溫度、光照、水分和儲藏時間對3種白鵑梅種子萌發的影響

孫 宜, 王 揚, 石青松, 包崢焱

(北京市植物園管理處/北京市花卉園藝工程技術研究中心/城鄉生態環境北京實驗室, 北京 100093)

白鵑梅屬(ExochordaLindl.)為薔薇科落葉灌木,全世界共4種,我國原產3種,分別為白鵑梅[Exochordaracemosa(Lindl.) Rehd.]、紅柄白鵑梅(E.giraldiiHesse)和齒葉白鵑梅(E.serratifoliaS.Moore),主要分布于江蘇、江西、浙江、遼寧、河南、河北等省。該屬植物花大,白色,花瓣具瓣爪,春季花開似雪,極具觀賞價值。花蕾和嫩葉味道鮮美,為珍貴的山野菜。研究表明,白鵑梅幼葉和花蕾中富含維生素、粗纖維、磷、鉀、黃酮類化合物等[1-2]。紅柄白鵑梅中粗纖維含量豐富,粗脂肪和維生素C含量適中,可溶性糖含量較低,是非常健康的綠色食品[3]。齒葉白鵑梅嫩芽、嫩葉味美且有保健作用,遼西地區的居民有春季采食的習俗[4]。白鵑梅屬植物除了觀賞和食用外,亦具有較高的藥用價值。我國3種白鵑梅均含有豐富的黃酮類化合物,具有抗病毒、消炎、抗氧化的作用[5]。白鵑梅以根皮、樹皮入藥,可治療腰膝酸痛和風濕病,齒葉白鵑梅的嫩葉可治療和預防糖尿病[6]。白鵑梅屬植物集觀賞、食用、藥用于一身,經濟價值極高,但目前除局部地區采集食用外, 基本都處于野生狀態,并未得到充分的開發利用[3],加強白鵑梅屬植物的開發利用可提高生態和經濟價值,具有廣闊的市場前景。 目前關于白鵑梅屬植物的研究多集中于食用和藥用價值分析[2-3,5,7-10],針對其種子萌發特性的研究較少。戢小梅等[11]對白鵑梅種子萌發進行研究得出其最佳萌發溫度為20 ℃,種子萌發對光照條件要求不嚴格;許桂芳等[12]、孫宜等[13]從溫度和光照對紅柄白鵑梅種子萌發進行研究得出,其最適萌發溫度為15 ℃,光照不是種子萌發的必要條件,而關于齒葉白鵑梅種子萌發的研究未見報道。

本試驗通過設置不同萌發溫度、不同光照條件、不同浸種時間、不同儲藏時間對3種白鵑梅種子的萌發特性進行綜合研究,以期獲得3種白鵑梅種子的萌發條件,為今后人工繁殖提供科學全面的基礎資料,對我國白鵑梅屬野生資源的開發利用和保護具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

白鵑梅、紅柄白鵑梅和齒葉白鵑梅的種子采集于國家植物園(40°0′21″N,116°11′38″E)。采集時間2022年8月15日,采集時蒴果由綠初變棕,未開裂,剝開后種皮為褐色。將果實置于室內,果實開裂后取出種子,陰干30 d,裝入密封袋內,置于4 ℃冰箱中儲藏備用。

1.2 方 法

1.2.1種子形態觀測和千粒重計算

目測種子的形狀、顏色;使用游標卡尺測量種子長、寬(最寬處),重復10次;每種植物的種子隨機數100粒,用萬分之一的天平稱重,換算出千粒重。采用低恒溫烘干法(103 ℃,17 h) 測定種子含水率[14],重復3次。

1.2.2播種方法

種子用20～30 ℃清水浸泡后,使用0.3%的高錳酸鉀溶液浸泡消毒10 min,無菌水沖洗3遍,選擇健康飽滿的種子播種于鋪有2層濾紙的培養皿中,加無菌水浸濕。每皿播種15粒,置于人工氣候箱內培養。每個處理重復3次。培養皿中及時補水保持濾紙濕潤。

