短時高溫處理對4種松樹種子萌發(fā)的影響

，， ，嬌娥，，， ，，

(云南大學生態(tài)學與地植物學研究所，昆明 650091)

對于植物而言，火是一個古老的干擾因子，它幾乎是與陸生植物同時出現(xiàn)在地球上[1-2]。研究表明，某些植物在長期的火干擾環(huán)境中逐漸產(chǎn)生了對生境過火的適應性，火在植物進化、維持陸生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和維持生物多樣性方面扮演著重要的角色[1,3]。過火后的植被更新是一個復雜的過程，取決于物種的萌發(fā)策略、火適應特性、土壤種子庫和植冠種子庫、幼苗生長條件、火特征(火發(fā)生時間、規(guī)模及強度)等因素[4-6]?；馃龔姸仁怯绊懮鷳B(tài)系統(tǒng)火后更新最重要的因素之一[7-8]?；馃龔姸扔?個重要特征：火燒時間和火燒溫度[9-11]。這2個特征對植物的火后更新有著重要的影響[12]。

火被認為是與松樹進化有著密切聯(lián)系的生態(tài)因子[13]，火對松屬植物的地理分布也起到了一定的作用[14]。在火的長期干擾下，松屬植物形成了一些適應性狀維持其生存和繁殖。例如，厚樹皮、萌生、自疏作用、球果延遲開放、高溫和煙誘導促進種子萌發(fā)、蹲苗期和快速高生長等[15-17]。其中，高溫促進種子萌發(fā)是指萌發(fā)前對種子進行一定時間的高溫處理，可以顯著提高其萌發(fā)率或萌發(fā)速率，這一現(xiàn)象被稱為熱沖擊效應[18-20]。

云南松是我國西南地區(qū)的特有種，以滇中高原為分布中心，在云南西北橫斷山區(qū)與高山松毗連，在云南西南部與思茅松鄰接，而在滇中高原東部則與馬尾松相連[21-23]。已有研究表明，萌發(fā)前對云南松種子進行短時高溫處理，可以提高種子的萌發(fā)率，具有熱沖擊效應[24]。然而，萌發(fā)前高溫處理對思茅松、高山松和馬尾松種子萌發(fā)的影響尚不清楚。本研究通過在萌發(fā)前對種子進行不同溫度和時間的高溫預處理，探討萌發(fā)前高溫處理對云南松、思茅松、高山松和馬尾松種子萌發(fā)的影響，深入了解它們與火的關系。為制定更科學的森林管理措施提供相關的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

本試驗所用的云南松成熟球果采摘于賓川縣；思茅松成熟球果采摘于鎮(zhèn)沅縣；高山松成熟球果采摘于麗江市；馬尾松成熟球果采摘于百色市。在常溫下使用枝剪剝離出球果內(nèi)種子，選取完整飽滿、顏色較深的種子作為試驗用種子。

1.2 方 法

1.2.1 材料處理

本試驗種子萌發(fā)前的高溫處理主要參照Martinez-Sanchez等[19]的試驗方法，選用60，90，120 ℃和150 ℃ 4個溫度梯度，1，5 min和10 min 3個時間梯度處理種子。不同溫度和不同時間組合的處理，加上常溫(25 ℃)對照組，共計13個處理。每處理5個重復，每個重復20粒種子。

在烘箱中放入3個平面玻璃皿，設定好溫度，待烘箱溫度達到設定溫度后，迅速將種子置于烘箱中的平面玻璃皿中進行高溫處理，每皿放置100粒種子，避免種子疊放。分別處理1，5 min和10 min后，依次迅速取出一份轉(zhuǎn)入備好的常溫下的器皿中，待種子自然冷卻至室溫后進行萌發(fā)試驗。

1.2.2 萌發(fā)試驗

將處理后的種子置于鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)瓶中進行萌發(fā)試驗。每個培養(yǎng)瓶20粒種子。培養(yǎng)箱設置：每天光照14 h、25 ℃，光強為1 250 lx左右，黑暗10 h、18 ℃。培養(yǎng)瓶保持濕潤且種子周圍不出現(xiàn)水膜，定期記錄種子的萌發(fā)數(shù)量(種子萌發(fā)以胚根突破種皮2 mm為標準)，記錄至連續(xù)7 d無種子萌發(fā)為止。

