濒危树种极东锦鸡儿(Caragana fruticosa)种子的萌发特性

杨 玲，翟晓杰，沈海龙

(东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室，哈尔滨150040)

锦鸡儿 (Caragana spp.)根系强大，耐沙埋，耐寒，耐干旱，在防风固沙、退耕还草、促进生态平衡方面具有重要作用［1-2］。同时，锦鸡儿具有饲用、绿肥、蜜源、药用、木质纤维等丰富的资源价值［3］。极东锦鸡儿 ［Caragana fruticosa(Pall.)Besser.］是豆科 (Leguminosae)锦鸡儿属 (Caragana)多年生落叶小灌木［4］，在我国主要分布于黑龙江省尚志县帽儿山山顶，是黑龙江省特有种［5］。极东锦鸡儿数量稀少，呈不规则小块状分布于帽儿山山顶约200 m2平台四周及山顶南部坡度缓岩石裸露处，在山顶峭壁下也偶可观察到单株分布，分布范围狭小，已处于灭绝边缘［5］。因此，建立极东锦鸡儿苗木的扩繁方法以保护其种质资源、促进和改善其繁育和苗木培育现状成为亟待解决的问题。

锦鸡儿可以通过种子［6-10］、扦插［11］、根孽［12］和组织培养［13-16］来繁殖。最容易、最常用的繁殖方法仍是通过种子进行繁殖。人们在锦鸡儿种子萌发和苗木培育方法上积累了一定的经验。如对白皮锦鸡儿(C.leucophloea)、草原锦鸡儿(C.pumila)和刺叶锦鸡儿(C.acanthophylla)种子启动萌发所需最低土壤水分含量的研究［10］，对小叶锦鸡儿(C.microphylia)种子大小变异对种子萌发率和幼苗生长影响的研究［9］，对小叶锦鸡儿1a生播种苗生长规律的研究［6］以及对中间锦鸡儿(C.intermedia)种子成熟后采摘时期和种子产量的研究［17］等。目前，尚未见到关于极东锦鸡儿种子萌发和出苗影响的系统报道。本文以分布于黑龙江省帽儿山顶的天然极东锦鸡儿为研究对象，研究其种子物理性状和不同温度条件对其种子萌发和幼苗生长的影响，旨在为建立极东锦鸡儿播种育苗技术和确定合理播种期提供科学依据，为改善极东锦鸡儿苗木培育状况、实现极东锦鸡儿种质资源保存和合理开发利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料采集与处理

种子取自黑龙江省尚志市帽儿山山顶极东锦鸡儿天然居群。2010年8月中旬采集成熟种荚，于室内通风处阴干，待种荚裂开后去杂质，收集种子，于4℃下密封储存。

1.2 种荚结实率和种子形态特征调查

种子颜色、形状通过目测观察进行描述;种子大小用游标卡尺抽样测量，取30粒种子测量种子的长、宽、厚。选取500枚种荚统计种荚内种子数和有虫的种子数，进而计算出种荚结实率和种子虫害率。

1.3 种子含水量和千粒重的测定

种子含水量用105℃恒重法 (标准法)测定，重复测定3次，每次50粒种子。计算公式为:

种子千粒重用百粒法测定，重复测定3次。从纯净种子中，随机选取100粒种子为1组，共取8组，即为8个重复，计算平均值、标准差及变异系数，得出种子千粒重，单位为克。

1.4 种子生活力和吸水量测定

种子生活力测定用TTC染色法进行，设3次重复，每次50粒种子。种子于25℃下在蒸馏水中浸泡24 h，用医用解剖刀沿种子的纵轴切开，在25℃下0.1%TTC溶液中染色24 h。以70%面积被染成红色的种子为有活力的种子，计算有活力种子占总试验种子数的百分比。计算公式为:

种子吸水量测定采用罗靖德等 (2010)方法［18］，选取100粒种子用蒸馏水浸没，重复3次，放在25℃恒温箱中保温。每隔1 h取出种子，吸干种子表面浮水称重，直至恒重。计算种子吸水量。计算公式为:

1.5 种子萌发测验

种子在室温下自来水中冲泡3 d。选取籽粒饱满、质地均匀的种子，用0.3%KMnO4溶液消毒15 min，后用清水冲洗干净。每30粒种子置于铺有2层湿润滤纸的培养皿内，在光照、不同温度条件下进行种子萌发试验，每处理4个重复。温度设置为15℃、20℃、25℃和30℃4种温度梯度。每天12 h光照 (光照强度为100μmol·m-2·s-1)，12 h黑暗。保持培养皿内湿润和通气。每天观测记录种子的发芽情况，当胚根长度达到与种子等长、胚芽长度达到种子一半时，作为种子萌发标准。以发芽率和发芽势为指标，在发芽种子数达到高峰时计算发芽势，在发芽末期连续5 d发芽粒数平均不足供试种子总数的1%时计算发芽率。发芽率和发芽势计算公式如下:

1.6 幼苗生长测量

发芽试验结束后，分别选取萌发一致的种子置于铺有两张滤纸的柱形玻璃管中 (1.0 cm ×9.5 cm)，在气候箱中培养 (温度为25℃和30℃2个温度梯度，光照条件同1.5)，定时补充蒸馏水。每个处理10株幼苗，重复3次，10 d后记录幼苗的苗高、胚根长和生物量。

1.7 数据处理和统计分析

表格和图中数据均为各重复处理的平均数±标准差。百分比数据在统计分析前进行了反正弦平方根转换。应用Excel 2003软件进行数据处理，应用SigmaPlot 10.0软件对数据进行作图，用SPSS17.0软件对数据进行方差分析和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 种子物理性状观测

极东锦鸡儿种子呈肾形，少数为圆形，颜色有黄色、黄褐色和褐色，种皮革质，光滑，多数表面具红褐色花纹。种子大小及其变异系数见表1。极东锦鸡儿种子长、宽、厚存在一定变异。其中种子长/宽的变异系数最大，其次是种子厚度变异系数，种子长和宽的变异系数相近，均稍大于10%。种子结实率不高，平均每枚种荚结1.43粒种子。种子受虫害严重，种子虫害率达25.6%。成熟种子含水量为6.6%，千粒重为18.6 g。TTC染色法测定种子生活力为94%，说明极东锦鸡儿种子发育良好，4℃低温储存可以保持种子生活力。

表1 极东锦鸡儿种子大小及其变异系数Tab.1 The size and variation coefficient of Caragana fruticosa seeds

25℃下，极东锦鸡儿种子的吸胀速度在1～2 h内最快，吸胀4 h后种子的吸水量基本达到饱和，如图1所示。种子最终吸水量达到53%左右。说明极东锦鸡儿种皮透水性良好，在水分充足时种子能迅速吸水为萌发做准备。方差分析结果表明，不同吸胀时间的种子吸水量差异极显著 (P=0.000 1)。不同吸胀时间下的种子吸水量多重比较结果如图1所示。

2.2 温度对极东锦鸡儿种子萌发的影响

2.2.1 温度对极东锦鸡儿种子发芽率的影响

极东锦鸡儿种子在恒温15℃、20℃、25℃和30℃条件下的发芽情况如图2所示。不同发芽温度对种子发芽率和发芽势影响的多重比较结果如图3所示。不同温度条件对种子发芽率具有极显著影响(P=0.000 1)。种子在置床后第四天开始萌发，在第十一天以后基本平稳。在4种温度梯度中，25℃条件下种子的发芽率最高，为38.33%。随着温度的升高或降低，种子发芽率降低。多重比较结果表明，30℃种子发芽率 (31.67%)与25℃种子发芽率相比差异不显著;20℃条件下种子发芽率 (3.33%)与30℃、25℃相比差异极显著;15℃条件下种子发芽率最低 (0.83%)，与20℃相比差异不显著，但与30℃、25℃相比差异极显著，如图3所示。

