4種榕屬植物種子生物學(xué)特征及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特性研究

， ， ， ， ， ，

(1.西南林業(yè)大學(xué)生物多樣性保護(hù)與利用學(xué)院， 云南 昆明 650224； 2.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 云南 昆明 650224)

榕樹是桑科(Moraceae)榕屬(Ficus)中的喬木樹種的總稱[1]，為常綠喬木或灌木。全世界的榕樹約有750種[2-3]，榕屬植物主要分布在熱帶，亞熱帶地區(qū)，它是熱帶雨林中最大的木本屬種之一[4]，在滇南熱帶雨林中就有40多種[5]。榕樹是所有物種中結(jié)實(shí)量最高的，在熱帶地區(qū)，一年四季均會(huì)結(jié)果，一些種年結(jié)實(shí)3～8次，是任何一種植物都難以比擬的，在其他植物掛果量稀少的冬春季，它為多種獸類、鳥類、蝙蝠、昆蟲、土壤動(dòng)物和微生物等提供食物和棲息場(chǎng)所，是國(guó)際上公認(rèn)的熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)中的一類關(guān)鍵植物[5-6]。除此之外，榕樹還與居民的生活密切相關(guān)，在滇南佛教文化盛行地區(qū)，部分榕樹常被當(dāng)做神樹，并對(duì)其嚴(yán)加保護(hù)，具有重要的宗教文化意義[5]。同時(shí)榕樹在食用、藥用和工業(yè)上也具有開發(fā)價(jià)值，是重要的資源植物[7]。榕樹是我國(guó)南方城市常用的行道樹種和園林綠化植物，還是水土保持、生態(tài)修復(fù)的良好植物材料。此外，榕屬植物因與其傳粉昆蟲榕小蜂之間嚴(yán)格專一的互利共生關(guān)系，還是研究物種間協(xié)同進(jìn)化關(guān)系的經(jīng)典材料[8]。

種子是植物生活周期的一個(gè)重要階段，種子萌發(fā)是植物生命的開始以及植物生活史的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。植物種群周期中以種子形式出現(xiàn)的階段稱為潛在種群，種子萌發(fā)是植物從潛在的種群轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)種群的關(guān)鍵，這一階段對(duì)種群個(gè)體的繁殖、擴(kuò)展和抵御不良環(huán)境有著非常重要的意義[9]。不同的種子具有不同的萌發(fā)特性。學(xué)術(shù)界對(duì)多種經(jīng)濟(jì)植物、珍稀瀕危植物的種子生物學(xué)特征開展了較多研究[10-12]，但對(duì)榕屬植物的種子萌發(fā)等特性開展的研究較少。目前大部分榕屬植物還處于野外自然生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)其了解和利用較為有限。另外由于熱帶地區(qū)橡膠樹等經(jīng)濟(jì)作物的種植，使得榕樹的野外種群遭到了人為砍伐等破壞，給熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來(lái)了負(fù)面影響。本研究以西雙版納地區(qū)4種榕屬植物為研究對(duì)象，這4種榕樹具有不同的生活類型，有幼時(shí)多附生的斜葉榕，有小喬木的對(duì)葉榕和木瓜榕，也有高大喬木的聚果榕。這4種榕樹處于熱帶雨林群落演替的不同階段且生境也不盡相同[13-14]。比較它們的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特性，有助于進(jìn)一步了解不同榕屬植物的生物學(xué)特征，同時(shí)為榕樹植物的園林栽培應(yīng)用以及生態(tài)保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

在位于云南省勐臘縣勐侖鎮(zhèn)的中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園及其周邊地區(qū)，選定所需的4種榕屬植物作試驗(yàn)用樹，并對(duì)其進(jìn)行跟蹤觀察。待其發(fā)育到成熟期時(shí)，采集其發(fā)育良好的成熟榕果，每種榕樹采集10個(gè)。從榕果內(nèi)挑出發(fā)育飽滿、無(wú)病害、且大小較均勻的種子待用。4種榕屬植物的屬性見表1。

