棉团铁线莲种子吸水特性及萌发温度的研究

2018-11-14，，，

种子 2018年10期

，，，

(江苏农牧科技职业学院园林园艺系，江苏泰州 225300)

棉团铁线莲(Clematishexapetalapall.)别名威灵仙，是毛茛科(Ranunculaceae)铁线莲属(Clematis)多年生的草本植物。本种源于中国，在我国东北、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃东部、山东等地区均有分布[1]。棉团铁线莲的根有解热、镇痛、利尿、通经等作用[2-5]；棉团铁线莲花大而美丽，在园林中可与假山、廊架等配置，亦可作盆栽观赏。棉团铁线莲是优良的观赏兼药用植物，具有广阔的发展前景。棉团铁线莲果实为瘦果、坐果率高，一次可产生大量种子，种子繁殖是棉团铁线莲繁殖的重要手段。周霞研究表明，棉团铁线莲果皮较厚、多绒毛，发芽时吸水困难、萌芽率低且发芽不整齐[6]；王金侠研究表明，棉团铁线莲种子在自然状态下萌发率较低，须经过一定时间的春化作用，而光照、水分和温度是种子萌发的必要条件[7]。通过对棉团铁线莲种子含水量和吸水特性以及温度对种子萌发特性的研究，揭示棉团铁线莲苗种子萌发对生态环境的响应，为其资源保护和规模化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

棉团铁线莲种子于2013年10月采自江苏省句容市宝华山上，经过3年驯化栽培后于2016年采集种子，以种子变成深褐色为标准采收，选取发育成熟的种子，自然风干，装入牛皮纸袋并置于冰箱(4 ℃)备用，种子的千粒重为(5.85±0.18)g，含水量为13.57%。

1.2 方法

1.2.1 棉团铁线莲种子物理吸水特性测定

种子吸水量测定采用烘干减重法[8]。

H(%)=(M2-M3)/(M2-M1)×100%。

式中：H为种子含水量；M1为样品盒的质量；M2为样品烘前的质量加上样品盒的质量；M3为样品烘后的质量加上样品盒质量。

种子物理吸水特性参见种子学实验指南[9]。供试样品棉团铁线莲混合均匀，从中随机称取0.1 g置于培养皿中，3次重复，加入蒸馏水，加水标准为没过种子表面，在0，4，8，12，16，20，24，28，32，36，40 h时定期取出棉团铁线莲种子称重，直至种子达到饱和状态。计算棉团铁线莲的吸水率，绘制种子吸水曲线，种子吸水实验于25 ℃进行。

种子吸水率计算公式为：

X=W/T，

式中：X为各期棉团铁线莲种子吸水率；W为棉团铁线莲种子吸水量；T为棉团铁线莲种子吸水时间。

1.2.2 种子萌发的温度处理

采用培养皿纸上发芽法，采集成熟饱满的棉团铁线莲种子，试验前种子在30 ℃温水中浸泡24 h ，浸泡结束后用0.5%的KMnO4消毒30 min，然后将种子分别置于10，15，20，25，30，35，40 ℃的人工气候箱中。重复3次[10]。每天观察并记录棉团铁线莲种子发芽情况；当棉团铁线莲种子发芽的粒数不足供检种子总数的1%(连续5 d)时实验结束，并计算棉团铁线莲种子的发芽率(%)、发芽势(%)、发芽指数(GI)和活力指数(VI)[11]。

