不同枫香种群种子萌发特性分析

， ， ， ，

(1.浙江农林大学， 浙江 临安 311300； 2.浙江省林业科学研究院， 杭州 310023)

表1 采样种群位置及种子千粒重

序号取样点经度(E°)纬度(N°)海拔(m)年均温(℃)1月均温(℃)7月均温(℃)无霜期(d)年降雨量(mm)千粒重(g)1海南黎母山(LMS)109.1618.8930924.719.528.236514004.62A2陕西宁强(NQ)106.0233.0592812.91.423.624711784.30AB3四川万源(WY)108.0432.0884414.7325.32401169.34.66A4浙江舟山(ZS)122.2430.27016.25.428.4305927.33.91BC5湖南隆回(LH)111.1227.27520175.128.12811427.53.50C6浙江桐庐(TL)119.6729.917716.54.128.825314624.46AB

注：不同大写字母表示在0.05水平上差异显著。

种子产生、成熟、传播、萌发和成苗阶段与外界的环境有紧密的关系[1]。种子萌发处在植物生活史中第一阶段，外界环境对其萌发的影响对该植物种群的自然更新起到至关重要的作用[2]。外界环境包括温度、光照、水分、大气和土壤等。温度胁迫和盐分胁迫是研究种子萌发特性常用的处理方式[3-5]。温度直接影响整个萌发过程代谢活动的进行，温度过高和过低都会影响促进种子萌发相关酶的活性。掌握种子萌发的最适温度，可以了解不同季节、不同地区的种子萌发情况[6]。盐胁迫从两方面影响种子萌发，一是建立一种渗透势以阻止水分的渗透胁迫，二是为有毒离子的进入提供条件，对胚或发育着的幼苗产生离子毒害[7]。研究表明，植物在发芽阶段和幼苗阶段对土壤盐分敏感[8]，种子在盐分条件下萌发成幼苗是盐分条件下生长发育的前提[9]，是种群在盐胁迫环境中自然更新的重要保障。

枫香(Liquidambarformosana)为金缕梅科枫香属树种，是我国重要的乡土彩色树种。作为一个先锋树种，在我国亚热带次生林演替过程中起到重要的作用[10]。枫香的地理分布范围广，生态适应性较强。通过对枫香幼苗进行淹水胁迫试验[11]，无营养胁迫和供氮对比试验[12]，CTAB与Cd2+污染试验[13]及模拟酸雨试验[14]等，进一步了解外界恶劣环境对枫香苗期生长的影响。有研究表明，盐胁迫对决明子(CatsiatoraLinn)种子萌发和幼苗生长具有显著的抑制作用，但决明子种子及幼苗通过自身的调节也主动适应盐胁迫环境条件[15]。种子盐胁迫处理可以不同程度地促进盐胁迫下高粱(Sorghumbicolor)种子萌发，减轻盐胁迫对幼苗的伤害，促进幼苗生长，提高耐盐性[16]。目前关于枫香种子在温度胁迫和盐分胁迫条件下种子萌发特性的研究鲜见报道。

选择分布区内6个种群的60个单株种子进行试验。通过温度胁迫和盐分胁迫处理，研究不同种群枫香种子的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率，讨论不同种群枫香种子对2种胁迫环境的响应，比较不同种群间的差异性。通过观察枫香种子在逆境中萌发能力强弱，推测该种群种子对逆境的耐受能力，以期选择种子适宜的萌发温度和耐盐种群，为枫香的遗传育种研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 种子采集与筛选

2014年9—11月，在海南黎母山等地采集枫香成熟果实，将果实中的种子敲出后低温保存。2016年4—7月，测量种子千粒重。在分布区内选择海南黎母山(LMS)、陕西宁强(NQ)、四川万源(WY)、浙江舟山(ZS)、湖南隆回(LH)、浙江桐庐(TL)6个种群。取千粒重较重的10个单株100粒种子，混合后进行试验。果实采集信息及混合后种子千粒重如表1所示，参试种群的地理分布如图1所示。

