不同處理對四川牡丹種子萌發(fā)的影響

彭俊生，譚利平，曾琬晴，王雪鰻，龐鑫，彭培好*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學風景園林學院，四川 成都 611130；2.成都理工大學旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，四川 成都 610059)

四川牡丹(P.decomposita)隸屬芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(Paeonia)落葉灌木，作為中國特有的野生牡丹種質(zhì)資源，因其花大而艷麗，葉型優(yōu)美，根皮可入藥，具有極高的觀賞、藥用、經(jīng)濟價值和開發(fā)潛力[1]?，F(xiàn)存野生四川牡丹分布區(qū)狹窄，主要分布于四川省岷江流域及大渡河流域的理縣、馬爾康縣、金川縣、小金縣、丹巴縣和康定縣域內(nèi)[2-3]。自然狀態(tài)下的四川牡丹種子萌發(fā)困難，加之人為采挖嚴重，生境退化，目前已處于瀕危狀態(tài)，被列入《國家重點保護野生植物名錄(第二批)》(討論稿)[1]。

目前，對于四川牡丹的研究主要集中于分類學[4-6]、遺傳學[7-9]、生理學[3,10-19]和生態(tài)學[20-21]等方面，但對四川牡丹種子萌發(fā)的研究鮮有報道。本研究模擬馬爾康縣(原種源地)野生四川牡丹種子萌發(fā)所需的適宜溫度，分析了不同基質(zhì)和GA3濃度及其交互作用對四川牡丹種子萌發(fā)的影響，旨在為四川牡丹種群擴繁和保護研究提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在成都市成都理工大學園林實習基地進行(E104°08′20.49″，N30°40′43.74″)，海拔511 m。生根試驗時間為：2018年9月13日～2018年11月23日；發(fā)芽試驗時間為：2018年11月24日～2019年3月26日，萌發(fā)過程持續(xù)190 d。

1.2 試驗材料

試驗所用四川牡丹種子于2018年8月采自四川省馬爾康縣腳木足鄉(xiāng)(E102°01′，N31°59′)四川牡丹居群。將采集到的種子用水選法清洗干凈，浸泡1 h，去除上浮的雜質(zhì)、癟粒及壞粒，選取籽實飽滿的600粒種子備用。

1.3 試驗方法

1.3.1 生根試驗

將試驗種子用0.5%KMnO4溶液浸泡2 h消毒，再用蒸餾水洗凈，分別放入3組土壤基質(zhì)中(細沙、椰糠、草炭土∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1)，如表1所示，基質(zhì)均經(jīng)過高溫滅菌，將每組基質(zhì)的四川牡丹種子進行5種不同GA3濃度(0、50、100、150、200 mg/L)處理，放入燒杯浸泡48 h，每處理40粒種子。將處理后的種子置于實驗室內(nèi)(平均溫度14.7±0.1℃，平均濕度67.3±1.7%)，保持基質(zhì)濕潤，每7 d觀察一次，生根過程持續(xù)70 d，對種皮破裂起始天數(shù)、生根起始天數(shù)、生根歷期(第一粒種子和最后一粒種子生根時間差)、主根長度、生根率(生根種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%)、生根速率(Σ100Ri/nTi，式中，n表示每一種處理所用的種子數(shù)，Ri表示Ti天生根的種子數(shù))、側(cè)根生長率(生長側(cè)根種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%)、霉爛率(霉爛種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%)進行統(tǒng)計。以胚根伸出種皮0.5 cm視為種子生根[22]。

表1 不同基質(zhì)土壤pH值

1.3.2 發(fā)芽試驗

選取已生根的四川牡丹種子，分為主根長度≤60 mm和主根長度>60 mm兩組，每組種子分別放入3種不同基質(zhì)(細沙、細沙∶黃壤=1∶1、草炭土∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1)中，每種基質(zhì)內(nèi)的種子進行5種GA3濃度(0、50、100、150 mg/L) 催芽處理，每處理10粒種子，置于室外培養(yǎng)發(fā)芽，記錄每日溫濕度(平均溫度11.8±0.5℃，平均濕度71.2±2.0%)。以胚芽出土0.5 cm視為種子發(fā)芽，每7 d觀察一次，發(fā)芽過程持續(xù)120 d，記錄初萌期(播種和第一粒種子出土萌發(fā)的時間差)，計算發(fā)芽率和發(fā)芽速率。其中發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%，發(fā)芽速率=(Σ100Ri/nTi式中：n表示每一種處理所用的種子數(shù)，Gi表示Ti天發(fā)芽的種子數(shù))。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013和SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，采用SigmaPlot 12.5進行圖件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹生根的影響

