不同處理方法對海南紅豆種子萌發及幼苗生長的影響

曹小林， 郝清玉

(熱帶島嶼生態學教育部重點實驗室，海南省熱帶動植物生態學重點實驗室，海南師范大學生命科學學院， 海口 571158)

Hainan island

種子萌發是指種子從初始狀態向生長發育階段轉變的一個時期，形態上表現為胚根、胚芽突破種皮并不斷向外伸長，發育成新個體的過程[1]。種子萌發和成功出苗是植物實現天然更新的關鍵因素，也是植物育苗和植被恢復的重要前提，因此，種子萌發具有重要的經濟和生態意義[2]。種子萌發除受到機械損傷、病害、水分脅迫等因素的影響之外，還受外界環境，如水分、溫度、光照、土壤酸堿度、土壤鹽分、化學物質、埋深和各種生物因子的綜合影響[3]。種子萌發也被認為是植物生活史中最重要的階段，同時也是最薄弱的一個階段[2]。

海南紅豆(Ormosiapinnata(Lour.)Merr.)屬蝶形花科常綠喬木，主要分布在中國海南、廣東、廣西，泰國和越南也有分布[4]。海南紅豆用途十分廣泛，是園林綠化的理想樹種[5]，也是華南丘陵荒坡及礦山植被恢復中常被選用的先鋒樹種之一[6-7]。海南紅豆在礦山植被恢復中，五年生平均高度達到6.13 m，基徑達11.35 cm，冠幅達3.93 cm，可謂速生樹種[6]。海南紅豆幼樹的根系發展也較快，且6個月時根部長出根瘤，且根瘤數隨著樹木生長而不斷增加[8]，因此海南紅豆屬于固氮植物，具有改良土壤的作用。海南紅豆為陽性樹種，但幼樹能耐一定的庇蔭，生長適應性強，耐貧瘠的土壤[9]。綜上所述，海南紅豆幼樹具有生長快、耐陰，對土壤的適應能力較強，具有較強的抗風性能，根系固氮、耐土壤貧瘠[8]等優良特性，因此具備海南島海防林混交樹種的潛力。野外調查發現，海南紅豆母樹種子產量很高，但周圍未見明顯的海南紅豆幼苗、幼樹天然更新跡象。另外，已有研究表明，其種子從樹上自然掉地后，不萌發易喪失活力[10]。為了探究海南紅豆在自然條件下天然更新困難的原因，有必要對種子的萌發特性進行深入研究。

目前有關海南紅豆的研究主要集中在幼苗光合特性[11]、氣孔導度的日變化[7]，氣體交換參數[12]、育苗培育[4]、生物學特性[8]等方面，對種子萌發影響因素的研究很少。因此，本文通過設計正交試驗，研究種皮、基質、光照、水分等四個因素對海南紅豆種子萌發和幼苗生長的影響，以便進一步了解海南紅豆種子的萌發特性，提高海南紅豆種子萌發率，為未來海南島防護林樹種篩選提供一定的理論依據。

1 研究地區及研究方法

1.1 研究區概況

種子萌發及幼苗生長試驗地位于海南省海口市海南師范大學生態園大棚(110°20′17″E，19°59′52″N)。該地區屬于熱帶季風氣候，年平均氣溫24.3 ℃，極端最高溫度為34 ℃，極端最低溫度為16 ℃。1月份平均氣溫為18 ℃，7月份平均氣溫為28 ℃，年平均降雨量為2 067 mm,年均蒸發量為1 834 mm。

1.2 試驗材料

2019年11月30日在海南日月灣附近的天然海防林采摘種子，采集的種子帶回實驗室經過人工去除枯枝處理，放置在實驗室陰干。播種時間為2019年12月4日，試驗選取飽滿程度一致的種子。試驗用土取自海口后尾村附近木麻黃海防林的沙土及木麻黃半分解凋落物。

1.3 試驗設計

試驗在海南師范大學生態園大棚進行，采用4因素、2水平的正交設計，其中4因素分別為：光照、水分、基質和種皮處理，每個因素設2個水平，水平設置詳見表1。有、無種皮處理各設計一個3因素、2水平、3個重復的正交設計，選用L8(27)正交表，每個正交設計共8個試驗組合，每個處理組合10粒種子，2組正交設計共計播種48盆。試驗用的塑料花盆高為8.5 cm,上口直徑為14.5 cm。播種后澆透水，然后按照表1的設計進行定期澆水。本試驗主要通過生態園育苗大棚的受控試驗模擬種子在木麻黃林下的萌發及生長情況。光照處理分為全光照和半遮光，其中全光照與林窗光照類似，而半遮光則與林冠下光照類似，其目的主要是為了模擬種子在林窗和林冠下不同的光照條件；水分設置不同澆水頻度，主要探究種子在萌發和生長階段的抗旱性；基質選擇木麻黃林地的沙土和林地沙土與木麻黃半分解凋落物混合土(以下簡稱半凋)，主要分析種子對木麻黃沙土和木麻黃凋落物土壤的適應性能；種皮處理主要分析種皮其對種子萌發產生的抑制程度。

