不同消毒劑對(duì)木棉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

高雨靈，尹啟令，李天雪，周 甜，楊 蓉，褚洪龍

(1. 曲靖師范學(xué)院 云南高原生物資源保護(hù)與利用研究中心， 云南 曲靖 655011；2. 瑞麗農(nóng)場(chǎng)管理委員會(huì)， 云南 德宏 678600)

木棉(BombaxceibaL.)隸屬錦葵科(Malvaceae)木棉屬(Bombax)，是熱帶、南亞熱帶典型的指示性落葉植物，廣泛分布于亞洲、非洲和澳大利亞[1]，在我國(guó)的云南、貴州、廣西、廣東等省區(qū)亞熱帶地區(qū)均有分布[2]。木棉具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其纖維、木材、花、皮、葉、根、種籽等均可利用，有廣泛的工業(yè)、藥用、食用和觀賞價(jià)值[1,3]。最新研究表明，木棉籽油是良好的生物柴油原料，擁有潛在巨大的能源開發(fā)利用價(jià)值[4]。木棉除了具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外，還具有巨大的生態(tài)學(xué)價(jià)值。據(jù)報(bào)道，木棉是優(yōu)良的市政綠化樹種，能夠降低城市空氣污染[5]。在以干熱為顯著特點(diǎn)的干熱河谷地區(qū)，木棉是當(dāng)?shù)厝郝涞膬?yōu)勢(shì)種或常見種[6]，反映其對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蚓哂辛己玫倪m應(yīng)性，具有優(yōu)良的逆境生存能力[7]。我國(guó)木棉分布的干熱河谷主要位于西南橫斷山區(qū)及其東部毗鄰區(qū)，包括云南、四川、廣西、貴州等地，大部分分布在云南境內(nèi)，尤其是四大江河(元江、怒江、金沙江、瀾滄江)的下部河谷[8]。該地區(qū)光熱資源豐富，氣候炎熱少雨，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)十分脆弱，寒、旱、風(fēng)、蟲、草、火等自然災(zāi)害特別突出，土地石漠化嚴(yán)重[9,10]。在該區(qū)域通過推廣木棉種植可以取得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的有效統(tǒng)一[1,11]。目前，木棉基因組測(cè)序已經(jīng)完成[12]，關(guān)于木棉的相關(guān)研究正在蓬勃發(fā)展[12～15]。

自然條件下，木棉種子霉變率極高，達(dá)到了54.0%[7]。在實(shí)驗(yàn)室中，我們發(fā)現(xiàn)在木棉種子催芽的過程中極易被污染，種子萌發(fā)率和幼苗成活率極低。本研究以木棉種子為材料，在排除外來污染源的條件下探討6種消毒劑對(duì)木棉種子消毒效果、萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在找出適合木棉種子消毒的方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

木棉(B.ceibaL.)種子，采自云南保山怒江壩(N 24°55′31.97″，E 98°52′36.57″)。

用無菌水按照下面濃度配制6種消毒劑(配制器皿高壓高溫滅菌處理)：NaClO(有效氯含量為10%)；H2O2(30%，w/v)；CuSO4(1%，w/v)；HgCl2(0.1%, w/v)；KMnO4(0.3%, w/v)；多菌靈(50%可濕性粉劑500倍液)。

培養(yǎng)基質(zhì)：將瓊脂粉和蒸餾水按照15g∶1L配比加熱融化后配制成水瓊脂，每個(gè)組培瓶加入30 mL水瓊脂，于高壓蒸汽滅菌鍋121℃滅菌30 min。

1.2 消毒處理

超凈工作臺(tái)中，將木棉種子(300粒)用上述消毒液消毒30 min；無菌水清洗3次，每次清洗3 min，清洗后用無菌吸水紙吸干種子表面殘留的無菌水。將消毒后的木棉種子接種到含有30 mL水瓊脂(15 g·L-1)的組培瓶中，每瓶10粒，種子均勻分散于組培瓶中，每個(gè)處理30瓶；以無菌水按上述流程處理的種子作為對(duì)照。置于組培間(22～27℃，光/暗周期為14 h/10h)培養(yǎng)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

