比對(duì)多胚苗與單胚苗在生長狀況上的差異，并采用全能型植物圖像分析儀(萬深LA-S系列，中國)對(duì)幼苗的根系進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行Waller Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江楠種子多胚現(xiàn)象觀察結(jié)果

350粒浙江楠種子解剖觀察其胚數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。由表1可知，單胚種子數(shù)為249粒，單胚率為71.14%，多胚種子數(shù)為101粒，多胚率為28.86%。多胚種子胚數(shù)有雙胚、三胚，其中雙胚出現(xiàn)的頻率為27.43%，三胚率為1.43%。

表1 浙江楠種子胚數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況

2.2 浙江楠種子胚的形態(tài)與著生位置

通過對(duì)浙江楠種子進(jìn)行解剖，共獲得3種胚性，即單胚、雙胚、三胚，其種子顯微結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過觀察發(fā)現(xiàn)，浙江楠種子多胚的形態(tài)及其著生位置存在差異(見圖2)，單胚種子的胚著生在種子的底部(見圖2(a))，多胚種子的胚出現(xiàn)在種子的底部、頂部、中部和中部的兩側(cè)；雙胚有緊靠在一起的，也存在分開的。依照雙胚在種子內(nèi)的著生位置可以將雙胚種子初步分為3類：①雙胚緊靠種子底部著生(見圖2(b)、(c)、(f))；②雙胚緊靠種子中部兩側(cè)著生(見圖2(g)、(h))；③雙胚一胚在種子底部，一胚在種子中部或頂部分離著生(見圖2(d)、(e))。三胚種子一般分離著生，一胚位于種子底部，其他兩胚著生于種子的中部。

圖1 浙江楠種子解剖圖Fig.1 Dissection of Phoebe chekiangensis seeds

注：(a)單胚正常胚位；(b)大胚在正常胚位，小胚位于頂部；(c)大胚位于正常胚位，小胚重疊；(d)、(e)大胚位于正常胚位，另一胚位于中部一側(cè)；(f)雙胚均位于正常胚位緊靠著；(g)、(h)兩胚均位于中部兩側(cè)；(i)三胚均位于正常胚位；(j)大胚位于正常胚位，其余兩胚位于中部。圖2 浙江楠多胚形態(tài)與位置示意圖Fig.2 Schematic diagram of the morphology and position of polyembryos of Phoebe chekiangensis

2.3 浙江楠幼苗的生長發(fā)育狀況

浙江楠種子在育苗盤里培養(yǎng)20 d后開始發(fā)芽，生長期間可見單胚苗和雙胚苗，暫無三胚苗的出現(xiàn)。待發(fā)芽后隨機(jī)將其中80株移栽到塑料盆中培養(yǎng)，經(jīng)過45 d的生長發(fā)育后，單胚苗普遍葉片數(shù)為6片，且長勢(shì)旺盛，生長良好；多胚苗在長勢(shì)、個(gè)體大小、根、莖和葉等性狀各異，多胚苗多為大、小株的情況，在多胚苗中其中長勢(shì)良好的1株，葉片數(shù)目與單胚苗基本一致，另外1株根莖柔弱，葉片少，發(fā)育不良(見圖3)。

圖3 浙江楠小苗生長狀況Fig.3 Growth condition of Phoebe chekiangensis seedlings

80株浙江楠小苗中單胚苗67株，多胚苗13株。經(jīng)測(cè)量，單胚苗的平均苗高7.35 cm，多胚大苗的平均苗高為6.69 cm，多胚小苗的平均苗高為4.58 cm。如表2所示，單胚苗的平均苗高和多胚大苗差異較小，且均顯著高于多胚小苗。

表2 浙江楠幼苗苗高統(tǒng)計(jì)分析

2.4 浙江楠幼苗的根系分析

該研究采用全能型植物圖像分析儀對(duì)根系進(jìn)行分析，得到小苗根系的平均根長、平均表面積、平均體積、平均直徑、節(jié)點(diǎn)數(shù)等一系列數(shù)據(jù)(見表3)。由表3可知67株單胚苗的平均根長4.853 3 cm，平均直徑0.270 7 mm，平均表面積0.474 0 cm2，平均體積0.010 0 cm3，均大于多胚苗，其中單胚苗和多胚大苗的平均根長上與多胚小苗存在顯著差異(多胚大苗平均根長4.690 5 cm、多胚小苗平均根長3.471 9 cm)(P<0.05)，單胚苗在平均體積上與多胚苗存在顯著差異(多胚大苗平均根系體積0.007 6 cm3、多胚小苗平均根系體積0.006 5 cm3)(P<0.05)。但多胚苗的根系節(jié)點(diǎn)多、根尖數(shù)多(多胚大苗節(jié)點(diǎn)數(shù)為94.57、多胚小苗根尖數(shù)為84.75、多胚小苗節(jié)點(diǎn)數(shù)為89.73、多胚小苗的根尖數(shù)為80.50)。在多胚苗中，多胚大苗與多胚小苗相比根系長度長，節(jié)點(diǎn)多，根尖數(shù)多。浙江楠幼苗在節(jié)點(diǎn)數(shù)和根尖數(shù)上呈現(xiàn)出多胚大苗>多胚小苗>單胚苗的趨勢(shì)。

