不同處理對“溫185”核桃種子萌發及幼苗生長的影響

丁文文, 郭 松, 張 銳, 包建平, 郭 龍

(1.塔里木大學園藝與林學學院, 新疆 阿拉爾 843300;2.新疆兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室, 新疆 阿拉爾 843300;3.南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室, 新疆 阿拉爾 843300;4.新疆兵團第一師阿拉爾市三團農業發展服務中心, 新疆 阿克蘇 843000)

核桃(JuglansregiaL.)系胡桃科(Juglandaceae)核桃屬(Juglans)具有較高適應性的落葉果樹,位列世界著名的四大干果(核桃、扁桃、腰果、榛子)之首[1-2]。據國家統計局統計,到2020年我國核桃產量已達480萬t,共20個省(區、市)的一千余個縣栽培核桃,云南、新疆、四川、陜西和山西等省區核桃產量較高,合計占全國核桃產量的77%[3]。新疆核桃栽培歷史悠久,在首批國家級核桃良種選育過程中,絕大部分選自新疆核桃或父母本為新疆核桃[4]。隨著南疆核桃產區的不斷擴大,逐步形成了以阿克蘇、和田和喀什南疆三地州核桃種植區,三地核桃種植面積為33.17萬hm2,年產值100.7億元,面積、產值均居全疆果樹種植第二位[5-7]。目前新疆成為我國核桃種植大省區,已建成以“溫185”和“新新2號”品種為主的全國最大薄皮核桃產區,成為發展特色林果業帶動經濟增長的新動力[8-9]。

目前,我國的核桃產業正進入快速發展期,培育良好的苗木技術已成為核桃產業發展的重要因素之一[10]。賈彩霞[11]研究發現,核桃干藏種子的果殼和種仁均含有一定量的內源抑制物質,不利于種子的萌發,因此,在播種前需要經過一定的預處理打破休眠。植物激素作為植物體內的信號分子,在種子休眠和萌發的調控機理[12]、調節幼苗生長[13]等方面具有重要作用,在打破文冠果、青蒿、杉木、翅堿等種子休眠方面廣泛應用,起到調節和穩定植物生理周期的作用,對提高經濟效益具有重要的意義[14]。尤其是GA3、NAA和IAA等植物生長促進型激素在植物萌芽期對種子的萌發和種胚的發育具有顯著促進作用[15-16]。目前,有學者以GA3、IBA、NAA、6-BA等植物激素處理核桃種子,結果表明,經激素處理有利于打破種子休眠、提高萌發率和促進種子幼苗生長等[17-19],但將浸種前種子進行去殼預處理以促進發芽、縮短發芽周期等相關研究鮮見報道,鑒于此,本研究對核桃干果種子進行預處理,即設置不同種子狀態(帶殼核桃種子及去殼核桃種子),結合不同濃度GA3和NAA浸種處理,探究其對“溫185”核桃種子萌發及幼苗生長的影響,以期尋求提高核桃發芽率和加快苗期生長的有效途徑,進而為激素處理在核桃種子萌發過程中的應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

采集的核桃樹位于新疆阿克蘇地區溫宿縣核桃林場,溫宿縣位于托木爾峰南,鄰接塔里木盆地,晝長夜短且溫差較大,是典型的暖溫帶大陸性氣候。年日照時長2 850 h,陽光輻射充足,年均氣溫10.1 ℃,無霜期185 d,年降水量65 mm,氣候干旱,適宜核桃生長[20]。實驗于2021年8月至次年2月在塔里木大學園藝試驗站節能型日光溫室內進行。

1.2 試驗材料

供試種子于核桃果實完全成熟期,采自新疆阿克蘇地區溫宿縣的核桃林場,品種為“溫185”。所用植物激素:GA3(≥90%,北京索萊寶科技有限公司生產),NAA(≥99%,上海源葉生物有限公司生產)。

1.3 試驗方法

1.3.1種子預處理

選取種仁飽滿、無霉無蟲,且單果重大于等于12 g的干果作為實驗材料,自然晾干。實驗材料分干果核桃果實(以下稱帶殼種子)和核桃種子(以下稱為去殼種子),去殼種子用核桃夾子把核桃夾出環形裂口,去除果殼取出種子。GA3、NAA分別設50、150、250、350、450 mg/L等5個濃度,以清水處理為對照(ck),20粒種子為一個處理,重復3次。

1.3.2浸種催芽處理

將備好的試驗材料在室溫(20±2)℃環境中浸泡,以清水處理為ck。

1) 帶殼種子:不同濃度GA3、NAA水溶液浸泡7 d。

2) 去殼種子:不同濃度GA3、NAA水溶液浸泡24 h。種子完成浸泡后清水洗凈,放在濕潤的發芽盒內,置于30 ℃恒溫培養箱中催芽處理,每日觀察種子發芽情況,及時清除腐爛霉變種子,7 d后進行播種。

