變溫條件下側柏種子發芽特性分析

馬 燕，歐陽旭，王 倩，呂 娜

(1.延安市林業勘察規劃設計院，陜西 延安 716000；2.延安市林木種苗工作站，陜西 延安 716000)

1 引言

側柏屬溫帶常綠樹種，成熟后尤其可在貧瘠干旱地區生長，可利用生命力旺盛的枝條為區域營造蔭蔽條件。其具有生長周期長、生長速度緩慢的特點，一經成熟便可以存活多年，在我國境內多以喬木或灌木的形式群聚性生存[1]，為延安市的鄉土樹種。單株側柏內部兼具雌雄兩性繁殖特質，在經歷早春一個月時長的花期階段(約在每年3月份)后，秋季將成為其球狀果實的成熟結果期(約在每年10月份)。果實中側柏種子內部包含2枚子葉，于芽株出土后發芽。從側柏的生物習性方面來看，側柏對我國大尺度的溫度變化條件的適應性強，主要生物棲息區域位于我國本土，同時成熟后種子質量較高，可以在我國國內多地進行幼苗培育[2]。

在衡量某個植物品種是否具備較高的播種潛力時，其發芽的成功率及芽株生長的速度常作為重要的發芽能力指標由生物實驗人員進行參照。本次針對側柏種子所進行的一系列質量監測也正是在此指標前提下，由國家行業標準為文件作為參考，模擬再現側柏種子于種子發芽特質變異區間內的種子發芽及芽株成長的流程[3]。被選作實驗對象的側柏種子均來自同一產地且在實驗前均經歷過短期的過冬儲存，為最大限度控制實驗過程中水分變量的一致性以及實驗的廣泛參考價值，本次實驗前對實驗對象的含水量完成了統一測量，并在多個生產批次內選取了含水量統一的側柏種子作為最終參與實驗的對象。在經歷過多次分組控制變量實驗后，實驗組重點拆分解讀溫度變量對側柏種子發芽量及速度的影響及變動規律，以此為后續該樹種于我國園林綠化工程、陽坡造林中的大面積栽種提供參考。

2 材料與方法

2.1 材料

以標準化側柏種胚標準作為實驗對象篩選依據，選擇直立長橢圓種胚側柏果實，用于確保后續橢圓子葉萌發至胚胎長度的1/2，同時胚乳呈現出健康油質狀態[4]。

從外觀上看，被選入實驗對象范圍的側柏種子粒粒圓潤飽滿，外皮呈現出健康的棕褐色皮質光澤結構，切割后可見其內部胚胎區域呈白色，同時具備充足的乳白色黏稠胚乳組織[5]。于受檢實驗對象內再次縮小參與實驗的對象范圍，同一時間批次內選擇2粒樣品重復，在不同批次內挑選差異化種子200粒，加上重復樣品品種，共計實驗對象為400粒側柏種子。

2.2 方法

2.2.1 實驗對象含水量控制

采用高恒溫烘干法，溫度設置130 ℃，將不同樣品的種子稱取4～5 g，放入鋁盒內，置入恒溫干燥箱中，時間為1.5 h[6]。烘干結束后由檢驗人員對該批種子的含水量進行統一測定，將含水量滿足7.99%均值條件的種子納入實驗組A，同時采用同類方法操作，將含水量滿足8.02%均值條件的種子納入實驗組B。

2.2.2 實驗對象組別劃分

針對側柏種子發芽能力評價的實驗需要4組實驗對象，為此實驗人員分別于之前存在含水量差異的A、B組內進行二度劃分，通過1、2組進行差異化命名，其具體實驗對象組別數據如表1所示。

表1 溫度、光照影響側柏種子發芽能力實驗中各實驗組條件的差異化設置情況

2.2.3 實驗對象發芽標準及時間界定

根據側柏的生物特征，其發芽全程可以劃分為2個階段，分別為種子發芽以及芽株幼苗成長形態建立[7]。

實驗內界定側柏種子發芽成功的標準：種子表皮出現裂痕，同時其內部胚胎組織尖端穿透種子表皮，并呈現出明顯的胚胎形式發育變化，具體表現為胚胎根系、下部胚胎軸以及子葉分化的出現。實驗過程中對出現以上現象變化的實驗對象視為具備發芽潛質的實驗對象，其具體檢驗時間間隔周期為1 d，如若培育設備內已經發芽的側柏種子實驗對象已經在一定時間范圍內實現全面集中發芽，且1 d內發芽的種子數量不再發生變化，則被實驗人員認定目標實驗組的發芽率已經達成既定最大數量[8]。