2.1.1 同一基質(zhì)條件下，不同GA3濃度對四川牡丹

生根的影響

單因素方差分析表明(表2)，GA3濃度對所有8項生根參數(shù)均有極顯著影響(P<0.01)。由表3可知，S1條件下，用100和200 mg/L GA3處理，四川牡丹生根率均達到100.0%，但200 mg/L GA3處理種子，生根速率最大(0.10 d-1)；S2條件下，用150 mg/L GA3處理，四川牡丹生根率最高(97.5%)，生根速率最大(0.09 d-1)；S3條件下，用100 mg/L GA3處理，四川牡丹生根率最高(97.5%)，生根速率最大(0.08 d-1)。由表3可知，與對照組相比，GA3處理顯著提高了四川牡丹種子平均生根率，隨著GA3濃度的增加，四川牡丹平均生根率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當GA3濃度為150 mg/L時，達到最高(95.8%)。

2.1.2 同一GA3濃度條件下，不同基質(zhì)對四川牡丹

生根的影響

單因素方差分析表明(表2)，基質(zhì)對四川牡丹種皮破裂起始天數(shù)和不同主根長度所占比例影響極顯著。由表3可知，對照組中，3種基質(zhì)條件下的四川牡丹種子均未生根；對于G1濃度，S3條件下的四川牡丹種子生根率最高(90.0%)，生根速率最大(0.07 d-1)；對于G2濃度，S1條件下的四川牡丹種子生根率最高(100.0%)，生根速率最大(0.08 d-1)；對于G3濃度，S1和S2條件下的四川牡丹種子生根率和生根速率均達到最大值，分別為97.5%、0.09 d-1；對于G4濃度，S1條件下的四川牡丹種子生根率最高(100.0%)，生根速率最大(0.10 d-1)。

2.1.3 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹生根的影響

雙因素方差分析表明(表2)，基質(zhì)和GA3濃度的交互作用顯著四川牡丹生根速率、不同根長所占比例，對種皮破裂起始天數(shù)和生根率的影響達到顯著水平(P<0.05)；3種基質(zhì)條件下的四川牡丹種子中，對照組均未生根，不同濃度GA3處理的四川牡丹種子，生根起始時間均為14 d(圖1-a，1-b，1-c)；其中，在細沙土壤中，用200 mg/L GA3處理，生根歷期最短(21 d)，生根速率最大(0.10 d-1)，生根率最高(100.0%)。

表2 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹生根參數(shù)的影響方差分析

注：＊＊表示不同處理差異達到0.01水平；＊表示不同處理差異達到0.05水平；L1表示主根長度≤60 mm，L2表示主根長度>60 mm。下同。

表3 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹生根率和生根速率的影響

不同基質(zhì)和GA3濃度處理對四川牡丹主根長度的影響極顯著(表2)。由圖2可知，同一GA3濃度條件下，S2條件下的四川牡丹種子，主根長度顯著低于其余兩種基質(zhì)條件下的種子主根長度；觀察期內(nèi)，S3G2處理的四川牡丹種子，主根長度最長(78.4 mm)，其次依次為S3G3(76.2 mm)、S1G3(71.9 mm)、S1G4(70.7 mm)。

結(jié)合種子生根的各項參數(shù)，當用200 mg/L GA3處理四川牡丹種子，種于細沙土壤中，四川牡丹生根歷期最短(21 d)，生根速度最快，生根率最高(100.0%)，是最佳的生根組合。

2.2 不同處理對四川牡丹發(fā)芽的影響

將已生根的四川牡丹種子分為主根長度≤60 mm和>60 mm兩組根長區(qū)間，分別統(tǒng)計四川牡丹在不同基質(zhì)和GA3濃度條件下的發(fā)芽參數(shù)，得出以下結(jié)論：不同根長區(qū)間、基質(zhì)和GA3濃度顯著影響四川牡丹種子發(fā)芽(表4，表5)。

圖1 基質(zhì)和GA3濃度的交互作用對四川牡丹累積生根率的影響Fig.1 Effects of interaction between substrate and GA3 concentration on cumulative rooting percentage of P. decomposit

2.2.1 同一基質(zhì)條件下，不同GA3濃度對四川牡丹發(fā)芽的影響

GA3濃度對四川牡丹初萌期和發(fā)芽率有極顯著影響(表4)。由表5可知，S1條件下，當主根長度>60 mm時，用150 mg/L GA3處理，四川牡丹初萌期最短(43 d)，發(fā)芽率最高(90.9%)，發(fā)芽速率最大(2.56 d-1)；S2’條件下，當主根長度>60mm時，用50 mg/L GA3處理，發(fā)芽率最高(93.3%)，發(fā)芽速率最大(5.16 d-1)，初萌期為44 d；S3條件下，當主根長度>60 mm時，用150 mg/L GA3處理，四川牡丹初萌期最短(51 d)，發(fā)芽率最高(90.0%)，發(fā)芽速率最大(2.11 d-1)。由表5可知，與對照組相比，不同GA3濃度處理顯著縮短四川牡丹平均初萌期，提高四川牡丹平均發(fā)芽率和平均發(fā)芽速率，當GA3濃度為50 mg/L時，平均發(fā)芽率最高(63.0%)，平均發(fā)芽速率最大(1.93 d-1)。

