珍稀瀕危植物岷江柏古樹種子形態(tài)及萌發(fā)特性

徐崢靜茹 ,龔良春 ,蔡蕾 ,李登峰 ,李旭華 ,劉興良 ,蒲旭,李慧超,馮秋紅*

1.四川省林業(yè)科學研究院 森林和濕地生態(tài)恢復與保育四川省重點實驗室,四川 成都 610081；

2.四川臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,四川 臥龍 623006；

3.理縣林業(yè)和草原局,四川 理縣 623102；

4.理縣國有林場,四川 理縣 623102

岷江柏（Cupressus chengiana）是柏科柏木屬喬木，為國家Ⅱ級重點保護野生植物、川甘特有種，一般生于海拔1 200—2 900 m 的干燥陽坡[1]，其抗逆性強，是干旱河谷地區(qū)水土保持和植被恢復的重要鄉(xiāng)土樹種[2-3]。2014 年以來，毛康珊等證實岷江柏依流域分為3 個獨立單元[4-5]，Maerki D.等發(fā)表新種甘肅柏木Cupressus gansuensisMaerki &J.Hoch，重新定義大渡河柏木Cupressus fallaxFranco，形成“三江三柏”[6]，得到國內外植物學界的普遍承認，至此，岷江柏分布區(qū)域變窄，僅為汶川、理縣、茂縣等岷江流域的干旱河谷地區(qū)，瀕危程度加劇。根據《四川省古樹名木目錄》（四川省綠化委員會，2020年），現(xiàn)有岷江柏古樹12 株，分別為阿壩藏族羌族自治州理縣6 株、茂縣6 株。經過調查發(fā)現(xiàn)，理縣現(xiàn)存岷江柏古樹僅5 株（一級古樹3 株，二級古樹1 株，三級古樹1 株），均得到當地政府妥善管護，生長健康，未發(fā)生破壞及砍伐等情況。古樹是在氣候變化、人為因子、管理措施及傳統(tǒng)文化的長期綜合作用下保存下來的[7-11]，蘊藏有長壽、抗逆、抗病蟲害等多種基因的，遺傳改良的寶貴種質材料[12-15]。相關研究表明植物的生殖能力一般隨著年齡的增長而下降，進而衰老死亡[16]，且可能是從花或種子中形成促衰老因子，進而導致其他部位開始衰老[17]，在古銀杏（Ginkgo biloba）、古楸樹（Catalpabungei）的種子活力及萌發(fā)率的研究結果亦是如此[18]。柏科植物具有長壽、生命力旺盛的特點[19]，劍閣縣古柏的生長狀況與樹齡無顯著相關性[20]，古側柏（Platycladus orientalis）的種子生理機能亦沒有明顯的衰退跡象[21]。前人已對岷江柏種群結構[22]、種實表型特征[23]、種子萌發(fā)[24]、育苗造林[25]、抗性[26-28]、遷地保護[29]等進行了系列研究，而對岷江柏古樹的研究鮮見報道，其種子表型、生理特征如何，是否具有繁殖能力尚未可知。因此，為保護古樹資源、保存珍貴基因、擴大古樹種群數量，以理縣岷江柏古樹種子為研究對象，通過對種子形態(tài)特征、生活力、發(fā)芽指數等指標進行測定，研究岷江柏古樹種子的萌發(fā)特性，探究岷江柏古樹種子活力，為古樹育苗與珍貴基因保護提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2020 年9—10 月，對研究區(qū)域范圍內古樹（見表1 和圖1）種子進行采集。選擇兩年生成熟果，呈綠褐色、鱗片微裂、隱約可見其中褐色種子，利用高枝剪摘果與自然人工承接。采集的球果平鋪于陽光照射、通風干燥的房間內晾曬。種鱗開裂后，木棒敲打球果、脫出種子、風揚去雜，去除干癟、霉變和過小種子。用0.5%的高錳酸鉀消毒30 min 后用蒸餾水洗凈、晾干，裝入網袋中存放于室內陰涼通風處[30]。

圖1 岷江柏古樹Fig.1 Ancient C. chengiana trees

表1 岷江柏古樹種子采集點及古樹信息表Tab.1 Seed collection points and ancient tree information of ancient C. chengiana

1.2 試驗方法

1.2.1 種子形態(tài)特征

每株古樹隨機選取100 粒種子，用游標卡尺測量種子的長度、寬度及厚度，用百分之一天平測量種子百粒重。每株3 個重復，共1 200 粒種子，并以20 樹齡岷江柏300 粒健康種子為對照，采集地點為四川省阿壩藏族羌族自治州金川縣。

1.2.2 種子活力測試

每株古樹挑選外形飽滿的種子30 粒，參考《1996 國際種子檢驗規(guī)程》，開展種子生活力測試。測試方法為氯化三苯基四氮唑（TTC）法，胚、胚乳均染色或胚乳少部分未染色均視為種子有生活力[31]。每株3 個重復，共360 粒種子，并以90 粒健康種子為對照。

