檀香紫檀優(yōu)樹及其嫁接無性系間種子形態(tài)和萌發(fā)特征變異

關鍵詞：檀香紫檀；優(yōu)樹；嫁接無性系；種子形態(tài)；種子萌發(fā)

中圖分類號：S722.3 文獻標志碼：A

檀香紫檀（Pterocarpus santalinus L. f.）又名小葉紫檀，為蝶形花科（Papilionaceae）紫檀屬（Pterocarpus L.）落葉喬木，分布于印度Andhra邦的Cuddapah、Chittoor 和Nellore 地區(qū)以及TamilNadu 邦的Chengalput 和北Arcot 地區(qū)，我國海南以及云南、廣西、廣東和福建四省區(qū)的南部有小規(guī)模引種[1]。檀香紫檀木材屬極珍貴紅木，被《紅木》國家標準（GB/T 18107—2017）列為紫檀木類唯一種[2]，一般應用于高級家具制作、工藝品雕刻等。其種子、樹皮及心材的提取物在降低血糖、抗糖尿病、護肝等方面具有極高的藥用價值[3-5]。檀香紫檀樹體優(yōu)美，花色鮮艷、氣味清香，是極具觀賞性的景觀樹種之一。

我國檀香紫檀的引種始于1957 年，由華南熱帶作物科學研究院從印度引進并在海南儋州進行小片試種[6]；此后中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所和西雙版納植物園也相繼從印度引進檀香紫檀進行小規(guī)模種植[7]。進入21 世紀以來，隨著我國珍貴樹種產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，檀香紫檀的推廣也出現(xiàn)了熱潮。早期引種的檀香紫檀成為了采種母樹。由于早期種植面積小，采種母樹少，目前在海南能夠正常開花結實的母樹不到50 株[1]，制約了檀香紫檀的規(guī)模發(fā)展[7]。盡管一些學者嘗試了高空壓條[8]、組培快繁[9]以及以降香黃檀、囊狀紫檀為砧木的嫁接育苗[10-11]等無性繁殖方法，仍難以形成檀香紫檀苗木的規(guī)模化生產(chǎn)。為了滿足日益增長的檀香紫檀種子需求，陳仁利等[12]研發(fā)了以印度紫檀大樹作為砧木嫁接檀香紫檀枝條促進其提早開花結實的新技術，并從早期引種的檀香紫檀片林或散生木中選擇優(yōu)樹采集枝條，應用該技術建立了檀香紫檀采種園[13]，目前部分優(yōu)樹無性系已開始開花結實。

種子品質(zhì)是培育壯苗進而決定人工林營建成敗的關鍵因素[14-15]，影響植物幼苗的建成、個體適合度及性狀表現(xiàn)[16]。目前國內(nèi)外關于檀香紫檀種苗方面的研究主要集中在種實貯藏和催芽處理、幼苗生長和耐寒性等方面[13， 17-20]，而有關優(yōu)樹間或無性系間種子品質(zhì)差異研究鮮見報道，僅見KARTHICK 等[21]研究了檀香紫檀優(yōu)樹間莢果的形態(tài)及萌發(fā)特性變異。盡管目前已利用優(yōu)樹材料營建了檀香紫檀嫁接采種園，而優(yōu)樹間、嫁接無性系間以及優(yōu)樹與對應無性系間在種子品質(zhì)上是否存在差異，有待深入研究。因此，本研究以檀香紫檀優(yōu)樹及其嫁接無性系的種子為材料，通過形態(tài)測定和萌發(fā)試驗，揭示檀香紫檀優(yōu)樹及嫁接無性系間種子形態(tài)和萌發(fā)性狀的變異，為檀香紫檀良種選育、種子園營建和壯苗培育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

檀香紫檀種子采自中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所試驗站（18°42′N，108°49′E）的引種園和檀香紫檀嫁接采種園。引種園營建于1975年；嫁接采種園營建于2018 年，其砧木主要為印度紫檀大樹，接穗來自中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所試驗站引種園、海南大學儋州校區(qū)、海南熱帶植物園及中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所海南分所興隆南藥園的15 株檀香紫檀優(yōu)樹。引種園選取生長快、干形通直的檀香紫檀優(yōu)樹6 株，包括1 號、3 號、5 號、7 號、9 號和11 號優(yōu)樹（圖1），優(yōu)樹編號詳見參考文獻[13]。從嫁接采種園選取這些優(yōu)樹無性系的結實樹18 株，開展花期物候、生殖構件以及種子特性變異研究。其生長狀況見表1。

于2022 年4—5 月采集上述24 株檀香紫檀的莢果（圖2），分單株剪開果莢剝?nèi)》N子，每株選取健康飽滿種子500 粒以上，若不足500 粒則全部選取，置于冰箱內(nèi)冷藏備用。

