李德麗, 柴春山, 薛 睿, 莫保儒, 蔡國軍, 林 琳

(甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院, 蘭州 730020)

黃花補(bǔ)血草(Limoniumaureum)、抱莖風(fēng)毛菊(Saussureachingiana)、黃花角蒿(Incarvilleasinensis)、蜀葵(AicearoseaL.)作為隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)常見的多年生野生草本植物,其抗逆性強(qiáng),具有觀賞、藥用和生態(tài)價(jià)值。由于該區(qū)水分的限制,植被承載力低,嚴(yán)重制約著喬木和灌木的自然生長(zhǎng)和更新,野生草本植物作為優(yōu)勢(shì)種群在水土資源的保護(hù)和利用方面發(fā)揮著無可比擬的作用。由于野生植物的種子在自然狀態(tài)下發(fā)芽率較低,制約著生態(tài)環(huán)境保護(hù)中鄉(xiāng)土植物資源的開發(fā)利用。植物種群形成與維持的主要方式是有性繁殖,在地表植被進(jìn)行自然更新以維持自身生物多樣性的過程中起著關(guān)鍵作用,也是干旱區(qū)植被恢復(fù)和重建的一種重要方法。種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的關(guān)鍵階段,是由遺傳因素和外界環(huán)境條件共同決定的[1-2],適宜的種子預(yù)處理方式可以提高種子萌芽率,加速種子萌發(fā),進(jìn)而可以加速退化生境的恢復(fù)進(jìn)程[3]。

目前,有關(guān)植物種子萌發(fā)對(duì)外源物質(zhì)預(yù)處理方式及外界環(huán)境因子響應(yīng)的研究已有良好的基礎(chǔ),但有關(guān)野生草本植物的研究多集中在生態(tài)、藥用和飼用價(jià)值的開發(fā)利用方面,兼具觀賞價(jià)值的野生草本植物種子萌發(fā)的研究相對(duì)較少。因此,試驗(yàn)選擇隴中定西地區(qū)常見的野生黃花補(bǔ)血草、抱莖風(fēng)毛菊、黃花角蒿、蜀葵的種子作為研究對(duì)象,研究其在不同人工干預(yù)下的萌芽特征,探索其種子快速萌發(fā)的方法,為該區(qū)鄉(xiāng)土野生植物種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)種子來源地概況

試驗(yàn)所用的4種植物種子采集地點(diǎn)位于甘肅省定西市龍灘小流域( 104°27′～104°32′E,35°43′～35°46′N),采收時(shí)間為2021年7—9月。該流域?qū)俚湫桶敫珊迭S土丘陵溝壑區(qū),流域面積16 km2,平均海拔1 900 m;年平均氣溫6.8 ℃,平均無霜期152 d,平均日照時(shí)數(shù)2 052 h;多年平均降水量為386 mm,降雨主要集中在7-9月份,年潛在蒸發(fā)量1 439 mm;年平均相對(duì)濕度72%,干燥度1.9。流域內(nèi)土壤以黃綿土為主,有機(jī)質(zhì)含量低,土壤貧瘠且易侵蝕。黃花補(bǔ)血草、抱莖風(fēng)毛菊、黃花角蒿和蜀葵是該地區(qū)常見的野生草本植物。

1.2 種子采集

每種植物種子采集20～30株自然成熟植株,經(jīng)脫粒、去雜、晾曬后在干燥陰涼的環(huán)境下貯藏備用。

1.3 育苗方法

選種:隨機(jī)選取顆粒飽滿、大小均勻、無破損的草種,用蒸餾水清洗3～5次,瀝干備用。

處理:分別用0.5% KMnO4溶液浸泡(T1)、2% Na2CO3溶液浸泡(T2)、2 ℃沙藏(T3)三種方式處理4種植物種子,T1、T2處理時(shí)長(zhǎng)3 h,T3處理時(shí)長(zhǎng)28 d,處理完成后瀝干備用,以未做任何處理的種子為對(duì)照組(T0)。營(yíng)養(yǎng)土按照V基質(zhì)∶V蛭石為4∶1配制,并用0.5% KMnO4溶液噴灑消毒。

播種:育苗試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室育苗盤(育苗盤長(zhǎng)、寬、深為54 cm,27 cm,6 cm)播種育苗,將處理后的種子與蛭石混合后均勻撒播,蛭石覆蓋,厚度約0.5 cm,用塑料膜覆棚,重復(fù)3次,每個(gè)重復(fù)100粒。實(shí)驗(yàn)室白天光照充足,室內(nèi)溫度白天20 ℃,夜晚溫度13 ℃。

1.4 測(cè)定方法

每天09:00—10:00觀察記錄出苗情況,并根據(jù)苗盤內(nèi)基質(zhì)的干濕情況及時(shí)補(bǔ)充水分。種子萌發(fā)培養(yǎng)時(shí)期共計(jì)28 d,發(fā)芽第7天計(jì)算發(fā)芽勢(shì),28 d結(jié)束后計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及其相對(duì)增幅,計(jì)算公式如下:

發(fā)芽勢(shì)(A)=(N7/M)×100%;

