瀕危樹種極東錦雞兒(Caragana fruticosa)種子的萌發特性

楊 玲，翟曉杰，沈海龍

(東北林業大學林木遺傳育種國家重點實驗室，哈爾濱150040)

錦雞兒 (Caragana spp.)根系強大，耐沙埋，耐寒，耐干旱，在防風固沙、退耕還草、促進生態平衡方面具有重要作用［1-2］。同時，錦雞兒具有飼用、綠肥、蜜源、藥用、木質纖維等豐富的資源價值［3］。極東錦雞兒 ［Caragana fruticosa(Pall.)Besser.］是豆科 (Leguminosae)錦雞兒屬 (Caragana)多年生落葉小灌木［4］，在我國主要分布于黑龍江省尚志縣帽兒山山頂，是黑龍江省特有種［5］。極東錦雞兒數量稀少，呈不規則小塊狀分布于帽兒山山頂約200 m2平臺四周及山頂南部坡度緩巖石裸露處，在山頂峭壁下也偶可觀察到單株分布，分布范圍狹小，已處于滅絕邊緣［5］。因此，建立極東錦雞兒苗木的擴繁方法以保護其種質資源、促進和改善其繁育和苗木培育現狀成為亟待解決的問題。

錦雞兒可以通過種子［6-10］、扦插［11］、根孽［12］和組織培養［13-16］來繁殖。最容易、最常用的繁殖方法仍是通過種子進行繁殖。人們在錦雞兒種子萌發和苗木培育方法上積累了一定的經驗。如對白皮錦雞兒(C.leucophloea)、草原錦雞兒(C.pumila)和刺葉錦雞兒(C.acanthophylla)種子啟動萌發所需最低土壤水分含量的研究［10］，對小葉錦雞兒(C.microphylia)種子大小變異對種子萌發率和幼苗生長影響的研究［9］，對小葉錦雞兒1a生播種苗生長規律的研究［6］以及對中間錦雞兒(C.intermedia)種子成熟后采摘時期和種子產量的研究［17］等。目前，尚未見到關于極東錦雞兒種子萌發和出苗影響的系統報道。本文以分布于黑龍江省帽兒山頂的天然極東錦雞兒為研究對象，研究其種子物理性狀和不同溫度條件對其種子萌發和幼苗生長的影響，旨在為建立極東錦雞兒播種育苗技術和確定合理播種期提供科學依據，為改善極東錦雞兒苗木培育狀況、實現極東錦雞兒種質資源保存和合理開發利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料采集與處理

種子取自黑龍江省尚志市帽兒山山頂極東錦雞兒天然居群。2010年8月中旬采集成熟種莢，于室內通風處陰干，待種莢裂開后去雜質，收集種子，于4℃下密封儲存。

1.2 種莢結實率和種子形態特征調查

種子顏色、形狀通過目測觀察進行描述;種子大小用游標卡尺抽樣測量，取30粒種子測量種子的長、寬、厚。選取500枚種莢統計種莢內種子數和有蟲的種子數，進而計算出種莢結實率和種子蟲害率。

1.3 種子含水量和千粒重的測定

種子含水量用105℃恒重法 (標準法)測定，重復測定3次，每次50粒種子。計算公式為:

種子千粒重用百粒法測定，重復測定3次。從純凈種子中，隨機選取100粒種子為1組，共取8組，即為8個重復，計算平均值、標準差及變異系數，得出種子千粒重，單位為克。

1.4 種子生活力和吸水量測定

種子生活力測定用TTC染色法進行，設3次重復，每次50粒種子。種子于25℃下在蒸餾水中浸泡24 h，用醫用解剖刀沿種子的縱軸切開，在25℃下0.1%TTC溶液中染色24 h。以70%面積被染成紅色的種子為有活力的種子，計算有活力種子占總試驗種子數的百分比。計算公式為:

種子吸水量測定采用羅靖德等 (2010)方法［18］，選取100粒種子用蒸餾水浸沒，重復3次，放在25℃恒溫箱中保溫。每隔1 h取出種子，吸干種子表面浮水稱重，直至恒重。計算種子吸水量。計算公式為:

1.5 種子萌發測驗

種子在室溫下自來水中沖泡3 d。選取籽粒飽滿、質地均勻的種子，用0.3%KMnO4溶液消毒15 min，后用清水沖洗干凈。每30粒種子置于鋪有2層濕潤濾紙的培養皿內，在光照、不同溫度條件下進行種子萌發試驗，每處理4個重復。溫度設置為15℃、20℃、25℃和30℃4種溫度梯度。每天12 h光照 (光照強度為100μmol·m-2·s-1)，12 h黑暗。保持培養皿內濕潤和通氣。每天觀測記錄種子的發芽情況，當胚根長度達到與種子等長、胚芽長度達到種子一半時，作為種子萌發標準。以發芽率和發芽勢為指標，在發芽種子數達到高峰時計算發芽勢，在發芽末期連續5 d發芽粒數平均不足供試種子總數的1%時計算發芽率。發芽率和發芽勢計算公式如下:

1.6 幼苗生長測量

發芽試驗結束后，分別選取萌發一致的種子置于鋪有兩張濾紙的柱形玻璃管中 (1.0 cm ×9.5 cm)，在氣候箱中培養 (溫度為25℃和30℃2個溫度梯度，光照條件同1.5)，定時補充蒸餾水。每個處理10株幼苗，重復3次，10 d后記錄幼苗的苗高、胚根長和生物量。

1.7 數據處理和統計分析

表格和圖中數據均為各重復處理的平均數±標準差。百分比數據在統計分析前進行了反正弦平方根轉換。應用Excel 2003軟件進行數據處理，應用SigmaPlot 10.0軟件對數據進行作圖，用SPSS17.0軟件對數據進行方差分析和多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 種子物理性狀觀測

極東錦雞兒種子呈腎形，少數為圓形，顏色有黃色、黃褐色和褐色，種皮革質，光滑，多數表面具紅褐色花紋。種子大小及其變異系數見表1。極東錦雞兒種子長、寬、厚存在一定變異。其中種子長/寬的變異系數最大，其次是種子厚度變異系數，種子長和寬的變異系數相近，均稍大于10%。種子結實率不高，平均每枚種莢結1.43粒種子。種子受蟲害嚴重，種子蟲害率達25.6%。成熟種子含水量為6.6%，千粒重為18.6 g。TTC染色法測定種子生活力為94%，說明極東錦雞兒種子發育良好，4℃低溫儲存可以保持種子生活力。

表1 極東錦雞兒種子大小及其變異系數Tab.1 The size and variation coefficient of Caragana fruticosa seeds

25℃下，極東錦雞兒種子的吸脹速度在1～2 h內最快，吸脹4 h后種子的吸水量基本達到飽和，如圖1所示。種子最終吸水量達到53%左右。說明極東錦雞兒種皮透水性良好，在水分充足時種子能迅速吸水為萌發做準備。方差分析結果表明，不同吸脹時間的種子吸水量差異極顯著 (P=0.000 1)。不同吸脹時間下的種子吸水量多重比較結果如圖1所示。

2.2 溫度對極東錦雞兒種子萌發的影響

2.2.1 溫度對極東錦雞兒種子發芽率的影響

極東錦雞兒種子在恒溫15℃、20℃、25℃和30℃條件下的發芽情況如圖2所示。不同發芽溫度對種子發芽率和發芽勢影響的多重比較結果如圖3所示。不同溫度條件對種子發芽率具有極顯著影響(P=0.000 1)。種子在置床后第四天開始萌發，在第十一天以后基本平穩。在4種溫度梯度中，25℃條件下種子的發芽率最高，為38.33%。隨著溫度的升高或降低，種子發芽率降低。多重比較結果表明，30℃種子發芽率 (31.67%)與25℃種子發芽率相比差異不顯著;20℃條件下種子發芽率 (3.33%)與30℃、25℃相比差異極顯著;15℃條件下種子發芽率最低 (0.83%)，與20℃相比差異不顯著，但與30℃、25℃相比差異極顯著，如圖3所示。

