瀕危植物香果樹種子萌發特性研究

郭連金, 肖志鵬, 殷崇敏, 吳原榕, 胡金平, 劉艷艷, 鐘友春

瀕危植物香果樹種子萌發特性研究

郭連金1,*, 肖志鵬1,2, 殷崇敏1, 吳原榕1, 胡金平1, 劉艷艷1, 鐘友春1

1. 上饒師范學院生命科學學院, 上饒 334001 2. 中南林業科技大學風景園林學院, 長沙 410004

論文研究了瀕危植物香果樹()種子萌發特性。通過室內萌發實驗初步檢測了香果樹種子的休眠, 采用靛藍檢驗法檢測了生活力, 通過室內室外條件的貯藏檢驗了種子壽命, 通過人工氣候箱研究了萌發對溫度、光強條件(9—24 ℃, 500—9000 lx交互)的響應。結果表明: 香果樹果實成熟后, 種子無明顯的休眠, 有生活力種子75.3%±7.9%, 無生活力10.9%±9.2%, 空粒6.5%±1.8%, 澀粒7.4%±6.4%; 貯藏四個月, 室內外貯藏種子萌發率高于78.6%±6.5%, 貯藏八個月, 室外貯藏種子全部失去活力, 貯藏一年, 室內貯藏種子萌發率20.2%±8.3%。無光照時香果樹種子不萌發; 在500—9000 lx處理下, 12—24 ℃香果樹種子最終萌發率均高于90%, 9 ℃下均低于80%。9 ℃時, 光強顯著影響最終萌發率, 500 lx下為33.3%±6.9%, 3000 lx下為70.3%±4.2%。溫度升高, 香果樹種子平均萌發周期縮短, 萌發指數及活力指數上升。在12℃、15 ℃下的2000 lx、3000 lx下平均萌發周期顯著低其他光強處理下, 萌發指數顯著高于其他光強處理。總體上, 12 ℃、15 ℃時, 光強增強, 活力指數在500—3000 lx上升, 在3000—9000 lx間下降。在溫度較高的18 ℃、21 ℃、24 ℃下, 平均萌發周期, 萌發指數, 活力指數受光強的影響明顯弱于12 ℃、15 ℃下。野外香果樹種子萌發期間, 野外環境溫度在12—18 ℃之間，光照強度對香果樹種子萌發有重要影響。合適的光照環境(1000—3000 lx)可能是野外香果樹種子萌發、幼苗建植的關鍵。

瀕危植物; 香果樹; 種子萌發; 種子特性; 環境因子

0 前言

種子萌發受多種因素的影響。瀕危植物毛柄小勾兒茶(var.)和秦嶺冷杉()種子生活力差導致其瀕危[1–2]。望天樹()及閩楠()種子壽命短是其瀕危的重要原因[3–4]。此外, 環境因子對一些瀕危植物種子萌發有重要影響。瀕危植物合柱金蓮木()及瀕危紅樹植物紅欖李()因種子萌發所需溫度范圍十分狹窄致其瀕危[5–6]。

香果樹為我國特有的單屬種植物, 為第四紀冰川期孓遺種, 種群衰退, 瀕臨滅絕, 現為林業部公布的國家珍貴樹種、國家Ⅱ級重點保護植物[7–10]。目前, 對香果樹種子特性已有初步研究, 有研究認為香果樹種子在5 ℃低溫下保存較室溫下的種子壽命更長[11], 20 ℃恒溫有利于香果樹種子萌發[12], 1000 lx光強有利香果樹種子萌發[13]。然而, 對香果樹的種子休眠, 自然(室外)條件下種子壽命, 種子生活力, 以及高于1000 lx的光強條件下香果樹種子的萌發及香果樹種子萌發溫度范圍尚無相關報道。此外, 光照對一些植物種子萌發的影響隨溫度變化而改變[14–16], 目前香果樹種子萌發此方面的尚無相關研究。

因此, 為進一步探究香果樹種子萌發特性, 探討在萌發階段是否存在致危因素, 本文對香果樹種子休眠, 生活力、種子壽命、香果樹種子對環境因子的響應等特性進行研究, 以期探究如下問題: (1)香果樹種子生活力如何, 是否存在休眠現象, 自然貯藏條件下, 種子壽命如何。(2)香果樹種子萌發對溫度、光照的響應, 以及香果樹種子萌發過程中光照與溫度的交互作用。

1 材料和方法

1.1 實驗儀器

對人工氣候箱(杭州錢江儀器設備有限公司, 型號GZP—450)進行加光改造, 在培養箱一側安裝LED燈條(5730型), 黑色卡紙局部遮光以生成不同光強環境。照度計(TES—1332A)實測培養箱內每個處理位置的光強。