1.2 方法

1.2.1 種子形態(tài)測定 對于每個單株，采用四分法隨機選取4 份檀香紫檀種子，每份50 粒，用千分之一電子天平稱量，計算種子千粒重。用數(shù)顯游標卡尺逐粒測定上述種子的長度、寬度及厚度。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗 2022 年9—10 月在中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所組培室內(nèi)開展種子萌發(fā)試驗，室內(nèi)氣溫為（26±2）℃，濕度為80%，光照強度為1000 lx，光周期為12 h 光照/12 h 黑暗。

種子萌發(fā)試驗采用雙層濾紙法， 將經(jīng)過KMnO₄ 消毒25 min 后的種子，反復沖洗干凈后均勻置于鋪有兩層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿50 粒種子，每個單株重復6 次（皿），每天用蒸餾水噴水一次，確保培養(yǎng)皿內(nèi)無流動水且保持濕潤。以胚根突破種皮為萌發(fā)標志，連續(xù)5 d 無萌發(fā)視為萌發(fā)結束。計算以下指標：

發(fā)芽率=（發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽勢=（發(fā)芽高峰時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%發(fā)芽指數(shù)（G_i）=Σ（G_t/D_t）發(fā)芽速度=Σ（D×n）/Σn

式中， G_t 為第t 日的正常發(fā)芽數(shù)，D_t 為相應發(fā)芽試驗天數(shù)；D 為從種子置于培養(yǎng)皿開始的天數(shù)，n為相應各天的發(fā)芽粒數(shù)。

按照《林木種子檢驗規(guī)程》，種子發(fā)芽第21天時，每個培養(yǎng)皿隨機選取30株芽苗，測量其上胚軸、下胚軸和胚根長度，數(shù)量不足30株，則全部測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應用SPSS 13.0軟件進行方差分析和Duncan’s多重比較、獨立t 檢驗以及相關性分析。

2 結果與分析

2.1種子形態(tài)性狀變異

檀香紫檀優(yōu)樹及其嫁接無性系間種子形態(tài)變異情況見表2。6 株檀香紫檀優(yōu)樹的種子長度、寬度、厚度和千粒重的變異系數(shù)分別為6.36%～14.32%、3.83%～17.27%、5.70%～22.86%和1.11%～5.56%；嫁接無性系的種子長度、寬度、厚度和千粒重的變異系數(shù)分別為5.26%～8.98%、8.52%～18.43%、7.11%～13.15%和3.12～5.56%。整體來看，優(yōu)樹和嫁接無性系種子形態(tài)性狀的變異系數(shù)均以種子千粒重為最低，分別以種子厚度和種子寬度為最高；優(yōu)樹除了種子千粒重的變異系數(shù)低于其嫁接無性系之外，其種子長度、寬度和厚度的變異系數(shù)均高于嫁接無性系。

方差分析結果表明：優(yōu)樹間種子寬度、厚度和千粒重差異不顯著，種子長度則差異顯著；優(yōu)樹無性系間除了種子千粒重差異不顯著之外，種子長度、寬度和厚度均差異顯著。6 株優(yōu)樹中，以7 號優(yōu)樹的種子長度為最大，顯著高于最低的9 號優(yōu)樹。嫁接無性系的種子長度和寬度均以9#號無性系為最大，3#號無性系為最小，9#號無性系的種子長度顯著大于其他無性系，其種子寬度顯著大于3#號、5#號和11#號無性系，與7#號無性系差異不顯著；種子厚度以7#號無性系為最大，顯著大于其他無性系，3#號無性系為最小；7#號無性系的種子寬度是3#號無性系的1.18倍。

優(yōu)樹和對應無性系比較，除3 號優(yōu)樹種子長度大于對應無性系，其余優(yōu)樹的種子長度和寬度均小于對應無性系；除5 號優(yōu)樹種子厚度低于對應無性系，11號優(yōu)樹種子千粒重大于對應無性系，其余優(yōu)樹種子厚度和千粒重均大于對應無性系。獨立t 檢驗結果表明，9號和11號優(yōu)樹的種子長度分別顯著小于其對應無性系；5 號、7 號、9號和11號優(yōu)樹的種子寬度顯著小于其對應的無性系；5號優(yōu)樹的種子厚度顯著大于其對應優(yōu)樹無性系。所有優(yōu)樹的平均種子長度和寬度比其無性系低0.80mm 和0.74mm，而厚度、千粒重較為接近。