1.2.3溫度處理

設定3個恒溫處理(15 ℃、20 ℃、25 ℃)和3個變溫處理(15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃、25 ℃/15 ℃)。種子儲藏84 d后取出,20～30 ℃清水浸泡24 h后播種,置于相應溫度的人工氣候箱中。恒溫處理每天光照12 h, 變溫處理高溫階段光照12 h,低溫階段無光照,光照強度為100 μmol/(m2·s),每個處理重復3次。

1.2.4光照處理

設置光照[每天12 h光照,光強為100 μmol/(m2·s)]和持續黑暗2個處理。種子儲藏84 d后取出,20～30 ℃清水浸泡24 h后播種。試驗于15 ℃人工氣候箱中進行,每個品種放置2份,其中1份直接放置作為光照處理,另1份用3層報紙嚴密包裹作為黑暗處理。每個處理重復3次。

1.2.5浸種處理

種子4 ℃儲藏84 d后取出,用20～30 ℃清水浸泡后播種,并測定不同浸種時間種子含水率[14]。設置4個浸種時間,分別為6 h、12 h、18 h、24 h,試驗于15 ℃恒溫培養箱內持續黑暗處理。每個處理重復3次。

1.2.6儲藏時間處理

設置4 ℃干藏28 d、56 d和84 d共3個處理。播種前種子用20～30 ℃清水浸泡24 h。試驗于15 ℃恒溫培養箱內進行持續黑暗處理。每個處理重復3次。

1.2.7觀測記錄

每天觀察發芽情況,記錄發芽時間、發芽數量。種子萌發測定以胚根突破種皮長1 mm為萌發標準[15],連續5 d無種子萌發為試驗結束。

1.3 指標測定與數據分析

試驗結束后計算種子含水率、發芽率、發芽勢、發芽指數和種子萌發速度,種子發芽速度以發芽種子平均萌發時間來評估[16]。

含水率/%=[(W1-W2)/W1]×100%;

發芽率/%=(G1/T)×100%;

發芽勢/%=(G2/T)×100%;

發芽指數= ∑(Gt/Dt);

萌發速度/d=∑(Ri×Di)/∑Ri,

式中,W1為烘干前的重量;W2為烘干后的重量;G1為發芽數;T為試驗種子總數;G2為種子萌發達到高峰時全部發芽的種子數;T為試驗種子總數;本試驗以播種后第8天計算發芽勢;Gt為各日凈發芽數;Dt為相應的發芽日;Ri為種子置床起第i天萌發的數量,Di為種子置床至第i天的天數。

采用Excel2010軟件進行數據管理及圖表繪制;使用SPSS18.0軟件進行單因素方差分析(ANOVA)和t檢驗分析。數據為平均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 3種白鵑梅種子形態性狀分析

白鵑梅屬植物種子為薄片狀,棕色,近半圓形,邊緣圍繞薄翅。3種白鵑梅種子的形態特性略有差異,詳見表1。紅柄白鵑梅種子顏色最深,為深棕色,另外2種白鵑梅種子顏色均為棕色。白鵑梅種子的形狀為扁平斜卵形,紅柄白鵑梅為扁平斜半圓形,齒葉白鵑梅為近半圓形。齒葉白鵑梅種子長度最短(8.56 mm),寬度最寬(6.49 mm);紅柄白鵑梅種子長度最長(9.84 mm),白鵑梅種子寬度最窄(4.88 mm)。紅柄白鵑梅種子千粒重最重(13.70 g),白鵑梅最輕(10.15 g)。白鵑梅種子含水率最高(34.28%),紅柄白鵑梅和齒葉白鵑梅含水率分別為32.24%和28.16%。

表1 3種白鵑梅種子形態特性Table 1 Seed morphological characteristics of 3 species of Exochorda Lindl.