武夷山香果樹分布地林下溫度測定采用嘉興米速電子有限公司提供的 WH—2081型手持氣象站。

1.2 供試材料

供試種子2015年11月采自福建省武夷山國家級自然保護區(27°33′—27°54′ N, 117°27′—117°51′ E), 將采集的種子混合均勻, 以干燥牛皮紙袋室溫保存備用。

1.3 實驗方法

種子生活力：2016年4月, 隨機取100?；旌暇鶆虻姆N子, 重復4次。采用靛藍檢驗法[17],

種子休眠：于2015年11月利用人工氣候箱進行萌發實驗, 觀察香果樹種子是否萌發, 以露白為標志, 種子萌發則表明香果樹無明顯休眠實驗環境條件為20 ℃恒溫, 光強1000 lx, 每日照光12 h。實驗處理下3次重復, 每次重復100粒種子, 種子取自混合均勻的種子。

種子壽命：2015年11月開始實驗, 設置室內貯藏及室外貯藏兩種貯藏方式, 室外貯藏將種子置于干燥不積水的林內空地, 種子以無紡布包裹避免動物取食或種子散落, 2015年12月, 2016年4月, 2016年8月, 2016年12月分別取回種子, 并在20 ℃, 1000 lx人工氣候箱中進行種子萌發實驗觀察種子最終萌發率, 每個處理50粒種子, 重復3次。于肉眼下人工篩選大而飽滿的香果樹種子作為供試種子。

種子萌發：于2016年4月上旬進行實驗。利用加光改造后的人工氣候箱, 設置六個恒溫條件: 9 ℃、12 ℃、15 ℃、18 ℃、21 ℃、24 ℃, 在其中每個溫度條件下各設置八個光強條件9000 lx、7000 lx、5000 lx、3000 lx、2000 lx、1000 lx、500 lx及黑暗條件。照光處理下每日定時照光12 h。于肉眼下人工篩選大而飽滿的香果樹種子作為供試種子, 置于裝有加墊雙層濾紙的培養皿內, 每日定時觀察, 并更換培養皿中的蒸餾水, 使種子始終保持濕潤狀態。每個處理3個重復, 每個重復30粒種子。實驗開始后每日記錄種子萌發情況, 萌發以露白為標志。胚根長度以電子游標卡尺(精度0.01mm)進行測量, 每種處理下三次重復。自種子停止萌發5 d后結束實驗。

1.4 數據處理與統計分析方法

(1)最終萌發率(Final germination):=萌發種子數量/試驗用種子數量100%

(2)平均萌發周期(Mean period of final germina-tion):()

(3)萌發指數(Germination index):()

(4)活力指數(Vigor index):()

為第天發芽數,為發芽的天數,為幼苗的胚根長。

采用方差分析(ANOVA)和LSD多重檢驗(< 0.05)方法對不同處理下的種子萌發參數進行分析, origin 9.0進行作圖, SPSS 12.0進行顯著性分析(SPSS Inc. Chicago, Illinois, USA)。

2 結果與分析

2.1 種子特性檢測

生活力測定結果: 有生活力香果樹種子占香果樹種子總數為75.3%±7.9%, 無生活力種子占10.9%± 9.2%, 空粒種子占6.5%±1.8%, 澀粒種子占7.4%±6.4%。

休眠實驗表明, 香果樹果實成熟后(外果皮呈褐色), 其種子在20 ℃恒溫,每日12小時1000 lx光強條件下即可萌發, 最終萌發率為80.3%±8.1%, 即香果樹的果實成熟后, 種子不具明顯的休眠現象。

圖1為香果樹種子在兩種貯藏方式(室內及室外)下隨貯藏時間增加的最終萌發率, 即香果樹種子的壽命。由圖1可知, 實驗開始時(未貯藏處理時)香果樹種子萌發率達到93.2%±5.2%及96.4%±3.2%, 貯藏四個月后, 香果樹種子萌發率下降, 但兩種貯藏方式下最終萌發率無顯著差異, 室內、室外分別為78.6%±6.5%, 86.2%±12.1%; 貯藏八個月時, 處理間差異顯著, 室外貯藏種子全部失去活力, 室內貯藏種子33.4%±5.4%的種子萌發, 貯藏一年時, 室內貯藏種子萌發率為20.2%±8.3%。