根據生物學中對側柏發芽生長規律的記載以及相關實驗經驗，在本次實驗中實驗人員將達成發芽既定最大值的時間限定為28 d。

2.2.4 實驗對象預處理

實驗人員使用小號型號的藥匙為側柏種子取高濃度高錳酸鉀消毒粉末，于初始溫度為45 ℃的純凈水內調配溶液，并最終生成2000 mL的高錳酸鉀消毒水溶液[9]。

實驗中對側柏種子所進行的預處理流程：實驗人員將A1組內的實驗對象(A1組幼苗形態建成時段溫度設置條件為：經受溫度條件最大值依次為25.2 ℃/20.8 ℃,且間隔時間為1 d的幼苗形態建成時段溫度設置條件；同時A1組幼苗形態建成時段光照設置條件為：全光照；此外A1組最終相對含水量平均值表現為：7.99%的種批樣品種子。投入配置溶液中進行長達6h的消毒清洗，清洗后依次進行手動瀝干以及30℃恒溫脫水機器干燥處理；實驗人員將A2組內的實驗對象(A2組幼苗形態建成時段溫度設置條件為：經受溫度條件最大值為24.3 ℃；同時A2組幼苗形態建成時段光照設置條件為：暗室；此外A2組最終相對含水量平均值表現為：7.99%。經受最大值為24.3 ℃的幼苗形態建成時段溫度設置條件，同時經受暗室的光照條件的，相對含水量平均值為7.99%的種批樣品種子)投入配置溶液中進行長達24 h的消毒清洗，清洗后進行手動瀝干；實驗人員將B1、B2組內的實驗對象投入配置溶液中進行長達2 h的消毒清洗，而后將其直接投入20 ℃常溫純凈水中進行長達4 h的浸泡清洗，浸泡后再將其置于初始溫度為40 ℃的純凈溫水中進行長達12 h的浸泡清洗，清洗后進行手動瀝干，最終靜置于20 ℃的常規室溫環境下[10]。

2.3 運算方案

采用兩項重復的發芽率均值作為實驗對象組別整體種子的發芽水平代表，其具體運算公式如下[11]。使用計算機表格軟件完成對數據的寫入、分析及可視化表達。

發芽率(%)=(兩個重復發芽粒數總數/400)×100

(1)

發芽指數=∑(發芽日數相對應的兩個重復發芽種粒數目總數/發芽日數)

(2)

3 實驗結果

實驗人員將實驗區域劃定為可調節區域溫度的側柏種子培養箱內，經由人員手動調節均溫最大數值至恒定值或恒定范圍后，箱內溫度不斷向低溫區域進行延展[12]。在側柏種子的萌發階段初期，種子對水分的要求較為寬松，且將持續相對較長一段時間；在側柏種子的幼苗成長階段，含水量較低的A組實驗對象種子霉變現象的出現頻率明顯升高，最終飆升至全組實驗對象的40%，與之相反，該階段中含水量較高的B組實驗對象種子霉變現象的出現則較少，不足全組實驗對象的1%。具體各組實驗結果差異化表現如表2所示。

表2 四組側柏種子成功發芽情況比較

4 討論

4.1 溫水處理階段影響

溫水浸泡預處理可以有效浸潤側柏種子堅硬的表皮，令其內部胚胎在實際發育過程中得以輕易地穿透種子表皮。同時水分的浸入還將有效提升種子發育階段的內外通透性表現，致使溫水內存在的大量營養物質及氧氣可以在滲透差作用下進入植物胚胎內部，幫助種子實現發芽前內部生物系統的激活，使得胚胎發育過程中的光合作用有所提升[13]。此外溶解在水中的氧氣隨著水分進入細胞，種子中的酶開始活化，胚的呼吸作用增強，胚乳貯藏的脂肪逐漸水解氧化，表現為有個別種粒種皮開裂。