2.2 溫度對3種白鵑梅種子萌發的影響

整個觀察周期(20 d)內,3種白鵑梅在25 ℃下均未萌發,其他溫度下的萌發情況見表2。白鵑梅種子在20 ℃和15 ℃下萌發較早,分別于播種后第6天和第7天開始萌發,15 ℃/5 ℃和25 ℃/15 ℃變溫下萌發最晚,播種后第13天才開始萌發。紅柄白鵑梅在20 ℃和15 ℃時萌發最早,播種第5天和第6天分別開始萌發,15 ℃/5 ℃變溫下萌發最晚(第9天)。齒葉白鵑梅在15 ℃和20 ℃溫度下萌發最早,均為播種第6天萌發,15 ℃/5 ℃變溫下萌發最晚(第11天)。

表2 不同溫度對3種白鵑梅種子萌發的影響Table 2 Effects of different temperatures on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

白鵑梅在15 ℃、20 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃下發芽率無顯著差異,均顯著高于25 ℃/15 ℃。15 ℃、15 ℃/5 ℃溫度下發芽率達到100%, 25 ℃/15 ℃發芽率僅為6.67%;種子的發芽勢、發芽指數以20 ℃最高,分別為68.89%和1.82,與15 ℃差異不顯著,但顯著高于15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃;15 ℃(8.24 d)和20 ℃(8.16 d)萌發速度最快,開始萌發時間顯著早于15 ℃/5 ℃(15.20 d)、20 ℃/10 ℃(12.50 d)和25 ℃/15 ℃(16.00 d)。紅柄白鵑梅在15 ℃、20 ℃、20 ℃/10 ℃下發芽率均為100%,顯著高于15 ℃/5 ℃(68.89%)和25 ℃/15 ℃(72.22%);發芽勢、發芽指數和萌發速度方面均以15 ℃和20 ℃最佳,這2個溫度間無顯著差異,均顯著優于3個變溫處理。 齒葉白鵑梅在20 ℃下種子的發芽率(86.67%)、發芽勢(44.44%)、發芽指數(1.51)均顯著高于15 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃處理。15 ℃/5 ℃下發芽率(6.67%)最低,但與15 ℃(24.44%)和20 ℃/10 ℃(26.67%)無顯著差異,15 ℃/5 ℃下發芽勢最低(0),與20 ℃/10 ℃(8.89%)和25 ℃/15 ℃(6.67%)無顯著差異。15 ℃/5 ℃下的發芽指數(0.09)最低,顯著低于其他溫度處理;萌發速度方面,15 ℃(8.53 d)、 20 ℃(9.15 d)和20 ℃/10 ℃(9.83 d)間差異不顯著,均顯著早于15 ℃/5 ℃(11.67 d)和25 ℃/15 ℃(12.19 d)(表2)。

2.3 光照對3種白鵑梅種子萌發的影響

由表3可知,15 ℃下白鵑梅種子在光照和持續黑暗下的發芽率無差異,均為100%,發芽勢、發芽指數和萌發速度亦無顯著差異,但黑暗處理下發芽勢(68.89%)、發芽指數(1.85)略高于光照處理,萌發速度(8.15 d)略早于光照處理。紅柄白鵑梅種子在光照和黑暗下的發芽率、發芽勢和發芽指數差異不顯著,但黑暗下的發芽勢(95.40%)、發芽指數(2.14)均略高于光照條件下的。黑暗下的萌發速度(6.64 d)顯著早于光照(7.27 d)。 齒葉白鵑梅在光照和黑暗下種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均無顯著差異,但黑暗下的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均略優于光照條件下的。

表3 光照處理對3種白鵑梅種子萌發的影響Table 3 Effects of light treatment on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

2.4 浸種時間對3種白鵑梅種子萌發的影響

由圖1可見,3種白鵑梅種子浸種前(0 h)的含水率相近(白鵑梅9.20%、紅柄白鵑梅9.57%、齒葉白鵑梅9.17%)。隨著浸種時間的延長種子含水率逐漸增加,浸泡0～12 h,種子含水率增長較快,12～24 h,種子含水率基本持平,此時白鵑梅種子含水率為37.50%～38.39%、紅柄白鵑梅為42.79%～44.11%、齒葉白鵑梅為38.04%～39.59%。 3種白鵑梅浸種12 h、18 h、24 h種子含水率差異不顯著,但顯著高于浸種6 h和0 h,浸種6 h種子的含水率顯著高于0 h。