2.2.2 同一GA3濃度條件下，不同基質(zhì)對四川牡

丹發(fā)芽的影響

單因素方差分析表明，基質(zhì)極顯著影響四川牡丹初萌期和發(fā)芽速率(表4)。由表5可知，對照組中，當主根長度>60 mm時，S2’條件下的四川牡丹種子初萌期最短(59 d)，發(fā)芽率最高(66.7%)，發(fā)芽速率最大(2.47 d-1)；對于G1濃度，當主根長度>60 mm時，S2’條件下的四川牡丹種子初萌期最短(44 d)，發(fā)芽率最高(93.3%)，發(fā)芽速率最大(5.16 d-1)；對于G2濃度，當主根長度>60 mm時，S2’條件下的四川牡丹種子初萌期最短(27 d)，發(fā)芽速率最大(5.16 d-1)，發(fā)芽率達到80.0%；對于G3濃度，當主根長度>60 mm時，S2’條件下的四川牡丹種子初萌期最短(27 d)，發(fā)芽速率最大(3.22 d-1)，發(fā)芽率達到77.8%。

2.2.3 不同基質(zhì)、不同GA3濃度對四川牡丹發(fā)芽

的影響

雙因素方差分析表明，基質(zhì)和根長區(qū)間的交互作用對發(fā)芽率和發(fā)芽速率有極顯著影響(表4，圖3)。同一基質(zhì)條件下，主根長度>60 mm的四川牡丹發(fā)芽率和發(fā)芽速率顯著大于主根長度≤60 mm的四川牡丹發(fā)芽率和發(fā)芽速率(圖3-a，圖3-b)；當主根長度>60 mm時，S2’條件的四川牡丹種子，發(fā)芽速率最大(4.00 d-1)，發(fā)芽速度最快，發(fā)芽率達到79.0%(圖3-a，圖3-b)?；|(zhì)和GA3濃度的交互作用對發(fā)芽速率有顯著影響(表4，圖3-c)，同一GA3濃度條件下，S2’基質(zhì)中的四川牡丹種子發(fā)芽速率顯著高于其余兩種基質(zhì)，當GA3濃度為100 mg/L時，發(fā)芽速率最大(2.88 d-1)。

圖2 基質(zhì)和GA3濃度的交互作用對四川牡丹主根長度的影響Fig. 2 Effects of interaction between substrate and GA3 concentration on the main root length of P. decomposit

三因素方差分析表明(表4)，根長區(qū)間、基質(zhì)和GA3濃度的交互作用對發(fā)芽參數(shù)均無顯著影響，只有當主根長度>60 mm時，GA3處理才能有效縮短初萌期，提高發(fā)芽率(表5)。綜上，選用主根長度>60 mm的四川牡丹種子，種于細沙：黃壤=1：1土壤中，并用50 mg/L濃度的GA3處理，四川牡丹發(fā)芽率最高(93.3%)，發(fā)芽速率最大(5.16 d-1)，發(fā)芽速度最快，是最佳的發(fā)芽組合。

3 結(jié)論與討論

種子繁殖是四川牡丹唯一的繁殖方式。四川牡丹種子內(nèi)部含有內(nèi)源抑制物，需經(jīng)過一定時間的層積處理才能生根，且生根后的種子具有上胚軸休眠特性，這也是造成四川牡丹種子在自然條件下萌發(fā)困難的重要因素[8,12-14]。

表4 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹發(fā)芽影響的方差分析

3.1 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹生根的影響

生根階段中，四川牡丹經(jīng)過一定時間的細沙層積處理后，種子提前生根，可見四川牡丹生根需經(jīng)過一段時間的沙藏處理，才能快速生根，這與景新明[11]、周曉慧[19]等人的研究結(jié)果一致。與對照組相比，GA3處理顯著提高了四川牡丹生根率，隨著GA3濃度的增加，四川牡丹種子生根時間提前，原因可能是GA3處理增加了四川牡丹種胚內(nèi)部的可溶性糖和淀粉的含量，為四川牡丹上胚軸的萌發(fā)提供了必要的營養(yǎng)物質(zhì)[23]。細沙土壤中，用200 mg/L GA3處理可明顯加快生根速度，生根歷期為21 d，生根率達到100.0%。草炭土∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1基質(zhì)中，用100 mg/L GA3處理，可使四川牡丹主根增長，原因可能是該基質(zhì)保水性和透水性均較好，且草炭土容重較小，pH呈微酸性(表1)，可為四川牡丹主根生長提供必要的有機質(zhì)[24]。在pH值較低(pH=5.8)的椰糠土壤中，四川牡丹的主根受到腐蝕，造成根尖腐爛，主根長度明顯低于其余兩種基質(zhì)條件下的四川牡丹主根長度，可見四川牡丹生根所需的土壤pH值不宜過低，否則會造成主根腐爛，進而影響主根生長。綜上，基質(zhì)和GA3的共同作用可促進四川牡丹提前生根，提高生根率，有效促進主根生長。