发芽率计算公式为：

F(%)=(L1/L0)×100%，

式中：F为棉团铁线莲发芽率；L1为棉团铁线莲萌发种子数；L0为棉团铁线莲供试种子总数。

发芽势计算公式为：

Fs(%)=(Ls/L0)×100%，

式中：Fs为棉团铁线莲种子发芽势；Ls为种子发芽达到最高峰(50%)时种子发芽粒数；L0为棉团铁线莲供试种子总数。

发芽指数=∑Gt/Dt=当天的发芽数/发芽日数+当天的发芽数/发芽日数+……=2/1+8/2+22/3+25/4+26/5+26/6+26/7=32.83。

活力指数(VI)=S×GI，

式中：S为发芽t时间时胚根及胚轴的总长度。

2 结果与分析

2.1 棉团铁线莲种子物理吸水曲线

种子吸水量测定为种子的浸种时间确定提供了依据，经测定，棉团铁线莲种子含水量为13.57%。棉团铁线莲种子在萌发之前吸水进程呈现“S”形曲线(图1)，由于棉团铁线莲种皮坚硬致密，种子吸水缓慢，第1阶段为0～4 h，为种子初始吸水阶段，主要靠吸胀作用完成，吸水量大而迅速，此时吸水速率也较快，达到0.097 4 g/h，种子吸水量占种子初始重的53.18%；第2阶段为4～16 h，种子吸水缓慢，但吸水延续时间较长，16 h时吸水的速率约为0.038 9 g/h，吸水量占种子初始重的61.38%；第3阶段为16 h之后，吸水量渐渐趋于平衡，吸水速率大约为0.029 7 g/h。棉团铁线莲种子萌发时种子吸水量为种子原重的84.37%。

2.2 不同温度条件下棉团铁线莲种子萌发特性

2.2.1 发芽率、发芽指数和活力指数的变化

种子萌发的过程是一系列酶活动的结果，适宜的温度催化酶反应进而促进种子内部贮藏有机物的转化和胚对营养的吸收，因此温度过高或过低都不利于种子的萌发[12]。棉团铁线莲种子在不同温度处理下发芽率差异明显。如图2所示，当温度降至15 ℃时，棉团铁线莲的发芽率显著降低，仅为25.56%；在20，25，30 ℃和35 ℃时，棉团铁线莲的发芽率均高于75%；其中25 ℃时，棉团铁线莲的发芽率最高，为77.78%；在30 ℃时，棉团铁线莲的发芽率稍低，为76.67%，其发芽率由高到低的顺序为25 ℃>30 ℃>35 ℃>20 ℃，当温度降至10 ℃或升至40 ℃时，棉团铁线莲种子不萌发，各处理间差异达极显著水平(p<0.01)。

图1 种子吸水量变化

图2 不同处理温度下棉团铁线莲种子的发芽率

棉团铁线莲种子发芽指数在不同温度处理下变化如图3，在15～35 ℃范围内，棉团铁线莲种子发芽指数随着温度的升高而升高，在35 ℃时种子发芽指数最高，达26.55%，在15 ℃时种子发芽指数最低，为4.38%。不同温度下棉团铁线莲种子发芽指数经方差分析达极显著水平(p<0.01)。

注：小写字母(p<0.05)表示差异显著，大写字母(p<0.01)表示差异极显著。下同。图3 温度对种子发芽指数的影响

棉团铁线莲种子活力指数在不同温度处理下变化如图4，在25 ℃时，棉团铁线莲种子活力指数最高，达206.92，在15 ℃时，棉团铁线莲种子的活力指数最低，为11.66，其种子活力指数由高到低的顺序为25 ℃>30 ℃>20 ℃>35 ℃。棉团铁线莲种子活力指数经方差分析在25和35℃时达显著水平(p<0.05)，其它各处理间达极显著水平。

图4 温度对种子活力指数影响

2.2.2 不同温度条件下棉团铁线莲种子种胚生长势的变化

不同温度处理对棉团铁线莲胚根和胚芽生长的影响与其对种子发芽率的影响一致，即25 ℃时棉团铁线莲胚根、胚芽生长速度最快，且胚根和胚芽生长速度均衡一致，分别为4.65 cm和4.58 cm，15 ℃时胚根和胚芽生长速度最慢，分别低于25 ℃时的55.45%和88.2%，35 ℃时胚根和胚芽生长速度分别低于25 ℃时的29.5%和47%。由图5可知，胚根适宜生长温度为20～30 ℃，而胚芽生长速度为25 ℃，说明胚根的生长对温度的敏感性高于胚芽的生长，不同温度下胚根生长长度经方差分析达极显著水平(p<0.01)，胚芽长度除20 ℃和30 ℃处理外，其余达极显著水平(p<0.01)。

