溫度和激素對不同種源連香樹種子發(fā)芽的影響

陳學(xué)龍，王 飛*，丁全定，付作霖，齊 昊

(1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅 舟曲 746300)

溫度和激素對不同種源連香樹種子發(fā)芽的影響

陳學(xué)龍1，2，王 飛1，2*，丁全定1,2，付作霖1，2，齊 昊1，2

(1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，甘肅 舟曲 746300)

為研究不同溫度和激素對白龍江不同種源地連香樹種子發(fā)芽的影響，本研究采用2種外源激素GA和PEG，在不同溫度梯度下的連香樹種子發(fā)芽實驗表明：(1)GA更有利于連香樹種子發(fā)芽。(2)舟曲縣連香樹種子活性優(yōu)于宕昌縣種子。(3)在同一溫度下隨著激素濃度增大，發(fā)芽率表現(xiàn)出先增后減的趨勢；隨著溫度的增加同一濃度種子發(fā)芽率表現(xiàn)出增大的趨勢；同一溫度下發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢變化一致。(4)隨著激素濃度和溫度的增加平均發(fā)芽時間均減小，及高濃度、高溫有利于縮短種子發(fā)芽時間。

激素；溫度；連香樹；種子；發(fā)芽

連香樹(CercidiphyllumjaponicumSieb.et Zucc.)，系連香樹科(Cercidiphyllaceae)連香樹屬(CercidiphyllumSieb. et Zucc. )落葉大喬木，屬第三紀(jì)孑遺植物，是東亞特有的珍稀瀕危樹種[1]，被列為我國二級保護植物[2]。連香樹起源古老，具有較高的科研和利用價值，而且具有香料、造紙、藥用和木材等多種經(jīng)濟效益，以及綠化、美化、優(yōu)化環(huán)境等景觀效果[3～4]。該種目前分布于我國的川、甘、晉、陜、鄂、湘、贛、皖、豫、浙等多省，但種群明顯斑塊化，且種群規(guī)模極其有限，多數(shù)分布地甚至呈單株分布[2]。該樹種以有性繁殖和無性繁殖，有性繁殖主要以種子為主；種子發(fā)芽狀況也是判定種子質(zhì)量、確定播種量的一項重要指標(biāo)，也是種群自然更新的基礎(chǔ)，對連香樹種群保護和恢復(fù)具有重要意義；無性繁殖主要以扦插為主。

白龍江流域是甘肅連香樹種群重要生長地之一，該區(qū)種群分布明顯板塊化，分布規(guī)模不大，多數(shù)呈現(xiàn)單株分布，且因放牧或人為砍伐，該種群數(shù)量減少，且無明顯主干，多以簇狀生長，樹高多10 m以上。

1 材料與方法

1.1 材料采集

本文所用連香樹種子于2016年10月在甘肅省武都區(qū)和舟曲縣兩地采集，將同一地區(qū)不同株樹收集的種子混合，然后將采集的種子帶回實驗室自然風(fēng)干，裝入報紙后放入通風(fēng)、干燥、遮光處保存，實驗于2017年3月進行種子萌發(fā)實驗，不同種源地基本概況如表1所示。

1.2 方法

用聚乙二醇(Polyethylene glycol，簡寫PEG)和赤霉素(Gibberellin，簡寫GA)處理連香樹種子，PEG和GA屬植物生長調(diào)節(jié)劑，具有促進植物營養(yǎng)器官的生長和發(fā)育的作用[5～7]，同時，此類外源激素也表現(xiàn)出對種子發(fā)芽相應(yīng)的影響，本文在不同溫度下對不同種源地種子的發(fā)芽能力進行研究，以其為種子選育和萌發(fā)提供理論依據(jù)。

