不同预处理方法对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响

2011-12-31苏家乐刘晓青陈尚平何丽斯

植物资源与环境学报 2011年4期

苏家乐，李畅，陈璐，刘晓青，陈尚平，何丽斯

杜鹃花科（Ericaceae）杜鹃花属（Rhododendron L.）植物，泛称杜鹃花，以种类繁多、花色艳丽闻名于世，是世界三大高山花卉之一［1－2］。中国杜鹃花野生资源极其丰富，占全世界种类总数的59％，绝大多数分布在长江以南地区［2－3］，而东北地区仅分布有极少的高山杜鹃种类，其中，常绿小灌木牛皮杜鹃（R.aureum Georgi）和小叶杜鹃（R.parvifolium Admas.）均具较高的观赏价值和药用价值，为珍稀的高山常绿花卉［4－6］。目前，牛皮杜鹃处于渐危状态，为国家三级保护植物；小叶杜鹃也为濒危种，为吉林省一类重点保护植物，这2个种类的分布范围狭窄，资源量较少［6－7］。因此，在保护现有野生资源的基础上，如何引种驯化、繁育栽培及扩大野外种群成为保护和发展这2个种类面临的首要问题。

杜鹃花属种类的果实均为蒴果、种子量大，种子繁殖是野生条件下该属种类最主要的繁殖方式；通过种子萌发获得幼苗并开始驯化，使之适应当地气候，是目前公认的有效引种驯化手段［8－9］。相关研究结果表明［10－13］：杜鹃花种子细小且发芽率普遍不高；不同种类的萌发状况有所不同；采用赤霉素（GA3）浸种等方法可提高一些种类的种子发芽率。

为提高牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率、完善其种子繁殖技术，为这2个种类的引种驯化以及种群生态恢复提供技术参考，作者比较了质量浓度100～800 mg·L－1GA3浸种、清水浸种6～36 h和超声波处理10～30 min等方法对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发状况的影响，以期筛选出适宜的种子预处理方法。

1 材料和方法

1.1 材料

供试的牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子均采自生长于吉林长白山国家级自然保护区的野生植株，由长白山科学院植物研究组鉴定并提供；均为经过精选的籽粒饱满、贮藏6个月的自然结实种子，于室温下干燥器内保存、备用。

1.2 方法

1.2.1 种子预处理方法共设置3种预处理方法：分别用质量浓度100、200、400、600和800 mg·L－1的GA3溶液于室温下浸种24 h；用清水（去离子水）于室温下分别浸种6、12、24和36 h；用功率50W、频率40 kHz的超声波分别处理10、20和30 min。对照组种子则不进行任何预处理。每处理4次重复，每重复100粒种子。

1.2.2 种子萌发指标测定采用培养皿滤纸法［14］进行种子萌发实验。将经过上述预处理的种子用质量体积分数0.3％KMnO4溶液浸种消毒15 min，去离子水充分洗净并吸干水分后均匀排布于垫有湿润滤纸的培养皿（直径9 cm）中，置于光照培养箱中萌发，并定期喷水保持种子湿润。培养条件为温度25℃、光照度4000 lx、光照时间12 h·d－1。参照《1996国际种子检验规程》的鉴定标准［15］统计发芽情况，以连续5 d无种子萌发视为萌发结束；每隔24 h观察记录种子发芽数。

选择以下指标对种子的发芽状况进行分析：1）萌发时滞，即发芽启动时间，指从发芽实验开始至第1粒种子开始萌发所需时间（天数）；2）萌发高峰期，即从实验开始至日发芽种子数达到最大时所需的天数；3）发芽持续时间，即从种子开始萌发至最后1粒种子萌发的总天数；4）发芽率=（发芽种子总数/每处理供试种子总数）×100％；5）发芽势=（日发芽种子数达到最大时的发芽种子总数/每处理供试种子总数）×100％；6）发芽指数=∑（G t/D t），其中，G t为t日内的发芽数，D t为相应的发芽天数。

1.3 数据统计

采用Excel2003软件和DPS7.05软件进行数据分析，采用最小显著差数法（LSD）进行方差分析。

2 结果和分析

2.1 不同质量浓度GA3浸种对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响

经不同质量浓度GA3浸种处理后牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的萌发状况见表1。由表1可见：用质量浓度100～800 mg·L－1GA3溶液浸种24 h，能明显促进牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的萌发；种子的萌发时滞和萌发高峰期均有所缩短，发芽率、发芽势和发芽指数均极显著高于对照（P＜0.01）。在质量浓度100～800 mg·L－1范围内，随GA3质量浓度的提高，牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均呈先升后降的趋势，但2个种类最适宜的GA3质量浓度略有差异。