1.2.3 溫度處理

2021 年1 月～2 月，在四川省林業(yè)科學研究院沙河堡實驗中心開展不同溫度岷江柏古樹種子萌發(fā)試驗。試驗開始前，將種子用45 ℃的溫水浸泡24 h后，放在鋪有2 層濾紙的培養(yǎng)皿中分別置于15、20、25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱（型號：GZX-250 光照培養(yǎng)箱）中進行萌發(fā)實驗。每個溫度每株古樹選取100 粒種子，每個處理3 個重復，共1 200 粒，并以300 粒健康種子為對照。

1.3 數據統(tǒng)計與分析

當種子胚根長至1 mm 時視為發(fā)芽，每天10:00 觀察并記錄發(fā)芽種子數、始發(fā)芽時間，并將發(fā)芽種子挑出，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數。試驗時間共40 d[25]。

采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和LSD（Least significant difference）檢驗溫度處理對古樹種子形態(tài)特征及萌發(fā)的差異性影響[5]，繪圖采用Excel 2019，指標參數以“平均值±標準誤”表示。

2 結果與分析

2.1 岷江柏古樹種子形態(tài)特征

由圖2 可知，岷江柏古樹種子平均長3.83 mm，寬3.20 mm，厚1.29 mm，百粒重0.25 g，單粒球果中平均種子數42.42 粒。古樹種子長、寬、百粒重均顯著（P＜0.05）低于對照，而種子厚及單粒球果種子數與對照無顯著差異。綜合來看，與對照相比，岷江柏古樹種子小且質量輕。

圖2 岷江柏古樹種子形態(tài)特征Fig.2 Seed morphological characteristics of ancient C. chengiana trees

2.2 岷江柏古樹種子生活力與萌發(fā)特征

2.2.1 岷江柏古樹種子生活力

由圖3 可知，岷江柏古樹種子平均澀粒數為12.83 粒，顯著（P＜0.05）高于對照（6.67 粒）；生活力僅為28.27%，顯著（P＜0.05）低于對照（73.33%）。綜合來看，與對照相比，岷江柏古樹種子生活力顯著降低。

圖3 岷江柏古樹種子生活力Fig.3 Seed viability of ancient C. chengiana trees

2.2.2 岷江柏古樹種子萌發(fā)特征

種子發(fā)芽率是衡量種子質量好壞的重要指標。由圖4 可知，岷江柏古樹種子平均發(fā)芽率為14.59%，始發(fā)芽時間為13.75 d，在35 d 內完成萌發(fā)。根據《林木種子質量分級》（GB 7908—1999）標準，岷江柏古樹種子均未達到Ⅲ級種子標準，發(fā)芽率低于20%。而對照發(fā)芽率為52.50%，平均始發(fā)芽時間7 d，并在23 d 內即完成萌發(fā)，為Ⅰ級種子。綜合來看，與對照相比，岷江柏古樹種子發(fā)芽率低、始發(fā)芽時間及發(fā)芽周期長。

圖4 岷江柏古樹種子萌發(fā)特征Fig.4 Seed germination characteristics of ancient C. chengiana trees

2.3 溫度對岷江柏古樹種子萌發(fā)的影響

2.3.1 溫度對岷江柏古樹種子發(fā)芽率的影響

由圖5（a）可知，20 ℃下550 a 古樹種子發(fā)芽率顯著（P＜0.05）高于其他溫度處理，1 200 a、600 a、350 a 古樹種子在不同溫度下的發(fā)芽率無顯著差異。古樹種子發(fā)芽率均顯著（P＜0.05）低于對照（58.34%），但古樹間發(fā)芽率無顯著差異（見圖5）。20 ℃下，古樹種子發(fā)芽率最高，平均發(fā)芽率為14.58%。350 a古樹種子在各溫度下發(fā)芽情況較好，其次為600 a、1 200 a 古樹。

圖5 溫度對岷江柏古樹種子發(fā)芽的影響Fig.5 Effect of temperature on seed germination of ancient C. chengiana trees

由圖5（b）可知，20 ℃下1200 a、350 a 古樹種子發(fā)芽勢顯著（P＜0.05）高于其他溫度處理，600 a古樹種子發(fā)芽勢在各溫度下差異不顯著，550 a 古樹種子在前10 天均未發(fā)芽。古樹種子發(fā)芽勢均顯著（P＜0.05）低于對照（29.45%），但古樹間發(fā)芽勢無顯著差異（見圖5）。綜合來看，古樹種子發(fā)芽高峰較晚，主要集中在試驗的10 d～15 d，而對照在試驗第8 d 即進入發(fā)芽高峰。20 ℃下，古樹種子發(fā)芽勢最高，平均發(fā)芽勢5.42%；1 200 a 古樹種子發(fā)芽相對更快、更整齊。