1.2 试验方法

在光照培养箱中设置光照时间和光照强度恒定。设置3个温度梯度和5个NaCl浓度梯度。在光照12 h/黑暗12 h的条件下，设置相对应温度梯度为15 ℃/5 ℃、25 ℃/15 ℃和35 ℃/25 ℃的变温环境。在光照12 h/黑暗12 h条件下，对应温度25 ℃/15 ℃，设置NaCl浓度为0(去离子水)，50，100，150，200 mmol/L的不同处理。将种子放在铺有2层滤纸的培养皿中，保持滤纸湿润。每种处理重复3次，每个重复30粒种子。每天观察种子的发芽数(胚芽露出为发芽)，连续观察30 d。

1.3 萌发参数计算

发芽率(%)=发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽势(%)=种子发芽7 d内的萌发种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)(式中，Dt为发芽天数，Gt与Dt相对应发芽天数内发芽的种子数)；

正常幼苗率(%)=正常幼苗个数/种子发芽数×100%(观察30 d)。

图1 枫香种群采样地点

1.4 数据处理

利用Excel 2010、SPSS 19.0软件对数据进行分析。对萌发率、萌发势和正常幼苗率进行方差分析前，进行平方根反正弦处理。利用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 种子萌发的相关分析

以去离子水处理，光照12 h/黑暗12 h，温度25 ℃/15 ℃条件下种子的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率与采样点的地理因子和气候因子间的相关分析，结果如表2所示。种子萌发参数间没有显著的相关关系。表明各参数间独立性较强，体现了种群因素在种子萌发上起到重要作用。如表1所示，各种群的地理和气候因子差别较大，不同种群种子千粒重间存在差异性。黎母山、宁强、万源和桐庐种子千粒重大于4 g，与隆回存在显著差异。万源和黎母山种子千粒重较大，分别为4.66 g和4.62 g，与舟山种子千粒重存在显著差异。种子千粒重与地理和气候因子及萌发参数间没有显著的相关性，表明种子千粒重可能受种群遗传因素影响较大。枫香种子千粒重的大小作为其种子萌发能力强弱的参考价值有待进一步探索。

表2 地理信息与不同萌发参数相关性分析

相关 系数 千粒重发芽率发芽势发芽指数正常幼苗率千粒重1-0.535-0.2610.255-0.673发芽率10.2310.0150.689发芽势1-0.0970.517发芽指数10.071正常幼苗率1经度(E)-0.2750.403-0.203-0.422-0.255纬度(N)-0.1060.859*0.0850.3330.573海拔0.1770.0080.1850.5220.51年均温0.203-0.872*-0.189-0.344-0.6931月均温0.271-0.919**-0.234-0.17-0.7167月均温-0.28-0.143-0.118-0.797*-0.403无霜期-0.013-0.735*-0.286-0.112-0.607年降雨量0.086-0.3630.619-0.621-0.016

注：“**”表示在0.01 水平上显著相关，“*”表示在0.05 水平上显著相关。

从表2可以看出，发芽率与纬度、年均温、1月均温和无霜期存在显著的相关关系。随着纬度增加发芽率逐渐增加，北方的种群枫香种子的发芽率要高于南方种群。与气候因子的相关性也表明这一规律，北方的年均温、1月均温都比南方低，无霜期比南方短。形成南北气候差异影响不同枫香种群种子发芽率大小的原因，可能是由于枫香是落叶植物。北方秋冬季节温度较低，枫香种群叶片脱落较早，部分能量转化到种子，提高了种子的质量；南方秋冬季节温度较高，枫香种群叶片次年新叶长出后脱落，营养生长处于不间断状态，转化到种子内的能量有限，所产的种子质量不如北方。发芽指数与7月均温呈显著负相关，种群所在地7月均温越高，种群种子的发芽指数越小，完成种子的萌发所需时间越长。