表5 不同基質(zhì)和GA3濃度對四川牡丹發(fā)芽參數(shù)的影響

圖3 不同處理對四川牡丹發(fā)芽率、發(fā)芽速率的影響Fig. 3 Effects of different treatments on germination percentage and germination rate of P. decomposit

3.2 不同處理對四川牡丹種子發(fā)芽的影響

發(fā)芽階段中，不同根長區(qū)間、基質(zhì)和GA3濃度處理可有效打破四川牡丹上胚軸休眠，縮短初萌期，提高發(fā)芽速率和發(fā)芽率，促進種子發(fā)芽。同一根長區(qū)間和GA3濃度條件下，細沙∶黃壤=1∶1基質(zhì)中的四川牡丹種子初萌期最短，發(fā)芽率最高，發(fā)芽速度最快，原因可能是該基質(zhì)與四川牡丹原種源地土壤(山地黃壤)理化性質(zhì)相近，質(zhì)地粘重，排水良好，利于快速發(fā)芽[25]。同一根長區(qū)間和基質(zhì)條件下，GA3處理可使四川牡丹初萌期提前，有效提高四川牡丹發(fā)芽率，加快發(fā)芽速度，可見GA3處理對于四川牡丹發(fā)芽有一定的促進作用，原因可能是GA3處理能降低四川牡丹種子內(nèi)部生長抑制物質(zhì)，利于種子內(nèi)源激素GA在四川牡丹種胚內(nèi)的累積，進而有利于打破四川牡丹種子休眠，促進其發(fā)芽[23]。周曉慧等[19]研究發(fā)現(xiàn)，GA3處理顯著提高四川牡丹發(fā)芽率，縮短初萌期；當年生的四川牡丹種子，當主根長度>30 mm時，用100 mg/L GA3處理，置于4℃恒溫條件下，發(fā)芽率最高(81.3%)。本研究發(fā)現(xiàn)，當主根長度>60 mm時，種于細沙∶黃壤=1∶1土壤中，用50 mg/L濃度的GA3溶液處理，置于室外條件下，四川牡丹發(fā)芽率可達到93.3%，發(fā)芽速率為5.16 d-1，發(fā)芽歷期為102 d。原因可能是試驗條件(基質(zhì)和試驗溫度)不一致。自然狀態(tài)下馬爾康縣野生四川牡丹3～4月開始萌發(fā)，該時段2000～2019年的平均最低溫度為1.5℃，平均最高溫度為18.5℃，溫度數(shù)據(jù)來源于馬爾康縣氣象站(E102°14′，N31°54′)，海拔為2 666 m。本研究中四川牡丹發(fā)芽階段的平均溫度為11.8℃，介于自然狀態(tài)下四川牡丹發(fā)芽所需的溫度范圍。

綜合分析表明，在農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)中，為進一步節(jié)約生產(chǎn)成本，加快育苗效率，保障四川牡丹存活率的基礎上，其萌發(fā)的優(yōu)化條件為：生根階段將四川牡丹種子置于200 mg/L GA3溶液中浸泡48 h，放入細沙中，四川牡丹生根速度最快，生根歷期最短(21 d)，生根率達到100.0%；發(fā)芽階段選取主根長度>60 mm的四川牡丹種子，種于細沙∶黃壤=1∶1中，并用50 mg/L GA3處理，四川牡丹發(fā)芽率最高(93.3%)，發(fā)芽速率最大(5.16 d-1)。

可見，基質(zhì)和GA3處理有效提高四川牡丹生根率和發(fā)芽率，加快生長速度，促進種子萌發(fā)。近年來由于祭祀、放牧、水電站建設等人為干擾，四川牡丹生境遭到嚴重破壞，加之自然條件下發(fā)芽率低、生長緩慢(自然狀態(tài)下萌發(fā)生根需6～7個月)，四川牡丹已處于瀕危狀態(tài)[11]。因此，開展對四川牡丹的種苗繁育研究，為進一步開展極小種群物種四川牡丹野外回歸研究、擴大種群數(shù)量和促進園林推廣具有重要的實踐意義。