崔令軍 陳詩(shī)嘉 劉瑜霞 林健 石開明

(生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北民族大學(xué))，湖北·恩施，445000)

楸樹(CatalpabungeiC. A. Meyer)，又稱梓桐，為紫薇科(Bignoniaceae)梓樹屬(CatalpaScop.)高大落葉喬木，原產(chǎn)于中國(guó)，至今已有2600多年栽培歷史，在中國(guó)分布范圍廣，遍及暖溫帶及亞熱帶，尤以山東、江蘇、河南、湖北等省分布較多。楸樹系我國(guó)特有的珍貴用材樹種，材質(zhì)優(yōu)良、不翹不裂、紋理美觀，在中國(guó)博大的樹木園中，唯其“材”貌雙全，自古就有“木王”之美稱[1]。近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)楸樹的生物學(xué)特性、組織培養(yǎng)、良種選育、造林技術(shù)等方面開展了較為系統(tǒng)的研究[2-7]，但是，由于楸樹是異花授粉植物，自花授粉不孕，往往只開花不結(jié)實(shí)，造成種子發(fā)芽率低，給楸樹優(yōu)良品系的繁殖造成很大的障礙；加之楸樹因材質(zhì)優(yōu)良而加劇了人們對(duì)它的開發(fā)利用，造成楸樹資源相對(duì)較少[8]。

植物激素不僅對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有調(diào)控作用，還對(duì)一些植物種子萌發(fā)具有促進(jìn)或抑制作用[9]。植物外源激素是人工合成的具有生理活性、類似植物激素的化合物[10]。通過(guò)外源激素的質(zhì)量濃度與配比變化，改變內(nèi)源激素水平與平衡，實(shí)現(xiàn)植物不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的需求。目前，外源激素在其他林木種子中已廣泛應(yīng)用，如桑樹[11]、刺槐[12]、云南松[13]等，但對(duì)楸樹種子萌發(fā)影響報(bào)道較少[14]。為提高楸樹種子的發(fā)芽率，探尋適宜的楸樹種子萌發(fā)條件，試驗(yàn)對(duì)楸樹種子用外源激素GA3、IBA、ABA進(jìn)行處理，在適宜的環(huán)境條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，探索其對(duì)發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為楸樹的種子快繁、優(yōu)良種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

供試材料為2018年10月在湖北恩施地區(qū)采集的楸樹種子，選取新鮮成熟、大小均一、無(wú)損傷的種子，采后于室內(nèi)陰干后調(diào)制，楸樹種子質(zhì)量為3.650 mg·粒-1。

去除空粒種子和物理?yè)p傷的種子，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的K2MnO4溶液消毒0.5 h，然后分別用質(zhì)量濃度為100、200、300、400 mg·L-1的赤霉素(GA3)、吲哚丁酸(IBA)、脫落酸(ABA)溶液浸種4、8 h；浸種后用蒸餾水沖洗去除殘液，將種子布于發(fā)芽床上，放置于恒溫和變溫條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。發(fā)芽床為100 mm培養(yǎng)皿，內(nèi)鋪濾紙一層，貼好標(biāo)簽，寫明樹種、重復(fù)號(hào)及置床日期，然后放入培養(yǎng)箱中，恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)溫度為25 ℃，變溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)溫度為夜溫15 ℃、晝溫25 ℃，各12 h。每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，去除霉變種子，并視發(fā)芽床內(nèi)水分狀況適當(dāng)補(bǔ)水。

以種子萌發(fā)后胚根達(dá)到種子長(zhǎng)度的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽持續(xù)時(shí)間的確定，根據(jù)GB 2772—1999《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，以連續(xù)3 d每天的發(fā)芽粒數(shù)不超過(guò)每重復(fù)供試驗(yàn)種子粒數(shù)的1%為結(jié)束發(fā)芽[15-16]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016和SPSS22.0分析軟件進(jìn)行分析處理，用鄧肯新復(fù)極差法(Duncan)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

發(fā)芽率(Rg)，Rg=(n/N)×100%；發(fā)芽勢(shì)(Eg)，Eg=(m/N)×100%；發(fā)芽指數(shù)(Ig)，Ig=∑(ni/ti)。式中：n為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)相應(yīng)的萌發(fā)種子數(shù)；N為供試種子總數(shù)；m為3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)；ti為發(fā)芽時(shí)間；ni為與ti相對(duì)應(yīng)的每日發(fā)芽種子數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度GA3對(duì)楸樹種子萌發(fā)的影響