用质量浓度400 mg·L－1GA3浸泡处理24 h，牛皮杜鹃种子的发芽率（73.50％）和发芽势（49.00％）均为最高，发芽指数（33.88）也较高，分别为对照的4.03、5.16和4.40倍；发芽率和发芽势2个指标均极显著高于其他处理组（P＜0.01）；萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均较对照缩短了2 d。

用质量浓度600 mg·L－1GA3浸泡处理24 h，小叶杜鹃种子的发芽率（81.00％）、发芽势（67.50％）和发芽指数（36.69）最高，分别为对照的5.31、7.50和6.14倍，且发芽率和发芽势2个指标均极显著高于其他处理组（P＜0.01）；萌发时滞和萌发高峰期均较对照缩短了1 d，发芽持续时间较对照缩短了2 d。

表1 不同质量浓度GA3浸种对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响（±SD）1）Table1 Effect of GA3 soaking with different concentrations on seed germ ination of Rhododendron aureum Georgi and R.parvifolium Admas.（±SD）1）

1）同列中不同的小写字母和大写字母分别表示在0.05和0.01水平上差异显著Different small letters and capitals in the same column indicate thesignificant differences at0.05 and0.01 levels，respectively.

GA3质量浓度/mg·L－1 Conc. of GA3发芽率/％ Germination rate发芽势/％ Germination energy萌发时滞/d Germination delay time萌发高峰期/d Germination peak period发芽持续时间/d Germination lasting time发芽指数Germination index牛皮杜鹃R.aureum0（CK）18.25±1.26eE 9.50±1.00eE 9 10 11 7.69±1.64eD100 47.25±1.25dD 33.75±1.25dD 8 9 11 22.47±1.87dC200 63.00±1.41bB 44.50±2.38bB 7 9 10 35.29±1.93aA400 73.50±1.29aA 49.00±1.83aA 7 8 9 33.88±0.97abA600 64.75±1.26bB 40.00±0.82cC 8 9 10 31.74±2.93bAB800 54.25±1.71cC 39.25±1.25cC 8 9 11 27.74±2.72cB小叶杜鹃R.parvifolium0（CK）15.25±0.96eE 9.00±1.41eE 8 9 8 5.98±0.43dE100 38.00±1.83dD 25.75±3.03dD 7 8 8 18.02±1.36cD200 59.75±1.71cC 47.50±1.29cC 6 8 9 28.49±2.33bC400 74.50±1.29bB 58.25±1.89bB 6 8 8 34.62±3.15aAB600 81.00±0.82aA 67.50±1.29aA 7 8 6 36.69±3.09aA800 76.00±0.82bB 49.50±2.65cC 7 8 7 29.48±4.49bBC

2.2 清水浸种不同时间对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响

用清水浸种不同时间后牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的萌发状况见表2。由表2可以看出：用清水浸种6 h，对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间没有影响。用清水浸种12 h，牛皮杜鹃种子提前1 d萌发，但萌发高峰期和发芽持续时间均与对照没有差异；小叶杜鹃种子的萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均与对照没有差异。用清水浸种24 h，牛皮杜鹃种子提前1 d萌发，发芽持续时间缩短1 d，但其萌发高峰期没有发生改变；小叶杜鹃种子则提前1 d萌发，但萌发高峰期和发芽持续时间均未发生改变。

用清水浸种不同时间对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均有一定的影响。用清水浸种6 h，牛皮杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均最高，且均高于对照，但仅发芽率与对照差异显著（P＜0.05），发芽势和发芽指数与对照差异不显著；用清水浸种12和24 h，牛皮杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均低于或显著低于对照。用清水浸种6和12 h，小叶杜鹃种子的发芽势及发芽指数均低于对照，而发芽率则低于或略高于对照但差异不显著；用清水浸种24 h，小叶杜鹃种子的发芽率和发芽指数均高于对照及其他处理组，而发芽势则最低。