2.2 温度处理枫香种子萌发分析

图2展示的是3种不同温度处理下，不同枫香种群种子的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率。随着温度梯度的增加，所有种群种子的发芽率呈上升趋势，种子在35 ℃/25 ℃的环境下发芽率较高。35 ℃/25 ℃和25 ℃/15 ℃ 2个温度环境下没有显著差异，与15 ℃/5 ℃环境存在显著差异。枫香种子萌发对高温耐受性较强，对低温较为敏感。在15 ℃/5 ℃环境条件下，参试6个种群间存在差异。黎母山、万源、舟山和桐庐种群种子发芽率下降明显，发芽率低于50%，与宁强和隆回有显著差异。万源种子的发芽率最低，为18.33%，与黎母山、舟山和桐庐存在显著差异。万源种群种子在低温环境下萌发能力较差。随着温度梯度的增加，宁强、万源、舟山和隆回种子发芽势增加，黎母山和桐庐先增后减。在15 ℃/5 ℃环境下，各种群种子发芽势为0，种子在低温处理1周内没有萌发，低温使种子萌发时间延长。高温环境对黎母山和桐庐2个种群种子萌发时间也有一定的延长。温度对发芽指数影响在种群间差异较大，温度越低方差分析Duncan检测结果分组越多，种群间差异越大。在15 ℃/5 ℃环境下，6个种群被分为5组A～E，宁强的发芽指数最大(1.48)，万源的发芽指数最小(0.37)。表明宁强种群种子在低温环境下具有更高的活力，虽然35 ℃/25 ℃温度下发芽指数有所下降，但在所有种群中发芽指数仍然最高。

注：不同大写字母表示同一温度处理下不同种源间呈显著差异。图2 不同温度处理下种子发芽及出苗情况

在15 ℃/5 ℃环境下，所有参试种群在观察时间内无法形成正常的幼苗。低温对枫香的萌发率和出苗率均有较大的影响。在35 ℃/25 ℃环境下，舟山的正常幼苗率最低，与黎母山、隆回和桐庐种群存在显著差异。舟山种群种子在发芽和成苗过程对高温的感应不同。高温使舟山、宁强、万源和隆回种群的成苗率降低但不显著，但会使黎母山和桐庐种群幼苗成苗率有显著的上升。表明苗期黎母山和桐庐对高温环境具有更好的适应性。温度对发芽率和正常幼苗率的影响存在一定的差异，表明温度因素对这2个阶段的影响是不同的。因此在育苗初期可以增加温度，发芽后适当降低温度，达到提高发芽率和成苗率的效果。

2.3 NaCl处理枫香种子萌发分析

图3展示的5种盐浓度处理不同枫香种群种子的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率。随着NaCl浓度增加发芽率逐渐降低，浓度达到200 mmol/L时，所有参试种群种子发芽率为0。黎母山、宁强、万源和桐庐4个种群种子在0 mmol/L和50 mmol/L发芽率差异不显著，舟山和隆回有显著差异，但发芽率仍保持60%以上。表明枫香种子在发芽期间对低浓度NaCl有一定的耐受性，可以保持较高发芽能力。NaCl浓度为100 mmol/L时，各种群种子发芽率有明显的下降，除宁强外其他种群发芽率在50%左右，宁强发芽率为77.5%。NaCl浓度为150 mmol/L时，各种群间发芽率差异明显，方差分析Duncan检测结果将6个种群分为5组，其中宁强发芽率保持在56.94%。表明宁强种群种子在发芽期间对NaCl具有较强的耐受能力。随着NaCl浓度增加，各种群枫香种子发芽势整体呈下降趋势，和温度降低处理类似，延长了种子萌发时间。桐庐种群枫香种子在NaCl浓度为50 mmol/L处理下，发芽势有所上升，表明低浓度NaCl可以适当促进该种群的种子萌发。随着NaCl浓度增加，各种群枫香种子发芽指数整体呈下降趋势。宁强种群在5组NaCl处理中，发芽指数保持较高水平，0 mmol/L、50 mmol/L和150 mmol/L时与其他种群差异显著。表明宁强种子具有较强的活力。

