2種野生銀蓮花種子休眠與萌發特性探析

逯錦春,王鐵軍,朱玉菲,吳萌,王金鑫,陳新娜,李彥慧

(1 河北農業大學 園林與旅游學院,河北 保定 071000;2 河北省林業和草原局宣傳中心,河北 石家莊 050000)

河北省自然地理條件優越,野生花卉資源豐富,市場潛力巨大。長毛銀蓮花(Anemonenarcissifloravar.Crinita)與銀蓮花(Anemonecathayensis)同屬于毛茛科、銀蓮花屬,具有較高的觀賞及藥用價值。自然條件下銀蓮花屬植物主要依靠根莖進行繁殖,繁殖速度較慢,難以滿足在園林應用及藥用生產上的需求[1-5]。目前,有關銀蓮花的研究報道多集中在植物化學成分與藥理研究方面,涉及2種野生銀蓮花種子萌發方面的研究尚無報道。隨著對野生資源需求的不斷增加,研究其種子萌發對實現大批量人工栽培具有重要意義。

種子繁殖是目前解決野生植物資源短缺的有效方法,但受自然環境條件及人為條件限制,野生銀蓮花資源有限,且在自然條件下種子存在休眠現象,大大限制了其植物資源利用。在對同屬植物野生林蔭銀蓮花(Anemoneflaccida)種苗繁殖技術研究中,采用了多種措施處理,種子均難以萌發,說明該種子存在嚴重休眠現象[6-7]。種子休眠是制約野生銀蓮花大規模栽培的瓶頸問題,因此尋找適宜的萌發條件至關重要。本研究以2種野生銀蓮花種子為試驗材料,采用正交試驗的設計方法測定種子活力,通過研究不同培養溫度、不同濃度赤霉素處理、濃硫酸浸種、不同層積處理方式對種子萌發的影響,探討種子休眠原因與休眠類型,篩選適宜的萌發條件,這對保護與開發河北省野生銀蓮花資源并擴大其園林應用范圍具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料于2018年9月中旬采摘,長毛銀蓮花種子采自河北省承德塞罕壩機械林場(E 116°53′～117°39′,N 41°92′～42°36′),銀蓮花種子采自霧靈山自然保護區,自然干燥后貯藏于4 ℃冰箱中。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子基本參數測定 主要包括外形、千粒重、種子吸水率測定。參考劉長江對植物種子形態學的描述方法,觀察并描述2種野生銀蓮花種子形態特征,隨機選取50粒顏色相同的飽滿種子,用數顯式游標卡尺測量種子的長度和寬度,并計算長寬比,取平均值[8]。采用千粒法隨機數取1 000粒種子進行測量,重復3次。選取50粒顏色相同且飽滿的種子進行吸水能力的測試,加入蒸餾水浸沒種子,每隔12 h撈出種子,用吸水紙吸干表面水分在電子天平上稱重,直至種子重量不再變化為止,計算其最大吸水率,重復3次。

1.2.2 種子活力測定 選擇顏色相同且飽滿一致的種子,去除外種皮,用手術刀將種子沿中央縱切,取出完整種胚。采用氯化三苯基四氮唑染色法(簡稱TTC法)進行種子活力測定。通過正交試驗的設計方法觀察在不同染色溫度、染色時間和TTC濃度下2種野生銀蓮花種子的活力,種胚被染上紅色即視為有活力。每個染色因素下均設3個水平,共9個處理,每處理下種子數量為36粒,設3次重復。具體因素水平設定見表1。

表1 銀蓮花種子活力測定正交設計處理Table 1 Orthogonal design for determination of seed vigor of A. cathayensis

1.2.3 種子萌發試驗 (1)溫度處理：將2種野生銀蓮花種子浸種48 h,10%的H2O2消毒15 min后用蒸餾水沖洗干凈備用,向培養皿內鋪2層定性濾紙,于15、20、25、30 ℃的恒溫光照培養箱下進行培養,光照強度2 500 lx,光照12 h/黑暗12 h。每天根據濾紙干燥程度進行適當補水,保持濕潤狀態,觀察記錄發芽數。每個處理25粒種子,3次重復。

(2)赤霉素處理：采用不同濃度 GA3進行處理,GA3設置5個處理,濃度分別為0、50、100、200、400 mg/L。每個處理25粒種子,3次重復。將2種銀蓮花種子在各濃度GA3溶液中浸泡48 h,于20 ℃光照培養箱中進行培養,其他培養條件同1.4.1。

(3)濃硫酸浸種處理：采用98%濃硫酸分別浸泡2種銀蓮花的種子0、2、4、8 min,酸處理后將種子沖洗干凈,于20 ℃光照培養箱中進行培養,其他培養條件同1.4.1。每個處理25粒種子,3次重復。