1.3 數(shù)據(jù)處理

參照董沁方等[25]的方法，計算種子萌發(fā)率和熱沖擊效應指數(shù)，公式如下：

……(1)

式中：n表示正常萌發(fā)數(shù)量；N表示供試種子數(shù)量。

熱沖擊效應指數(shù)(RI)計算公式為：

RI=1-C/T(當T≥C時)

……(2)

RI=T/C-1(當T

……(3)

式中：C為對照值，T為處理值。當RI>0時，為促進作用；當RI<0時，為抑制作用。RI的絕對值代表作用強度的大小。

利用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并作圖，利用SPSS 22.0軟件通過95%水平上進行單因素方差(ANOVA)分析，采用Duncan檢驗法進行多重比較及差異顯著性檢驗(α=0.05)，圖表數(shù)據(jù)為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 萌發(fā)前高溫處理對云南松種子萌發(fā)率的影響

由圖1可知，對照組萌發(fā)率為(58±16.81)%。萌發(fā)前經(jīng)60 ℃，1，5 min和10 min處理后，其萌發(fā)率均顯著高于對照組，分別為(89±8.22)%、(91±4.18)%和(89±5.48)%；當溫度提高到90 ℃，處理1，5 min時，其萌發(fā)率與對照組無顯著差異。處理10 min時，萌發(fā)率顯著低于對照組；當溫度提高到120 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(68±5.70)%，高于對照組萌發(fā)率，但無顯著性差異。處理5，10 min時，其萌發(fā)率顯著低于對照組；當處理溫度為150 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(72±7.58)%，高于對照組，但差異不顯著。但當處理時間為5，10 min時，種子萌發(fā)率為0。

注：不同大寫字母表示在相同溫度不同時間處理下的萌發(fā)率有顯著性差異(p<0.05);不同小寫字母表示在相同時間不同溫度處理下的萌發(fā)率有顯著性差異(p<0.05)。下同。圖1 不同處理云南松種子的萌發(fā)率

萌發(fā)前經(jīng)1 min不同溫度處理后，隨溫度的升高，種子的萌發(fā)率表現(xiàn)出明顯的升高—降低—升高的趨勢；分別經(jīng)5，10 min處理后，隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率表現(xiàn)出明顯的先升高后降低的趨勢。

2.2 萌發(fā)前高溫處理對思茅松種子萌發(fā)率的影響

由圖2可知，對照組萌發(fā)率為(43±12.55)%。萌發(fā)前經(jīng)60 ℃，1，5 min處理后，其萌發(fā)率分別為(55±7.07)%、(44±16.35)%，高于對照組，但無顯著性差異；當溫度提高到90 ℃，不同時間處理其萌發(fā)率與對照組均無顯著差異；當溫度提高到120 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(55±12.75)%，高于對照組萌發(fā)率，但差異不顯著。處理5 min時，其萌發(fā)率為(13.75±8.54)%，顯著低于對照組。處理10 min時，種子萌發(fā)率為0；當處理溫度為150 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(53±13.04)%，高于對照組萌發(fā)率，但差異不顯著。當處理時間為5，10 min時，種子萌發(fā)率為0。

圖2 不同處理思茅松種子的萌發(fā)率

萌發(fā)前經(jīng)1 min不同溫度處理后，隨溫度的升高，種子的萌發(fā)率表現(xiàn)出升高—降低—升高的趨勢；分別經(jīng)5，10 min處理后，隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率波動較小，均與對照組無顯著性差異。

2.3 萌發(fā)前高溫處理對高山松種子萌發(fā)率的影響

由圖3可知，對照組萌發(fā)率為(63±18.90)%。萌發(fā)前經(jīng)60 ℃，1，5 min和10 min處理后，其萌發(fā)率均顯著高于對照組，分別為(83.84±4.15)%、(82.84±4.40)%和(89±5.48)%；當溫度提高到90 ℃，處理1，5 min和10 min時，萌發(fā)率分別為(80.89±8.73)%、(88.89±8.12)%和(78.74±6.74)%，均顯著高于對照組；當溫度提高到120 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(82.53±9.61)%，顯著高于對照組萌發(fā)率。處理5，10 min時，其萌發(fā)率分別為(69.56±7.57)%、(59.94±14.98)%，與對照組無顯著性差異；當處理溫度為150 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(84.47±1.18)%，顯著高于對照組萌發(fā)率。處理時間為5，10 min時，種子萌發(fā)率為0。

