變溫條件下側(cè)柏種子發(fā)芽的特性研究

王建斌

（陜西省寶雞市林業(yè)工作中心站，陜西 寶雞 721001）

側(cè)柏，常綠針葉樹(shù)種，耐干旱、耐瘠薄、生長(zhǎng)慢、壽命長(zhǎng)、枝條萌芽能力強(qiáng)，有喬木和灌木兩種生活型；雌雄同株，花期在3-4月，球果成熟期在10月，種子子葉2枚，發(fā)芽時(shí)出土。側(cè)柏能夠適應(yīng)大尺度地理環(huán)境的溫度變化，主要生長(zhǎng)地區(qū)在我國(guó)，種質(zhì)資源豐富，分布范圍廣。

側(cè)柏是寶雞地區(qū)宜林荒山主要造林樹(shù)種。寶雞市地處黃土高原和六盤山脈、秦嶺山脈的過(guò)渡交界地帶，位于渭河中上游，北面為千山山脈，西面為關(guān)山山脈，南面為秦嶺山脈。寶雞市地處關(guān)中平原西部，以渭河為中心，向兩側(cè)山地呈現(xiàn)出由低到高的階梯狀地貌，地勢(shì)高低懸殊，秦嶺關(guān)山山地基巖裸露，其余廣大地區(qū)多為第四紀(jì)黃土覆蓋；全市18196.44 km2的土地總面積中，山地丘陵面積共占80.5%。寶雞市林業(yè)用地面積約11萬(wàn)hm2, 占全市市域土地面積的60%，森林覆蓋率達(dá)55.26%。寶雞地區(qū)主要為暖溫帶半濕潤(rùn)氣候類型,冬夏季日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)、春秋季較短，氣溫年較差大，是西北諸省區(qū)中植物物種最豐富的地區(qū)，秦嶺山脈、關(guān)山山脈是森林主要分布區(qū)域。

發(fā)芽能力是衡量種子播種價(jià)值高低的主要標(biāo)準(zhǔn)，側(cè)柏種子質(zhì)量檢驗(yàn)是在種子發(fā)芽特性變異的范圍內(nèi)重現(xiàn)種子發(fā)芽的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)參照GB2772-1999《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行。選取的側(cè)柏種子樣品是經(jīng)過(guò)冬季短期儲(chǔ)存同一產(chǎn)地的不同批次、含水量接近的飛播造林調(diào)撥的種子，種批數(shù)量多。通過(guò)設(shè)置分組試驗(yàn)，解析種子發(fā)芽最適宜溫度的變化幅度與側(cè)柏種子發(fā)芽規(guī)律的相關(guān)性，為側(cè)柏種子播種環(huán)境條件的選擇提供參考。

1.材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

側(cè)柏種子種胚為直立型，呈長(zhǎng)橢圓形狀；子葉橢圓形，長(zhǎng)約為胚長(zhǎng)的1/2；胚乳油質(zhì)。

送檢樣品種子種粒飽滿，種皮棕褐色，有光澤；胚白色，胚乳乳白色,含水量低。從送檢樣品選取純凈種子作為發(fā)芽測(cè)定樣品種子，每一個(gè)種批的樣品種子2個(gè)重復(fù)，共400粒，每個(gè)重復(fù)種子200粒。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2 .1 側(cè)柏送檢樣品種子含水量測(cè)定

采用高恒溫烘干法，溫度設(shè)置130℃，將不同樣品的種子稱取4～5g，放入鋁盒內(nèi)，置入恒溫干燥箱中，時(shí)間為1.5h。經(jīng)過(guò)測(cè)定，側(cè)柏種子的相對(duì)含水量平均值為7.99%的種批樣品種子，編號(hào)A組；側(cè)柏種子的相對(duì)含水量平均值為8.02%的種批樣品種子，編號(hào)B組。

1.2 .2 實(shí)驗(yàn)分組設(shè)置

側(cè)柏種子發(fā)芽測(cè)定試驗(yàn)設(shè)置四組，測(cè)定用種子分別從A組和B組選取，編號(hào)為A1、A2和B1、B2。如表1：