1.3.3播 種

核桃種子催芽處理后用無菌水沖洗,2021年10月將種子播入營養缽(基質比例園土∶草炭土∶蛭石=2∶1∶1,用0.5%高錳酸鉀溶液澆透,置于陰涼處2 d備用)。播后澆透水用薄膜覆蓋,每日觀測種子發芽情況。

1.4 數據處理

播種前統計種子萌芽數,播種30 d后統計發芽率、爛種率,播種90 d后,對種子的生長情況進行觀測,每處理隨機選取10株幼苗,測定苗高、主根長、須根數、葉片數和腋芽數等生長指標。

萌芽率/%=(催芽后種子露白數/供試種子數)×100%;

發芽率/%=(發芽總粒數/供試種子數)×100%;

爛種率/%=[(害蟲數+腐爛數)/供試種子數]×100%。

用DPS 7.05軟件對各項指標進行方差分析和相關性分析,選取LSD多重比較進行方差分析(p<0.05);用Origin 2021軟件作圖,Excel 2019軟件制表。

2 結果與分析

2.1 不同處理對核桃種子發芽的影響

2.1.1不同處理對核桃種子萌芽率的影響

該試驗萌芽率于播種前統計,此時萌芽率表現出種子內部生理活動對激素處理的應答反應。由圖1可知,不同種子狀態(帶殼核桃和去殼種子)在GA3和NAA處理下,萌芽率隨濃度增加總體呈先升后降的趨勢,且各處理顯著高于ck。當GA3濃度為150 mg/L和450 mg/L處理時,去殼種子萌芽率較帶殼種子存在顯著差異,而NAA在250～450 mg/L處理間,去殼種子萌芽率較帶殼種子存在顯著差異,其余處理不同種子狀態間不存在顯著差異。

由圖1可以看出,GA3不同濃度的促進效果350 mg/L>250 mg/L>150 mg/L>450 mg/L>50 mg/L,各處理均顯著高于ck(p<0.05)。帶殼種子和去殼種子萌芽率最高分別達79.39%和86.03%。當NAA濃度為250 mg/L時帶殼種子和去殼種子的萌芽率達到最高,分別達76.32%和84.47%,分別較ck提高了25.53%和25.50%。其次,帶殼種子的較優處理為150 mg/L的NAA(達72.98%),去殼種子的較優處理為350 mg/L的NAA(達82.96%),與最優處理無顯著差異(p>0.05)。綜上可知,GA3、NAA對核桃種子萌發均具有促進作用,但隨濃度增加其促進作用逐漸減弱,而去殼種子處理較帶殼種子處理更有利于提高種子萌芽率。

注:圖中不同小寫字母表示同一激素下不同濃度的差異顯著性(p<0.05),不同大寫字母表示同一濃度下不同種子狀態的差異顯著;圖中誤差線為標準誤。下同。圖1 不同處理對“溫185”核桃種子萌芽率的影響Fig.1 Effect of different treatments on seed germination rate of Wen 185 Juglans regia L.

2.1.2不同處理對核桃種子發芽率的影響

由圖2可知,不同狀態的核桃種子在GA3和NAA處理下,發芽率隨濃度增加總體呈先升后降的趨勢。除ck外,其余各處理在帶殼種子和去殼種子處理間均無顯著差異(p>0.05)。

圖2 不同處理對“溫185”核桃種子發芽率的影響Fig.2 Effect of different treatments on seed germination rate of Wen 185 Juglans regia L.

不同狀態種子,用不同濃度GA3處理與ck均存在顯著差異(p<0.05)。GA3在50～350 mg/L處理下發芽率逐漸達到最高,帶殼種子和去殼種子分別為91.49%和93.06%,當濃度超過350 mg/L時發芽率開始降低。GA3處理梯度下,僅有濃度450 mg/L時帶殼種子發芽率優于去殼種子,兩處理相差6.75%。250 mg/L的NAA處理下發芽率達到最高,帶殼種子和去殼種子分別為89.82%和91.40%。NAA處理時,帶殼種子在50～450 mg/L處理發芽率顯著高于ck,而去殼種子處理僅在150～350 mg/L處理的發芽率顯著高于ck(p<0.05),可見NAA對去殼種子發芽率有促進作用的濃度集中在250 mg/L左右。結果表明,去殼種子處理優于帶殼種子,GA3和NAA隨濃度增加能顯著提升種子發芽率,且GA3處理的促進效果優于NAA處理。

2.1.3不同處理對核桃種子壞種率的影響

由圖3可知,不同種子狀態下隨濃度增加,GA3處理的壞種率總體呈下降趨勢,而NAA處理總體呈先下降后略有升高趨勢,帶殼種子和去殼種子的壞種率無顯著差異(p>0.05)。

圖3 不同處理對“溫185”核桃種子壞種率的影響Fig.3 Effect of different treatments on rotten seed rate of Wen 185 Juglans regia L.