图1 25℃下极东锦鸡儿种子吸水量曲线图Fig.1 The seed soakage curve of Caragana fruticosa at 25℃(Values represented the mean and standard error，means within a data point followed by different lowercase letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

图2 发芽温度对极东锦鸡儿种子萌发的影响Fig.2 Effects of temperatures on seeds germination of Caragana Fruticosa

2.2.2 温度对极东锦鸡儿种子发芽势的影响

极东锦鸡儿种子在恒温15℃、20℃、25℃、30℃条件下种子发芽势及其多重比较结果如图3所示。不同温度条件对种子发芽势具有显著的影响(P=0.03)。发芽试验的第八天时，25℃条件下种子发芽势为 16.67%，达到最大发芽率的43.49%;30℃条件下种子发芽势为17.50%，为最大发芽率的55.26%;20℃条件下种子发芽势为1.67%，为最大发芽率的50.15%;15℃条件下，种子发芽势最低，为0.83%，此后种子发芽数量没再增加。不同温度下的种子发芽势均在发芽试验的第八天达到50%以上，说明发芽试验的第八天是计算极东锦鸡儿种子发芽势的适宜时期。多重比较结果表明，30℃条件下种子发芽势与25℃、20℃的相比差异均不显著，但与15℃的相比差异显著。25℃条件下种子发芽势与20℃、15℃相比差异均为显著，15℃条件下种子发芽势与20℃相比差异不显著，如图3所示。

图3 极东锦鸡儿种子发芽率和发芽势的多重比较Fig.3 Multiple comparison of germination percentage and germination energy of Caragana fruticosa seeds.(Means within a data point of germination energy followed by different lowercase letters are significantly different from each other at P=0.05 level of significance，and the means within a data point of germination percentage followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

2.3 温度对极东锦鸡儿幼苗生长的影响

2.3.1 温度对极东锦鸡儿幼苗高度的影响

2种不同温度 (25℃和30℃)条件下极东锦鸡儿幼苗高度及其多重比较结果如图4所示。方差分析结果表明，不同温度条件对极东锦鸡儿幼苗高度的影响极显著 (P=0.001)。萌发后培养10 d时，30℃条件下极东锦鸡儿幼苗高度仅为0.98 cm，而25℃条件下幼苗高度为3.4 cm，是30℃条件下的3.5倍。

2.3.2 温度对极东锦鸡儿幼苗胚根长的影响

2种不同温度 (25℃和30℃)条件下极东锦鸡儿幼苗胚根长度及其多重比较结果如图5所示。方差分析结果表明，不同温度条件对极东锦鸡儿幼苗胚根长的影响极显著 (P=0.004)。萌发后培养10 d时，30℃条件下的幼苗胚根长仅为1.76 cm，而25℃条件下的幼苗胚根长为3.1 cm，是30℃条件下的1.8倍。

2.3.3 温度对极东锦鸡儿幼苗生物量的影响

2种温度 (25℃和30℃)条件下极东锦鸡儿幼苗生物量及其多重比较结果如图6所示。方差分析结果表明，不同温度条件对极东锦鸡儿幼苗生物量的影响不显著 (P=0.25)。萌发后培养10 d时，30℃条件下的幼苗生物量为0.16 g，而25℃条件下的极东锦鸡儿幼苗生物量为0.07 g，30℃条件下的幼苗鲜重是25℃条件下的2.3倍。说明较高的温度有利于极东锦鸡儿幼苗生物量的增加。

图4 温度对极东锦鸡儿幼苗高度的影响Fig.4 Effects of temperatures on height of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of seedling height followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