2.2 種子萌發(fā)性狀變異

2.2.1 種子萌發(fā) 檀香紫檀優(yōu)樹及其嫁接無性系間種子萌發(fā)變異情況見表3。在（26±2）℃氣溫和12h 光照/12h 黑暗的條件下，優(yōu)樹種子在播種后1d 內(nèi)即開始發(fā)芽，除了5號和9號優(yōu)樹的種子在第2天達到發(fā)芽高峰，其余4 株優(yōu)樹在第3 天達到發(fā)芽高峰，大部分優(yōu)樹在第4 天發(fā)芽結束（1號無性系在第5 天結束）。嫁接無性系種子除了11#號在播種后1 d 內(nèi)開始發(fā)芽，其余無性系均在第2 天開始發(fā)芽，3#號和9#號無性系的種子在第2 天達到發(fā)芽高峰，5#號、7#號和11#號種子的發(fā)芽高峰在第3 天，3#號和5#號無性系第3 天即發(fā)芽結束，而7#號、9#號和11#號在第4 天結束。優(yōu)樹和對應無性系比較，11 號優(yōu)樹與其無性系的發(fā)芽時間，包括始發(fā)時間、高峰期和結束時間基本一致；其他優(yōu)樹與其對應無性系比較，發(fā)芽稍早或結束較晚，發(fā)芽過程有差異。整體而言，優(yōu)樹的種子發(fā)芽時間比其嫁接無性系長。無論如何，去除果莢的檀香紫檀種子容易發(fā)芽，發(fā)芽早、結束快，發(fā)芽較集中（由于3 號優(yōu)樹的嫁接無性系種子數(shù)量較少，試驗無重復，僅觀察其發(fā)芽過程，未做發(fā)芽指標的統(tǒng)計分析）。

優(yōu)樹和嫁接無性系間種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽速度均差異顯著。6 株優(yōu)樹間比較，種子發(fā)芽率以3 號優(yōu)樹為最高，顯著比1 號和7 號分別高15.71%和22.73%；發(fā)芽勢以9 號優(yōu)樹為最高， 其發(fā)芽勢比11 號優(yōu)樹顯著高28.46%，與其他優(yōu)樹差異不顯著；發(fā)芽速度以1號優(yōu)樹為最高，與5 號優(yōu)樹差異不顯著，而顯著高于其他優(yōu)樹，比9 號優(yōu)樹高16.53%。嫁接無性系間比較，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均以5#號嫁接無性系為最高；5#號無性系的種子發(fā)芽率與7#號和9#號差異不顯著，三者均顯著高于11#號無性系，5#號無性系比11#號高51.05%；5#號無性系的發(fā)芽勢顯著高于其他3個無性系，比11#號無性系高約1 倍；發(fā)芽速度以11#號無性系為最高，與7#號無性系差異不顯著，二者顯著高于其他無性系，11#號無性系比5#號無性系高18.62%。優(yōu)樹與其對應嫁接無性系比較，5號和7號優(yōu)樹的發(fā)芽率極顯著小于其對應無性系；5 號優(yōu)樹的發(fā)芽指數(shù)極顯著小于其對應無性系，11號優(yōu)樹的發(fā)芽指數(shù)分別顯著大于其對應無性系；7 號和11 號優(yōu)樹的發(fā)芽速度均顯著小于其對應的無性系。

2.2.2 芽苗生長 檀香紫檀優(yōu)樹及其嫁接無性系的芽苗生長變異情況見表4。6株優(yōu)樹間上胚軸、下胚軸和胚根長度以及芽苗總長度的變異系數(shù)分別為25.86%～33.59%、19.40%～34.79%、38.23%～48.00%和25.34%～31.71%；優(yōu)樹嫁接無性系間對應性狀的變異系數(shù)為25.80%～61.98%、18.53%～27.87%、34.40%～86.33%和19.51%～51.10%?？傮w來看，優(yōu)樹上胚軸長度和胚根長度的變異程度低于嫁接無性系，而下胚軸長度的變異程度則高于嫁接無性系，優(yōu)樹芽苗總長度的變異程度（7號除外）均高于對應嫁接無性系。

方差分析結果表明，6 株優(yōu)樹間比較，4 個性狀均以3 號優(yōu)樹為最大，顯著大于其他優(yōu)樹（僅1個例外：3 號優(yōu)樹的上胚軸長度與11 號優(yōu)樹差異不顯著），3 號優(yōu)樹上胚軸長度比1 號優(yōu)樹大34.74%，下胚軸長度比11 號優(yōu)樹大27.08%，胚根長度和芽苗總長度比7 號優(yōu)樹分別大43.52%和34.12%。嫁接無性系間的胚根長度和芽苗總長度均以7#號無性系為最大；7#號無性系的胚根長度與5#號和9#號無性系差異不顯著，三者顯著高于3#號和11#號無性系，7#號無性系的胚根長度比3#號無性系大2.78倍；7#號和5#號無性系的芽苗總長度與9#號無性系差異不顯著，而顯著高于3#號和11#號無性系，7#號無性系的芽苗總長度比3#號無性系大86.11%。