表1 4種榕屬植物特征

種名亞屬繁殖類型特征描述斜葉榕(Ficus tinctoria)糙葉榕亞屬(Sycidium)雌雄異株果球形或球狀梨形,單生或成對(duì)腋生,斜葉榕幼時(shí)多附生,小喬木,花果期為冬季至翌年6月。對(duì)葉榕(Ficus hispida)聚果榕亞屬(Sycomorus)雌雄異株果腋生或生于落葉枝上,或老莖的下垂枝上,樹為灌木或小喬木,多生長(zhǎng)在溝谷潮濕地帶,花果期為6—7月。木瓜榕(Ficus auriculata)聚果榕亞屬(Sycomorus)雌雄異株果成簇生長(zhǎng)于老莖短枝上或樹干基部,喬木或小喬木,多生于低山溝谷潮濕雨林中,花果期為8月至翌年3月。聚果榕(Ficus racemosa)聚果榕亞屬(Sycomorus)雌雄同株主干或老莖結(jié)果,高大喬木,喜生于潮濕地帶,常見于熱帶雨林的溪邊、河畔邊,花果期為5—7月。

1.2 種子形態(tài)特征比較

種子形態(tài)比較：種子用純水沖洗干凈后用濾紙吸干，每種種子隨機(jī)挑選30粒，利用LEICA(M 165 FC)正置顯微鏡對(duì)種子進(jìn)行拍照，然后測(cè)量種子的長(zhǎng)軸、短軸；種子質(zhì)量觀測(cè)：采用百粒法，從新鮮成熟榕果中隨機(jī)抽取300粒健康、飽滿的種子，在精密天平(OHAUS CP 114)上稱量其鮮重和干重，換算種子千粒重；計(jì)算種子的表面積時(shí)，將種子視為橢圓形，則其表面積計(jì)算公式為：

表面積=π×種子長(zhǎng)×種子寬/4。

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)

將培養(yǎng)皿進(jìn)行消毒，在每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)墊上約1 cm厚脫脂棉，然后在脫脂棉上鋪上滅菌濾紙，用超純水浸潤(rùn)脫脂棉和濾紙，以濾紙充分濕潤(rùn)但水分不浸出為準(zhǔn)。試驗(yàn)用種子先放入超純水中浸泡24 h，然后置于濾紙上。每皿均勻擺放1行種子共15粒，給予每粒種子編號(hào)以便后續(xù)記錄，每個(gè)處理3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿放置在賽福 PRX-350 C人工氣候箱中。參考相關(guān)報(bào)道，將人工氣候箱溫度設(shè)置為30 ℃，光照為12∶12(L∶D)，濕度為80%[15]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每天檢查培養(yǎng)箱，若濾紙干燥及時(shí)補(bǔ)充水分。試驗(yàn)持續(xù)6周，每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)(以胚根長(zhǎng)度達(dá)到2 mm計(jì)算為發(fā)芽)和每粒種子的發(fā)芽時(shí)間，共16 d。每周使用寶工PD-151電子游標(biāo)卡尺對(duì)培養(yǎng)皿中的每粒發(fā)芽種子進(jìn)行莖葉長(zhǎng)測(cè)量并記錄。另外，從每種榕樹種子中挑選飽滿種子300粒，放入泰斯特101-1 AB干燥箱烘干至恒重。

表3 4種榕樹種子的萌發(fā)指標(biāo)比較

種名發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(shì)(%)開始萌發(fā)時(shí)間(d)平均發(fā)芽速度發(fā)芽指數(shù)斜葉榕95.56±3.85a91.11±10.18a610.79±1.51a7.50±0.85a對(duì)葉榕91.11±10.18a77.78±7.70a611.08±0.73a10.00±2.39b木瓜榕75.56±10.18b28.89±21.43b612.95±0.68b4.33±2.41c聚果榕93.33±6.67a93.33±6.67a45.59±0.76c6.67±1.14d

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 種子萌發(fā)特征測(cè)定

發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、平均發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)公式為：

發(fā)芽率(%)=種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%(實(shí)驗(yàn)最后1 d的發(fā)芽數(shù))；