圖1 25℃下極東錦雞兒種子吸水量曲線圖Fig.1 The seed soakage curve of Caragana fruticosa at 25℃(Values represented the mean and standard error，means within a data point followed by different lowercase letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

圖2 發芽溫度對極東錦雞兒種子萌發的影響Fig.2 Effects of temperatures on seeds germination of Caragana Fruticosa

2.2.2 溫度對極東錦雞兒種子發芽勢的影響

極東錦雞兒種子在恒溫15℃、20℃、25℃、30℃條件下種子發芽勢及其多重比較結果如圖3所示。不同溫度條件對種子發芽勢具有顯著的影響(P=0.03)。發芽試驗的第八天時，25℃條件下種子發芽勢為 16.67%，達到最大發芽率的43.49%;30℃條件下種子發芽勢為17.50%，為最大發芽率的55.26%;20℃條件下種子發芽勢為1.67%，為最大發芽率的50.15%;15℃條件下，種子發芽勢最低，為0.83%，此后種子發芽數量沒再增加。不同溫度下的種子發芽勢均在發芽試驗的第八天達到50%以上，說明發芽試驗的第八天是計算極東錦雞兒種子發芽勢的適宜時期。多重比較結果表明，30℃條件下種子發芽勢與25℃、20℃的相比差異均不顯著，但與15℃的相比差異顯著。25℃條件下種子發芽勢與20℃、15℃相比差異均為顯著，15℃條件下種子發芽勢與20℃相比差異不顯著，如圖3所示。

圖3 極東錦雞兒種子發芽率和發芽勢的多重比較Fig.3 Multiple comparison of germination percentage and germination energy of Caragana fruticosa seeds.(Means within a data point of germination energy followed by different lowercase letters are significantly different from each other at P=0.05 level of significance，and the means within a data point of germination percentage followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

2.3 溫度對極東錦雞兒幼苗生長的影響

2.3.1 溫度對極東錦雞兒幼苗高度的影響

2種不同溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗高度及其多重比較結果如圖4所示。方差分析結果表明，不同溫度條件對極東錦雞兒幼苗高度的影響極顯著 (P=0.001)。萌發后培養10 d時，30℃條件下極東錦雞兒幼苗高度僅為0.98 cm，而25℃條件下幼苗高度為3.4 cm，是30℃條件下的3.5倍。

2.3.2 溫度對極東錦雞兒幼苗胚根長的影響

2種不同溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗胚根長度及其多重比較結果如圖5所示。方差分析結果表明，不同溫度條件對極東錦雞兒幼苗胚根長的影響極顯著 (P=0.004)。萌發后培養10 d時，30℃條件下的幼苗胚根長僅為1.76 cm，而25℃條件下的幼苗胚根長為3.1 cm，是30℃條件下的1.8倍。

2.3.3 溫度對極東錦雞兒幼苗生物量的影響

2種溫度 (25℃和30℃)條件下極東錦雞兒幼苗生物量及其多重比較結果如圖6所示。方差分析結果表明，不同溫度條件對極東錦雞兒幼苗生物量的影響不顯著 (P=0.25)。萌發后培養10 d時，30℃條件下的幼苗生物量為0.16 g，而25℃條件下的極東錦雞兒幼苗生物量為0.07 g，30℃條件下的幼苗鮮重是25℃條件下的2.3倍。說明較高的溫度有利于極東錦雞兒幼苗生物量的增加。

圖4 溫度對極東錦雞兒幼苗高度的影響Fig.4 Effects of temperatures on height of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of seedling height followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