表1 海南紅豆種子萌發正交試驗因素及水平

1.4 測定的指標

種子萌發期間每天記錄種子發芽數。種子萌發以種子突破種皮并破土視為種子萌發。種子萌發結束之后，于2020年7月23日測量并記錄幼苗的株高及基徑。

發芽率(%)=(N1/N)×100%，其中：N1為供試種子發芽粒數，N為供試種子總粒數。

平均發芽速度(d)=∑(D×n)/∑n，其中：平均發芽速度，即種子發芽所需要的平均時間，D為從種子種植算起的天數，n為相應各日正常發芽粒數。

發芽勢(%)=(Nm/N)×100%，其中：Nm為種子發芽達到最高峰時種子發芽粒數。

相對發芽率(%)=(Nt/N1)×100%，其中：Nt為t時刻種子發芽粒數。

發芽指數=∑(Gt/Dt)，其中：Gt為第t天的發芽數；Dt為相應的發芽天數。

數據整理與制圖采用2010 Excel軟件，方差分析采用SPSS 16.0統計分析軟件。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對種子萌發的影響

從表2可知，海南紅豆種子平均發芽率為91.67%，其中有種皮比無種皮種子的發芽率降低了8.69%。種子平均發芽速度為58.55 d，但有種皮比無種皮種子的平均發芽速度延長了45.41%。有種皮比無種皮種子的發芽勢降低了31.88%，發芽指數則降低了38.10%。方差分析結果表明，水分、光照和基質對種子萌發的各項指數均無顯著影響(p>0.05)，但種皮處理對種子萌發的各項指數均呈極顯著或顯著差異。

表2 不同處理方式對海南紅豆種子萌發特性的影響

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2.2 不同處理組合對有種皮種子累計發芽率的影響

由圖1可知，在不同處理組合下，海南紅豆有種皮種子第50天才開始萌發，第110天種子累計發芽率達到最高值，即種子萌發結束，期間種子萌發持續時間為60 d。不同試驗組合平均發芽率的時間動態分為， 12.92%/50 d，38.33%/65 d， 66.25%/80 d，84.17%/95 d和87.50%/110 d，表明95 d時種子萌發已接近結束。試驗處理組合中，A2B1C1的種子累計發芽率曲線在95 d之前種子發芽率一直最高，該曲線位于所有組合曲線的最上面，但在110 d種子萌發結束時，萌發率最高的位置被A1B2C1組合所取代，萌發率為100%，為最佳萌發率組合，而組合A2B1C1和A2B2C2位列第二，發芽率為93.33%。累計發芽率一直較低的組合為A2B1C2，最終的發芽率僅為70%。其他不同組合的曲線位于A2B1C1和A2B1C2之間，雖然最佳組合的發芽率與最低組合的發芽率存在較大的差異，但不同試驗組合有種皮種子的發芽率無顯著差異(p>0.05)。

2.3 不同處理組合對無種皮種子累計發芽率的影響

由圖2可知，在不同處理組合下，海南紅豆無種皮種子第35天開始萌發，種子萌發結束時間也是第110天，不同試驗組合平均發芽率的時間動態分別為6.25%/35 d，70.00%/50 d，84.17%/65 d， 90.42%/80 d，94.17%/95 d和95.42%/110 d，表明80 d時種子萌發已接近結束。試驗處理組合中，A2B1C1、A2B1C2和A2B2C1的發芽率增長迅速，50 d的發芽率已基本接近結束，為86.67%～93.33%，并且80 d時萌發結束，累計萌發率達到最高值。A2B2C2組合50 d之前萌發較為迅速，但之后增長緩慢，其萌發率最低，僅為80%，而A1B1C1組合的發芽率是先慢后快，與A2B2C2組合變化趨勢正好相反。方差分析結果表明，不同試驗組合的種子最終發芽率呈極顯著差異(p<0.01)，其中A2B2C2組合的發芽率顯著低于其他組合，其他組合之間無顯著差異，其中A1B1C2、A1B2C2、A2B1C2和A2B2C1的發芽率均為100%。

2.4 種子萌發的最佳處理組合

由圖3可知，不同處理海南紅豆種子的發芽率呈顯著性差異，其中A2B1C2D1、A1B1C2D1和A2B2C2D2試驗組合的發芽率較低，為70%～80%，顯著低于發芽率較高的5個試驗組合，分別為A1B1C2D2、A1B2C1D1、A1B2C2D2、A2B1C2D2和A2B2C1D2，其發芽率均為100%。發芽率較低的3個組合中，A2、B1和D1均占66.67%，C2則占100%，而5個發芽率較高的試驗組合中，A1、B2和C2均占60%，D2則占80%。

從圖4可以看出，不同處理組合之間海南紅豆種子發芽速度呈顯著差異。其中組合A2B2C1D2的種子發芽速度最低，為42.2 d，即發芽時間最短，組合A1B2C2D1種子發芽速度最高，為79.52 d，即發芽持續時間最長。此外，所有發芽速度較高，即發芽時間較長的組合均為含有D1的組合，即有種皮的組合。