圖1 浸種處理下3種白鵑梅種子含水率Fig.1 Seed moisture content of 3 species of Exochorda Lindl. under soaking treatment

由表4可知,15 ℃持續黑暗處理下,白鵑梅和紅柄白鵑梅種子在不同浸種時間下的發芽率、發芽勢和發芽指數差異不顯著,萌發速度差異顯著。白鵑梅浸種24 h萌發速度(7.76 d)最快,與浸種6 h(8.12 d)和18 h(8.11 d)無顯著差異,但顯著早于浸種12 h(8.39 d)。紅柄白鵑梅浸種24 h萌發速度(6.55 d)最快,與12 h(6.91 d)無顯著差異,顯著早于浸種6 h(7.78 d)和18 h(7.23 d)。浸種時間對齒葉白鵑梅種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度無顯著影響,但浸種24 h的發芽率(24.44%)、發芽勢(17.76%)、發芽指數(0.50)和萌發速度(7.56 d)均略優于其他浸種時間。

表4 不同浸種時間對3種白鵑梅種子萌發的影響Table 4 Effects of different soaking times on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

2.5 儲藏時間對3種白鵑梅種子萌發的影響

15 ℃持續黑暗處理下,白鵑梅、紅柄白鵑梅種子在4 ℃干藏28 d、56 d、84 d后的發芽率、發芽勢和萌發速度均差異不顯著,發芽指數差異顯著(表5)。白鵑梅種子在不同儲藏時間下的發芽率均為100%,儲藏28 d的發芽指數(2.36)顯著高于儲藏56 d(1.82)和84 d(1.95)。紅柄白鵑梅種子儲藏28 d的發芽率(100%)、發芽勢(98.33%)略優于儲藏56 d和84 d。儲藏28 d的發芽指數(3.21)顯著高于儲藏56 d(2.43)和84 d(2.18)。 由表5可知,齒葉白鵑梅種子在不同儲藏時間下的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均差異不顯著,但儲藏56 d種子的發芽率(28.89%)、發芽勢(24.44%)和萌發速度(7.47 d)略優于其他儲藏處理,儲藏28 d的發芽指數(0.63)略高于儲藏56 d(0.60)和84 d(0.51)。

表5 不同儲藏時間對3種白鵑梅種子萌發的影響Table 5 Effects of storage treatment on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

3 討 論

溫度是影響種子萌發的重要因素,不同植物種子萌發都有不同的溫度范圍和最適溫度[17-18],同一種植物亦會因產地不同而最適萌發溫度不同[19]。本研究中,3種白鵑梅在25 ℃時均未萌發,說明高溫不利于白鵑梅屬植物種子的萌發。孫宜等[13]對紅柄白鵑梅種子萌發研究得出,在25 ℃下播種67 d后種子萌發,發芽率可達91.11%,而本研究以播種20 d記為試驗結束,在此期間未有萌發,與此結論不矛盾。3種白鵑梅中以紅柄白鵑梅種子萌發溫度范圍最廣,其在15 ℃、20 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃下最低發芽率可達68.89%,遠遠高于白鵑梅(6.67%)和齒葉白鵑梅(6.67%)。本研究得出白鵑梅、紅柄白鵑梅的最適萌發溫度均為15 ℃和20 ℃,與戢小梅等[11]、孫宜等[13]研究結果不一致,可能是由于地域、生長環境不同,或是試驗設計不同所致。檢測種子萌發活力時,不能僅看發芽率單項指標, 應進行多指標綜合評價。 本研究中,白鵑梅種子在15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃下發芽率雖很高(100%,95.82%),但萌發速度慢(15.20 d, 12.50 d),發芽勢(0,1.96%)和發芽指數(0.99,1.23)低(表2),因此不是其最適萌發溫度。

光照對光中性種子不起作用。本研究中,3種白鵑梅在光照和黑暗條件下種子發芽率、發芽勢、發芽指數均無顯著差異,與戢小梅等[11],許桂芳等[12],孫宜等[13],說明白鵑梅、紅柄白鵑梅和齒葉白鵑梅的種子均為光中性種子,但黑暗條件下3種白鵑梅種子發芽時間較光照略有縮短,且發芽整齊度更高。