图5 温度对极东锦鸡儿幼苗根胚根长度的影响Fig.5 Effects of temperatures on seedling length of Caragana fruticosa.(Means within a data point of radicle length followed by different capital letters are highly significantly different from each other at P=0.01 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

3 讨论

危害锦鸡儿树种的害虫种类很多［19］。多数害虫在植株开花时将卵产在果实子房内或子房上，虫卵在种子内部发育，并蚕食、危害种子［17］。极东锦鸡儿未成熟种荚表面无明显的虫子侵入孔，而在成熟种子表面有羽化孔，推测是在开花期害虫产下虫卵，幼虫在种子内部发育变成成虫，羽化后咬破种皮和种荚飞出导致的。极东锦鸡儿种子的虫害率达到1/4，严重影响了种子产量和实生苗数量。

图6 温度对极东锦鸡儿幼苗生物量的影响Fig.6 Effects of temperatures on total biomass of Caragana fruticosa seedlings.(Means within a data point of biomass followed by same capital letters are not significantly different from each other at P=0.05 level of significance using the Duncan's Multiple Range Test.)

植物种子大小变异既受物种自身内部遗传基因的控制，又受外在变化的环境因素的影响［20］，同时种实在植株上的位置也对种子大小有一定影响［21］。种子大小对植物早期生长发育影响很大，主要表现在种子萌发率［22-23］、幼苗出土深度［24-25］、幼苗大小［26-27］和幼苗竞争能力［22，28］等方面。极东锦鸡儿种子千粒重为18.6 g，属于小粒种子。种子较小的物种比较大种子物种对光照的需求更大，但是在受到高温胁迫时，较小种子物种比较大种子物种具有更大的萌发能力和抵抗胁迫的能力［29］。极东锦鸡儿种子表型存在变异，这种差异对于极东锦鸡儿适应环境繁衍后代具有积极的意义。自然群体中保持大的变异贮存对群体是有利的，群体内多种基因型所对应的表型范围很多，从而使群体在整体上适应可能遇到的大多数环境条件［30］。

植物对生境的适应与否主要表现在种子的萌发速度上［31］。极东锦鸡儿种子萌发从开始到结束需要10 d时间。在试验过程中极东锦鸡儿除个别种子腐烂外，多数种子在短时间内能萌发，这是植物为物种延续和进一步的地域扩张而形成的大部分种子在适宜条件下萌发，以提高幼苗定植几率的一种生态适应。但在帽儿山山顶的恶劣生存环境下，这种生态适应增加了极东锦鸡儿实生幼苗在后续干旱少雨气候中死亡的风险，这也许是极东锦鸡儿在帽儿山山顶群落中少有实生苗的原因之一。

光照和温度对植物种子萌发具有重要的作用［32-33］。对于不同的植物来说，种子萌发的最适温度不同［32-35］。在不同的温度条件下，极东锦鸡儿种子萌发进程差异较大。不同的温度条件对最终的发芽率和发芽势具有显著的影响。本研究结果表明，25℃条件更适合极东锦鸡儿种子的萌发，其发芽率和发芽势最高。发芽势可以作为指示种子发芽整齐度和发芽速度的指标，一般以整个发芽实验进程的1/3或1/2时间点作为发芽势的统计时期。本研究结果表明，在发芽试验的第八天，不同温度条件下的种子发芽率基本达到种子最大发芽率的50%。说明发芽试验的第八天是计算极东锦鸡儿种子发芽势的适宜时期。

温度影响种子萌发后的幼苗的生长发育［35-36］。本研究结果表明，不同温度条件对幼苗高度和胚根长度影响差异极显著，但对总生物量的积累影响不显著。25℃时极东锦鸡儿的幼苗高度和胚根生长量分别与30℃时的差异达到极显著水平，但生物量的积累与30℃相比无显著差异。因此，在直播培育极东锦鸡儿苗木时，除了需要有适当的光照和湿度条件，建议首选25℃温度条件进行播种育苗。

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