不同GA3濃度處理下,去殼種子壞種率均高于帶殼種子。GA3處理在150～450 mg/L時壞種率逐漸降低,且顯著低于ck(p<0.05),帶殼種子和去殼種子分別為3.33%和5.09%。與ck相比,帶殼種子GA3濃度由低到高壞種率依次降低了1.75、5.00、6.47、8.51、10.26個百分點;去殼種子GA3質量濃度由低到高壞種率依次降低了2.12、5.73、9.14、7.49、10.99個百分點。不同種子狀態下,250 mg/L的NAA處理時壞種率達到最低,與ck差異顯著(p<0.05),較ck分別降低了6.84%和7.49%。50 mg/L和350 mg/L的NAA處理時,帶殼種子與ck相比無顯著差異(p>0.05),其他各處理壞種率與ck相比差異顯著(p<0.05)。350 mg/L的NAA處理下,帶殼種子壞種率高于去殼種子。綜上可知,帶殼種子壞種率普遍低于去殼種子,GA3在種子萌發過程中濃度越高壞種率越低,而NAA對壞種率的影響不穩定,說明GA3能夠減少壞種的發生。

表1 不同種子狀態及激素處理對核桃幼苗生長的影響Table 1 Effects of different seed states and hormone treatments on seedling growth

表2 影響幼苗生長指標因素的主次順序與最優水平Table 2 The primary and secondary order and optimal level of factors affecting seedling growth indexes

2.2 不同處理對核桃幼苗生長的影響

由表1可知,不同種子狀態和激素處理對核桃幼苗的苗高、主根長、須根、葉片數和腋芽的影響不同。分析比較不同種子狀態下,不同GA3、NAA濃度處理對生長指標的影響程度、主次順序以及各指標的最優水平,如表2所示,幼苗苗高、葉片數和腋芽數受種子是否帶殼影響較大,R值分別為7.51、6.30和1.50,最優處理水平下,苗高達到21.55 cm,葉片數達到17.40片,腋芽數達到3.10個。而幼苗的主根長和須根受NAA影響較大,最優處理濃度為350 mg/L,主根長和須根數分別達到11.40 cm和22.4條。由此可知,GA3和NAA處理后,對核桃種子幼苗的生長起到了不同的促進效果,GA3對幼苗生長的地上部指標影響較大,NAA對幼苗生長的地下部指標影響較大。

2.3 核桃幼苗各項生長指標相關性分析

苗高、葉片和腋芽屬于幼苗的地上部分,而主根和須根屬于幼苗的地下部分。由表3可知,“溫185”核桃幼苗各生長指標均為正相關,其苗高與葉片數和腋芽的生長呈極顯著正相關(r>0.707 9),與主根長和須根數無顯著相關性(r<0.576 0);主根長與須根數生長呈極顯著正相關(r>0.707 9),與葉片數和腋芽無顯著相關性(r<0.576 0);須根數與葉片數和腋芽之間也無顯著相關性(r<0.576 0);葉片數與腋芽的生長呈極顯著相關關系(r>0.707 9)。結果表明,核桃幼苗在生長過程中,地上部分各指標間存在顯著性正相關,地下部分各指標間存在顯著性正相關,地上與地下部分相關性不明顯。

表3 幼苗生長指標相關性分析Table 3 Correlation analysis of growth indexes of seedlings

3 討 論

3.1 預處理方式對種子萌發的影響

植物生長調節劑是一種與植物內源激素相似,有生理生化效應的人工合成物質[21-22],在種子的萌發過程中,植物激素可以打破種子的休眠狀態,加快細胞分裂的速度,為種子的萌發創造良好的條件。外源激素不僅對植物生長發育具有調控作用,還對植物種子萌發起到促進或抑制的作用[23-24]。

研究發現,100～1 600 mg/L的GA3浸泡去殼核桃種子,發芽率、發芽勢和發芽指數呈先增后減趨勢,當濃度為200 mg/L時處理效果最優,但種子總體反應亦不敏感[25]。本試驗進行帶殼種子與去殼種子預處理,發現不同狀態種子的萌芽率和發芽率與ck相比,隨濃度增加均存在顯著差異,但去殼種子總體優于帶殼種子,這一結果與湯王外等[26]研究帶殼及去殼金鐵鎖種子的萌發試驗,去殼種子能顯著提高發芽率的結果一致。所以適當的機械破損在種子發芽過程中,更有利于種子進行吸脹作用,以提前結束種子休眠,促進種子內部物質的相互轉化。