2.2 種子萌發實驗

2.2.1 最終萌發率

無光照時香果樹種子在所有實驗溫度下均不能萌發。

圖2—A為不同溫度、光強條件共同作用下香果樹種子的最終萌發率。由圖知, 9 ℃處理下最終萌發率均低于80%, 12—24 ℃處理下, 最終萌發率均高于90%。9 ℃時, 光照強度顯著影響最終萌發率(<0.05), 最終萌發率隨光強在500—3000 lx的升高而迅速升高, 3000—9000 lx間隨光強升高而緩慢升高, 500 lx下為33.3%±6.9%, 3000 lx為70.3%±4.2%, 9000 lx下為75.6%±6.9%。

2.2.2 平均萌發周期

圖2—B為不同溫度、光強條件共同作用下香果樹種子的平均萌發周期。隨溫度升高, 平均萌發周期縮短, 總體上, 光強增加, 平均萌發周期縮短。9 ℃、12 ℃、15 ℃下, 香果樹種子平均萌發周期在2000 lx及3000 lx下平均萌發周期縮短明顯。12℃和15 ℃下的2000 lx、3000 lx光強處理下, 香果樹種子平均萌發周期顯著同溫度其他光強處理(<0.05)。

注: 同一時間香果樹種子萌發率標注有不同字母, 表示萌發率之間在0.05水平差異顯著。

Figure 1 The effect of the storage method on the seed longevity of

所有處理下的平均萌發周期中, 9 ℃和500 lx下最長, 為(18.3±0.05) d, 24 ℃和9000 lx下最短, 為(5.71± 0.42) d; 12 ℃的各光強處理下, 2000 lx下最短, 為(10.3± 0.03) d, 500 lx下最長, 為(14.45±0.05) d; 15 ℃的各光強處理下, 3000 lx下最短, 為(8±0.07) d, 500 lx下最長, 為(11.1±0.05) d。18 ℃的各光強處理下, 2000 lx下最短, 為(7.11±0.03) d, 500 lx下最長, 為(8.68±0.05) d。

2.2.3 萌發指數

圖2—C為不同溫度、光強條件共同作用下香果樹種子的萌發指數。由圖知, 9 ℃—24 ℃間, 隨溫度升高, 香果樹種子萌發指數升高?？傮w上光強增強, 萌發指數上升, 9 ℃—18℃間, 萌發指數在2000 lx及3000 lx處理下上升明顯; 溫度12℃、15℃和光照2000 lx、3000 lx條件下, 香果樹種子萌發指數顯著高于同溫度其他光強處理(<0.05)。

2.2.4 活力指數

圖2—D為不同溫度、光強條件共同作用下香果樹種子萌發幼苗的活力指數。由圖知, 9 ℃時活力指數接近于0(實驗中觀測到9 ℃時香果樹種子僅露白)。12—24 ℃間隨溫度升高, 活力指數上升?？傮w上, 12 ℃、15 ℃時, 活力指數隨光強在500 lx—3000 lx間升高而上升, 在3000 lx—9000 lx間隨光強升高而下降。12 ℃、15 ℃下同一光強(在2000 lx、3000 lx、5000 lx下)對活力指數的影響明顯, 較18 ℃、21 ℃、24下有明顯不同。

注: 同一溫度下香果樹種子萌發率標注有不同字母, 表示萌發率之間在0.05水平差異顯著; 2—A.香果樹種子最終萌發率; 2—B.香果樹種子平均萌發周期; 2—C.香果樹種子萌發指數; 2—D.香果樹種子活力指數。

Figure 2 Response of seed germination ofto light and temperature

圖3 2016年3—4月武夷山香果樹分布地林下溫度

Figure 3 Environmental temperature of the distribution area ofin Wuyi mountain from march to April 2016

3 討論

種子休眠有利于種子避免在不合適的時間地點萌發[18], 本研究表明, 香果樹種子不具有明顯的休眠特性。野外條件下香果樹種子在4月大量發現萌發[19–20], 但室外貯藏四個月后(即野外香果樹種子萌發時間), 室內室外香果樹種子萌發率無顯著差異, 并達到78.6%±6.5%以上, 說明香果樹種子無明顯休眠及種子壽命不是限制香果樹萌發的原因。秦嶺冷杉種子生活力僅為25%左右, 致其瀕危[2], 香果樹果實成熟后, 其種子生活力達75.3%±7.9%, 生活力不是其瀕危的原因。9 ℃情況下, 香果樹種子最終萌發率可達到70 %以上, 9 ℃—24 ℃間香果樹種子最終萌發率均大于90%(圖3)。香果樹種子萌發溫度范圍較大, 最終萌發率高, 表明萌發溫度范圍狹窄不是其種群更新的主要限制因素。