2.3 超声波处理不同时间对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响

用超声波处理不同时间后牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的萌发状况见表3。由表3可见：使用超声波（功率50W，频率40 kHz）处理10 min，牛皮杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均极显著高于对照（P＜0.01），且发芽势最高，分别为对照的1.22、1.29和1.36倍；萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均与对照相同。超声波处理20 min，牛皮杜鹃的发芽率和发芽指数均最高且与对照差异极显著（P＜0.01），分别为对照的1.33和1.47倍，而发芽势则略低于对照但差异不显著；萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均与对照相同。超声波处理30 min，牛皮杜鹃种子的发芽率和发芽指数均略高于对照但差异不显著，而发芽势则显著低于对照及其他处理组；萌发时滞则较对照及其他处理组延长1 d，而萌发高峰期和发芽持续时间均与对照相同。

用超声波（功率50W，频率40 kHz）处理10 min，小叶杜鹃种子的发芽率和发芽指数均极显著高于对照及其他处理组（P＜0.01），分别为对照的1.54和1.91倍，发芽势则略高于对照但差异不显著；萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均与对照相同。超声波处理20 min，小叶杜鹃种子的发芽率和发芽指数也均极显著高于对照（P＜0.01），分别为对照的1.38和1.56倍，而发芽势则略低于对照但差异不显著；萌发时滞、萌发高峰期和发芽持续时间均无变化。超声波处理30 min，小叶杜鹃种子的发芽率和发芽指数均略低于对照但差异不显著，而发芽势则极显著低于对照及其他处理组（P＜0.01）；萌发时滞则较对照及其他处理组延长1 d，而萌发高峰期和发芽持续时间均与对照相同。

表2 清水浸种不同时间对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响（±SD）1）Table2 Effect of water soaking for different times on seed germ ination of Rhododendron aureum Georgi and R.parvifolium Admas.（±SD）1）

浸种时间/h Soaking time发芽率/％ Germination rate发芽势/％ Germination energy萌发时滞/d Germination delay time萌发高峰期/d Germination peak period发芽持续时间/d Germination lasting time发芽指数Germination index牛皮杜鹃R.aureum0（CK）18.25±1.26bAB 9.50±1.00aAB 9 10 11 7.69±1.64abA619.50±1.29aA 10.00±0.82aA 9 10 11 8.03±1.09aA12 16.50±0.58cB 7.75±0.96bB 8 10 11 6.41±0.58bAB24 13.00±0.82dC 7.75±0.96bB 8 10 10 4.53±0.32cB小叶杜鹃R.parvifolium0（CK）15.25±0.96bB 9.00±1.41aA 8 9 8 5.98±0.43aAB614.25±0.96bB 7.50±0.58abAB 8 9 8 4.71±0.88bB12 15.50±0.58bAB 8.75±0.50aA 8 9 8 5.97±0.58aAB24 17.50±1.29aA 6.50±1.29bB 7 9 8 6.55±0.38aA

表3 超声波处理不同时间对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发的影响（±SD）1）Table3 Effect of ultrasonic wave treating for different times on seed germ ination of Rhododendron aureum Georgi and R.parvifolium Admas.（±SD）1）

处理时间/min Treatment time发芽率/％ Germination rate发芽势/％ Germination energy萌发时滞/d Germination delay time萌发高峰期/d Germination peak period发芽持续时间/d Germination lasting time发芽指数Germination index牛皮杜鹃R.aureum0（CK）18.25±1.26cB 9.50±1.00bB 9 10 11 7.69±1.64bB10 22.25±1.71bA 12.25±1.26aA 9 10 11 10.48±1.56aA20 24.25±0.96aA 9.00±0.82bB 9 10 11 11.32±1.21aA30 18.75±1.89cB 6.25±1.26cC 10 10 11 8.37±0.72bB小叶杜鹃R.parvifolium0（CK）15.25±0.96cC 9.00±1.41aA 8 9 8 5.98±0.43cC10 23.50±1.29aA 9.50±0.58aA 8 9 8 11.40±1.56aA20 21.00±0.82bB 8.75±0.50aA 8 9 8 9.32±1.11bB30 14.25±0.96cC 5.50±1.29bB 10 9 8 5.24±0.60cC

上述分析结果表明：超声波处理10～30 min对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发高峰期和发芽持续时间均没有影响，而对发芽率、发芽势和发芽指数均有一定影响；较之牛皮杜鹃，超声波处理时间的长短对小叶杜鹃种子萌发状况的影响更明显。