3.2 不同植物激素處理對種子萌發的影響

種子萌發期和幼苗期是植物最為敏感的兩個時期[27],在本研究中不同植物激素處理與ck相比,對種子的萌芽率、發芽率及幼苗生長均有提升,但不同激素促進效果不同。這與高煥章等[17]用不同植物生長調節劑水溶液浸泡建始核桃種子,其發芽率和幼苗指標均表現出差異的結果一致。王巍[18]研究不同濃度赤霉素對核桃種子萌發及幼苗生長的影響,發現不同濃度赤霉素的作用部位不同。李俊南等[19]對薄殼山核桃種子研究發現,GA3處理發芽率表現為先上升后下降再上升的趨勢,濃度最大時(250 mg/L)發芽率最高(達90%),幼苗生長過程中,地上部和地下部粗生長受GA3影響較大。向亮等[28]對翅堿蓬種子的研究結果表明,高濃度激素溶液影響內部生理活動,從而對種子的萌發促進作用逐漸減弱,甚至產生抑制作用。說明植物激素的適用對象廣泛,低濃度激素處理有利于種子萌發及幼苗生長,而高于一定濃度則會產生抑制作用。

GA3可以解除種子休眠,使種胚周圍的組織軟化,有利于胚芽突破種皮促進種胚的生長[29]。本實驗中,GA3處理不同狀態的核桃種子,發芽率表現為隨濃度增加先升高趨于穩定后下降,在GA3濃度為250～350 mg/L時發芽率較優,幼苗的地上生長指標受影響也較大,且變化趨勢與發芽率相似,這與廖建良等[30]對青蒿種子萌發的研究發現,種子發芽率隨GA3濃度升高逐漸降低的實驗結果相悖。袁芳等[31]對喜馬拉雅紫茉莉種子研究發現,NAA處理不利于其萌發。李韋瑤等[32]研究發現,50～800 mg/L的NAA處理對山韭種子的萌發有抑制作用,且隨NAA濃度的增加,山韭種子的發芽和形態指標均呈下降趨勢。有研究表明,NAA可以促進細胞分裂和組織分化,誘導形成不定根,也能影響細胞分裂、細胞伸長和分化,促進種子發芽和不定根、側芽的形成[33]。本研究中,NAA較ck顯著提高萌發率,但超過250 mg/L則產生抑制作用,對于幼苗的生長指標,實驗認為,中低質量濃度的NAA有利于主根和須根的生長且隨濃度變化對地下部影響較大。植物激素具有微量高效的作用,而且作用效果與施用方法和施用物質量以及施用種子種類有一定的關系,不同種子對不同植物生長調節劑的敏感程度不同,使得該激素在不同的材料上表現出較大的差異性。

3.3 核桃種子幼苗生理指標的綜合分析

植物激素在改善種子萌發和幼苗發育上具有積極作用,不同種子狀態及浸種處理對苗高生長指標影響不同。由主次順序發現,激素種類對苗高、腋芽及須根指標影響較大,GA3處理的苗高和腋芽優于NAA處理,而主根長和須根數NAA處理優于GA3處理;主根長與葉片數受種子狀態影響較大,去殼處理優于帶殼處理。李俊南等[28]研究GA3和NAA處理薄殼山核桃種子發現,最優處理苗高為15.1 cm,葉數為5片,主根長達15.65 cm,須根數達51.8條,而本試驗中苗高最高達21.55 cm、葉片數達17.4片、主根長和須根數分別為11.4 cm和22.4條。差異可能來自實驗浸種催芽溫度(30 ℃)影響,適宜高溫時幼苗生長速度加快,而地下部指標較低,推測是種子播種在營養缽內,生長受到一定抑制,也與不同人員對指標統計方法不同有關。本實驗以GA3和NAA浸種處理,雖較ck有明顯提升,但同濃度不同激素間差異不明顯,為明確不同植物激素對核桃種子發芽和幼苗的相互作用,可減小濃度梯度,增加地上與地下指標統計等做進一步研究。

4 結 論

本研究對不同狀態“溫185”核桃種子在不同植物激素浸種處理下種子萌發和幼苗生長進行初步探究,發現去殼種子處理優于帶殼種子處理,GA3和NAA在適宜條件下對核桃種子萌發率、發芽率均有顯著促進作用,爛種率隨濃度增加有所降低。GA3浸種幼苗苗高、葉片數、腋芽的生長效果優于NAA浸種效果,可顯著提高種子萌發的各項指標并有效促進植株地上部分生物量的積累,而NAA對地下部的影響優于GA3處理,可促進植物根系生長、誘導形成不定根。綜合“溫185”核桃種子發芽情況及形態指標得出,兩種激素的最適浸種濃度為GA3350 mg/L和NAA 250 mg/L。