福建山櫻花種子生物學(xué)特性研究

唐 麗 蔣冬月 李因剛 柳新紅

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院， 長沙 410000； 2.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院， 杭州 310023)

種子生物學(xué)特性是指種子的形成及發(fā)育、休眠及調(diào)控、萌發(fā)與繁殖的特點和有關(guān)性狀。種子萌發(fā)是種子生物學(xué)特性研究的重要指標(biāo)，大多數(shù)植物都是通過產(chǎn)生種子進行有性生殖繁衍后代[1]，播種繁殖相比于其他繁殖方式，其后代具有更強的適應(yīng)能力和更廣泛的變異性，有利于抵抗不良環(huán)境。種子的萌發(fā)過程不僅受自身遺傳因素和形態(tài)特征的影響，還受水分、光照、溫度、土壤、化學(xué)物質(zhì)等其他非生物因子和生物因子的調(diào)控[2]。部分植物種子繁殖能力低下，繁殖困難，比如莎草科植物[3]、薔薇屬植物[4]。其種子繁殖的研究具有重要的科學(xué)價值，對植物資源保存具有重要作用。

福建山櫻花(CerasuscampanulataMaxim.)薔薇科李亞科櫻屬落葉小喬木或中小喬木，分布于我國的福建、江西、廣東、廣西、臺灣等省份，日本、越南等地亦有分布[5]。花型似倒鐘，下垂展開，花期冬末春初，是我國開花最早的櫻花。福建山櫻花花色豐富多彩，增加了觀賞性，其生長適應(yīng)性較強，樹形優(yōu)美，是園林綠化配景不可多得的鄉(xiāng)土樹種[2]。因其種子結(jié)實率不高，質(zhì)量差，休眠期長，且易被鳥食，自然環(huán)境下種子很難萌芽成苗，福建山櫻花繁殖技術(shù)的研究多以嫁接、扦插和組織培養(yǎng)為主，生產(chǎn)上較少使用播種繁殖。本試驗研究福建山櫻花種子形態(tài)變異和種子吸水特性，探索不同處理方式下種子的萌發(fā)生長情況，旨在尋找簡單可行的種子發(fā)芽方法，縮短種子萌發(fā)周期，提高其種子成苗率，為福建山櫻花的播種繁殖提供重要的理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用的福建山櫻花種子采自臺灣野生單株，果實成熟收集后剝離果肉，洗凈陰干，保存于4 ℃冰箱。

1.2 試驗方法

1.2.1種子表型特征和千粒重測定

觀察種子的形狀、顏色、色澤及表面狀況，隨機選取飽滿種子100粒，用精確度0.01 mm游標(biāo)卡尺測量長度和寬度，記錄數(shù)據(jù)，并計算其長寬比。

采用百粒法測量種子的千粒重，隨機選取飽滿種子100粒，用分析天平(型號：BSA 224 S)稱重量，重復(fù)3次，每次3組。

1.2.2種子吸水性能測定

實驗前稱量種子干重，放入培養(yǎng)皿，加入蒸餾水，水沒過種子即可。將培養(yǎng)皿置于25 ℃環(huán)境下，每隔2 h拿出稱重，夜晚稱量時長延長至8～10 h。用吸水紙吸去種子表面水分，再稱量其重量，直至相鄰2次測量的值穩(wěn)定。每次實驗隨機選取飽滿櫻花種子50粒，3次重復(fù)。

種子吸水率(%)=[(吸脹后重量-浸泡前重量)/浸泡前重量]×100%

1.2.3交替變溫層積處理

將種子進行變溫層積處理，每天使種子處于4 ℃恒溫箱里14 h，25 ℃溫度下10 h，使之有一個明顯的暖溫低溫交替差異刺激萌發(fā)。在變溫處理第10天、第20天、第30天時，隨機取飽滿種子50粒，放入盛有細(xì)沙的培養(yǎng)皿中，覆細(xì)沙1～2 cm，保持細(xì)沙濕潤，并且用保鮮膜封口保濕，將培養(yǎng)皿置于塑料溫室大棚內(nèi)，每處理3次重復(fù)，觀察每組種子發(fā)芽率并記錄。

1.2.4不同濃度赤霉素(GA3)浸泡處理

配制濃度為500，1 000，1 500，2 000 mg·L-1的赤霉素溶液，分別將50顆種子浸泡，清水作對照，保證種子充分吸取水分后播種，每處理3組重復(fù)。播種后統(tǒng)計種子發(fā)芽率，尋找種子發(fā)芽最適合的赤霉素溶液濃度。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果采用Excle 2007軟件和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和回歸分析，采用Duncan 法進行多重比較，采用Origin 8.5軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)變異分析