將飽滿無機械損傷的連香樹種子每組50粒分別裝入50 ml小燒杯中、編號，然后采用0.2%的高錳酸鉀(K2MnO4)消毒30 min[8]，消毒后用蒸餾水清洗2次～3次，再用40℃蒸餾水浸泡催芽24 h；將聚乙二醇和赤霉素分別配置成濃度為25 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1和200 mg·L-14種；過濾浸泡催芽的種子，然后將種子放入燒杯，用不同濃度的激素浸泡12 h，再用蒸餾水清洗2次～3次，放入70 mm培養(yǎng)皿(底部墊2層紗布)中，加入少量蒸餾水保濕，對照組不加激素處理其他處理一致，每組處理3個，然后將裝有種子的培養(yǎng)皿放入15℃、20℃、25℃和30℃的恒溫箱中培養(yǎng)，總計240個處理，每天觀察1次，加水1次保持濕度。

表1不同種源地基本概況

Tab. 1

The basic situation of different provenance

注：本文圖中種子來源于舟曲縣的種子為種源1，種子來源于宕昌縣的種子為種源2。

1.3 數(shù)據(jù)記錄和處理

每粒種子以胚根突破種皮作為種子發(fā)芽的標(biāo)志，以連續(xù)5 d沒有種子發(fā)芽作為種子發(fā)芽結(jié)束標(biāo)志，每天觀察并記錄種子發(fā)芽狀況，按照以下公式計算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)[9]和平均發(fā)芽時間[10]。

發(fā)芽率=(正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽勢=(規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)式中Dt表示時間t日的發(fā)芽數(shù)，Gt表示相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

平均萌發(fā)時間(MGT)=(A1T1+A2T2+…+AnTn)/(A1+A2+…+An)式中An為培養(yǎng)第n天的發(fā)芽數(shù)，Tn為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

數(shù)據(jù)處理采用Excel和spss13.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同激素濃度在不同溫度下對連香樹種子發(fā)芽率的影響

植物激素是植物自身合成的調(diào)節(jié)物質(zhì)，在種子發(fā)育過程中起著重要的調(diào)控作用[11]，溫度對激素活性也起著重要作用，不同溫度下激素活性不同[12]。在不同溫度下不同激素隨著濃度的增加連香樹發(fā)芽率如圖1所示。

注：種1C指種1用GA處理，種1I指種1用PEG處理，種2C指種1用GA處理，種2I指種1用PEG處理，同下圖1 不同溫度隨著激素濃度增加連香樹種子的發(fā)芽率變化Fig.1 Katsura tree seed germination rate changes under different temperature with the increase of hormone concentration

由圖1可知：在不同溫度下不同種源地種子隨著不同激素濃度增加種子發(fā)芽率不同。在15℃時未用GA處理的種源1發(fā)芽率最大(32.00%)，用GA處理的種子隨著GA濃度的增加種子發(fā)芽率逐漸減小，發(fā)芽率與GA濃度呈負相關(guān)性；用PEG處理的種源1隨著濃度的增加和對照組相似變化不大，在濃度為100 mg·L-1時發(fā)芽率最大(28.67%)，隨后減?。环N源2在15℃時用GA和PEG兩種激素處理的結(jié)果一致，隨著濃度的增加都表現(xiàn)出現(xiàn)增加后減小的趨勢，且在兩種激素濃度為50 mg·L-1時發(fā)芽率最大，分別是16.00%和14.67%，在同一激素處理下用GA處理的發(fā)芽率略大于用PEG，隨著濃度的增加種源2發(fā)芽率表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，這與楊玲[12]等的研究一致。 在20℃時用GA和PEG處理的種源1隨著濃度的增加發(fā)芽率表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢，在濃度為25 mg·L-1時發(fā)芽率最大，分別是36.67%和31.33%；用GA處理的種源2發(fā)芽率變化和種源1一致，在濃度為25 mg·L-1時發(fā)芽率最大(14.67%)，用PEG處理的種源2發(fā)芽率先減小后增大最后又變小，即在濃度為0 mg·L-1時發(fā)芽率大于在濃度25 mg·L-1和50 mg·L-1，在濃度為100 mg·L-1時發(fā)芽率最大(12.67%)，用低濃度PEG處理種源2發(fā)芽率不及對照。在25℃時用兩種激素處理的種源1在濃度為100 mg·L-1時發(fā)芽率最大，分別是32.67%和38.00%，與20℃時PEG處理的種源2一致，對照組大于在濃度25 mg·L-1和50 mg·L-1的發(fā)芽率。用GA處理的種源2在25 mg·L-1時發(fā)芽率最大(14.67%)，用PEG處理的種源2在50 mg·L-1時發(fā)芽率最大(13.55%)。在30℃時用GA處理的種源1隨著濃度的增加發(fā)芽率變化不大，且在濃度200 mg·L-1時發(fā)芽率最大(42.67%)，其次為在濃度100 mg·L-1時發(fā)芽率為40.00%，然后是對照為34.00%，濃度25 mg·L-1最小為22.67%；其他3種處理是都表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，在濃度50 mg·L-1時發(fā)芽率最小，種源1在濃度為0 mg·L-1發(fā)芽率最大為33.33%，種源2在兩種激素濃度為200 mg·L-1發(fā)芽率最大，分別是14.00%和12.67%。只有在25℃時出現(xiàn)用PEG處理的種子發(fā)芽率大于GA處理，其他處理均表現(xiàn)出用GA處理的種子發(fā)芽率大于其他。