將經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% K2MnO4溶液消毒0.5 h的楸樹種子，分別浸種于100、200、300、400 mg·L-1的GA3溶液中4 h，以正常條件不加植物激素處理作對(duì)照。由表1可見：與空白對(duì)照組(CK)相比，隨著GA3質(zhì)量濃度不斷升高，楸樹種子發(fā)芽率無(wú)論在恒溫(25 ℃)條件，還是變溫(夜溫15 ℃、晝溫25 ℃)條件，均呈先上升后下降的趨勢(shì)；在恒溫條件下，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率達(dá)到最大值(52.77%)；在變溫條件，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率達(dá)到最大值(67.18%)；與CK相比，在恒溫條件下除了GA3質(zhì)量濃度為100 mg·L-1，變溫條件下除了GA3質(zhì)量濃度為400 mg·L-1，其余差異均顯著。發(fā)芽勢(shì)無(wú)論在恒溫，還是變溫條件下，同樣呈先上升后下降趨勢(shì)；在恒溫條件下，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值(38.43%)；在變溫條件，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值(45.24%)；與CK相比差異均顯著。發(fā)芽指數(shù)無(wú)論在恒溫，還是變溫條件下，同樣呈先上升后下降趨勢(shì)；在恒溫條件下，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值(9.13)；在變溫條件，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值(12.48)；與CK相比，除了恒溫條件GA3質(zhì)量濃度為300 mg·L-1及變溫條件GA3質(zhì)量濃度為100、300 mg·L-1時(shí)，差異不顯著外，其余均差異顯著。

表1 不同質(zhì)量濃度GA3不同浸種時(shí)間的楸樹種子萌發(fā)結(jié)果

注：數(shù)據(jù)后，同列不同小寫字母表示同一浸種時(shí)間不同GA3質(zhì)量濃度處理結(jié)果間差異顯著(P≤0.05)。

由表1可見：和浸種4 h類似，用GA3浸種8 h后，隨著GA3質(zhì)量濃度不斷升高，無(wú)論在恒溫條件，還是變溫條件，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均呈先上升后下降的趨勢(shì)；在恒溫條件下，GA3質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值，分別為63.07%、38.04%，與CK均差異顯著；變溫條件下，GA3質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值，分別為75.07%、52.86%，與CK均差異顯著。在恒溫條件下，當(dāng)GA3質(zhì)量濃度在200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值(9.53)；在變溫條件下，GA3質(zhì)量濃度在300 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大值(11.25)；無(wú)論恒溫，還是變溫，與CK相比，除了GA3質(zhì)量濃度為100 mg·L-1外，其余均差異顯著。

2.2 不同質(zhì)量濃度IBA對(duì)楸樹種子萌發(fā)的影響

將經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% K2MnO4溶液消毒0.5 h的楸樹種子，分別浸種于質(zhì)量濃度為100、200、300、400 mg·L-1的IBA溶液中4 h，以正常條件不加植物激素處理作對(duì)照。由表2可見：在恒溫條件下，種子發(fā)芽率隨著IBA質(zhì)量濃度的升高不斷升高，在IBA質(zhì)量濃度為400 mg·L-1時(shí)，種子發(fā)芽率最高(50.45%)；在變溫條件，種子發(fā)芽率則呈先上升后下降的趨勢(shì)，在IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)，種子發(fā)芽率達(dá)到最大(81.47%)；與CK相比，在恒溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度為100 mg·L-1，變溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度為400 mg·L-1，其余均差異顯著。無(wú)論在恒溫，還是變溫條件下，種子發(fā)芽勢(shì)變化一致，均呈先上升后下降的趨勢(shì)；當(dāng)IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)，在恒溫和變溫條件下，種子發(fā)芽勢(shì)均達(dá)到最大值，分別為33.08%、47.32%；與CK相比，除了GA3質(zhì)量濃度為100 mg·L-1，其余均差異顯著。種子發(fā)芽指數(shù)在恒溫條件下隨IBA質(zhì)量濃度升高呈下降趨勢(shì)，在變溫條件下隨IBA質(zhì)量濃度升高呈先上升后下降趨勢(shì)；在恒溫條件下，IBA質(zhì)量濃度為100 mg·L-1時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)最大(9.47)；在變溫條件，IBA質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最大(13.68)；與CK相比，在恒溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度為200 mg·L-1、變溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1，其余均差異顯著。