發(fā)芽率(B)=(N28/M)×100%;

發(fā)芽指數(shù)(C)=∑(Nd/d);

發(fā)芽勢(shì)相對(duì)增幅(rA)=[(At-A0)/A0]×100%;

發(fā)芽率相對(duì)增幅(rB)=[(Bt-B0)/B0]×100%;

發(fā)芽指數(shù)相對(duì)增幅(rC)=[(Ct-C0)/C0]×100%,

式中:N7和N28分別代表第7天和第28天的種子發(fā)芽數(shù),M代表供試種子總數(shù),Nd指第d天種子的發(fā)芽數(shù),d指相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù),A0、B0、C0分別指對(duì)照組T0的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù),At、Bt、Ct分別指不同處理方式下的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Origin2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子萌芽過程

如圖1所示,處理方式不同,4種植物種子萌發(fā)的過程不一。相較于T0,蜀葵種子在T1、T2、T3處理下的萌發(fā)速率略有提高,一定程度上縮短了種子的萌芽周期,但最終萌芽數(shù)量無顯著差異。T3處理對(duì)抱莖風(fēng)毛菊、黃花角蒿和黃花補(bǔ)血草的相同,均能加快種子萌芽速度,縮短發(fā)芽周期,并且明顯提高了最終萌芽數(shù)量;但抱莖風(fēng)毛菊種子在T1和T2處理下萌發(fā)前期T0處理相似,最終萌芽數(shù)量較T1高,但差距不大;黃花角蒿T2和T0接近,最終萌芽數(shù)量略高于T0,T1處理種子萌發(fā)數(shù)量只有個(gè)位數(shù),遠(yuǎn)低于其他處理;黃花補(bǔ)血草種子相較于T0,T2處理萌芽速率大,萌芽周期短,T1處理下的萌芽周期長(zhǎng),萌芽速率低。

2.2 不同處理對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響

如圖2所示,不同方式處理下的蜀葵種子發(fā)芽率為:T3>T2>T0>T1,不同處理方式之間的種子出芽率差異不顯著,出芽率為24%～28%;發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均為:T3>T2>T1>T0,T2和T1之間差異不顯著,但T2、T1與T3、T0之間的差異顯著。

圖2 不同處理下植物種子萌發(fā)特征

抱莖風(fēng)毛菊在不同方式處理下的發(fā)芽率表現(xiàn)為:T3>T1>T0>T2,T3與T0、T1、T2之間的差異顯著,但T0、T1、T2之間差異不顯著;發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)為:T3>T2>T0>T1,除T0與T1之間差異不顯著,其他處理之間發(fā)芽勢(shì)差異顯著;發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為:T3>T2>T1>T0,T3與T0、T1、T2之間的差異顯著,但T0、T1、T2之間差異不顯著。

黃花角蒿發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)大小均為:T3>T2>T0>T1,T3顯著高于T0、T1和T2,發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)不同處理之間的差異性表現(xiàn)一致,均為T3與T0、T1和T2之間差異顯著,T2和T0之間差異不顯著,T1和T0之間差異顯著;發(fā)芽勢(shì)在不同處理之間的差異性均顯著。

黃花補(bǔ)血草種子在不同處理方式下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)大小均為:T3>T2>T0>T1,且不同處理方式之間的差異均顯著。

2.3 不同處理下的草種相對(duì)萌發(fā)特征

以未做任何處理的種子(T0)為對(duì)照,分別求得5% KMnO4溶液浸泡(T1)、2% Na2CO3溶液浸泡(T2)、2 ℃沙藏(T3)三種方式處理下4種草種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的相對(duì)增幅,反映出不同處理方式對(duì)草種萌芽的影響程度。

如圖3所示,較T0蜀葵種子發(fā)芽率T1處理下降低8%,T2處理提高4%,T3處理下提高8%;不同處理下發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的相對(duì)增幅均為正值,發(fā)芽勢(shì)相對(duì)增幅為:T3>T2>T1,提升了1.3～3倍;發(fā)芽指數(shù)相對(duì)增幅為:T3>T2>T1,在25%～60%,T2和T1接近,但與T3差值較大。

圖3 不同處理方式下植物種子萌發(fā)特征相對(duì)變化情況

抱莖風(fēng)毛菊發(fā)芽率T1處理提高8%,T2處理降低8%,T3處理提高50%;發(fā)芽勢(shì)T1處理下降低了33%,T2處理提高1倍,T3處理提高約14倍;發(fā)芽指數(shù)T1處理沒有變化,T2處理提高6%,T3處理約2.6倍。

黃花角蒿發(fā)芽率T1處理降低約1倍,T2處理提高5%,T3處理約提高50%;發(fā)芽勢(shì)T1處理下降了93%,T2處理提高了36%,T3處理直接提高了約2.1倍;發(fā)芽指數(shù)T1處理下降了約1倍,T2處理提高13%,T3處理提高約90%。