發(fā)芽勢(shì)(%)=n9/供試種子總數(shù)×100%；

式中：n9為種子日萌發(fā)最高峰第9天的發(fā)芽數(shù)；

平均發(fā)芽速度=∑(D×n)/∑n；

式中：D為置床時(shí)間起算天數(shù)；n為相應(yīng)各天的發(fā)芽粒數(shù)；

發(fā)芽指數(shù)GI=∑(Gt/Dt)；

式中：Gt為第t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相對(duì)應(yīng)的種子發(fā)芽天數(shù)。

1.4.2 幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特征

連續(xù)培養(yǎng)6周，每周用電子游標(biāo)卡尺(寶工PD-151)測(cè)定每株幼苗的胚根和胚芽長(zhǎng)。培養(yǎng)結(jié)束后用電子天平稱量每個(gè)種的幼苗鮮重。

1.5 數(shù)據(jù)分析

比較種子形態(tài)特征時(shí)，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)，首先對(duì)數(shù)據(jù)的方差齊性進(jìn)行檢驗(yàn)：若方差齊，采用單因素方差分析中的多重比較(LSD)；若方差不齊，先進(jìn)行Log轉(zhuǎn)換，后再次進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，若方差齊采用單因素方差分析中的多重比較(LSD)，若方差不齊則采用Dunnett’s T3檢驗(yàn)(該檢驗(yàn)未假定方差齊性)。采用卡方檢驗(yàn)(Chi-square test)分析不同種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的差異。采用單因素方差分析比較不同種子的平均發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)以及莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)。

計(jì)算數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表達(dá)。采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié) 果

2.1 4種榕樹種子形態(tài)特征

4種榕樹種子的長(zhǎng)度存在顯著差異(ANOVA,F(3,116)=124.96,p<0.001)，其中斜葉榕、對(duì)葉榕和木瓜榕種子長(zhǎng)度最大，且差異不顯著，而聚果榕種子長(zhǎng)度顯著小于其他3種榕樹種子(Dunnett T3,p<0.001)。種子寬度在4種榕樹之間也存在顯著差異(ANOVA,F(3,116)=97.00,p<0.001)，且4個(gè)種的兩兩之間差異均顯著(Dunnett T3,p<0.001)，寬度大小為：對(duì)葉榕>木瓜榕>斜葉榕>聚果榕。4種榕樹種子表面積同樣存在顯著差異(ANOVA,F(3,116)=179.56,p<0.001)，其中對(duì)葉榕表面積顯著大于其他3個(gè)種(Dunnett T3,p<0.001)，斜葉榕和木瓜榕次之，二者無(wú)顯著差異(Dunnett T3,p=0.975)，聚果榕表面積最小(Dunnett T3,p<0.001)。種子千粒重表現(xiàn)為：斜葉榕>對(duì)葉榕=木瓜榕>聚果榕。4種榕樹種子的含水量也表現(xiàn)出較大差異：木瓜榕>對(duì)葉榕>斜葉榕>聚果榕(表2)。

2.2 4種榕樹種子萌發(fā)的生物學(xué)特征

4種榕樹種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出顯著的種間差異(X2=11.25,p<0.05)。其中斜葉榕、對(duì)葉榕和聚果榕的萌發(fā)率都在90%以上，而木瓜榕萌發(fā)率(75.56%)顯著低于其他3種榕樹。發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率也呈現(xiàn)相同的結(jié)果，4種榕樹的種子發(fā)芽勢(shì)之間差異顯著(X2=61.55,p<0.01)。其中斜葉榕、對(duì)葉榕和聚果榕之間差異不顯著，而木瓜榕發(fā)芽勢(shì)(28.89%)顯著小于其他3種榕樹。另外，4種榕樹種子的平均發(fā)芽速度之間差異同樣顯著(ANOVA,F(3,117)=75.76,p<0.001)：木瓜榕>對(duì)葉榕=斜葉榕>聚果榕。而發(fā)芽指數(shù)在4種榕樹的兩兩間均有顯著差異(ANOVA,F(3,117)=297.40,p<0.001)：對(duì)葉榕>斜葉榕>聚果榕>木瓜榕。