3 讨论和结论

不同植物种类的种子萌发所需条件存在种间差异，在播种育苗之前，需先进行发芽实验以便摸索出最适宜的发芽预处理条件和方法［10，14］。牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子萌发率极低，常温贮藏6个月的种子发芽率仅分别为18.25％和15.25％，且种子发芽的一致度很低（发芽势分别为9.50％和9.00％），种子发芽率低也可能是牛皮杜鹃和小叶杜鹃濒危的重要原因之一。因此，如何提高种子发芽率，是这2个种类有性繁殖面临的首要问题。对杜鹃属不同种类种子可采用GA3、热水、清水和浓硫酸等方法进行预处理，有效的预处理方法可提高种子的发芽率和发芽势，但不同种类适宜的预处理条件有所不同［11－13，16－19］。

GA3可诱导种子淀粉酶等水解酶的合成，提高种子水解酶的活性，催化种子内贮藏物质的分解，以提供胚生长发育所需的营养，因此，GA3浸种能促进种子的萌发［20］。采用质量浓度100～800 mg·L－1GA3浸种24 h，均能极显著提高2种杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数，且用质量浓度400 mg·L－1GA3浸泡处理的牛皮杜鹃种子和用质量浓度600 mg·L－1GA3浸泡处理的小叶杜鹃种子的发芽率均为最高；但GA3质量浓度超过一定范围后（对牛皮杜鹃种子为600 mg·L－1，对小叶杜鹃种子为800 mg·L－1），相关的发芽指标会降低。可见，用适宜浓度的GA3浸种可显著提高牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率和发芽势。高贵龙等［11］对九龙山杜鹃（R.jiulongshanense Xiang Chen et Jiayong Huang）和桃叶杜鹃（R.annae Franch.）以及黄承玲等［12］对大白杜鹃（R.decorum Franch.）的相关研究也得出相似的结果。

浸种是加速种子吸水、促进种子萌发的重要措施之一［17］。适宜的浸种时间可以提高马缨杜鹃（R.delavayi Franch.）、露珠杜鹃（R.irroratum Franch.）和迷人杜鹃（R.agastum Balf.f.etW.W.Smith）等种类的种子发芽率［13，18］。用清水浸种6 h的牛皮杜鹃种子和用清水浸种24 h的小叶杜鹃种子发芽率均极显著高于对照，但发芽势和发芽指数均与对照差别不大，其原因一方面为这2种植物的种皮吸水性良好，不存在硬实现象，在极短时间内即可吸水膨胀达到饱和；另一方面为这2种植物的种子细小、吸水量不大，催芽过程中的湿润条件即可满足其对水分的需求。相比较而言，小叶杜鹃种子对清水浸泡的耐性强于牛皮杜鹃种子，浸种12 h以上的牛皮杜鹃种子的发芽率、发芽势和发芽指数均明显降低，这可能与种皮本身的吸水性以及这2种植物本身的特性（牛皮杜鹃耐旱，小叶杜鹃耐湿）有关。

超声波的生物学效应十分复杂。播种前采用超声波对植物种子进行处理，可促进种子发芽［14，21］。用50 W、40 kHz的超声波处理10～20 min可极显著提高牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率和发芽指数。其原因可能与超声波处理可增加细胞膜透性、提高细胞内的酶活性（即细胞新陈代谢速率）有关［14］。GA3浸种和超声波处理均可提高牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子的发芽率和发芽势，说明种子内或种皮上可能存在抑制物，与“杜鹃花科植物种子休眠的原因是种皮障碍［22］”的观点相吻合。

综合分析结果表明：用不同质量浓度GA3进行预处理对牛皮杜鹃和小叶杜鹃种子发芽的促进作用高于清水浸种和超声波处理。用质量浓度400 mg·L－1GA3浸泡处理24 h、用清水浸种6 h及用功率50 W、频率40 kHz超声波处理20 min均可提高牛皮杜鹃种子发芽率，其中用质量浓度400 mg·L－1GA3浸泡处理24 h的作用最佳；用质量浓度600 mg·L－1GA3浸泡处理24 h、用清水浸种24 h及用功率50W、频率40 kHz超声波处理10 min均可提高小叶杜鹃种子发芽率，其中用质量浓度600 mg·L－1GA3浸泡处理24 h的作用最佳。

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