表1 側(cè)柏種子發(fā)芽率測(cè)定溫度與光照條件設(shè)置

1.2 .3 發(fā)芽試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)間

側(cè)柏種子的發(fā)芽過(guò)程分為兩個(gè)部分：種子萌發(fā)和幼苗形態(tài)建成。

側(cè)柏種子發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)：種皮開(kāi)裂，胚根根尖突破種皮，種胚形態(tài)分化，依次出現(xiàn)胚根、下胚軸與子葉生長(zhǎng)，則認(rèn)定該種粒是具有發(fā)芽能力的種子。試驗(yàn)中每天記錄一次，當(dāng)發(fā)芽箱中側(cè)柏測(cè)定樣品種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)持續(xù)一定時(shí)間，集中發(fā)芽后，在1d之內(nèi)，每個(gè)樣品兩個(gè)重復(fù)已發(fā)芽種粒數(shù)目不再變化時(shí)，則認(rèn)為側(cè)柏種子發(fā)芽率達(dá)到既定數(shù)值。

側(cè)柏種子發(fā)芽測(cè)定試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間最大值規(guī)定為28d。

1.2.4 發(fā)芽測(cè)定樣品種子處理

用小號(hào)藥匙取KMnO4粉末 一勺，在始溫45℃自來(lái)水2000ml中配制溶液。

種子預(yù)處理：A1組將高錳酸鉀溶液消毒6h的樣品種子清洗后，瀝干水分，在30℃恒溫箱中脫水回干處理1h；A2組用高錳酸鉀溶液消毒浸種24h的樣品種子清洗后，瀝干水分。B1、B2組將高錳酸鉀溶液消毒2h的樣品種子清洗后，用常溫自來(lái)水浸種4h,再用始溫40℃的溫水浸種12h，然后瀝干水分，在室溫條件下靜置6h。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用兩個(gè)重復(fù)的發(fā)芽率平均數(shù)代表樣本的整體水平。采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算、繪圖。

發(fā)芽率（%）＝（兩個(gè)重復(fù)發(fā)芽種粒總數(shù)/400）×100

發(fā)芽指數(shù)＝∑（發(fā)芽日數(shù)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)重復(fù)發(fā)芽種粒數(shù)目總數(shù)/發(fā)芽日數(shù)）

2. 結(jié)果與分析

側(cè)柏種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)在具有自動(dòng)變溫功能的發(fā)芽箱中進(jìn)行，當(dāng)溫度最大值設(shè)定后，溫度變化幅度向低溫?cái)U(kuò)展。種子萌發(fā)時(shí)段，吸水量小，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；幼苗形態(tài)建成時(shí)段，A組霉變種子發(fā)生率高、超過(guò)40%；B組霉變種子發(fā)生率低、小于1%。測(cè)定結(jié)果如表2：

表2 側(cè)柏種子發(fā)芽率測(cè)定結(jié)果對(duì)比

2.1 四組試驗(yàn)發(fā)芽率比較

側(cè)柏種子發(fā)芽試驗(yàn)A組選取的兩個(gè)樣品種子發(fā)芽率分別為54%和37%，每一測(cè)定樣品種子的重復(fù)間誤差同為3；B組選取的兩個(gè)樣品種子發(fā)芽率為51%，每一測(cè)定樣品種子的重復(fù)間誤差同為5。以每一測(cè)定樣品種子兩個(gè)重復(fù)種子發(fā)芽總數(shù)目10粒為參考，B1組種子集中發(fā)芽持續(xù)時(shí)間從11日開(kāi)始,發(fā)芽指數(shù)最高；A1組與B2組大量種子開(kāi)始進(jìn)入子葉生長(zhǎng)階段，是從12日開(kāi)始，A1組發(fā)芽率高，集中發(fā)芽持續(xù)時(shí)間共計(jì)8天，比B2組多一天；A2組種子集中發(fā)芽持續(xù)時(shí)間從14日開(kāi)始，發(fā)芽指數(shù)最低。詳見(jiàn)表2。