(4)恒溫層積處理：將沙子經篩子過篩,去除多余雜質,加入適量蒸餾水拌勻,沙子的濕度以手握成團松開即散為宜。挑選2種野生種子各900粒,將沙子與種子按3∶1的比例混勻,分裝到扎孔的培養袋中,置于4 ℃恒溫冰箱中層積,分別層積30、60、100 d,并于100 d后轉至室溫15、30 d,定期觀察并記錄發芽數。

(5)地窖層積處理：在裝有種子的扎孔培養袋四周填滿沙子,放于地窖內進行層積處理,其他同上。將2種種子分別層積60、100 d、并于100 d后轉至室溫15、30 d。當種子連續15 d不再萌發時試驗結束。觀察統計不同時段下的發芽種子數,計算發芽率(種子萌發以胚根露白為統計標準)。具體處理見表2。

表2 層積處理設計Table 2 Design of stratification treatment

1.2.4 指標測定

最大吸水率(%)=(吸足水后的重量-吸水前的重量)/吸水前的重量 × 100%

(1)

千粒重(g)=(種子重量/種子粒數)× 1 000

(2)

種子生活力(%)=(有生活力的種子數/試驗種子總數)× 100%

(3)

1.2.5 數據處理 試驗數據用Excel軟件進行記錄處理, 使用SPSS 20.0軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 種子基本參數測定

2種野生銀蓮花種子的基本參數,見表3。

由表3可知,2種野生銀蓮花種子皆為瘦果,呈橢圓形,表面略粗糙,無毛,兩側具翅。長毛銀蓮花種子顏色為淺褐色,種子長度為8.19 mm,寬度為5.35 mm,長寬比為1.53,最大吸水率為122.00%;銀蓮花種子顏色為棕黑色,種子長度為7.37 mm,寬度為4.81 mm,長寬比為1.55,最大吸水率為123.00%。種子千粒重是衡量種子飽滿程度的一個重要指標,千粒重越大表明種子越飽滿。銀蓮花種子的千粒重比長毛銀蓮花種子高2.74 g。

2.2 種子活力測定

TTC染色法是國際上判斷種子活力及發芽潛力的常用方法。2種野生銀蓮花種子活力測定正交試驗結果,見表4。

表4 野生銀蓮花種子活力測定正交試驗結果Table 4 Orthogonal test results for determination of seed vigor of A. cathayensis

由表4可知,2種銀蓮花種子在不同處理下種子活力不同。長毛銀蓮花種子活力最高的組合為處理5,活力最高為74.97%,染色溫度25 ℃,染色時間12 h,TTC濃度1.00%,比最低組合處理2高出31.5%,且與其他處理均呈顯著差異;銀蓮花種子活力最高的組合為處理7,種子活力最高為83.33%,染色溫度30 ℃,染色時間6 h,TTC濃度1.00%,活力最低的組合為處理8,最高處理比最低處理高33.15%。

對正交處理結果進行方差分析,見表5。

表5 方差分析結果Table 5 Results of variance analysis

由表5可知,3個因素對2種野生銀蓮花種子染色的影響。對于長毛銀蓮花種子,染色溫度的P值為0.001,小于0.05,表明在0.05水平下,染色溫度對長毛銀蓮花種子的染色效果影響顯著;而對于銀蓮花種子,染色溫度與TTC濃度的P值均小于0.05,說明這2個因素對銀蓮花種子的染色影響顯著。根據P值與F值可知,影響長毛銀蓮花種子染色效果大小順序為：染色溫度>染色時間>TTC濃度;而影響銀蓮花種子染色效果大小順序為：TTC濃度>染色溫度>染色時間。

2.3 種子萌發特性

2.3.1 不同溫度、赤霉素濃度、濃硫酸浸種處理對種子萌發的影響 對未經過層積的2種銀蓮花種子進行不同溫度、赤霉素濃度、濃硫酸浸種處理,見表6。

表6 不同處理方式下2種銀蓮花種子的發芽率Table 6 Germination rate of two A. cathayensis seeds under different treatments

由表6可知,各處理水平之間均不存在顯著差異,且2種銀蓮花種子發芽率均較低。在98%濃硫酸浸種8 min處理下,銀蓮花種子表面出現干癟,內部結構受損,不再吸水,種子失活,發芽率為0。在3種處理方式下,長毛銀蓮花的種子平均發芽率總計為3.79%,銀蓮花種子平均發芽率總計為2.77%。在試驗中發現,2種野生銀蓮花種子萌發時滯較長,分別為42、45 d。

2.3.2 不同層積處理對種子萌發的影響 不同層積處理下2種銀蓮花種子的發芽率,見表7。

表7 不同層積處理下銀蓮花種子的發芽率Table 7 Germination rate of A. cathayensis seeds under different stratification treatments