表2 4種榕樹種子形態(tài)及特征比較

種名種子長(zhǎng)(mm)種子寬(mm)表面積(mm2)千粒重(g)含水量(%)斜葉榕1.11±0.10a0.67±0.08a0.59±0.10a0.468.93對(duì)葉榕1.11±0.08a0.81±0.08b0.71±0.09b0.3510.39木瓜榕1.06±0.04a0.72±0.04c0.60±0.04a0.3515.19聚果榕0.82±0.06b0.55±0.05d0.35±0.05c0.147.57

2.3 4種幼苗生長(zhǎng)發(fā)育特性

從圖1可以看出，4種榕樹的莖生長(zhǎng)呈現(xiàn)出一定差異，斜葉榕的莖生長(zhǎng)高峰出現(xiàn)在第1周，且生長(zhǎng)速度較快，第1周后就停止生長(zhǎng)。而對(duì)葉榕、木瓜榕和聚果榕的生長(zhǎng)高峰均出現(xiàn)在前2周，之后4周仍可緩慢生長(zhǎng)一定長(zhǎng)度，第6周時(shí)斜葉榕、對(duì)葉榕、木瓜榕和聚果榕的莖長(zhǎng)分別為2.74、1.78、2.45 mm和1.93 mm，除對(duì)葉榕和聚果榕之間差異不顯著外(LSD,p=0.45)，總體呈現(xiàn)顯著差異(ANOVA,F(3,176)=19.47,p<0.001)(圖1)。

圖1 4種榕樹幼苗莖長(zhǎng)發(fā)育比較

圖2 4種榕樹根長(zhǎng)發(fā)育比較

4種榕樹的根長(zhǎng)也呈現(xiàn)出較大差異：其中對(duì)葉榕和聚果榕的根在生長(zhǎng)2周后基本停止生長(zhǎng)，而斜葉榕和木瓜榕的根長(zhǎng)直到第6周仍然在持續(xù)生長(zhǎng)。第6周時(shí)斜葉榕、對(duì)葉榕、木瓜榕和聚果榕的根長(zhǎng)分別為33.4、14.88、35.03 mm和15.63 mm，總體間差異顯著(ANOVA,F(3,176)=30.79,p<0.001)，但斜葉榕和木瓜榕(LSD,p=0.52)，對(duì)葉榕和聚果榕(LSD,p=0.84)之間差異不顯著(圖2)。此外，4種榕樹幼苗的鮮重大小依次為：斜葉榕>木瓜榕>對(duì)葉榕>聚果榕(圖3)。

圖3 4種榕樹幼苗生物量比較

3 討 論

榕屬植物是國(guó)際上公認(rèn)的熱帶雨林中的一類關(guān)鍵植物類群，榕樹生活型有附生、半附生、攀援、蔓生灌叢等多種形態(tài)，在熱帶亞熱帶地區(qū)的森林、山地、溪邊、城鎮(zhèn)乃至石頭縫中隨處可見[7]。榕樹也是我國(guó)熱帶亞熱帶地區(qū)城市常用的行道樹、園景樹和庭院樹。由于榕屬植物特殊的生理生態(tài)特點(diǎn)，使得其成為科學(xué)研究的理想材料。但目前對(duì)榕屬植物種子萌發(fā)及幼苗建成的研究較少，對(duì)其進(jìn)行研究，有助于了解不同種榕樹在熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中的角色，也有助于科學(xué)選擇榕屬植物作為園林樹種。