發芽指數是反映種子活力的一個指標。由圖5可以看出，不同組合之間海南紅豆種子發芽指數呈顯著差異。A2B1C2D1組合的種子發芽指數最低，為0.10， A2B2C1D2組合的種子發芽指數最高，為0.24。其他組合的發芽指數位于這兩個試驗組合之間，其中發芽指數較高的組合全部為含有D2的組合，即無種皮的試驗組合。另外，與發芽指數最高的A2B2C1D2組合無顯著差異的還有5個試驗組合，分別為A1B2C1D2、A1B1C1D2、A1B2C2D2、A2B1C1D2和A2B1C2D2。

2.5 不同處理因素對幼苗生長的影響

從圖6可以看出，A和D處理對株高無顯著影響，而B處理對株高則具有極顯著影響，C處理對株高有顯著差異。其中，半光照處理有利于株高的生長，株高為11.17 cm，而全光下株高僅為9.51 cm；沙土+半凋基質有利于株高的生長，株高為10.85 cm，沙土基質的株高僅為9.83 cm。

2.6 不同處理組合對幼苗株高生長的影響

由圖7可知，不同處理組合對株高影響差異顯著，其中A1B1C1D1組合株高最低，僅為8.21 cm， A2B2C2D1組合株高則最高,為12.55 cm，二者之間呈顯著差異。與A1B1C1D1組合無顯著差異，株高較矮的組合還有其他5個組合，分別為A2B1C1D1、A1B1C2D1、A1B1C1D2、A2B1C1D2和A1B1C2D2，這5個組合中，A1和C1均占66.67%，D1和D2各占50%，B1則占100%。與A2B2C2D1組合無顯著差異，株高較高的組合還有5個組合，分別為A1B2C2D2、A2B2C1D1、A1B2C2D1、A1B2C1D1和A2B1C2D2，這5個組合中，A1和A2各占50%，B2占83.33%，C2和D1均占66.67%。

3 討論與結論

種子萌發率是影響植物天然更新的重要因素之一。研究表明，海南紅豆種子平均發芽率較高，為91.67%，較同科植物海南尖峰嶺的鳳凰木(80.50%)和猴耳環的發芽率(<70%)高[13-14]。光照、澆水頻次、基質和種皮處理4個因素中，僅種皮處理對種子的發芽率有顯著影響，這與劉文明、宋學之[10]的研究結果相一致，但未對種皮影響的程度進行深入研究。本研究結果表明，無種皮種子的發芽率(95.83%)雖然顯著高于有種皮的發芽率(87.50%)，但有種皮種子的發芽率僅比無種皮種子的發芽率低8.69%。另外，種皮還影響種子的發芽速度及發芽持續時間，其中有種皮種子的發芽起始時間(50 d)較無種皮種子的發芽起始時間滯后了15 d，且有種皮種子萌發持續的時間也較長，為60 d，種子發芽結束的時間為110 d，而無種皮種子的發芽過程更為迅速，在80 d時發芽已基本結束。本研究表明，種皮對海南紅豆種子萌發具有明顯的限制作用，去除種皮后，萌發率顯著提高，發芽勢、發芽指數顯著增大，且加快了種子萌發的進程。這與閆興富等[15-16]、任永權等[17]、李建濤等[18]、余婷等[19]對其他植物種皮的研究結果一致，種皮具有化感或機械阻礙作用。據此推測海南紅豆天然更新較差的原因可能是：種子散播期為11月—12月，正值海南島旱季；種子具有“頑拗性”生理特征，種子含水率低于45%以下便完全喪失發芽力[10]；即使萌發條件適宜，由于種皮在一定程度上抑制了種子迅速完成萌發的過程，種子萌發所需的時間也較長。由于這些因素的相互疊加，阻礙了海南紅豆種子在長達數月的適宜生態條件下，自然萌發的幾率影響其天然更新。

在16個試驗組合中，發芽率、發芽持續時間和發芽指數全部最佳的組合為A2B2C1D2，表明自然生境中的種子，在半光照條件下(即林冠下)，4 d一次降水有利于種子的成功萌發。光照、澆水頻度和基質雖然對種子萌發無顯著影響，但光照條件對幼苗的株高有顯著影響，其中半遮光顯著好于全光，沙土與木麻黃半分解凋落物的混合土顯著好于純沙土，表明木麻黃凋落物對海南紅豆種子萌發和幼苗生長均不具化感作用。海南紅豆苗木株高生長的最佳組合為A2B2C2D1，表明雖然種皮對種子萌發有一定的抑制作用，但對苗木株高后期生長并未產生持續的影響。

綜上所述，種皮是影響種子萌發的影響因素之一，但有種皮的種子萌發率也較高，因此種子質量和種皮并非是影響海南紅豆天然更新的直接限制因子，而苛刻的自然萌發生態條件才是制約海南紅豆種子天然更新的原因之一。