以20℃作為側(cè)柏種子發(fā)芽過(guò)程中的相對(duì)低溫標(biāo)準(zhǔn)。A1組和B2組的發(fā)芽過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)芽率高，原因在于A1組和B2組存在較長(zhǎng)的相對(duì)低溫持續(xù)時(shí)間。A2組與B1組發(fā)芽持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短，其中A2組發(fā)芽測(cè)定溫度設(shè)置最大值為24.3℃，不具備相對(duì)低溫條件，發(fā)芽率最低，種子發(fā)芽指數(shù)與其他三組比差異大；B1組在子葉與下胚軸分化時(shí)段設(shè)置的最大溫度是22.8℃，略高于B2組，種子發(fā)芽過(guò)程持續(xù)時(shí)間短、發(fā)芽速度快；B2組發(fā)芽測(cè)定結(jié)果與B1組相同，說(shuō)明在相對(duì)較低的溫度下，側(cè)柏種子具有高發(fā)芽率，發(fā)芽最適宜溫度的幅度向低溫?cái)U(kuò)展。

2.2 四組試驗(yàn)不同設(shè)置條件下種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)比較

四組樣品種子發(fā)芽測(cè)定結(jié)果中，A組種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)存在較大的差異，其中A1組發(fā)芽率高、發(fā)芽指數(shù)高，B組樣品種子發(fā)芽率測(cè)定結(jié)果相同、發(fā)芽指數(shù)差異不大。發(fā)芽指數(shù)能在一定程度上表達(dá)種子活力的高低，如圖1所示。通過(guò)發(fā)芽指數(shù)對(duì)比，B1組種子發(fā)芽指數(shù)最高，A1組的種子發(fā)芽率最高、發(fā)芽指數(shù)低于B1組，說(shuō)明側(cè)柏種子下胚軸和子葉分化過(guò)程，在一定的相對(duì)低溫條件下，溫度最大值設(shè)置在22.8℃～25.2℃之間，溫度越高，一定程度提高了種子的活力，種子的發(fā)芽率具備一定的上升空間。如圖1所示：

圖1 ：四組種子發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)對(duì)比

3.討論

3.1 種子預(yù)處理對(duì)側(cè)柏種子萌發(fā)的影響

3.1.1 高錳酸鉀溶液消毒浸種

高錳酸鉀溶于水后，能釋放出原子態(tài)氧，可提高水溶液中氧的濃度，浸種后釋放的鉀和錳離子，活化了種子中的酶系統(tǒng)，脂肪易水解氧化。

3.1 .2 側(cè)柏種子脫水干燥處理

側(cè)柏種子高錳酸鉀滲透引發(fā)，在種子物理吸水階段，增加種子的溶質(zhì)勢(shì)，呼吸作用底物脂肪水解氧化，增加了種子萌發(fā)前質(zhì)量，誘導(dǎo)種子進(jìn)入萌發(fā)狀態(tài)。

3.1 .3 溫水預(yù)處理

側(cè)柏種子經(jīng)過(guò)溫水浸種后，種皮膨脹軟化，通透性得到提高，溶解在水中的氧氣隨著水分進(jìn)入細(xì)胞，種子中的酶開(kāi)始活化，胚的呼吸作用增強(qiáng)，胚乳貯藏的脂肪逐漸水解氧化，表現(xiàn)為有個(gè)別種粒種皮開(kāi)裂。

3.2 溫度對(duì)側(cè)柏種子萌發(fā)和幼苗形態(tài)建成的影響

溫度是植物種子萌發(fā)與出苗的基本條件之一。側(cè)柏種子沒(méi)有休眠特性，在一定的溫控措施調(diào)節(jié)下的發(fā)芽測(cè)定，溫度下降時(shí)，酶的活性降低，種子得到了充足的水分供應(yīng)；溫度上升時(shí)，酶的活性增加，種胚有效利用脂肪分解釋放能量和物質(zhì)，種子的發(fā)芽速率明顯提高。發(fā)芽測(cè)定結(jié)果顯示：當(dāng)年采收的側(cè)柏種子萌發(fā)強(qiáng)，最適溫度范圍在14℃～26℃，變溫條件下25℃/18℃的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最高，其次是22/℃18℃。