2.2 不同激素濃度在不同溫度下對連香樹種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是重要的生物學(xué)指標(biāo)[13]，是反映種子質(zhì)量優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一，故二者比發(fā)芽率能更好的表現(xiàn)種子活力。由圖2可知：在15℃時兩種種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化基本一致，用GA處理種源1的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢先升高后減小，在濃度25 mg·L-1時發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢最大，分別是2.32和26.00%，發(fā)芽率也略小于對照組而大于其他處理，在15℃時用GA濃度25 mg·L-1處理的種源1活性最大；兩種激素處理的種源2隨著激素濃度的增加發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢變化規(guī)律不明顯，但用GA處理的種源2在濃度50 mg·L-1時發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢最大，分別是1.23和12.00%，說明在15℃時用GA濃度50 mg·L-1處理的種源2活性最大。

圖2 不同溫度隨著激素濃度增加連香樹種子的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢變化Fig.2 The katsure tree seed’s germination index and germination potential change under different temperature with the increase of hormone concentration

在20℃時兩種種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化一致，用PEG處理的種源1在濃度為25 mg·L-1時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最大，發(fā)芽指數(shù)為3.59，發(fā)芽勢為31.33%；用GA處理的種源2也在濃度25 mg·L-1時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最大，分別是1.86和14.00%，用兩種激素處理的種子，種源1的發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于種源2，在20℃時種源1的種子活性大于種源2。

在25℃時兩種種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化也一致，用PEG處理的種源1在濃度為100 mg·L-1時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均最大，發(fā)芽指數(shù)為3.83，發(fā)芽勢為32.00%；種源2不用激素處理時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最大，分別是2.04和19.33%，用GA處理的種源2隨著濃度的增加有減小的趨勢，用PEG處理的種源2隨著濃度的增加先增大后減小，在50 mg·L-1時為轉(zhuǎn)折點，此時發(fā)芽率最大，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)較小。

在30℃時兩種種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化基本一致，用兩種激素處理的種源1發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化一致，但隨著濃度升高用GA處理的種源1的2種指數(shù)無明顯的變化規(guī)律，在濃度在200 mg·L-1時發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最大為6.12和42.67%；種源1隨著PEG濃度的增加先減小后增加，在50 mg·L-1時最?。挥脙煞N激素處理的種源2在激素濃度為200 mg·L-1時最大，且用GA略大于PEG，分別是1.83和12.67%；隨著溫度的增加發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最大值也隨著激素濃度的增加而加大。