由圖5（c）可知，古樹種子在不同溫度下、不同古樹間的發(fā)芽指數均無顯著差異，且均顯著（P＜0.05）低于對照（1.74）（圖5）。綜合來看，20 ℃下，古樹種子發(fā)芽指數最佳，平均發(fā)芽指數0.29。350 a 古樹發(fā)芽情況最佳，其次為600 a、1 200 a古樹。

由圖5（d）可知，25 ℃下550 a 古樹種子始發(fā)芽時間顯著（P＜0.05）縮短，20℃下350a 古樹種子始發(fā)芽時間顯著（P＜0.05）縮短，1 200 a、600 a 古樹種子在不同溫度下的始發(fā)芽時間無顯著差異。古樹種子始發(fā)芽時間均顯著（P＜0.05）長于對照（7 d），各古樹始發(fā)芽時間差異顯著（P＜0.05），由短及長為1 200 a＜600 a＜350 a＜55 0 a（圖5）。綜合來看，25℃下，古樹種子始發(fā)芽時間最短，平均為13.46 d；1 200 a 古樹種子平均始發(fā)芽時間最短，為10.44 d，而550 a 古樹最長，為19.17 d。

3 結論與討論

岷江柏古樹樹齡在350—1200 年生，均為二級及以上古樹，生長在寺廟旁、居民區(qū)和公路旁，立地條件差加之人為干擾嚴重[32]，樹勢差且存在樹皮開裂、部分斷枝的現(xiàn)象。岷江柏古樹種子平均長3.83 mm、寬3.20 mm、厚1.29 mm，百粒重0.25 g，與對照（種子百粒重0.33g）差異顯著；單粒球果中平均種子數42.42 粒，比對照略有增加（見圖2 和圖3）?？赡茈S著樹齡的增加，古樹受到的內、外環(huán)境脅迫逐漸增加[33]，表現(xiàn)出明顯的生理功能衰退[16,34]，其生長勢及繁育能力逐漸下降[35-36]，因而結實量少且種子質量輕，存在大量澀粒和空粒。

岷江柏古樹種子生活力僅為28.27%，平均發(fā)芽率14.59%，與對照（生活力73.33%，發(fā)芽率為52.50%）相比，顯著降低；始發(fā)芽時間（13.75 d）及發(fā)芽周期（35 d）顯著增加（對照7 d，23 d），未達到Ⅲ級種子標準（見圖4）?？赡芤驗楣艠浞N子質量輕，代謝活力降低，小種子內部儲藏的較少的營養(yǎng)物質使其具有較低的發(fā)芽能力和幼苗存活率[17,37]。

不同溫度下，古樹發(fā)芽情況亦無顯著差異；1200年生古樹始發(fā)芽時間顯著低于其他古樹，不同古樹間發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數無顯著差異（見圖5）?？傮w來看，岷江柏古樹種子的較適宜發(fā)芽溫度為20 ℃，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數分別為14.59%、5.42%、0.29（對照51.67%、40.00%、2.10），平均始發(fā)芽時間13.46 d（對照7 d）。種子萌發(fā)受母樹發(fā)育、種子大小、環(huán)境條件等多方面影響[38]，岷江柏古樹的適宜發(fā)芽溫度與理縣4 月的平均氣溫相近，是植物對生境長期適應的結果[25,39-40]。在酶促反應過程和呼吸作用中，適宜的溫度使相應的酶具有較高的活性，種子內部儲存的營養(yǎng)物能迅速成為胚能利用的可溶狀態(tài)，從而促進種子快速萌發(fā)[41]。溫度過低，酶活性降低，物質轉化受阻，發(fā)芽率顯著降低；溫度過高，雖然種子始發(fā)芽時間顯著縮短但芽弱，高溫度導致呼吸高消耗，從而導致有毒物質累積[42]，種子萌發(fā)受阻。350 a 古樹樹齡較小，種子活力高，發(fā)芽率及發(fā)芽指數較高；而1200 a 古樹可能是因為生長海拔較低，植株生長季較長，種子所需的營養(yǎng)生長和發(fā)育時間增加[38]，種子百粒重大，因而發(fā)芽勢較高，始發(fā)芽時間較短。樹齡是影響種子萌發(fā)能力的主要因素[21]，但因樣本數有限，不足以詳細詮釋樹齡對種子萌發(fā)的影響，部分內容將在未來的研究中完善。

古樹的衰老是樹體特征、內部結構及生理功能衰退的綜合表現(xiàn)，岷江柏古樹結實量少、種子質量輕及萌發(fā)能力顯著下降，說明岷江柏古樹的繁育能力有一定程度的下降，但古樹是否已經進入衰老，還需從葉片結構、光合能力、內源激素等方面綜合分析。