表3 浙江楠幼苗根系參數(shù)分析

3 討論與結(jié)論

通過對(duì)浙江楠多胚現(xiàn)象的研究得出，浙江楠中存在多胚現(xiàn)象，在所測(cè)種子暫未發(fā)現(xiàn)四胚及其以上胚型，浙江楠種子中單胚率為71.14%，多胚率為28.86%，單胚率明顯高于多胚率，其中雙胚率高于三胚率，這與余道平等[16]對(duì)四川峨眉山楨楠(Phoebezhennan)、黃宇[17]對(duì)福建萬木林自然保護(hù)區(qū)閩楠(Phoebebournei)的多胚現(xiàn)象研究的結(jié)論一致，單胚種子在楠木種子中占主導(dǎo)地位。單胚種子的胚比多胚種子的胚大，且多胚種子的胚中只有一個(gè)較大。浙江楠單胚種子與多胚種子的胚著生位置也存在差異，單胚種子的胚一般著生在種子的底部，多胚種子的胚有可能出現(xiàn)在種子的底部、頂部、中部和中部的兩側(cè)。雙胚種子的胚有緊靠在一起的，也存在分開的情況。總體來看，本研究中浙江楠單胚苗生長發(fā)育狀況優(yōu)于多胚苗，浙江楠幼苗中單胚苗在生長方面占優(yōu)勢(shì)，單胚苗的生長狀況較多胚苗好，單胚苗和多胚大苗與多胚小苗苗高上存在顯著差異(P<0.05)。根系分析數(shù)據(jù)表明，單胚苗的根系比多胚苗的根系健壯，這與宋光滿[15]的研究結(jié)果一致，單胚苗和多胚大苗與多胚小苗在根長上存在顯著差異(P<0.05)，單胚苗在體積上與多胚苗存在顯著差異(P<0.05)。

在對(duì)浙江楠多胚幼苗觀察中發(fā)現(xiàn)，同一多胚種子的幼苗存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致多胚苗的根系生成更多的側(cè)根，因此浙江楠幼苗在節(jié)點(diǎn)數(shù)和根尖數(shù)上呈現(xiàn)出多胚大苗>多胚小苗>單胚苗的趨勢(shì)。但因營養(yǎng)不足的問題導(dǎo)致多胚苗生長發(fā)育狀況不如單胚苗，這一現(xiàn)象在多胚小苗中更加明顯。該現(xiàn)象與譚飛等[18]通過不同施肥水平對(duì)楨楠多胚苗生長的影響研究得出中度施肥水平能較快縮小雙胚大苗與單胚苗生長指標(biāo)間的差距，對(duì)雙胚小苗生長也有一定的促進(jìn)作用的結(jié)論，彼此相互印證。張群英[19]關(guān)于密度和施肥對(duì)楠木播種生長的影響探究，發(fā)現(xiàn)不同播種密度和苗期追肥對(duì)楠木苗的苗高有極顯著的影響，表明施肥是提高苗木質(zhì)量的有效措施，在未來的育苗工作中應(yīng)增加多胚苗的養(yǎng)分供給，以減少單胚苗和多胚苗之間的生長發(fā)育差距。李冬林等[20]研究了光照對(duì)于浙江楠幼苗生長的影響，王旭艷[21]研究了不同基質(zhì)、肥料及控根技術(shù)對(duì)浙江楠容器苗快速成型的影響等，也可供浙江楠育苗工作參考。

就目前來說，關(guān)于浙江楠種子多胚的形成是否為無融合生殖現(xiàn)象、遺傳基因和環(huán)境因素是否影響浙江楠種子的多胚率和如何促進(jìn)浙江楠多胚種子幼苗的生長等均需要進(jìn)一步研究。由于盜伐等原因的影響，浙江楠天然資源和生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞，浙江楠種質(zhì)資源越來越脆弱[22]，因而研究浙江楠多胚現(xiàn)象對(duì)浙江楠的育種和育苗工作有著極其重要的意義。