表2 不同質(zhì)量濃度IBA不同浸種時(shí)間的楸樹種子萌發(fā)結(jié)果

注：數(shù)據(jù)后，同列不同小寫字母表示同一浸種時(shí)間不同IBA質(zhì)量濃度處理結(jié)果間差異顯著(P≤0.05)。

由表2可見：和浸種4 h相同，用IBA浸種8 h后，種子發(fā)芽率隨著IBA質(zhì)量濃度升高呈上升趨勢(shì)；在恒溫條件下，IBA質(zhì)量濃度為400 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率最高(52.17%)；在變溫條件下，發(fā)芽率則呈先上升后下降的趨勢(shì)，在IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)達(dá)到最大(86.34%)；與CK相比，恒溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1，變溫條件下除了IBA質(zhì)量濃度在100、400 mg·L-1差異不顯著外，其余均差異顯著。種子發(fā)芽勢(shì)，無(wú)論在恒溫還是變溫條件下則變化一致，均呈先上升后下降的趨勢(shì)；在恒溫條件下，當(dāng)IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)發(fā)芽勢(shì)最大(33.74%)，與CK相比，在恒溫條件下均差異顯著；在變溫條件下，當(dāng)IBA質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)發(fā)芽勢(shì)最大(42.54%)，與CK相比，除了在變溫條件IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1差異不顯著外，其余均差異顯著。在恒溫條件下，發(fā)芽指數(shù)隨IBA質(zhì)量濃度的升高呈先上升后下降趨勢(shì)，在IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)發(fā)芽指數(shù)最大(9.02)，與CK相比，除了IBA質(zhì)量濃度在100、200 mg·L-1差異不顯著外，其余均差異顯著；在變溫條件下，發(fā)芽指數(shù)呈無(wú)規(guī)則變化，在IBA質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時(shí)發(fā)芽指數(shù)最大(9.48)，在IBA質(zhì)量濃度為300 mg·L-1時(shí)發(fā)芽指數(shù)最小(7.43)，與CK相比，除了IBA質(zhì)量濃度在200 mg·L-1時(shí)差異不顯著外，其余均差異顯著。

2.3 不同質(zhì)量濃度ABA對(duì)楸樹種子萌發(fā)的影響

將經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5% K2MnO4溶液消毒0.5 h的楸樹種子，分別浸種于質(zhì)量濃度為100、200、300、400 mg·L-1的ABA溶液中4 h，以正常條件不加植物激素處理作對(duì)照。由表3可見：與CK相比，隨著ABA質(zhì)量濃度不斷升高，無(wú)論在恒溫還是變溫條件下，種子發(fā)芽率均隨著ABA質(zhì)量濃度升高而降低；與CK相比，除了IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1時(shí)差異不顯著外，其余均差異顯著。種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的變化規(guī)律和種子發(fā)芽率相同，無(wú)論在恒溫還是變溫條件下，隨ABA質(zhì)量濃度上升均呈下降趨勢(shì)，除了IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1時(shí)差異不顯著外，其余均差異顯著。

表3 不同質(zhì)量濃度ABA不同浸種時(shí)間的楸樹種子萌發(fā)結(jié)果

注：數(shù)據(jù)后，同列不同小寫字母表示同一浸種時(shí)間不同ABA質(zhì)量濃度處理結(jié)果間差異顯著(P≤0.05)。

由表3可見：和浸種4 h相比，用ABA浸種8 h后，無(wú)論在恒溫還是變溫條件下，種子發(fā)芽率均隨著ABA質(zhì)量濃度的升高而降低，與CK相比，除了IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1時(shí)差異不顯著外，其余均差異顯著。在恒溫還是變溫條件下，種子發(fā)芽勢(shì)同樣隨著ABA質(zhì)量濃度的上升呈下降趨勢(shì)，但與CK相比，均呈現(xiàn)顯著水平。種子發(fā)芽指數(shù)和種子發(fā)芽率變化規(guī)律相同，無(wú)論在恒溫還是變溫條件下，隨ABA質(zhì)量濃度上升均呈下降趨勢(shì)，除了IBA質(zhì)量濃度在100 mg·L-1時(shí)差異不顯著外，其余均差異顯著。