圖3 不同處理高山松種子的萌發(fā)率

萌發(fā)前經(jīng)1 min不同溫度處理后，當處理溫度為60 ℃時，種子萌發(fā)率明顯升高。隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率基本保持平衡；分別經(jīng)5，10 min處理后，隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率表現(xiàn)出明顯的先升高后降低的趨勢。

2.4 萌發(fā)前高溫處理對馬尾松種子萌發(fā)率的影響

由圖4可知，萌發(fā)前經(jīng)60 ℃，1，5 min和10 min處理后，其萌發(fā)率均顯著高于對照組，分別為(88.84±6.65)%、(89±4.18)%和(86±6.52)%；當溫度提高到90 ℃，處理1，5 min和10 min時，萌發(fā)率分別為(90±7.90)%、(81.78±8.85)%和(83.79±7.57)%，均顯著高于對照組；當溫度提高到120 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(81.74±9.35)%，顯著高于對照組萌發(fā)率。處理時間為5，10 min時，種子萌發(fā)率為0；當處理溫度為150 ℃，處理1 min時，其萌發(fā)率為(76.58±5.57)%，高于對照組萌發(fā)率，但差異不顯著。處理時間為5，10min時，種子萌發(fā)率為0。

注：圖中(a)為云南松；(b)為思茅松；(c)為高山松；(d)為馬尾松。圖5 4種松樹種子熱沖擊效應指數(shù)的比較

圖4 不同處理馬尾松種子的萌發(fā)率

萌發(fā)前經(jīng)1 min不同溫度處理后，隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；分別經(jīng)5，10 min處理后，隨著溫度的升高，種子萌發(fā)率表現(xiàn)出明顯的升高，然后降低的趨勢。

2.5 萌發(fā)前高溫處理對4種松樹種子熱沖擊效應的影響

熱沖擊效應指數(shù)也是描述熱沖擊對種子萌發(fā)率影響的指標(見圖5)。

圖5 a所示，對于云南松種子，當處理溫度為60 ℃時，熱沖擊效應指數(shù)大于0，表示該處理組的萌發(fā)率高于對照組，對種子萌發(fā)具有明顯的促進作用；當溫度升高到90 ℃，處理1，5 min時，促進作用不明顯。處理10 min時，熱沖擊效應指數(shù)小于0，表示該處理的種子萌發(fā)率小于對照組，對種子萌發(fā)具有抑制作用；當溫度為120 ℃和150 ℃，處理1 min時，對種子萌發(fā)均表現(xiàn)出促進作用。但當溫度為120 ℃，處理5，10 min時，熱沖擊效應指數(shù)均小于0，具有明顯的抑制作用。

圖5 b所示，對于思茅松種子，當溫度為60 ℃，處理1 min時，熱沖擊效應指數(shù)大于0，對種子萌發(fā)具有促進作用。處理5，10 min時，熱沖擊效應指數(shù)均小于0，具有抑制作用；當溫度升高到90 ℃時，該處理組均表現(xiàn)出抑制作用；當溫度為120 ℃和150 ℃，處理1 min時，對種子萌發(fā)均表現(xiàn)出促進作用。但當溫度為120 ℃，處理5 min時，熱沖擊效應指數(shù)小于0，表現(xiàn)出明顯的抑制作用。

圖5 c所示，對于高山松種子，當處理溫度為60，90 ℃時，熱沖擊效應指數(shù)大于0，對種子萌發(fā)具有明顯的促進作用；當溫度為120 ℃時，隨著處理時間的增加，對種子萌發(fā)表現(xiàn)出先促進，后抑制的趨勢；當溫度為150 ℃，處理1 min時，具有明顯的促進作用。