優(yōu)樹與其對應無性系比較，5號、7號和9 號優(yōu)樹的4 個芽苗生長性狀表現(xiàn)均顯著比其對應無性系差，僅9 號優(yōu)樹的上胚軸長度與其對應無性系差異不顯著；11 號優(yōu)樹的4 個性狀表現(xiàn)均優(yōu)于其對應無性系；3 號優(yōu)樹的上胚軸和下胚軸長度與其對應無性系差異不顯著，而胚根長度和芽苗總長度顯著大于其對應無性系。

2.3 種子形態(tài)和萌發(fā)性狀間的相關性相關性

分析結果表明，種子形態(tài)性狀中，種子長度與種子寬度呈極顯著正相關，二者與種子厚度相關性低；種子萌發(fā)性狀中，發(fā)芽率與4 個芽苗生長性狀均呈顯著或極顯著正相關，發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽速度呈極顯著負相關，胚根長度與上胚軸、下胚軸長度均呈顯著或極顯著正相關；種子形態(tài)與萌發(fā)性狀間，僅千粒重與種子發(fā)芽率呈極顯著正相關（表5）。

3 討論

3.1 種子形態(tài)差異

在種子形態(tài)和芽苗生長性狀中，無論對于優(yōu)樹還是其嫁接無性系而言，種子形態(tài)性狀的變異系數(shù)遠小于芽苗生長性狀，種子千粒重的變異系數(shù)最小，這與上述有關種子千粒重在優(yōu)樹間、嫁接無性系間以及優(yōu)樹與其對應無性系間均差異不顯著的結果是一致的，其總體均值接近100 g，超過了早期嫁接植株的92.9 g[12]，這種差異可能與砧木差異有關，采種園所用的砧木為印度紫檀大樹，能夠保證其種實正常發(fā)育所需營養(yǎng)；亦可能與采種園內(nèi)遺傳多樣性較豐富有關，采種園內(nèi)的無性系除了來自引種園，還有來自儋州等地的；還可能與年度氣候條件較適宜檀香紫檀種實發(fā)育有關。無論如何，這充分說明檀香紫檀采種園種子較為飽滿，從其種子萌發(fā)特性亦可以得到反映，說明采種園的營建是合理的。盡管如此，引種園和采種園的檀香紫檀種子千粒重與發(fā)芽率極顯著相關，這與羅水興等[22]對降香黃檀（Dalberigia odorifera T. Chen）的研究結果一致。

3.2 種子萌發(fā)性狀差異

檀香紫檀優(yōu)樹間種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽速度，芽苗上胚軸、下胚軸和胚根長度以及總長度存在顯著差異，以3號優(yōu)樹種子表現(xiàn)最佳；各優(yōu)樹的嫁接無性系間種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽速度以及胚根長度和芽苗總長度差異顯著，5#號、7#號和9#號種子無性系總體上表現(xiàn)最佳。在采種育苗選擇上，3號優(yōu)樹和5#號、7#號和9#號宜作為采種母樹。檀香紫檀優(yōu)樹與其對應無性系間在種子形態(tài)、萌發(fā)和芽苗生長性狀上的差異因優(yōu)樹而異。9號和11號優(yōu)樹的種子長度，5號、7號、9號和11 號優(yōu)樹的種子寬度顯著小于其對應無性系，而5號優(yōu)樹的種子厚度顯著大于對應無性系；5號和7號優(yōu)樹的發(fā)芽率以及5號、7號和9號無性系的芽苗總長度顯著低于其對應無性系。整體而言，嫁接無性系的種子長度和寬度大于其對應優(yōu)樹，發(fā)芽和芽苗生長表現(xiàn)優(yōu)于其對應優(yōu)樹。

檀香紫檀優(yōu)樹與其嫁接無性系在種子萌發(fā)特性上的不一致，可能與其所處的群體不一致有關，嫁接種子園內(nèi)收集了海南島早期引種的檀香紫檀優(yōu)樹材料，來自海南大學儋州校區(qū)、南熱帶植物園及中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所海南分所興隆南藥園等地的優(yōu)樹嫁接無性系亦有開花結實，其遺傳基礎更為廣泛。3#號無性系的結實分株相對較少，也可能存在抽樣誤差，影響試驗結果。隨著采種園逐漸進入盛果期，將對采種園內(nèi)所有無性系的嫁接分株開展研究，揭示各無性系在種子形態(tài)和萌發(fā)特征上的變異規(guī)律，更好地為擴大檀香紫檀采種園建設服務。