3 結(jié)論與討論

楸樹是異花授粉植物，植物雄、雌蕊不在同一朵花中，因此無(wú)法自行授粉，單種植1個(gè)品種無(wú)法為其提供授粉環(huán)境，導(dǎo)致坐果率下降，往往只開花不結(jié)實(shí)，造成種子發(fā)芽率低。目前對(duì)楸樹種子的研究，主要集中在梓醇[17]、脂肪酸含量[18]、黃酮類成分[19]的研究，對(duì)楸樹種子發(fā)芽率的研究較少；對(duì)楸樹種子發(fā)芽率的研究，大部分集中在選種時(shí)對(duì)種子的處理等，用激素調(diào)節(jié)來(lái)提高種子發(fā)芽率的方法卻報(bào)道較少。本研究選擇了3種常用的外源激素，研究其對(duì)楸樹種子發(fā)芽的影響，不僅進(jìn)行了不同激素對(duì)種子萌發(fā)的影響，也比較了不同質(zhì)量濃度、不同浸種時(shí)間對(duì)種子萌發(fā)的影響，為今后楸樹種子育苗提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

目前，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)種子萌發(fā)的影響已得到廣泛的研究，并取得了較多成果。在解除種子休眠、促進(jìn)萌發(fā)過(guò)程中起關(guān)鍵作用的內(nèi)源信號(hào)分子是GA3和IBA，可以啟動(dòng)淀粉酶合成化學(xué)信使誘導(dǎo)種子淀粉酶的合成，并提高其活性，加速胚乳中淀粉的水解，促進(jìn)種胚的生長(zhǎng)和種子的萌發(fā)[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)楸樹種子各發(fā)芽性狀有效促進(jìn)的GA3質(zhì)量濃度不一致，在低質(zhì)量濃度下(0～200 mg·L-1)，隨著GA3質(zhì)量濃度升高，發(fā)芽率無(wú)論在恒溫(25 ℃)條件還是變溫(夜溫15 ℃、晝溫25 ℃)條件上升，但是超過(guò)一定質(zhì)量濃度之后，發(fā)芽率反而下降，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)也具有同樣的規(guī)律，這和劉開業(yè)等[21]研究發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量濃度GA3對(duì)狗牙根(Cynodondactylon)種子的萌發(fā)有抑制作用相似；原因是外源激素浸種，并不完全是通過(guò)影響種子活力而作用于幼苗生長(zhǎng)，而是通過(guò)影響內(nèi)源激素來(lái)調(diào)節(jié)幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。在恒溫條件下，隨著IBA質(zhì)量濃度的升高，發(fā)芽率不斷增加，而在變溫條件下發(fā)芽率呈先上升后下降趨勢(shì)，同時(shí)無(wú)論恒溫還是變溫，種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均為先上升后下降趨勢(shì)，這是由于外界溫度條件的改變，尤其是在變溫情況下，由于IBA質(zhì)量濃度的升高抑制了種子的萌發(fā)。

脫落酸(ABA)是一種較強(qiáng)的植物生長(zhǎng)抑制劑，可抑制整株植物或離體器官的生長(zhǎng)，在種子萌發(fā)、成熟與休眠、果實(shí)成熟以及植物響應(yīng)逆境脅迫中有廣泛的生理效應(yīng)[22]。ABA對(duì)生長(zhǎng)的作用與IBA、GA3相反，它對(duì)細(xì)胞的分裂與伸長(zhǎng)起抑制作用，抑制胚芽鞘、嫩枝、根和胚軸等器官的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，本試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。在恒溫和變溫條件下，隨著ABA質(zhì)量濃度的升高，不論是浸種4 h還是8 h，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均顯著下降，但是近年來(lái)越來(lái)越多的觀點(diǎn)認(rèn)為ABA/GAs的閾值范圍調(diào)控種子的萌發(fā)和休眠[23-24]，超過(guò)閾值上限種子休眠，低于閾值下限種子萌發(fā)，但是具體閾值范圍尚不清楚，有待進(jìn)一步深入研究。