注：不同大写字母表示同一盐浓度处理下不同种源间呈显著差异。图3 不同盐浓度处理下种子发芽及出苗情况

如图3所示，随着盐浓度的增加，各种群的正常幼苗率呈下降趋势。NaCl浓度为0 mmol/L时，黎母山与宁强和桐庐的正常幼苗率存在显著差异，黎母山的正常幼苗率略低于其他种群。NaCl浓度增加到50 mmol/L，黎母山种群的正常幼苗率下降不明显，与其他种群存在显著差异保持较高水平。说明黎母山种群在成苗期对低浓度NaCl具有较强的耐受能力。桐庐种群正常幼苗率下降明显，其成苗期的耐盐能力较差。NaCl浓度为100 mmol/L时，各种群的正常幼苗率有明显的下降过程，除宁强仍保持35.16%的出苗率外，其余种群<20%。NaCl浓度为150 mmol/L、200 mmol/L时，参试种群枫香正常幼苗率为0，在这2个浓度下，种子发芽后无法正常发育成幼苗。

图4所示的是NaCl浓度0，50，100 mmol/L处理30 d后，枫香幼苗的生长发育情况。ck(0 mmol/L)组的枫香幼苗发育正常，子叶发育良好，根系发达。50 mmol/L组，枫香幼苗子叶发育不良，根系须根较少。100 mmol/L组，枫香幼苗子叶发育严重不良，舟山、隆回和桐庐3个种群子叶未展开，根系部分褐变坏死。如图3所示，100 mmol/L时舟山、隆回和桐庐正常幼苗率接近0。表明3个种群在成苗期对盐浓度较为敏感，盐胁迫使其无法形成正常幼苗。随着NaCl浓度增加，各种群幼苗的根系变化较为明显，主要表现为须根减少主根逐渐坏死。表明盐胁迫对枫香幼苗有毒害作用，主要影响表现在枫香幼苗的根部。建立一种渗透势以阻止水分通过根部，使子叶无法正常展开，幼苗逐渐失去水分坏死。随NaCl浓度增加促进有毒离子的进入，根部褐变坏死对根部产生毒害作用。

3 讨 论

枫香在我国分布范围较广，自然分布于中国南部，北起秦岭南至海南，东达台湾西止四川和贵州[17]。广大分布区内气候环境各异，形成广泛的变异类型，种子变异是其中重要的变异形式。柯文山等研究发现，四川大头茶(Gordoniaacuminata)南方种子差异较大，北方种子差异较小，而大种子普遍有较高萌发率[18]。对高山松(Pinusdensata)的研究同样发现，种子萌发和幼苗期与种子的大小和重量呈显著的相关性，大的种子相对小种子萌发得更早更快[19-20]。华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)种子质量与饱满率、发芽率、发芽势、发芽指数显著正相关，与苗高和茎鲜质量显著正相关[21]。枫香种子的萌发参数与种子千粒重没有显著的相关关系，与种群所在位置的地理、气候因子存在相关性。表明枫香种子大小对种子萌发的影响较小，在对柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)和沙鞭(Psammochloavillosa)种子研究时同样发现，种子大小对种子萌发率没有显著影响[22-23]。枫香种群的地理和气候因子的相关分析表明，北方的种群枫香种子的发芽率要高于南方种群。形成原因主要是由于枫香种群的气候因子差异，南北种群间的温度差异致使产生种子的质量存在差别。这种差别并没有以种子大小重量来衡量，更多的表现在种子内部所携带的遗传物质上。这是遗传育种中关注的重点内容，为提高枫香种子质量提供重要参考依据。