培養(yǎng)過程中每24 h觀察、記錄并統(tǒng)計(jì)種子的污染率、萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)。種子萌發(fā)以胚根長(zhǎng)出1 mm為標(biāo)準(zhǔn)。污染率和發(fā)芽率的計(jì)算公式如下：污染率(%)=污染種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)指數(shù)GI=∑(Gt/Dt)(Gt為第t日的萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)日數(shù))。持續(xù)觀察12 d，并在第14天統(tǒng)計(jì)幼苗死亡率，幼苗死亡率(%)=死亡幼苗數(shù)/發(fā)芽種子數(shù)×100%。每個(gè)處理隨機(jī)選取10株幼苗，用直尺測(cè)定株高和主根長(zhǎng)，用電子天平稱量幼苗的鮮重，并計(jì)數(shù)根的分叉數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS19.0(IBM，Chicago，USA)分析，用單因子方差分析(One．Way ANOVA)不同處理間污染率、萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的差異性，用Prism 7.0(GraphPad Software，CA，USA)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同消毒劑的消毒效果

由圖1可以看出隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，木棉種子的污染率也隨之增加，但不同消毒處理間有顯著性差異(P<0.05)(表1)。盡管培養(yǎng)后期，木棉種子污染率都達(dá)到了80%以上，但是1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌靈消毒處理的木棉種子污染率低于對(duì)照組，尤其是培養(yǎng)到第2、3、4天時(shí)，NaClO、KMnO4和對(duì)照組處理木棉種子污染率急劇增加，而1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌靈消毒處理的木棉種子污染率顯著低于對(duì)照組(表1，圖1)。說明1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌靈消毒效果優(yōu)于其他處理。

表1 不同消毒處理木棉種子污染情況方差分析

注：表內(nèi)數(shù)據(jù)表示為：Mean±SD，同一行不同小寫字母表示存在顯著性差異。*： 0.01≤p<0.05；**：0.01≤p<0.001；p<0.001

圖1 不同消毒劑的消毒效果比較

2.2 不同消毒劑對(duì)種子萌發(fā)的影響

不同消毒處理對(duì)種子萌發(fā)率分析表明，HgCl2消毒劑處理的木棉種子萌發(fā)率最高，且在培養(yǎng)第9天后顯著高于對(duì)照和其他處理(圖2)。培養(yǎng)12 d，不同種子消毒處理木棉種子發(fā)芽率由高到低排序分別為：HgCl2>CuSO4>多菌靈>CK=KMnO4>H2O2>NaClO；各處理種子發(fā)芽率分別為：41%，33.3%，32.7%，31%，31%，30%和26.3%。種子發(fā)芽指數(shù)分析表明，HgCl2、CuSO4和多菌靈消毒處理的種子發(fā)芽指數(shù)顯著高于對(duì)照組和其他處理(圖3)。

圖2 不同消毒劑處理木棉種子萌發(fā)率

圖3 不同消毒處理木棉種子發(fā)芽指數(shù)

2.3 不同消毒劑對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

單因素方差分析表明不同消毒劑處理木棉種子對(duì)木棉苗的苗高、株重、根長(zhǎng)和根分叉數(shù)都有顯著性影響(圖4)。與對(duì)照組相比，除HgCl2和KMnO4種子消毒處理的木棉幼苗外，其他消毒劑種子處理木棉苗均顯著低于對(duì)照組木棉苗的株高(圖4)。H2O2種子消毒處理的木棉幼苗根長(zhǎng)、苗重都顯著小于對(duì)照組，其他種子消毒處理的木棉幼苗根長(zhǎng)、苗重與對(duì)照組處理沒有顯著性差異(圖4)。HgCl2和NaClO種子消毒處理的木棉幼苗根的分叉數(shù)顯著高于KMnO4、H2O2和CuSO4幼苗根分叉數(shù)，但各消毒處理木棉幼苗根分叉數(shù)與對(duì)照組沒有顯著性差異(圖4)。

圖4 不同消毒處理木棉苗高、根長(zhǎng)、苗重和根分叉數(shù)單因素方差分析

不同種子消毒處理間木棉苗的死亡率單因素方差分析表明，不同種子消毒處理間木棉苗的死亡率存在顯著性差異。其中HgCl2,、多菌靈處理和對(duì)照組幼苗死亡率顯著低于CuSO4、H2O2、NaClO和KMnO4處理(圖5)。