研究表明：決定植物種子能否正常萌發(fā)以及決定植物萌發(fā)后能否繼續(xù)發(fā)育成為健康植株，涉及到很多因素，但可概括為2個(gè)主因，即種子的內(nèi)部生理?xiàng)l件和種子發(fā)芽的外部生態(tài)環(huán)境。種子萌發(fā)的內(nèi)在生理?xiàng)l件往往容易被忽略，但實(shí)際上外因必須通過(guò)內(nèi)因才起作用，其中種子的發(fā)芽力、整齊度，幼苗狀況等，是種子萌發(fā)內(nèi)在生理?xiàng)l件的直接體現(xiàn)。對(duì)瀕危植物結(jié)實(shí)特性的研究表明，在天然條件下，種子向幼苗的轉(zhuǎn)化普遍是瀕危植物的脆弱環(huán)節(jié)[16]。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的萌發(fā)條件，是通過(guò)前期工作驗(yàn)證的榕樹較理想的萌發(fā)狀態(tài)，與西雙版納地區(qū)的自然環(huán)境相似。在統(tǒng)一的4種榕屬植物外在生長(zhǎng)條件的情況下發(fā)現(xiàn)：4種榕樹植物的種子大小和重量均存在較大差異，對(duì)葉榕的種子最大，聚果榕的種子最小。一般來(lái)說(shuō)，在抵御自然界嚴(yán)酷環(huán)境的能力上，體積較大的種子比體積小的種子能力更強(qiáng)，在幼苗建立階段，大種子也比小種子更有優(yōu)勢(shì)[17]。所以從進(jìn)化角度來(lái)看，生長(zhǎng)在資源貧乏和嚴(yán)酷環(huán)境中的種子更容易進(jìn)化出較大質(zhì)量的種子。在本試驗(yàn)中，相較于其他3種榕樹，聚果榕為熱帶喜水樹種，一般生長(zhǎng)在溪邊或河邊，生長(zhǎng)環(huán)境的水熱條件好，加之聚果榕一般為高大喬木，很少面臨光照限制等情況[18]，所以進(jìn)化并不支持聚果榕生長(zhǎng)出大種子來(lái)維持其幼苗的自養(yǎng)狀態(tài)。

發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)從一定程度上代表了種子的生命力，木瓜榕的這3個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均低于其他種，說(shuō)明木瓜榕的種子生命力較其他3個(gè)種差，在抵抗極端環(huán)境時(shí)的能力也相對(duì)較差，所以應(yīng)謹(jǐn)慎選擇木瓜榕這類樹種作為行道樹種。另外，對(duì)4種榕樹幼苗生長(zhǎng)階段的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，無(wú)論是莖還是根的生長(zhǎng)，斜葉榕均最快。根莖的快速生長(zhǎng)，有利于其根系快速深入土壤，得到更多的水分和養(yǎng)分，這也解釋了為什么斜葉榕可以快速在環(huán)境中建立種群，成為先鋒種[6,19]。以此相對(duì)應(yīng)的是，聚果榕根莖的萌發(fā)速度均最慢，認(rèn)為聚果榕的這一萌發(fā)特征可能與其種子較小有關(guān)。較緩慢的生長(zhǎng)速度，不利于聚果榕在嚴(yán)酷環(huán)境中與其他樹種競(jìng)爭(zhēng)，這也從另一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了聚果榕一般只生長(zhǎng)在水熱條件較好的生境中。

目前學(xué)術(shù)界對(duì)經(jīng)濟(jì)作物的種子研究較多，而對(duì)榕屬植物的種子生長(zhǎng)和幼苗建成等研究較少報(bào)導(dǎo)。實(shí)際上，榕樹除了在熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中扮演了關(guān)鍵角色外，還具有很高的開發(fā)利用價(jià)值，例如對(duì)葉榕和歪葉榕的皮可以提取單寧，聚果榕可以作為紫膠蟲的優(yōu)良寄主樹，厚皮榕可以作為板材樹種，木瓜榕、高榕等的嫩葉可作為食用蔬菜，葉榕、斜葉榕的根、樹漿等可入藥[7]。但目前對(duì)于榕樹的利用方式較為粗放，多為直接獲取野外資源，而對(duì)榕樹的人工栽培和利用研究開展得較少。此外，在榕樹作為行道樹的選擇上，也缺乏較系統(tǒng)的研究，導(dǎo)致在一些溫帶和亞熱帶城市，榕屬行道樹出現(xiàn)大規(guī)模凍害等情況[20]。榕屬植物既是很好的綠化樹種，也是具有潛力的經(jīng)濟(jì)植物，但對(duì)其利用必須建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)上，在今后的研究中，有必要在更大范圍內(nèi)對(duì)不同榕樹的種子萌發(fā)、幼苗建成以及抗旱能力等開展系統(tǒng)研究，以利于榕屬植物的科學(xué)利用。