图5 不同温度处理下棉团铁线莲胚根和胚芽长度变化

3 结论

3.1 种子吸水特性

棉团铁线莲种子萌发的必要条件之一是充足的水分，在种子萌发时种子坚硬的种皮吸水软化，种皮透气性增强，种胚内酶的活力随之增加，种子内的代谢活动增强，反之如果土壤水分供应不足，种子透气性弱，种子酶活性弱，种子内的贮藏物质转化率低，种胚得不到营养物质，种子发芽率低[13-14]。易津等研究表明，种子结构和原产地的降水量与驼绒藜属植物种子萌发最低需水量有关[15]。驼绒藜属植物种子苞片表面密被绒毛，用来保护种子避免水分的蒸腾，驼绒藜属植物种子苞片的厚度与种子萌发的吸水量正相关。驼绒黎种子原产地的降水量同样影响种子吸水量，降水量越大种子萌发时吸水量越大。棉团铁线莲种子从吸胀到饱和所需时间较长，这可能与棉团铁线莲种皮较厚，相对密实有关；种子萌发的最高需水量为种子原有重量的84.38%。而种子本身的含水量也在13.57%左右，吸水量较大，这种现象可能与棉团铁线莲采集地的降水量有关，采集地江苏省泰州市地处长江中下游地区，年平均降水量高达1 055 mm，高的降水量是导致此生境棉团铁线莲萌发吸水量增大的因素。

3.2 不同温度条件下棉团铁线莲种子萌发特性

影响种子萌发的一个重要因素是萌发温度，德国学者Sach早在19世纪就提出用温度的三基点(最高、最适和最低温度)来描述种子萌发对温度的要求，低于最低温度，种子内酶的活性弱，同化物的转化速率和胚对同化物的吸收速率均较弱，胚体细胞分裂速度慢，进而生长速度慢；高于最高温度，种子内的酶变性进而失去活力，同样影响胚体的细胞分裂和胚体生长，因此只有在合适的温度下，种子内部的酶活力才会充分发挥，表现出最高的发芽率，不同的种子萌发适宜温度不同。任瑞芬等研究表明，低温处理会抑制薄荷种子的萌发和幼苗的生长[16]；武祎等研究表明，黄花苜蓿种子发芽率和发芽速度在10 ℃/20 ℃或15 ℃/25 ℃处理下最高[17]。闫兴富等通过研究表明，30 ℃是望天树种子萌发最适宜的温度[18]；张庆霞等研究表明，苦参种子萌发最适温度为20～30 ℃[19]；成仿云等的研究结果表明，21 ℃和28 ℃低温分别结合100 mg/L或200 mg/L GA3处理，最有利于种子萌发和幼苗生长[20]。

李世峰等通过不同因子对钝齿铁线莲种子萌发的影响以及林春新等对东北铁线莲种子萌发特性的研究均表明，25 ℃是种子萌发的适宜温度[21-22]，而魏卫东等对黄花铁线莲种子萌发特性研究表明，20 ℃是种子萌发的适宜温度[23]。祁生贵等研究发现，分布在青海东部地区的黄花铁线莲的种子大小、千粒重随海拔上升而上升，由此成为黄花铁线莲种子最适萌芽温度随采集地海拔上升而提高的原因之一[24]。本研究结果表明，棉团铁线莲种子适宜萌发温度为25～30℃，此时种子发芽率和种子活力指数最高，分别为77.78%和206.92，30 ℃时仍有较高的发芽率。分析原因可能是棉团铁线莲的分布于海拔较广的干山坡、山坡草地或固定的沙丘上[25]，对环境形成很强适应性。因此，引种到泰州等亚热带地区栽培容易当地的气候条件，其种子萌发和胚体生长的上限温度亦增加。