注：每行是不同种群，实线框为不同盐浓度处理，虚线框为种群幼苗在不同盐浓度处理下根部的发育情况。图4 30 d后枫香幼苗在不同浓度盐胁迫下的生长情况

温度是种子萌发过程中重要的影响因素，在不同枫香种群种子萌发上，温度在发芽率和发芽势上起相似的作用，温度对发芽指数影响在种群间差异较大。对羊草(Leymuschinensis)研究发现，30 ℃/20 ℃具有最高的发芽率和发芽速率[3]。在35 ℃/25 ℃变温环境下枫香种子的发芽率最高，与25 ℃/15 ℃变温处理差异不显著。银沙槐(Ammodendronbifolium)种子在 20 ℃、25 ℃恒温和15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃、10 ℃/20 ℃变温环境中的发芽率较高且无显著差异，其在20 ℃恒温、15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃变温条件下的发芽指数较高且差异不显著[4]。高温在一定程度促进枫香种子的发芽率，银砂槐和羊草在高温环境中种子发芽率会受到一定抑制。 在5～35 ℃环境下刺槐(Robiniapseudoacacia)种子均能萌发，但5 ℃时种子萌发率只有1%，20 ℃时种子萌发率达到最高[24]。枫香种子在低温15 ℃/5 ℃环境下，种子的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率都显著下降。与刺槐相同，枫香种子对低温环境较为敏感，低温使枫香种子萌发时间延长。枫香不同种群对温度响应存在一定差别，其中宁强种群的发芽率和发芽指数在低温环境下较高，表明宁强的种群种子具有较强的低温耐受能力。温度对枫香发芽阶段和成苗阶段的影响不同，在育苗过程要适当考虑温度调控。

不同植物对NaCl胁迫的敏感程度不同，大部分表现为随着盐浓度增加种子的萌发能力受到抑制作用[16,25-26]。随着盐浓度增加，枫香的发芽率、发芽势、发芽指数和正常幼苗率整体呈下降趋势，黎母山种群种子发芽指数在盐浓度50 mmol/L时略有提高。玉米种子随着NaCl浓度的增加，发芽率、 株高、叶绿素和根系活力都相应下降[27]。盐浓度处理对种子萌发和成苗都产生严重影响，盐浓度到达150 mmol/L时，枫香无法形成正常的幼苗。如图4所示，盐浓度增加逐渐破坏了枫香幼苗的根部，无法为幼苗生长提供营养。NaCl胁迫下不同种源种子对盐的耐受能力存在差异，研究发现，NaCl浓度升到275～300 mmol/L时，胡杨种源11发芽势为7%，种源9发芽势为0%[28]。不同枫香种群种子的耐盐能力也存在差别。宁强种群在不同NaCl浓度处理下种子发芽率和发芽指数在所有种群中保持最高，表明宁强种群种子耐盐性较强。

4 结 论

枫香种群的气候因子差异，致使不同种群产生种子质量存在差别。这种差别并没有以种子大小重量来衡量，更多的表现在种子内部所携带的遗传物质上，形成枫香种群种子发芽率的南北差异。随着温度的降低，枫香种子的萌发率显著的下降，高温环境下枫香种子的萌发时间较短。枫香适合春末夏初育苗，发芽期提高温度成苗期降温，可以提高种子的萌发率和出苗效率。随着盐浓度增加，各种群枫香种子的萌发率、萌发指数和正常幼苗率都会下降，盐浓度过高种子失活不萌发。土壤盐渍化严重地区，枫香的种子萌发和幼苗形成将受到一定程度的限制。需要进行人工育苗后移栽，人工育苗过程中也需要注意基质的酸碱度。宁强种群种子对低温和盐胁迫具有较高的耐受性。温度和盐浓度不同程度延长种子的发芽时间。盐胁迫对枫香幼苗的影响主要表现在对幼苗根部的破坏，表现为随着NaCl浓度增加，须根减少主根逐渐坏死。

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