本研究中, 3000 lx下平均萌發周期與500 lx下相比, 在12 ℃、15 ℃分別可提前4.06 d、3.10 d(圖2—B)。3000 lx下的萌發指數與500 lx下的萌發指數的比值, 在12 ℃、15 ℃, 分別為1.68、1.37(圖2—C)。3000 lx下活力指數與500 lx下活力指數的比值在12 ℃、15 ℃分別為7.27、1.82(圖2—D)。12 ℃、15 ℃下光強對香果樹種子萌發有重要影響。野外調查中發現, 香果樹種子在其飄落次年四月開始萌發[19–20]。圖3為2016年3—4月武夷山香果樹分布地林下溫度, 由圖知, 四月時環境溫度在基本穩定在12—18℃間(圖3)。

根據室內萌發實驗的結果, 此時光強對香果樹種子的萌發有較大影響, 處于適宜光強條件下的香果樹種子能夠快速萌發并快速完成幼苗建立, 香果樹種子小, 種子貯藏的營養物質少, 合適的光照環境(1000 lx—3000 lx)可能是野外香果樹種種子萌發并建植的關鍵。對香果樹土壤種子庫的研究表明, 香果樹種子多數散落于枯落物中[21]。這導致多數香果樹種子缺少合適的光照環境, 可能是香果樹種群衰退的一個原因。

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The research on characteristics of seed germination of endangered plant

GUO Lianjin1,*, XIAO Zhipeng1,2, YIN Chongmin1, WU Yuanrong1, Hu Jinping1, LIU Yanyan1, ZHONG Youhun1

1.College of Life Science, Shangrao Normal University, Shangrao 334001, China 2. College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China

This work aimed to investigate the seed germination characteristics of the endangered plant. The seed dormancy ofwas preliminarily characterized via a germination experiment in the laboratory. Seed viability was determined through the indigo test. Seed longevity during storage under indoor and outdoor conditions was tested, and the response of seed germination to temperature and light intensity (9 ℃-24 ℃, 500-9000 lx interaction) was studied by applying an artificial climate box. Results showed that the seeds ofdid not undergo significant dormancy after fruit ripening. Viable, nonliving, empty, and abortive seeds accounted for 75.3% ± 7.9%, 10.9% ± 9.2%, 6.5% ± 1.8%, and 7.4% ± 6.4% of the total number of seeds. After 4 months of storage, the seed germination rate was higher than 78.6% ± 6.5% regardless of whether the seeds were stored indoors or outdoors. After 8 months of storage, all the seeds stored under outdoor conditions lost their vitality. The germination rate under indoor storage for 1 year was 20.2% ± 8.3%. The seeds ofdid not germinate in the absence of light. Under 500-9000 lx treatment, the final seed germination rate ofat 12 ℃ –24 ℃ was higher than 90% and that at 9 ℃ was less than 80%. At 9 ℃, light intensity significantly affected the final germination rate, which was 33.3% ± 6.9% under 500 lx and 70.3% ± 4.2% under 3000 lx. With the increase in temperature, the mean period of final germination was shortened, and seed germination and vigor indexes increased. At 12 ℃ and 15 ℃, the mean period of final germination was significantly reduced under 2000 and 3000 lx. However, the germination index was significantly reduced under other light intensities. In general, at 12 ℃ and 15 ℃ and as the light intensity was increased, the vigor index increased when the light intensity was within the range of 500-3000 lx and decreased when the light intensity was within the range of 3000-9000 lx. The average final germination period, germination index, and vigor index at 18 ℃, 21 ℃, and 24 ℃ were significantly lower than those at 12 ℃ and 15 ℃. Light intensity had an important influence on the seed germination ofwhen the ambient temperature was between 12 ℃ and 18 ℃. A suitable light environment (1000-3000 lx) may be the key to seed germination and seedling establishment ofin the wild.

endangered plant,seed germination, seed characteristics, environmental factors

郭連金, 肖志鵬, 殷崇敏, 等. 瀕危植物香果樹種子萌發特性研究[J]. 生態科學, 2021, 40(4): 13–18.

GUO Lianjin, XIAO Zhipeng, YIN Chongmin, et al. The research on characteristics of seed germination of endangered plant[J]. Ecological Science, 2021, 40(4): 13–18.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.002

Q948.11

A

1008-8873(2021)04-013-06

2020-01-03;

2020-03-02

國家自然科學基金項目(32060336); 國家自然科學基金項目(31860200); 國家級大學生創新訓練計劃項目(201610416003)

郭連金(1976—), 男, 山東濱州人，碩士，教授, 主要從事植物生態學和生物多樣性研究, E-mail: guolianjin@163.com

郭連金