被子植物的種子發育可分為形態分化、成熟和脫水3個階段[20]。在成熟后期,種子開始喪失水分,進入代謝不活躍或者靜止狀態[21]。本研究中,在北京地區8月中旬采收時3種白鵑梅種子含水率均低于飽和含水率(表1,圖1),說明此時3種白鵑梅的種子已進入了脫水階段,不再進行貯藏物的積累,為采收的適宜時期。水分是種子萌發的必要條件,種子萌發時的含水率明顯高于貯藏期間的種子含水率[22]。干藏的種子通過浸種吸收充足水分后,代謝活性增加,細胞活性被激活,進而使種子萌發。張金香等[23]研究表明,油松種子用20～30 ℃水浸泡6 h種子生命力最強,秦愛麗等[24]研究發現,崖柏種子浸泡72 h、96 h、120 h的發芽率、發芽指數均無顯著差異。本研究中白鵑梅和紅柄白鵑梅種子浸種6 h、12 h、18 h和24 h后的發芽率、發芽勢、發芽指數均無顯著差異,但萌發速度差異顯著,以浸種24 h最快(表4)。浸種時間對齒葉白鵑梅種子的各項萌發指標均無顯著影響,但以浸種24 h萌發最好(表4)。 雖然3種白鵑梅在浸種12 h后種子含水率即可達到飽和(圖1),但適當延長浸泡時間可促使種皮軟化,更利于胚根突破種皮。

種子活力與儲藏環境和儲藏時間關系密切,在儲藏過程中種子逐漸老化、活力下降[25],研究表明,4 ℃冷藏更有利于種子的儲藏[26-27]。許桂芳,王鴻升[12]研究得出,紅柄白鵑梅種子在4 ℃冰箱冷藏1年后種子發芽率為75%。本研究采用4 ℃干藏方法,對儲藏28 d、56 d、84 d后3種白鵑梅種子的萌發特性研究得出,不同儲藏時間對白鵑梅和紅柄白鵑梅種子的發芽率、發芽勢和萌發速度影響不顯著,但對發芽指數影響顯著,儲藏28 d的發芽指數顯著高于儲藏56 d、84 d(表5)。 不同儲藏時間對齒葉白鵑梅種子發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均無顯著影響,但發芽指數以儲藏28 d最大(表5)。3種白鵑梅種子儲藏28～84 d,種子活力仍較強,發芽率高,但較長的儲藏時間會使發芽指數降低,導致發芽能力變弱。

4 結 論

白鵑梅和紅柄白鵑梅的最適萌發溫度為15 ℃和20 ℃,齒葉白鵑梅的最適萌發溫度為20 ℃。在25 ℃下,3種白鵑梅的種子均未萌發,高溫不利于3種白鵑梅種子的萌發。

光照不是3種白鵑梅種子萌發的必要條件。光照和黑暗處理下,3種白鵑梅的發芽率、發芽勢和發芽指數均無顯著差異,但黑暗下紅柄白鵑梅的萌發速度顯著慢于光照。3種白鵑梅種子在黑暗條件下發芽時間較光照短,且發芽更整齊、生長勢更強。

3種白鵑梅在浸種12 h時,種子含水量即可達到飽和。浸種6 h、12 h、18 h、24 h對白鵑梅和紅柄白鵑梅的發芽率、發芽勢、發芽指數均無顯著影響,對萌發速度影響顯著,以浸種24 h速度最快。浸種時間對齒葉白鵑梅的各項萌發指標無顯著影響,但浸種24 h的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均略優于其他浸種時間。綜合來看,3種白鵑梅種子以浸泡24 h萌發最佳。

4 ℃低溫干藏28 d、56 d、84 d對白鵑梅和紅柄白鵑梅的發芽率、發芽勢和萌發速度影響不顯著,對發芽指數影響顯著,28 d的發芽指數顯著高于儲藏56 d、84 d。儲藏時間對齒葉白鵑梅的發芽率、發芽勢、發芽指數和萌發速度均無顯著影響,但以儲藏28 d的發芽指數最大。長時間儲藏會降低種子的發芽能力和活力。