黃花補(bǔ)血草種子發(fā)芽率T1處理下降低約30%,T2處理提高17%,T3處理約提高50%;發(fā)芽勢(shì)T1處理下降了50%,T2處理提高了30%,T3處理直接提高了約1.2倍;發(fā)芽指數(shù)T1處理下降了約36%,T2處理提高約26%,T3處理提高約96%。

3 討 論

3.1 KMnO4溶液對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

KMnO4溶液作為實(shí)驗(yàn)室常見的氧化劑,經(jīng)常用于物品消毒、育苗工作中土壤環(huán)境的消殺處理,能作為外界刺激物來干預(yù)種子的萌發(fā)過程。賈祥等[4]研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)濃度的KMnO4溶液浸種在一定時(shí)間內(nèi)可促進(jìn)西藏固沙草種子萌發(fā),達(dá)到齊苗、壯苗的目的,其最適濃度為0.1%。李欣瑞等[5]研究發(fā)現(xiàn),用0.3% KMnO4溶液浸種3 h武陵假儉草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)最大。孟煥等[3]研究發(fā)現(xiàn),用0.1% KMnO4溶液處理香蒲種子,發(fā)芽率和發(fā)芽速率均顯著高于其他處理,平均發(fā)芽率可達(dá)未浸種處理?xiàng)l件下的3.1倍。本研究表明,除抱莖風(fēng)毛菊外,0.5% KMnO4溶液浸泡3 h的處理方式均降低了植物種子的發(fā)芽率;但對(duì)于發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì),其只對(duì)蜀葵有促進(jìn)作用,對(duì)其他3種植物均表現(xiàn)為抑制作用。本研究選擇KMnO4溶液的濃度偏高,對(duì)植物的種子萌發(fā)產(chǎn)生了一定的抑制作用;于抱莖風(fēng)毛菊、黃花補(bǔ)血草和黃花角蒿,蜀葵對(duì)KMnO4溶液耐受性更強(qiáng)。

3.2 Na2CO3溶液對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

鹽脅迫下植物種子的萌發(fā)特征研究最為常見,常用的鹽溶液為鈉鹽(如:NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3等)和鉀鹽(KCl、KNO3等)溶液,研究表明,鹽溶液對(duì)于植物種子萌發(fā)的抑制作用隨著鹽濃度的增加而增大[6],低濃度的鹽溶液對(duì)植物中的萌發(fā)有促進(jìn)作用[7-8],其作用機(jī)理主要包括鹽溶液可調(diào)節(jié)種子內(nèi)外滲透壓和鹽離子改變了能夠控制種子萌發(fā)的某種酶活性,從而達(dá)到促進(jìn)或抑制種子的萌發(fā)。本研究表明,使用2% Na2CO3溶液處理種子,抱莖風(fēng)毛菊種子的發(fā)芽率降低,但發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)有所提高,蜀葵、黃花角蒿和黃花補(bǔ)血草的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均有所提高,這說明Na2CO3溶液的刺激能改變上述4種植物種子的萌發(fā)特性,但不同植物對(duì)其作出的響應(yīng)卻有所不同,這可能是由于鹽溶液的理化性[9-10]和種子自身生理特性[11-14]差異所造成的,具體原因有待于進(jìn)一步深入研究。

3.3 低溫沙藏對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

作為育苗工作中種子處理最常見的方式,諸多的研究表明,低溫沙藏可以破除種子的休眠,加快種子的萌芽速率在低溫(2～5 ℃)環(huán)境中,種子內(nèi)部的脫落酸含量顯著減少,其抑制種子萌發(fā)的作用大大減弱,進(jìn)而打破了種子休眠;另外,在低溫條件下,還能促進(jìn)產(chǎn)生刺激生長(zhǎng)的赤霉素和種子內(nèi)部酶的活化,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)開始轉(zhuǎn)化,加快了種子萌芽速度[15]。本研究結(jié)果表明,低溫沙藏處理下,4種植物的種子發(fā)芽率均提高,蜀葵提高約8%,抱莖風(fēng)毛菊、黃花角蒿和黃花補(bǔ)血草提高50%左右;抱莖風(fēng)毛菊的發(fā)芽勢(shì)增幅最大,可提高約14倍,黃花補(bǔ)血草最小,也可達(dá)到1.2倍;發(fā)芽指數(shù)的增幅抱莖風(fēng)毛菊可達(dá)260%,蜀葵最小,也能達(dá)到60%,這與已有的研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

不同處理方式對(duì)不同植物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)不盡相同。0.5% KMnO4溶液處理提高了抱莖風(fēng)毛菊的發(fā)芽率,加快了蜀葵的萌芽速度;Na2CO3溶液處理除降低了抱莖風(fēng)毛菊的發(fā)芽率外,均能提高其他植物種子的發(fā)芽率,也能加快4種植物種子的萌芽速度;但低溫沙藏處理不僅可以提高4種植物種子的發(fā)芽率,也能加快萌芽速度。因此,蜀葵、抱莖風(fēng)毛菊、黃花角蒿和黃花補(bǔ)血草在種子繁殖時(shí)可采用低溫沙藏的方式處理種子,以此來提升種子活力,加快種子萌發(fā)速率,提高種子的發(fā)芽率。