4.2 萌發階段溫度影響

溫度是生物學中植物生長所需的基本物質條件，因此也是本次實驗過程中控制側柏種子發芽與成長的關鍵變量。由于側柏果實存在特有的無休眠習性，該物種種子對于溫度有著更為敏銳的感知，在差異化溫度條件下對其發芽能力進行研究可得：低溫環境下，側柏種子內部酶物質活性下降，同時含水量上升，為其發芽供應了充足的水分條件；高溫環境下，側柏種子內部酶物質活性提高，胚胎附近的脂肪結構開始分解并為幼芽的后續生長供應大量的營養物質，因此在此條件下目標實驗品種種子的發芽速度和數量明顯上升[14]。具體各組實驗結果差異化表現如圖1所示。

圖1 4組側柏種子發芽趨勢比較

實驗結果表明，當年采收批次內的側柏種子發芽能力優于往年，同時其發芽過程中最適宜的溫度范圍14～26 ℃，而當在培養階段對目標種子進行變溫培養時，培育人員應當優先選用25 ℃/18 ℃的變溫條件，用于謀取最大的發芽比例以及最強勁的幼苗生長勢頭，受外界多元素的差異化影響，在實際培養工作中還可以將變溫條件下調至22 ℃/18 ℃。

4.3 發芽階段光照影響

根據實驗中所記錄的表3數據，對A、B差異化實驗組別的發芽記錄進行比對，可以發現在側柏種子發芽兩個階段中，實驗人員對其測定的時長均持續至于14 d，同時1、2組內的單日發芽種子數目峰值在A、B組內幾乎是同一時間達成，可以見得：光照情況的差異不會對側柏發芽的最終結果產生較大的影響，更進一步驗證了溫度變量影響的決定性意味[15]。

5 結論與討論

通過本文研究得知，溫水浸泡預處理有助于催化側柏種子發芽，同時在側柏種子下胚軸和子葉分化過程中，當溫度最大值被設置在22.8～25.2 ℃時，溫度越高，種子的活力越強，發芽率也就越高。

從生物學角度來看，側柏發芽規律的本質為側柏胚胎軸由休眠狀態被喚醒為生長狀態，隨著物理層面的發芽現象出現，生物胚胎也開始了同步進行的胚胎基因遺傳系統的相異轉錄，而為此階段的動作供應必要能量的正是種子內部所儲備的基礎啟動能量以及外界各類誘發生命活動開展的生物化學信號。一旦側柏種子成熟且處于干燥的保存環境中，其內部生物探測系統就會判定環境不適合種子發芽生長并令種胚胎的生物活動暫停。而倘若其內部生態監測系統感知到外界溫度的變化，種胚便開始分別推進水分吸收以及生物脂肪水解氧化兩個內部生物化學反應程序，用以為新芽的萌發創造條件。考慮到側柏種子的生物特性，該植物的種子培養分化過程中的形態將會出現兩次差異化的彎曲情況，肉眼可以觀測到其在發芽階段的下胚胎軸變化的明顯特征以及子葉部分的快節奏發育分化的顯著現象。

發育健全的側柏果實，于秋季常會面臨晨夕溫差較大、平均溫度較低且降水充沛的環境，在該生態背景下，作為果實承載的土壤結構將為側柏種植提供更優秀的水分利用效率，尤其在非直射光線環境的背陰坡地或半坡隱蔽地的光照適宜空間內，側柏種子在發芽過程中具備明顯的胚胎根系發育優勢，能夠快速地完成根系入土和集群共生的發芽流程。側柏芽株在發育初期表現出對水熱的顯著偏好，倘若其所處位置恰巧處于日均溫較高且水分蒸發速率較快的向陽坡貧瘠土地上，幼苗在發育過程中將會將芽株向山地環境集水洼地、水溝邊界、以及溝谷區域方向進行匯集生長以及枝葉遷移。但值得一提的是，雖然側柏果實在背陰區域及半蔭蔽區域存在較高的生長優勢，但發芽后快速生長的植株幼苗將會迅速搶占該區域內為數不多的光照能量，致使林蔭下難以繼續出現種子發芽和幼株生長，這表明對于側柏種子健康生長而言，外界光照能量與水分能量的刺激必須要協同進行，也只有這樣才能幫助生物集群控制稀疏分布、催化種子發芽、更新苗木系統、促進種子穩態發育與幼苗健康成長。