由表7可知,在2種不同層積處理方式下,層積100 d+轉室溫30 d后2種銀蓮花種子均不再萌發,發芽率為0,至此發芽試驗結束,因此未列入表中。在同一層積方式下,銀蓮花種子的發芽率隨層積時間的增加逐漸升高。對比4 ℃層積與地窖層積處理可知,與層積100 d相比,層積100 d+室溫15 d能夠顯著提高2種銀蓮花種子的發芽率,長毛銀蓮花種子發芽率分別提高了10.00%、18.22%;銀蓮花種子發芽率提高了6.67%、11.79%,且均顯著高于其他層積時間段,說明室溫變溫處理顯著提高了種子發芽率。通過2種層積處理方式可知,長毛銀蓮花和銀蓮花種子的最適宜萌發條件為地窖層積100 d+室溫15 d處理,發芽率分別為34.44%和45.78%。

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 野生銀蓮花種子休眠原因及類型 對種子進行生物學特性研究是初步判斷種子質量的關鍵性工作,通常因外界環境因子與植物內部遺傳因素的不同會產生不同大小的種子[9]。TTC染色法法是生產實踐上一種常用來分析與判斷種子發芽能力的方法。大量研究表明,TTC法測定種子活力的結果一般大于或等于其發芽率[10]。種子休眠是自然界中一種較為普遍的現象,是指種子具有活力而不萌發的現象,這是植物在長期進化過程中為抵抗外界不良環境條件形成的一種應激反應。通常影響種子休眠的主要因素有溫度、光照、水分、自身原因等,種子休眠可分為物理休眠、形態休眠、生理休眠、形態生理休眠與復合休眠5種類型,休眠類型直接決定種子發芽難易[11-12]。

本研究測定2種野生銀蓮花種子活力最高分別為74.97%、83.33%,而種子發芽率最高可達34.44%、45.78%,種子活力高于發芽率。在試驗中嘗試用濃硫酸浸種打破其休眠,但其種子可正常吸水及發芽,說明種皮不是造成休眠的主要原因,即不存在物理休眠;在不同溫度與赤霉素處理下,發現2種野生銀蓮花種子發芽率都較低,無顯著差異,而且在萌發過程中未發現萌發高峰,無發芽勢,這與山東銀蓮花(A.chosenicolavar.schantungensis)種子的研究結果一致[13-14]。在試驗前期觀察2種銀蓮花種子發現種胚皆發育不成熟,仍處于心形胚時期。目前根據2種野生銀蓮花種子萌發過程中需要先經過低溫層積促使種胚完成生理后熟,獲得萌發能力后才能萌發的特性,將其初步歸類為形態生理休眠,這是其種子休眠的主要原因[15]。

3.1.2 變溫層積對休眠種子萌發的影響 種子在萌發過程中大量酶會發生活化反應來調節種子內部機制的物質轉化與能量運輸,溫度作為影響酶活性的一個主要因素,在參與種子萌發過程中起著重要的作用[16]。變溫層積是打破形態生理休眠的一種常用方式,適當的變溫處理對于一些具有活力而存在嚴重休眠的種子具有一定的促進萌發作用,因此掌握適宜種子萌發的溫度尤其重要[17]。

本試驗中,在2種層積處理方式下,隨層積時間的增加,種子發芽率逐漸升高,說明在層積過程中,種子的休眠逐漸解除,但隨著層積時間超過115 d時,種子停止萌發且大量發霉,也說明在層積過程中要嚴格控制層積時間。2種野生花種子在層積100 d后進行室溫變溫層積,種子發芽率顯著提高,說明變溫層積可以有效打破種子休眠,促進種子發芽。

3.2 結論

長毛銀蓮花種子在染色溫度25 ℃,染色時間12 h,TTC濃度為1.00%條件下,活力最高為74.97%;而銀蓮花種子活力最高的處理組合為染色溫度30 ℃,染色時間6 h,TTC濃度1.00%,種子活力最高為83.33%。對種子活力正交處理結果進行方差分析得出,影響長毛銀蓮花種子染色效果大小順序為：染色溫度>染色時間>TTC濃度,而影響銀蓮花種子染色效果順序為：TTC濃度>染色溫度>染色時間。對2種銀蓮花種子進行不同溫度、GA3濃度及濃硫酸浸種處理,發現2種野生銀蓮花種子發芽率皆較低。在4 ℃層積與地窖層積2種處理方式下,2種銀蓮花種子發芽率顯著提高,并得出長毛銀蓮花和銀蓮花種子的最適宜萌發條件為地窖層積100 d+室溫15 d處理,發芽率分別可達34.44%和45.78%。