2.3 不同激素濃度在不同溫度下對連香樹種子發(fā)芽時間的影響

不同激素濃度處理在不同溫度條件下對種子的萌發(fā)時間有一定的影響[14～15]，由圖3可知：同一溫度下隨著濃度的增加平均發(fā)芽時間減少，對照組平均發(fā)芽時間最大，激素在200 mg·L-1時平均發(fā)芽時間最短；在15℃時用GA處理的種源1在200 mg·L-1時平均發(fā)芽時間最小為6.75 d；在20℃時用GA處理的種源2在200 mg·L-1時平均發(fā)芽時間最小為4.21 d；在25℃時用GA處理的種源1在200 mg·L-1時平均發(fā)芽時間最小為4.37 d；在30℃時用GA處理的種源1在200 mg·L-1時平均發(fā)芽時間最小為3.52 d，隨著溫度的升高同濃度平均發(fā)芽時間減小，高濃度激素有利于提高種子的發(fā)芽時間。

圖3 不同溫度隨著激素濃度增加連香樹種子的平均發(fā)芽時間變化Fig .3 The average seed germination time of katsura trees under different temperature with the increase of hormone concentration

3 結(jié)論與討論

通過不同激素對不同種源地連香樹種子在不同溫度下種子發(fā)芽實驗研究表明：不同種源地連香樹種子發(fā)芽率與激素種類、激素濃度和溫度都有一定的關(guān)系。

(1)GA處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于PEG處理的種子，說明GA比PEG更有利于連香樹種子發(fā)芽。

(2)在同一溫度下，隨著激素濃度的增加，發(fā)芽率基本上表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，不同溫度下最大發(fā)芽激素濃度不同，種源1用GA和PEG發(fā)芽率均大于種源2，只有在25℃時出現(xiàn)用PEG處理的種子發(fā)芽率大于GA處理，其他處理均表現(xiàn)出用GA處理的種子發(fā)芽率大于其他；隨著溫度的升高，同一濃度激素處理的種子發(fā)芽率有升高的局勢，及溫度有利于激素活性，有助于種子發(fā)芽，這與黃建等研究基本一致[14]，在30℃時用GA處理的種源1在濃度200 mg·L-1時發(fā)芽率最大為42.67%，種源2在25℃在GA濃度為25 mg·L-1發(fā)芽率最大為14.67%。

(3)同一溫度下發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化基本一致，兩種激素處理的種源1發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均大于種源2，隨著溫度的增加發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)最大值也隨著激素濃度的增加而加大。

(4)同一溫度下隨著濃度的增加平均發(fā)芽時間減少，對照組平均發(fā)芽時間最大，隨著溫度的升高同濃度平均發(fā)芽時間減小，高濃度激素有利于提高種子的發(fā)芽時間。

不同種源地種子活力不一致，種源1大于種源2及舟曲縣的連香樹種子活力優(yōu)于宕昌縣的種子，GA更有利于連香樹種子發(fā)芽，在不同的溫度不同激素濃度下連香樹種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)都不同，在種子催芽過程中找到最優(yōu)發(fā)芽條件更有利于種子萌發(fā)，本研究僅對白龍江流域連香樹種子萌發(fā)提供理論依據(jù)。

[1] 麥苗苗, 石大興, 王米力, 等. PEG 處理對連香樹種子萌發(fā)與芽苗生長的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 2009, 45(10): 94～99.

[2] 李文良, 張小平, 郝朝運, 等. 珍稀植物連香樹 (Cercidiphyllum japonicum) 的種子萌發(fā)特性[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(11): 5445～5453.

[3] 王靜蓉, 段金廒. 連香樹樹皮化學(xué)成分的研究[J]. 植物學(xué)報, 1999, 41(2): 209～212.

[4] Ohtani T, Kamasaki K, Tanaka C. Effect of counterface material for abrasive wear of Cercidiphyllum japonicum wood on three-body abrasion[J]. Precision engineering, 2004, 28(1): 73～77.