福建山櫻花種子為核果，外形卵球形，頂端尖，基部膨大，種臍位于基部尖端。核表面微具不規(guī)則棱紋，黃棕色，無光澤。福建山櫻花種子平均長度為7.84 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.754，平均寬度為5.66 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.593，長寬比為1.39。種子寬度的變異系數(shù)較大，為10.50%，種子長度較為穩(wěn)定，變異系數(shù)為9.60%。福建山櫻花種子的千粒重為108.02 g，9組數(shù)據(jù)的變異系數(shù)為1.20%，沒有明顯的變異趨勢，大致趨于平均，顆粒重量較平均(表1)。

表1 福建山櫻花種子形態(tài)變異

性狀 平均值標(biāo)準(zhǔn)差極大值極小值變異系數(shù)/%長度/mm7.840.7549.876.119.60寬度/mm5.660.5937.344.1610.50長寬比1.390.1441.471.3210.40千粒重/g108.020.129109.59106.531.20

2.2 種子吸水性能

由圖1可知，福建山櫻花種子在0～4 h吸水最快，吸水率為11.37%，達(dá)到總吸水率的47.16%。到了吸水25 h，吸水率為22.18%，基本接近飽和，達(dá)到總吸水率的92.00%。吸水48 h之后，種子達(dá)到完全飽和狀態(tài)，再放入水中重量不再增加，此時吸水率為24.11%。

圖1 福建山櫻花種子吸水性能

2.3 變溫層積處理周期長短對種子萌發(fā)的影響

由圖2可知，當(dāng)變溫處理為0 d，即沒有經(jīng)過變溫層積處理的種子，發(fā)芽率最低，為17.33%。當(dāng)變溫處理周期為30 d時，福建山櫻花的平均發(fā)芽率最高，達(dá)到了52.67%，明顯高于無處理和處理10 d和處理20 d的。

變溫層積處理0 d(即不進行變溫層積處理)的種子發(fā)芽率和處理周期為10 d、20 d、30 d的種子有顯著差異(p<0.05)，但是處理周期為10 d和20 d的組間差異不明顯(p>0.05)。

圖2 變溫層積處理周期長短對種子萌發(fā)的影響

2.4 不同濃度赤霉素(GA3)對種子萌發(fā)的影響

由圖3可知，當(dāng)赤霉素溶液濃度為1 000 mg·L-1時，福建山櫻花種子的成苗率最高，達(dá)到40.33%。當(dāng)赤霉素濃度為0 mg·L-1時，成苗率為17.33%，低于赤霉素濃度為500 mg·L-1和1 500 mg·L-1的組，當(dāng)赤霉素溶液濃度為2 000 mg·L-1時，種子的出苗率最低，僅為8.67%。

注：不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。圖3 不同濃度赤霉素(GA3)處理對種子萌發(fā)的影響

當(dāng)赤霉素濃度為1 000 mg·L-1的成苗率與0 mg·L-1、1 500 mg·L-1、2 000 mg·L-1赤霉素溶液處理時的成苗率有顯著差異(p<0.05)，赤霉素濃度為500 mg·L-1和1 500 mg·L-1的組差異不明顯，赤霉素溶液濃度為0 mg·L-1的處理組與赤霉素濃度為2 000 mg·L-1的處理組無差異。

2.5 回歸分析

由表2可知，以種子進行溫差變化周期長短為橫坐標(biāo)，其發(fā)芽率為縱坐標(biāo)進行回歸分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈線性關(guān)系，達(dá)到顯著水平(p<0.05)，相關(guān)性為0.972(由相關(guān)系數(shù)R2決定)，隨著變溫層積處理時間的增長，種子發(fā)芽率也增長，呈正相關(guān)關(guān)系。

表2 回歸分析

處理回歸曲線方程R2Fp變溫層積處理y=1.180x1+18.7990.97270.7190.014赤霉素溶液處理y=17.590+0.390x2-2.229×10-5x220.8555.8740.145

注：x1：變溫層積處理周期，x2：赤霉素溶液濃度，y：萌發(fā)率。

以赤霉素溶液濃度為橫坐標(biāo)，種子發(fā)芽率為縱坐標(biāo)進行回歸分析，采用二次曲線模型，相關(guān)系數(shù)R2為0.855，最高點橫坐標(biāo)為1 000 mg·L-1。