圖5 不同消毒處理木棉苗的死亡率單因素方差分析

3 討論

大量研究表明，不同物種的種子適用的表面消毒劑不同。李忠光和龔明(2011)用CuSO4、H2O2、NaClO和HgCl2四種化學(xué)消毒劑對(duì)小桐子種子進(jìn)行表面消毒，發(fā)現(xiàn)CuSO4消毒不僅效果好，而且還可以提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和脂肪酶活性[16]。劉曉紅等(2014)分別用1.0% CuSO4、10% NaClO、0.1% KMnO4和1%福爾馬林溶液對(duì)野韭種子進(jìn)行消毒處理，結(jié)果表明，用10% NaClO消毒的種子的發(fā)芽指數(shù)和累積發(fā)芽率最高，而用0.1% KMnO4消毒處理的種子帶菌率最小[17]。周峰等(2009)分別用H2O2、NaClO和HgCl2對(duì)畢氏海蓬子種子進(jìn)行表面消毒，發(fā)現(xiàn)HgCl2消毒效果最好，這與我們的研究結(jié)果一致[18]。但張玉等(2010)用NaClO、HgCl2和H2O2三種不同消毒劑對(duì)飼草菊苣種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明0.1% HgCl2對(duì)普那菊苣生長(zhǎng)抑制作用最明顯，10% H2O2消毒效果最好[19]。梁明勤和臧新(2010)用NaClO和HgCl2對(duì)香椿種子進(jìn)行表面消毒，發(fā)現(xiàn)用HgCl2消毒的種子，其發(fā)芽率僅為9.54%，而用NaClO消毒的種子，其發(fā)芽率高達(dá)81.55%[20]。這可能是不同植物種子對(duì)HgCl2的耐受性不同所致。

我們探討了不同消毒劑對(duì)木棉種子表面消毒效果以及其對(duì)木棉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果顯示不同消毒劑對(duì)木棉種子消毒后其種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)都有顯著性影響。在充分排除外來污染源的條件下，我們發(fā)現(xiàn)木棉種子在培養(yǎng)過程中仍極易遭受雜菌污染(表1，圖1)，這可能是木棉種子自身攜帶的污染源。且有研究表明自然條件下，木棉種子霉變率達(dá)到了54.0%[7]，而我們的試驗(yàn)結(jié)果也表明在培養(yǎng)后期各處理木棉種子污染率都達(dá)到90%以上，這可能是因?yàn)樵跓o菌狀態(tài)下，沒有土壤微生物的競(jìng)爭(zhēng)拮抗作用，木棉種子自身攜帶的微生物更容易增殖生長(zhǎng)[21]。并且我們發(fā)現(xiàn)，木棉種子在萌發(fā)過程中會(huì)分泌大量多糖類物質(zhì)，這為微生物的增殖提供了養(yǎng)料，更加促進(jìn)了雜菌的孳生。盡管在污染狀態(tài)下有些種子仍能夠萌發(fā)，但是木棉幼苗極易死亡(圖5)。不同消毒劑處理木棉種子，能夠顯著影響木棉種子的萌發(fā)率和后期木棉苗的生長(zhǎng)狀況(圖4)。根據(jù)消毒效果看，盡管CuSO4、HgCl2和多菌靈三種處理在培養(yǎng)前期都能夠有效降低木棉種子的污染率(圖1)，提高了木棉種子的發(fā)芽指數(shù)(圖3)，但是CuSO4種子消毒處理的木棉苗死亡率顯著高于對(duì)照組。只有HgCl2種子消毒處理提高了木棉種子的萌發(fā)率，并且幼苗死亡率低于對(duì)照處理。從不同消毒劑對(duì)幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)上看，H2O2種子消毒處理的木棉幼苗根長(zhǎng)、苗重都顯著小于對(duì)照組，HgCl2其他種子消毒處理的木棉幼苗根長(zhǎng)、苗重與對(duì)照組處理沒有顯著性差異(圖4)。與對(duì)照組相比，除HgCl2和KMnO4種子消毒處理的木棉幼苗外，其他消毒劑種子處理木棉苗均顯著低于對(duì)照組木棉苗的株高(圖4)。HgCl2和NaClO種子消毒處理的木棉幼苗根的分叉數(shù)顯著高于KMnO4、H2O2和CuSO4幼苗根分叉數(shù)，但各消毒處理木棉幼苗根分叉數(shù)與對(duì)照組沒有顯著性差異。因此筆者試驗(yàn)認(rèn)為0.1% HgCl2是木棉種子的優(yōu)良消毒劑。