圖5 d所示，對于馬尾松種子，隨著溫度的增加，每個處理組的熱沖擊效應指數(shù)均大于0，對種子萌發(fā)均表現(xiàn)出顯著的促進作用。大致呈現(xiàn)出隨著溫度增加，促進作用逐漸減弱的趨勢。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)受其內(nèi)部因素和環(huán)境因素如溫度、水分等的影響。當控制環(huán)境因素相同時，種子萌發(fā)率的高低則是由種子內(nèi)部生理生化特性的變化決定的[26]。采用高溫處理、PEG滲透調(diào)節(jié)、低溫層積處理和化學物質(zhì)處理等方法，可以有效的促進種子萌發(fā)[27-28]。本研究中，萌發(fā)前不同高溫和不同時間處理對4種松樹種子的萌發(fā)產(chǎn)生了不同的影響。當處理溫度為60 ℃時，云南松、高山松和馬尾松種子的萌發(fā)率均顯著高于對照組，對種子萌發(fā)表現(xiàn)出明顯的促進作用，具有熱沖擊效應。這可能是因為萌發(fā)前對種子進行一定時間的高溫處理可以促進蛋白質(zhì)合成，從而激活種子內(nèi)部酶系統(tǒng)，使種子內(nèi)部生理生化反應活躍起來[29]。對于思茅松而言，隨著溫度的升高，其萌發(fā)率基本保持不變，均與對照組無顯著性差異，不存在熱沖擊效應。這表明在一定范圍內(nèi)，短時高溫處理對思茅松種子的萌發(fā)無明顯的影響。

當溫度升高到90 ℃時，云南松種子萌發(fā)率有逐漸下降的趨勢，但最低萌發(fā)率仍有(30±5.00)%。高山松和馬尾松種子萌發(fā)表現(xiàn)出明顯的促進作用，萌發(fā)率顯著高于對照組；宋紅等研究發(fā)現(xiàn)，興安落葉松、樟子松種子不能忍耐高溫，當溫度超過120 ℃時，大部分種子失去生命力[30]。與之相比，當溫度為120 ℃，處理5，10 min時，云南松和高山松仍具有一定的萌發(fā)率，表現(xiàn)出較強的耐高溫能力[19]。這與常云霞等[24]的研究結(jié)果基本相似；當溫度升高到150 ℃，處理5，10 min時，4種松樹種子均不萌發(fā)。這可能是因為當處理溫度達到一定范圍時，高溫抑制了酶活性，從而使萌發(fā)率降低，最終使酶失去活性，種子不再萌發(fā)[31]。

云南松以滇中高原為中心，廣布于川、藏、黔、桂等地。分布區(qū)氣候?qū)俑咴撅L類型，冬暖夏涼，夏秋季雨量集中，冬春干旱嚴重，干濕季分明[32]。滇中高原還是森林火災高發(fā)區(qū)[33]。已有研究表明，云南松具有熱沖擊現(xiàn)象，具有耐高溫性[24]，這與本研究結(jié)果相似。這可能是因為云南松的特殊生境使其對火產(chǎn)生了適應性。高山松是我國西南部高海拔山地的特有種。本研究發(fā)現(xiàn)，高山松與云南松一樣熱沖擊效應明顯，且具有較強的耐高溫能力。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是高山松是耐寒的亞高山陽坡樹種，要求寒溫環(huán)境，與云南松在垂直分布上形成替代關系[17]，高山松林也易發(fā)生火災[34]，且高山松被認為是云南松和油松自然雜交產(chǎn)生的二倍體雜交種[35]。因此在對火的適應方面具有極強的相似性。在本次研究中，思茅松不具有熱沖擊效應，短時高溫處理不能促進其種子萌發(fā)。這可能與思茅松喜暖熱而偏濕，適生于云南哀牢山以西的南亞熱帶山地的季風氣候條件，且分布區(qū)不易發(fā)生火災有關[17,36]。從研究結(jié)果可以看出，馬尾松具有熱沖擊效應，具有一定的耐高溫能力，但其種子對高溫的敏感性低于云南松，并且耐高溫能力也不及云南松。這可能與馬尾松分布區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，冬季嚴寒而較濕潤，夏季炎熱多雨，濕度較云南松分布區(qū)大[17,37]，因而火災發(fā)生頻率相對較低有關。

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