3 結(jié)論與討論

3.1 種子形態(tài)特征和種子萌發(fā)之間的關(guān)系

種子的形態(tài)特征是種子長期與環(huán)境相互作用的結(jié)果，對種子的萌發(fā)率及熟后傳播方式有影響，楊潔晶等通過對28種植物種子形態(tài)特征進行比較發(fā)現(xiàn)，不同科屬的種子之間重量、性狀之間有較大差異，同時都具有不同的附屬結(jié)構(gòu)，這些差異會對其萌發(fā)和幼苗生長造成影響[6]。福建山櫻花種子為卵球形，流動性能較好，可遠(yuǎn)距離傳播，千粒重為108.02 g。王宇萍等研究表明，冬櫻花種子千粒重為260.00 g[7]；福建山櫻花種子千粒重不到冬櫻花種子的一半，顆粒較小，果實內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量低，所以在播種后要保證養(yǎng)分的供應(yīng)。

水分是制約種子萌芽的重要環(huán)境條件，種子成熟采摘，在貯藏過程中會脫水，只有達(dá)到一定的水分條件，種子才能重新啟動萌芽。種子吸水性能受種仁吸水力和種殼透水性的影響，通過吸水試驗，福建山櫻花種子吸水集中在浸泡的0～4 h，在浸泡的48～50 h達(dá)到吸水飽和，吸水時間較長，但是吸水率僅為24.11%，說明福建山櫻花種子外殼較堅硬，透水性差，在種子萌發(fā)時，厚實的種殼阻礙了種仁對外界水分的吸收獲取，為激素浸泡處理時間提供參考。

3.2 變溫層積處理和種子萌發(fā)之間的關(guān)系

種子萌發(fā)需要一定的外界環(huán)境條件，適宜的溫度條件能促進萌發(fā)。有研究表明，很多物種在恒溫下不能萌發(fā),但是在變溫下卻能獲得較高的萌發(fā)率。這種種子萌發(fā)對變溫的需求在自然界也是一種常見的現(xiàn)象,也是植物調(diào)節(jié)萌發(fā)地點的重要機制[8]。進行變溫層積處理能有效解除種子休眠[9-11]，加快種子內(nèi)部新陳代謝，調(diào)控各種酶的活性，促進細(xì)胞分裂素(CTK)等激素的合成，降低脫落酸(ABA)等激素的含量[12]。陳疏影等對滇重樓種子進行變溫層積實驗后發(fā)現(xiàn)，變溫層積處理后種子內(nèi)部GA含量明顯增高，ABA含量降低，打破種子的休眠[13]。李昭玲等在對中華重樓種子進行變溫層積實驗后發(fā)現(xiàn)，種子呼吸代謝由三羧酸途徑為主轉(zhuǎn)化成由磷酸戊糖途徑為主，打破了種子的休眠[14]。進行變溫層積處理后的福建山櫻花種子萌發(fā)率明顯高于不進行處理的種子，處理周期為30 d的效果好于處理周期為10 d和20 d的，說明變溫層積處理對福建山櫻花種子的萌發(fā)有影響，且處理周期越長，對萌芽率的促進作用越明顯。

3.3 不同濃度赤霉素溶液浸泡和種子萌發(fā)率的關(guān)系

赤霉素(GA3)是植株生長發(fā)育過程中起著重要作用的一種調(diào)節(jié)物質(zhì)，特別在萌發(fā)過程中植物胚根突出階段[15]，已有很多研究證明，赤霉素溶液浸種可以打破種子休眠，消除脫落酸(ABA)等物質(zhì)在種子萌發(fā)過程中的抑制作用，提高種子活力，促進萌芽[16]。孫剛等[17]用赤霉素溶液處理玉米種子后，發(fā)芽率和出苗速度都得到提高。于玲等也表明赤霉素處理能提高紫斑牡丹種子的種子發(fā)芽率，使種子提前發(fā)芽[18]。用不同濃度赤霉素溶液浸泡福建山櫻花種子發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液濃度為1 000 mg·L-1時，種子的成苗率最高，且與其他處理有顯著差異(p<0.05)，回歸曲線是二次曲多項式模型，最高點在1 000 mg·L-1, 當(dāng)濃度介于0 mg·L-1和1 000 mg·L-1時，隨著濃度的增高，發(fā)芽率也提高。當(dāng)赤霉素溶液濃度大于1 000 mg·L-1時，隨著濃度的增高，發(fā)芽率降低。當(dāng)溶液濃度達(dá)到2 000 mg·L-1時，種子發(fā)芽率最低，說明高濃度赤霉素溶液對種子萌發(fā)有抑制作用，這與聶超仁[19]在山櫻花種子的實驗結(jié)果相同。