在圖2中，四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別用不同的曲線表示。其中B組、A1組三種不同的溫度條件下，種子下胚軸和子葉集中分化時(shí)段存在兩個(gè)發(fā)芽高峰；A2組不具備相對(duì)低溫條件下，種子下胚軸和子葉集中分化時(shí)段存在三個(gè)發(fā)芽高峰。A1組兩個(gè)發(fā)芽高峰比較接近，B1組的兩個(gè)發(fā)芽高峰相對(duì)平緩，A2組與B2組的發(fā)芽高峰差異較大。通過(guò)對(duì)比分析可知，在溫度設(shè)置最大值21.8℃～25.2℃的變溫條件下，都有利于側(cè)柏種子的發(fā)芽，以B1組溫度最大值設(shè)置的22.8℃最合理。可以推測(cè)：經(jīng)過(guò)冬季短期儲(chǔ)藏相對(duì)含水量平均值接近8.0%的側(cè)柏種批種子，在具備接近或低于20.0℃的相對(duì)低溫條件下，發(fā)芽溫度最大值變化度設(shè)置成24.3℃/21.8℃，間隔時(shí)間1d,發(fā)芽率高、發(fā)芽過(guò)程持續(xù)時(shí)間短，發(fā)芽效果好。

圖2 ：四組試驗(yàn)種子集中發(fā)芽時(shí)段發(fā)芽勢(shì)對(duì)比

3.3 光照對(duì)側(cè)柏種子發(fā)芽的影響

如圖2所示：通過(guò)A組和B組發(fā)芽結(jié)果對(duì)比分析，大量種子下胚軸和子葉集中分化時(shí)段，側(cè)柏種子發(fā)芽測(cè)定持續(xù)14d，單日發(fā)芽種粒數(shù)目最大值同時(shí)出現(xiàn)，說(shuō)明光照條件對(duì)發(fā)芽結(jié)果沒(méi)有影響。

4.結(jié)論

種子萌發(fā)在本質(zhì)上是胚軸從靜止的狀態(tài)中恢復(fù)生長(zhǎng)，開(kāi)始進(jìn)行新的遺傳程序即基因的相異轉(zhuǎn)錄，充分利用儲(chǔ)備的能量物質(zhì)在接受外部信號(hào)后啟動(dòng)各種生命活動(dòng)進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。成熟干燥的側(cè)柏種子，由于生長(zhǎng)環(huán)境氣候變化種胚處于靜止?fàn)顟B(tài)。變溫條件下，側(cè)柏種子的發(fā)芽主要進(jìn)行吸收水分與脂肪水解氧化兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生理生化反應(yīng)過(guò)程。側(cè)柏種子的種胚形態(tài)分化會(huì)發(fā)生兩次彎曲現(xiàn)象，分別是下胚軸和子葉快速分化的明顯特征。

成熟的側(cè)柏種子，在溫度波動(dòng)大且偏低、具有充分降水的秋季，土壤中水分能夠有效利用、陰坡或半陰坡并具備適度光照條件的環(huán)境里，胚根生長(zhǎng)量大，扎根快，呈現(xiàn)集群簇生的狀態(tài)。側(cè)柏幼時(shí)喜光、喜濕潤(rùn)環(huán)境，在一些干旱瘠薄的陽(yáng)坡甚至在全光照環(huán)境條件下，側(cè)柏幼苗大量著生于山地匯水面、水溝兩側(cè)以及山地溝谷兩邊。在陰坡和半陰坡，側(cè)柏常因林分郁閉度過(guò)大而林下沒(méi)有幼苗和幼樹(shù)，說(shuō)明光照與水分和能量代謝的協(xié)同作用對(duì)于側(cè)柏的自然稀疏、種子萌發(fā)、苗木更新、生長(zhǎng)和發(fā)育更加重要，作為溫性針葉林的主要樹(shù)種側(cè)柏在相對(duì)濕潤(rùn)的環(huán)境更加有利于側(cè)柏的存活、生長(zhǎng)和更新，也有利于持續(xù)維持植物的多樣性。