圖5 溫度對極東錦雞兒幼苗根胚根長度的影響Fig.5 Effects of temperatures on seedling length of Caragana fruticosa.(Means within a data point of radicle length followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

3 討論

危害錦雞兒樹種的害蟲種類很多［19］。多數害蟲在植株開花時將卵產在果實子房內或子房上，蟲卵在種子內部發育，并蠶食、危害種子［17］。極東錦雞兒未成熟種莢表面無明顯的蟲子侵入孔，而在成熟種子表面有羽化孔，推測是在開花期害蟲產下蟲卵，幼蟲在種子內部發育變成成蟲，羽化后咬破種皮和種莢飛出導致的。極東錦雞兒種子的蟲害率達到1/4，嚴重影響了種子產量和實生苗數量。

圖6 溫度對極東錦雞兒幼苗生物量的影響Fig.6 Effects of temperatures on total biomass of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of biomass followed by same capital letters are not significantly different from each other at P=0.05 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

植物種子大小變異既受物種自身內部遺傳基因的控制，又受外在變化的環境因素的影響［20］，同時種實在植株上的位置也對種子大小有一定影響［21］。種子大小對植物早期生長發育影響很大，主要表現在種子萌發率［22-23］、幼苗出土深度［24-25］、幼苗大小［26-27］和幼苗競爭能力［22，28］等方面。極東錦雞兒種子千粒重為18.6 g，屬于小粒種子。種子較小的物種比較大種子物種對光照的需求更大，但是在受到高溫脅迫時，較小種子物種比較大種子物種具有更大的萌發能力和抵抗脅迫的能力［29］。極東錦雞兒種子表型存在變異，這種差異對于極東錦雞兒適應環境繁衍后代具有積極的意義。自然群體中保持大的變異貯存對群體是有利的，群體內多種基因型所對應的表型范圍很多，從而使群體在整體上適應可能遇到的大多數環境條件［30］。

植物對生境的適應與否主要表現在種子的萌發速度上［31］。極東錦雞兒種子萌發從開始到結束需要10 d時間。在試驗過程中極東錦雞兒除個別種子腐爛外，多數種子在短時間內能萌發，這是植物為物種延續和進一步的地域擴張而形成的大部分種子在適宜條件下萌發，以提高幼苗定植幾率的一種生態適應。但在帽兒山山頂的惡劣生存環境下，這種生態適應增加了極東錦雞兒實生幼苗在后續干旱少雨氣候中死亡的風險，這也許是極東錦雞兒在帽兒山山頂群落中少有實生苗的原因之一。

光照和溫度對植物種子萌發具有重要的作用［32-33］。對于不同的植物來說，種子萌發的最適溫度不同［32-35］。在不同的溫度條件下，極東錦雞兒種子萌發進程差異較大。不同的溫度條件對最終的發芽率和發芽勢具有顯著的影響。本研究結果表明，25℃條件更適合極東錦雞兒種子的萌發，其發芽率和發芽勢最高。發芽勢可以作為指示種子發芽整齊度和發芽速度的指標，一般以整個發芽實驗進程的1/3或1/2時間點作為發芽勢的統計時期。本研究結果表明，在發芽試驗的第八天，不同溫度條件下的種子發芽率基本達到種子最大發芽率的50%。說明發芽試驗的第八天是計算極東錦雞兒種子發芽勢的適宜時期。

溫度影響種子萌發后的幼苗的生長發育［35-36］。本研究結果表明，不同溫度條件對幼苗高度和胚根長度影響差異極顯著，但對總生物量的積累影響不顯著。25℃時極東錦雞兒的幼苗高度和胚根生長量分別與30℃時的差異達到極顯著水平，但生物量的積累與30℃相比無顯著差異。因此，在直播培育極東錦雞兒苗木時，除了需要有適當的光照和濕度條件，建議首選25℃溫度條件進行播種育苗。

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