[5] 李勇. 植物生長調(diào)節(jié)劑的作用及正確使用要點[J]. 新農(nóng)村 (黑龍江), 2013 (22): 46～46.

[6] 張薇, 王文俊, 李連芳, 等. 外源激素浸種對云南松種子發(fā)芽的影響[J]. 種子, 2015, 4: 001.

[7] 李俊南, 熊新武, 習(xí)學(xué)良, 等. 植物激素對薄殼山核桃種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 經(jīng)濟林研究, 2013, 31(1): 81～86.

[8] 袁寶東. 不同處理對厚樸種子發(fā)芽率的影響[J]. 防護林科技, 2017 (2): 27～28.

[9] 田宏, 劉洋, 張鶴山, 等. 扁穗雀麥種子萌發(fā)條件的研究[J]. 草業(yè)科學(xué), 2009, 26(07): 88～93.

[10] 張蕾, 張春輝, 呂俊平, 等. 光照強度對青藏高原東緣九種紫草科植物種子萌發(fā)的影響[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2011, 47(5): 67～72.

[11] 李曉宇, 藺吉祥, 穆春生, 等. 外源植物激素對羊草種子形成及萌發(fā)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2012, 28(23): 11～14.

[12] 楊玲, 崔曉濤, 沈海龍. 外源激素與溫度對花楸樹種子萌發(fā)的影響[J]. 植物生理學(xué)通訊, 2009 (6): 555～560.

[13] 黃光群, 黃晶, 張陽, 等. 沼渣好氧堆肥種子發(fā)芽指數(shù)快速預(yù)測可行性分析[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2016, 47(5): 177～182.

[14] 黃建, 劉洪見, 錢仁卷, 等. 不同浸種溫度及時間預(yù)處理對瞿麥種子發(fā)芽的影響[J]. 北方園藝, 2011 (15): 95～97.

[15] 張立磊, 王少平. 不同浸種溫度和時間對觀賞向日葵種子發(fā)芽的影響[J]. 種子, 2013, 32(12): 73～75.

EffectofTemperatureandHormoneofDifferentProvenancetoCercidiphyllumJaponicumSieb.etZucc.SeedGermination

CHEN Xue-long1,2WANG Fei1,2*DING Quan-ding1,2FU Zuo-lin1,2QI Hao1,2

(1.Institute of forestry Science,Bailongjiang Forestry Management Bureau of Gansu Province,Lanzhou,Gansu 730070，China;2.Gansu Bailongjiang National Forest Ecosystem Research Station, Zhouqu, Gansu 746300,China)

In order to study the influence of different temperature and hormone on the germination of the seeds in different area of the White Dragon River,two exogenous hormones, GA and PEG were used in this study.The germination experiment of the seed germination under different temperature gradient indicated that (1) the GA was more advantageous to the seed germination;(2) seed activity from Zhouqu was better than that of Dangchang seeds;(3) under the same temperature,as the hormone concentration increases, the germination rate showed a trend of decrease after increase first.With the increase of temperature,under the same concentration,seed germination rate showed increasing trend;Under the same temperature germination index and germination potential changes were consistent;(4) with the increase of hormone concentration and temperature,average germination time were reduced, and high concentration and high temperature could shorten seed germination time.

Hormones,Temperature,CercidiphyllumjaponicumSieb,Seed,Germination

2017-10-31

甘肅省青年科技基金計劃項目(145RJYK278),甘肅省林業(yè)科技項目(2015kj048)， 甘肅省林業(yè)科技項目(2015kj051)，甘肅省林業(yè)科技項目(2016kj058), 甘肅省林業(yè)科技項目(2016kj062)。

陳學(xué)龍(1985-)，男，本科，工程師，主要從事林業(yè)生態(tài)研究。E-mail：173763825@qq.com。

*通訊作者：王飛，男，工程師，主要從事林業(yè)土壤研究。E-mail：1336190642@qq.com。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.06.009

S722.3

A

1003-5508(2017)06-0034-06